Разработка урока по теме "Положение элементов подгруппы углерода в ПСХЭ, строение атомов. Аллотропия",9 кл.

9 кл. Тема урока:

«ПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДГРУППЫ УГЛЕРОДА

В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ, СТРОЕНИЕ ИХ АТОМОВ.

АЛЛОТРОПИЯ УГЛЕРОДА. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

УГЛЕРОДА И КРЕМНИЯ»

ЦЕЛИ: 1) выяснить особенности строения атомов ;

2) формировать первоначальное представление о 4-хвалентности

углерода ;

3) показать зависимость свойств алмаза, графита от строения ;

4) развивать умения учащихся прогнозировать свойства веществ,

опираясь на знания об их строении;

5)закрепить навыки написания формул и уравнений реакций.

ОБОРУДОВАНИЕ : периодическая таблица химических элементов Д. И.

Менделеева, модели кристаллических решеток алмаза и

графита, приборы для демонстрации адсорбции угля.

Тип урока: усвоение новых знаний.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Положение элементов подгруппы углерода в периодической системе, строение их атомов. Формы существования элемента углерода.

2. Природа четырехвалентности углерода.

3. Простые вещества, образованные атомами углерода, их строение, физические свойства, применение.

ХОД УРОКА.

I. Урок начинается фронтальной беседой с классом по вопросам :

1. Назовите элементы подгруппы углерода.

2. Что общего в строении атомов этих элементов.

3. Чем отличается строение этих атомов.

4. Как строения атомов влияют на активность этих элементов.

5. Изобразите схемы строения атомов С и Si, их электронную и графическую формулы.

6. На основании выше записанного сделайте вывод о валентности С и Si.

II. Учитель создает проблемную ситуацию :

исходя из строения атомов можно утверждать, что С и Si способны к образованию двух химических связей и их соединения с водородом должны иметь формулы CH₂ и SiH₂ . Однако для углерода ( как и кремния) более характерны такие вещества, как метан СН₄ , оксид углерода ( IY ) – CO_{2 ,} фторид углерода ( IY ) – CF₄ . В чем причина?

Поставленный проблемный вопрос – это прием, с помощью которого удалось организовать творческое применение предшествующей и усвоение последующей информации. Эти вопросы создали условия для постановки второй задачи урока : выяснение природы четырехвалентности углерода. Используя схемы и графические формулы, записанные на доске учащимся, учитель говорит о нормальном ( стационарном ) состоянии атома углерода :

1S² 2S² 2P²

₊₆С

При поглощении определенного количества энергии атом С может

перейти в возбужденное состояние :

1S² 2S¹ 2P³

₊₆C*

Т. о. образуется 4 непарных электрона, которые могут образовать четыре ковалентных химических связи – CH₄ . Однако, прежде происходит «выравнивание» энергии S и P электронов, в результате чего образуются четыре равноценных электронных облака, направленных в пространство под углом 109⁰28^/ (тетраэдр).

Делайте вывод для записи в конспект :

при взаимодействии с атомами других элементов атомы углерода переходят в возбужденное состояние и образуют четыре химические связи.

Для закрепления этой части материала предлагается записать в тетрадях формулы соединений с углеродом: кислорода, серы, азота, алюминия с кремнием.

Далее ставится задача: ознакомиться со строением и физическими свойствами простых веществ.

Делаются записи на доске

элементы C N O F

простые вещества ? N₂ O₂ F₂

газы при об. условиях

Какая формула углерода? С₂?

Зная, что свойства веществ зависят от строения, мы утверждаем, что N₂ , O₂, F₂ – газообразные вещества с молекулярной кристаллической решеткой. А простое вещество, образованное углеродом ( графит ) твердое. Значит не может быть формулы C₂. А какая? Учитель рассуждает: атомы углерода, имея четыре электронных облака, соединяются друг с другом четырьмя ковалентными связями, которые располагаются в пространстве по разному и образуют разные простые вещества, т. е. аллотропные формы:

алмаз, графит, карбин.

При помощи рентгеновских лучей установили порядок расположения атомов в кристаллах веществ.

Дается характеристика строения и свойств указанных веществ.

Алмаз – имеет атомную кристаллическую решетку, каждый фрагмент

которой имеет форму тетраэдра. Поэтому алмаз самое твердое

природное вещество ( твердость равна 10 ) – ( демонстрация

модели кристаллической решетки ).

Графит – атомная кристаллическая решетка, но сложная.

Используя модель кристаллической решетки, показать

существенные различия в строении алмаза и графита.

Твердость графита равна 1, он электропроводен.

Почему?

Карбин – черный порошок, синтезирован в 60-х годах ХХ в. советскими

учеными:

– С ≡ С – С ≡ С –

или ( – С ≡ С – )n

полупроводник, по твердости превосходит графит, но уступает

алмазу.

Существует еще так называемый черный углерод. Характерными представителями его являются сажа, кокс, древесный уголь.

Ученые считают, что эти вещества имеют структуру аналогичную графиту и поэтому не являются еще одной аллотропной модификацией. Кремний как простое вещество в природе не встречается. Его получают химическим путем в виде двух разновидностей: 1) кремний кристаллический – твердое вещество с блеском, обладает электропроводностью. 2) кремний аморфный – порошок бурого цвета.

Какие же свойства алмаза и графита являются наиболее ценными для практического применения?

Учащиеся отмечают твердость алмаза и мягкость и электропроводность графита и называют области их использования.

Учитель дальше ведет разговор о черном углероде.

Сажа – получается при неполном сгорании органических веществ.

Применяется для вулканизации каучука, изготовления красок,

туши, сапожного крема.

Кокс – продукт разложения каменного угля. Используется в металлургии.

Древесный уголь – получается при обугливании древесины. Применяется

как поглотитель газов, красителей ( адсорбент ).

Вводится понятие об адсорбции и адсорбентах.

На демонстрационном опыте учащиеся наблюдают поглощение

растворенных веществ таблетками активированного угля.

Вопрос для обобщения этой части лекции: от чего зависят свойства и

применения простых веществ,

образованных углеродом.

Записать вывод в конспект –

свойства простых веществ, образованных углеродом, зависят от типа кристаллической решетки и прочности связей в кристаллах.

Какие химические свойства можно предположить у углерода и кремния?

Будут ли отличаться химические свойства у аллотропных форм углерода?

Учащиеся могут предсказать возможные свойства:

1. Взаимодействие с кислородом

С + О₂ = СО₂ Н = - 394 кДж

реакция может идти иначе, в зависимости от температуры:

2С + О₂ = 2СО

1000⁰

С + СО₂ 2СО

Кремний горит при t⁰ > 400⁰ C:

Si + О₂ = SiO₂ - Н .

2. Взаимодействие с металлами :

_{0 0} t⁰ _{+3 -4}

4Al + 3C = Al₄C₃

карбид алюминия

t⁰ _{+2 -4}

2Mg + Si = Mg₂Si

силицид магния

Однако окислительные свойства для углерода и кремния не характерны.

3. Взаимодействие с водородом:

Ni , t⁰

C + 2H₂ CH₄

метан

Si + H₂

Соединение SiH₄ получают косвенным путем.

4. Взаимодействие с оксидами металлов

( учащиеся могут вспомнить реакции доменного производства и производства стали)

_{+3 0 0 +4}

2Fe₂O₃ + 3C 4Fe + 3CO₂

_{+2 0 0 +4}

2MnO + Si 2Mn + SiO₂

Аллотропные модификации проявляют одинаковые химические свойства, но с разной активностью.

Записать вывод в конспект:

наиболее характерное свойство углерода – его восстановительная способность.

Домашнее задание: Прочитать § 25,25, выполнить упр. №1-7 устно; задача №2, стр. 91