Подгруппа углерода. Углерод как простое

МКОУ «Саморядовская СОШ»
Открытый урок по химии в 9 классе
«Подгруппа углерода.
Углерод как простое
вещество»
Учитель: Ананьева В.И.
2013 год
- Девиз урока «Мы столько можем,
сколько знаем. Знания – сила» Ф. Бэкон.
Цели урока.



дать общую характеристику элементам подгруппы углерода, их роль в
жизнедеятельности человека
Воспитывать заинтересованность в изучении предмета и воспитывать духовнонравственную личность на уроках химии
Развивать общие и ключевые компетенции.
Задачи:








актуализировать знания обучающихся по теме «Подгруппа углерода. Углерод простое
вещество»;
раскрыть понятие аллотропии на примере алмаза и графита;
познакомить обучающихся с явлением адсорбции и его практическом значении;
дать понятие об аморфном углероде и его сортах;
показать сущность биосферного значения углерода;
закрепить и углубить знания обучающихся об окислительно-восстановительной
двойственности на примере атома углерода
прививать навыки культуры речи и взаимоотношений обеспечить развитие
коммуникативной компетенции.
обеспечить обучающимся возможность сохранения здоровья, создать положительную,
эмоционально-психологическую обстановку, повышать уверенность обучающихся в
себе, мотивации учения.
План изучения нового материала по теме «Подгруппа углерода».
Характеристика элементов подгруппы углерода.
Биологическое значение углерода.
Нахождение в природе.
Аллотропные видоизменения углерода – алмаз, графит, фуллерен, карбин,
графен.
5. Химические свойства углерода.
6. Основные области применения углерода.
7. Круговорот углерода в природе
1.
2.
3.
4.
Характеристика подгруппы углерода



Углерод, кремний, германий, олово и свинец составляют главную подгруппу 4
группы.
Внешние энергетические уровни р- элементов 4 группы содержат по 4
электрона, из которых два спаренных s-электрона и два не спаренных рэлектрона
Электронные конфигурации данных атомов…….(составляют на доске
обучающиеся)


Возможные степени окисления ……(ответы обучающихся)
Усиление металлических свойств в подгруппе (вывод делают обучающиеся)
Раздаточный материал на каждого ученика:
- опорный конспект «Подгруппа углерода»;
- тест «Подгруппа углерода»;
- периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева;
- таблица растворимости;
- таблица электроотрицательности.
Оборудование и реактивы для каждого ученика:
- активированный уголь;
- раствор перманганата калия;
- пробирки.
Этапы урока:
I. Актуализация знаний
- работа с таблицей Менделеева
- беседа по вопросам
II. Объяснение нового материала
- биологическое значение углерода
- демонстрация взаимодействия сахара с концентрированной серной кислотой
- самостоятельная работа с опорным конспектом по элементам подгруппы углерода
- фронтальная беседа по аллотропным модификациям углерода («Аллотропные
модификации углерода», «Кристаллические решетки»), моделей кристаллических
решеток алмаза, графита и фуллеренов
- выполнение лабораторного опыта «Изучение адсорбционных свойств угля »
-химические свойства углерода
-применение углерода
-круговорот углерода
III. Закрепление
- тест «Подгруппа углерода», синквейн, рефлексивный тест.
IV. Подведение итогов
V. Домашнее задание
Ход урока:
Добрый день! Первым делом гоним лень,
На уроке не молчать, Всем работать, отвечать!
В мире много, интересного, Нам порою неизвестного.
Миру знаний нет предела. Так скорей, друзья, за дело!
(Эмоциональный настрой)
- Девиз урока: «Мы столько можем, сколько знаем. Знания – сила!»
Ф. Бэкон.
Из меня состоит все живое,
Я - графит, антрацит и алмаз,
Я на улице, в школе и в поле,
Я в деревьях и в каждом из вас.
(Углерод)
Целеполагание (вместе с детьми озвучить цель урока)
I. Актуализация знаний
Для изучения нового материала необходимо повторить часть предыдущего. Откройте
таблицу Д.И. Менделеева.
Вопросы к обучающимся: (карточки)
- Назовите элементы, которые входят в 4 группу главную подгруппу.
- Как определить по таблице Менделеева конфигурацию внешнего электронного
уровня элемента
- Сколько электронов на внешнем уровне у элементов четвертой группы главной
подгруппы?
- Как меняются металлические свойства при увеличении электронов на внешнем
уровне?
- Какие элементы в подгруппе углерода будут иметь металлические свойства?
- Какие элементы в подгруппе углерода будут иметь неметаллические свойства?
- Что такое валентность?
- Что такое степень окисления?
-что называется аллотропией?
II. Изучение нового материала
1. Характеристика элементов подгруппы углерода (Слайд 1)
2. Биологическое значение углерода
Углерод играет особую роль в природе. Все без исключения живые организмы
построены из соединений углерода. Особенностью атома углерода является их
способность соединяться между собой, образуя сколь угодно длинные цепи, которые
могут быть и разветвленными, содержащими миллионы и миллиарды атомов
углерода, соединенных с атомами других элементов (самые из известных молекул –
это молекулы белков, содержащих до миллиарда углеродных звеньев). Их длина
может даже достигать одного метра!
Обучающиеся делают вывод, что углерод является биогенным элементом.
3. Нахождение углерода в природе.
В природе углерод встречается в виде алмаза карбина и графита, в соединениях – в
виде каменного и бурого углей и нефти. Входит в состав природных карбонатов:
известняка, мрамора, мела CaCO3, доломитаCaCO3. MgCO3. Является важной
составной частью органических веществ
Демонстрационный опыт: ПТБ «Обугливание сахара концентрированной серной
кислотой»
Углерод входит не только в состав белков, но и жиров и углеводов.
C12H22O11 + 2H2SO4= 2SO2 +13H2O + 11C + CO2
Вопросы к опыту:
- Что мы наблюдаем?
- Чем является черное вещество?
Указания к опорному конспекту:
- Основываясь на положении химических элемента углерода в периодической
системе химических элементов, напишите для него электронную конфигурацию
внешнего слоя в основном состоянии.
- Что означает возбужденное состояние элемента?
- Что изменится, если элемент будет в возбужденном состоянии?
- Запишите электронную конфигурацию внешнего слоя атома углерода в
возбужденном состоянии.
- Укажите валентность углерода в основном и возбужденном состоянии.
- Приведите примеры соединений с валентностью два и четыре.
- Расставьте степени окисления в своих конспектах.
- Как образуется высшая и низшая степень окисления?
- Запишите в конспектах, что степень окисления от -4 до +4 включая ноль.
- Какие вещества образует элемент в нулевой степени окисления?
4. Аллотропные видоизменения углерода – алмаз, графит, фуллерен, карбин,
графен (Слайд2)
Все аллотропные модификации углерода при нормальных условиях являются
кристаллическими веществами.
C0 (аллотропные модификации)
алмаз
графит
карбин
фуллерен
строение
Атомная
кубическая
решетка,
ковалентная
неполярная
связь
Слоистое строение,
внутри слоя –
ковалентная
неполярная связь,
между слоями –
межмолекулярное
взаимодействие
Цепочечное
строение
C60,
C70,молекулы
образуют
сферу
свойства
Твердость
Хорошо проводит
электрический ток,
тугоплавкий,
оказывает
смазывающее
действие
Химически
стойкий,
твердый
применение
Алмазные
резцы,
напильники…
Электроды,
ракетные
двигатели, узлы
трения…
Сверхтвердые
материалы
Вопросы:
- Какой тип связи должен быть в кристаллической решетке любой аллотропной
модификации углерода?
- Почему?
- Посмотрите на кристаллическую решетку алмаза. Каждый атом углерода в ней
образует связь с четырьмя соединениями, все связи равноценные, что обусловливает
высокую прочность. Какой вывод можно сделать?
- А теперь обратите внимание на кристаллическую решетку графита. В чем ее
отличие от кристаллической решетки алмаза?
- Не все связи одинаковы. Связанные ковалентной неполярной связью атомы
углерода, образуют слои из шестиугольников и каждый атом углерода образует
только три связи с соседними, а один из четырех непарных электронов остается
незадействованным внутри слоя. Между слоями действуют слабые силы
межмолекулярного взаимодействия, следовательно, слои легко сдвигаются
относительно друг друга. Как это доказать?
- Так как графит обладает электропроводностью, то он применяется в электротехнике
(электроды, электрические контакты), из-за своей тугоплавкости он используется для
облицовки сопел ракетных двигателей. Так как графит слоистый, то оказывает
смазывающее действие на трущиеся поверхности. Где можно использовать это
свойство?
«Аморфный углерод» не является аллотропным видоизменение углерода а,
представляет собой мелкокристаллический графит Сортами этого углерода является:
кокс, древесный уголь, сажа.
Одно из специфических свойств угля описано в сказке «Мороз Иванович»:
«Между тем Рукодельница ворожит, воду процеди, в кувшины нальёт, коли вода не
чиста, так свернёт лист бумаги, наложит в него угольков да песку крупного насыплет, вставит
ту бумагу в кувшин да нальёт в неё воды, а вода - то проходит сквозь песок да сквозь уголья и
капает в кувшин чистая словно хрустальная».
Вопросы к обучающимся:
1. Какие методы очистки использует Рукодельница.
2. Что такое адсорбция?
Обучающиеся осуществляют лабораторный опыт «Изучение адсорбционных
свойств угля». Для этого они повторяют технику безопасности, наливают в пробирки
по 2мл раствора KMnO4, опускают по таблетке активированного угля и наблюдают
обесцвечивание раствора.
Вопросы к опыту:
Какой вывод можно сделать о свойствах активированного угля?
Одно из специфических свойств угля описано в сказке «Мороз Иванович»:
«Между тем Рукодельница ворожит, воду процеди, в кувшины нальёт, коли вода не
чиста, так свернёт лист бумаги, наложит в него угольков да песку крупного насыплет, вставит
ту бумагу в кувшин да нальёт в неё воды, а вода - то проходит сквозь песок да сквозь уголья и
капает в кувшин чистая словно хрустальная».
Вопросы к обучающимся:
3. Какие методы очистки использует Рукодельница.
4. Что такое адсорбция?
Сообщение. Н.Д. Зелинский создал первый противогаз.
Применение адсорбции: (записывают в тетрадь)
1. Изготовление бытовых фильтров для очистки воды;
2. Получение особо чистых веществ, например медицинского спирта и реактивов;
3. Осушение газов;
Изготовление СИЗ (противогазов)
Сообщение. Характеристика алмаза
Отрывок из книги И.Ефремова «Лезвие бритвы»
Сообщение: Открытие 2011 года
«Нобелевский лауреат» графен позволил создать гибкие
фотоэлементы
Существую другие аллотропные модификации углерода. Карбин имеет
цепочечную структуру, его роль в современной науке и технике незначительна.
Фуллерен. Сравнительно недавно открытая аллотропная модификация. Молекулы
состоят из правильных пятиугольников и шестиугольников, образующих сферу,
напоминающую футбольный мяч. В сфере может быть 60, 70 атомов углерода.
Внутрь сферы можно внедрить атомы других элементов, в результате образуются
сверхтвердые материалы.
5. Химические свойства углерода.
Окислительно-восстановительная двойственность углерода
Углерод
Восстановитель
С + О2
СО2
С + 2 СиО
2Си + СО2
Окислитель
Ca + 2C0 CaC2 + О2
4АI + 3С
АI4С3
6.Основные области применения углерода.
7.Круговорот углерода в природе
Ребята, наши предки использовали экологически чистый вид топлива.
А еще торф служил естественным фильтром для природной воды.
Он эффективно поглощает тяжелые металлы и другие примеси.
III. Закрепление
1. По данной теме курса 9-ого класса вам предлагались проекты для
самостоятельной работы.
2. Победитель конкурса проектов по теме «Углерод» представляет свою
работу.
Синквейн (стих из пяти строчек)
1-я. Ключевое слово
2-я. Два прилагательных
3-я. Три глагола
4-я. Краткое предложение
5-я. Слово ассоциирующее с этим понятием.
Тестовая работа по вариантам
1.В IV группе главной подгруппы в периодической системе Д.И.Менделеева
расположены следующие элементы:
А) Литий, натрий, калий, рубидий, цезий.
галлий, индий, таллий.
В) Бор, алюминий,
Б) Бериллий, магний, кальций, стронций, барий.
германий, олово, свинец.
Г) Углерод, кремний,
2.У элементов IV группы главной подгруппы на внешнем энергетическом
уровне расположено… электронов:
А) 1
В) 3
Б) 2
Г) 4
3. Высший оксид характерный для элементов IV группы главной подгруппы
в периодической системе
Д.И.Менделеева имеет общую формулу:
А) RО
В) RO2
Б)R2O3
Г) R2O5
4. Атом элемента имеет сокращенную электронную конфигурацию…2S2
2Р2. формула водородного
соединения этого элемента:
А) RH4
В) H2R
Б) RH3
Г) HR
5.Общими формулами высшего оксида и гидроксида элемента, являются:
А) RO2, R(OH)2
В) RO3, H2RO4
Б) RO2, H2RO3
Г) RO, R(OH)2
6. Из аллотропных видоизменений углерода (SР3 - гибридизация)
наибольшую твердость проявляет:
А) Уголь
Б) Графит
В) Алмаз
Г) Карбин
7. Мягкий SР2 – гибридизация слоистая структура, большие расстояния
между слоями. Отметьте аллотропную
модификацию углерода соответствующую приведенным свойствам:
А) Уголь
В) Графит
Б) Алмаз
Г) Карбин
8. адсорбция представляет собой:
А) Процесс разложения вещества
Б) Процесс выделения адсорбируемых веществ
В) Химическое взаимодействие угля с газами
Г) Поглощение газов или растворенных веществ поверхность твёрдого
вещества.
9. Сортами аморфного углерода являются6
А) Алмазы и бриллианты
кокс, сажа
Б) Каменный, бурый уголь
В) Древесный уголь,
Г) Не знаю
10. Назовите фамилию учёного - химика, который впервые разработал
противогаз
А) Д.И. Менделеев
Б) Н. Д. Зелинский
В) Н, Н. Бекетов
Г) Генри Кавендиш
Рефлексия.
Обучающиеся усаживаются по удобнее, закрывают на минуту глаза,
расслабляются и обдумывают всё что происходило на уроке. В это время
звучит спокойная музыка. Затем они выполняют рефлексивный тест,
который не подписывают. В случае согласия с утверждением напротив него
знак плюс.
Рефлексивный тест.
1.
2.
3.
4.
5.
Я узнал много нового.
Мне пригодится в жизни.
На уроке было над чем подумать.
На все возникшие вопросы я получил ответы.
На уроке я поработал добросовестно.
Я прошу, чтобы подняли руки те обучающиеся, кто поставил пять
плюсов, затем те, у кого получилось четыре и три плюса. Это именно те
оценки, которые вы поставите мне за урок и накопительные бонусы для
оценки за изученную тему «Неметаллы».
Ученики Д.И. Менделеева говорили так, что учитель «доброе в них семя
полагал, а не просто отбывал повинность», то это будет для меня
высшей наградой.
VI. Подведение итогов
Сегодня мы познакомились с элементами, входящими в подгруппу углерода, и с
углеродом как простым веществом. На следующем уроке мы продолжим изучать
элементы из подгруппы углерода и их соединения.
VII. Домашнее задание:
§ 29.
Вопросы 3,4на странице 172 (устно) для всех.
Задание № 8 (письменно) для сильных обучающихся.
Приложение
Сообщение 1
Н.Д. Зелинский создал первый противогаз
Николай Дмитриевич Зелинский совместно с инженером А. Кумантом в 1915г. создал
первый противогаз.
Когда в Лондоне получили первые русские противогазы, английские химики
просто не поверили в гениальную простоту их конструкции. После испытания они
кропотливо исследовали содержимое коробок противогаза в поисках особого «секрета»
Зелинского, однако во всех случаях в коробках противогазов они находили чистый
древесный уголь. В последующем конструкция русского угольного противогаза стала
основой для создания всех подобных иностранных конструкций, не исключая и
современные угольные фильтры для сигарет. Изобретение Зелинского прочно вошло не
только в военную, но и в производственную практику. Пожарные, горно-спасательные
команды, рабочие вредных предприятий всего мира пользуются русским изобретением.
Сообщение. Получение алмаза
Отрывок из книги И.Ефремова «лезвие бритвы»
«Южная Африка. Здесь находятся крупнейшие залежи алмазов. Здесь выпучиваются
земные недра, залегающие под гранитной корой, тяжёлые, рассланцованные давлением
породы из
особой разновидности гранита – эклогиды. Оттуда сквозь трещины
пробиваются под гигантским давлением струи раскалённого и сжатого до предела газа,
несущие драгоценные алмазы».
Сообщение 2
«Нобелевский лауреат» графен позволил создать гибкие
фотоэлементы
Графен открыли ученые из России Константин Новоселов и Андрей
Гейм. За свое открытие они
получили в 2011 году Нобелевскую премию. Материал графен обладает
уникальными
оптическими,
механическими
и
электрическими
свойствами.
Сфера применения графена - создание высокоскоростных компьютеров,
дешевых и качественных экранов с плоскими панелями, солнечных
батарей, газовых суперчувствительных детекторов, которые способны
обнаружить самую маленькую утечку газа.
Материал графен имеет уникальные качества. Это наиболее тонкий
материал из всех существующих сегодня – толщина его составляет всего
один атомный слой. Однако он обладает чрезвычайной прочностью,
учитывая его толщину, он является самым прочным материалом на
свете. Он является великолепным проводником тепла и электричества,
при этом он прозрачен.