Тема урока: Углерод
Тема урока: Углерод
Цель: расширить знания учащихся о неметаллах на примере углерода. Показать роль углерода в живой и неживой природе.
Задачи урока:
– Образовательные: повторить строение атома и явление аллотропии на примере углерода, познакомить учащихся с явлением адсорбции и его практическим применением, разобрать химические свойства углерода.
– Развивающие: продолжить формирование умений и навыков устанавливать причинно-следственные связи между строением, свойствами и применением химических веществ.
– Воспитательные: продолжить формирование представления о материальном единстве неорганических веществ и их многообразии.
Тип урока: комбинированный
Оборудование:
ПСХЭ,
модели кристаллических решеток алмаза и графита,
выставка «Углерод в природе»,
фотографии сокровищ Алмазного фонда,
таблетки активированного угля,
колба с оксидом азота (IY),
противогаз,
образцы изделий из графита и сажи (карандаш, тушь, крем для обуви, картридж для принтера, резина).
Демонстрационный эксперимент: адсорбция оксида азота(IY) активированным углём
Дополнительная литература: сказка В. Ф. Одоевского «Мороз Иванович»
I. Организационный момент (1 мин)
Здравствуйте, ребята, садитесь. Проверьте, всё ли у вас готово к уроку: тетрадь, ручка, дневник, учебник.
II. Актуализация знаний. Постановка цели и задач урока. (4-5мин)
Сегодня на уроке мы более подробно познакомимся с ещё одним химическим элементом, представителем неметаллов – углеродом.
Углерод был известен человеку с глубокой древности. Он относится к числу довольно распространенных элементов.
Чем же интересен углерод?
По тому значению, которое он имеет в жизни человека, это особый химический элемент.
Посмотрите, повсюду нас окружает углерод: в связанном виде или в свободном состоянии. В атмосфере, гидросфере и литосфере, в растениях и животных, в нашей одежде и пище.
Так в атмосфере углерод входит в состав углекислого газа; ещё больше его содержится в водах морей и океанов.
В литосфере углерод встречается в свободном состоянии в виде алмаза и графита и в форме соединений.
Давайте посмотрим нашу выставку. Углерод входит в состав карбонатов: это известняк, мел и мрамор.
Все горючие ископаемые – главные энергоносители нашего времени – нефть, газ, торф, каменный уголь – построены на углеродной основе, особенно богат углеродом каменный уголь (до 99%). Кстати, отсюда происхождение названия угле – род, то есть «рождающий уголь». Невозможно представить себе нашу жизнь без этих полезных ископаемых.
Далее, среди жизненно важных элементов углерод – один из важнейших, жизнь на нашей планете построена на углеродной основе. Что это значит? Это значит, что растения в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и образуют органические вещества – углеводы, белки, жиры. А эти вещества используют в качестве пищи другие живые организмы.
Углерод – основа многообразия органических соединений, из которых построены все живые организмы на нашей планете, в том числе и человек.
Вот такой замечательный элемент – углерод и такую колоссальную роль играют соединения углерода в жизни человека.
Сегодня на уроке мы рассмотрим углерод как простое вещество, познакомимся с его строением, свойствами и применением.
– Запишите в тетрадях число и тему урока.
III. Изучение новой темы.
1. Положение углерода в ПСХЭ и строение его атома. (беседа) (3-4 мин)
– Определите положение углерода в ПСХЭ
Ученик: Углерод находится в IY группе главной подгруппе II периода. Его порядковый номер 6, относительная атомная масса равна 12.
– Сколько электронов находится у атома углерода на внешнем уровне?
Какими свойствами будет обладать этот элемент?
Ученик: У атома углерода на внешнем энергетическом уровне находится 4 электрона. Поэтому атомы углерода могут отдавать валентные электроны более электроотрицательным элементам и проявлять при этом восстановительные свойства, а могут принимать недостающие 4 электрона от менее электроотрицательных элементов, и быть в этих реакциях окислителями.
– Составьте схему строения атома углерода, запишите электронную конфигурацию.
2. Углерод – простое вещество.
А) Повторение понятия аллотропия. (фронтальный опрос)(5-6 мин)
– Что такое аллотропия?
– У каких элементов мы встречаемся с этим явлением?
(кислород, сера, фосфор)
– Какие аллотропные модификации образует кислород?
– Чем отличаются кислород и озон?
– Какие аллотропные модификации образует сера?
– Чем отличаются эти аллотропные видоизменения?
– Какие аллотропные видоизменения фосфора мы изучили?
– Чем отличаются красный и белый фосфор?
– В чем причины аллотропии? Почему простые вещества, образованные одним и тем же химическим элементом проявляют разные свойства?
(Причины аллотропии в разном строении кристаллических решеток, и разном числе атомов в молекулах простых веществ. )
Б) Аллотропные модификации углерода. (рассказ учителя)(5-6 мин)
Углерод образует несколько аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, поликумулен и фуллерены. Часть из них встречается в природе, часть – получена искусственным путем. Кокс, сажа и древесный уголь не являются отдельными аллотропными модификациями, так как имеют структуру графита.
Познакомимся более подробно с такими аллотропными видоизменениями углерода как алмаз и графит.
Алмаз – прозрачное, бесцветное вещество с сильной лучепреломляемостью. Кристаллы алмаза отличаются особо прочной структурой, благодаря чему он обладает твердостью, превосходящей твердость всех известных природных веществ. Он в 100 раз тверже кварца, в 150 раз тверже корунда. Такая твердость алмаза обусловлена особой структурой его атомной кристаллической решетки. В ней каждый атом углерода окружен такими же атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Алмаз – химически очень устойчивое вещество, однако, при достаточно высокой температуре (700 – 800 ºС) в атмосфере кислорода он сгорает ослепительным пламенем до СО2.
Графит – темно-серое, жирное на ощупь кристаллическое вещество с металлическим блеском. В отличие от алмаза графит мягкий и непрозрачный, хорошо проводит теплоту и электрический ток. Кристаллы графита имеют слоистую структуру, причем расстояние между отдельными атомами одного слоя меньше расстояний между слоями. Этим объясняется особое свойство графита: он оставляет след на бумаге.
В) Применение алмаза и графита. (доклад учащегося) (8-9мин)
Учитель.
Единицей измерения драгоценных камней является карат. А что такое «карат»? В аравийской пустыне растет дерево Caratinasilikva (каратина силиква), косточка плодов которого весит ровно 0,2 г. Этот точный вес косточки имеют всегда: в любой год и на любом дереве. Поэтому ювелиры древности и применяли для своих весов такие гирьки.
Графит превращается в алмаз при давлении 60000 атмосфер, и температуре 1600-2000 ºС.
3. Явление адсорбции. (рассказ учителя, демонстрационный эксперимент) (4-5 мин)
Сходное с графитом строение имеют сажа и древесный уголь. Древесный уголь получают при нагревании без доступа воздуха древесины. Этот уголь благодаря своей пористой поверхности обладает замечательной способностью поглощать газы и растворенные вещества. Такое свойство некоторых веществ называется адсорбцией. Чем больше пористость древесного угля, тем эффективнее адсорбция. Чтобы увеличить поглотительную способность, древесный уголь обрабатывают горячим водяным паром. Обработанный таким способом уголь называют активированным. В аптеках его продают в виде черных таблеток карболена.
*Запишите определение: Адсорбция – это способность поглощать газы и растворенные вещества поверхностью твердого вещества.
– Ребята, как вы думаете, где может использоваться такое свойство, как адсорбция? (ответы учащихся)
Хочу почитать вам сказку Владимира Федоровича Одоевского «Мороз Иванович»:
«Между тем Рукодельница воротится, воду процедит, в кувшины нальет; да ещё какая затейница: коли вода нечиста, так свернет лист бумаги, наложит в нее угольков да песку крупного насыплет, вставит ту бумагу в кувшин да нальет в нее воды, а вода-то знай проходит сквозь песок да сквозь уголья и каплет в кувшин чистая, словно хрустальная »
– Ребята, какие методы очистки воды использует Рукодельница?
(фильтрование и адсорбция)
Давайте и мы с вами проведем эксперимент, проверим способность активированного угля поглощать различные вещества.
(демонстрация эксперимента)
Открытое русским химиком Ловицем явление адсорбции широко используется для очистки сахара на рафинадных заводах от веществ, придающих ему желтый цвет, для очистки спирта, для медицинских целей, для улавливания бензина из природных газов. Николай Дмитриевич Зелинский на основе адсорбционных свойств древесного угля разработал противогаз, и тем самым спас жизнь тысячам солдат в период Первой Мировой войны.
Другие области применения углерода рассмотрим на рисунке 99, стр. 169.
(составная часть крема для обуви, наполнитель при получении резины, для приготовления черной краски, в металлургии как восстановитель, для получения искусственных алмазов, в производстве синтетического бензина, для получения карбида кальция)
4. Химические свойства углерода. (объяснение учителя) (5 мин)
В обычных условиях углерод, находящийся в любой аллотропной форме достаточно химически инертен. Лишь при сильном повышении температуры активность его увеличивается.
а) Взаимодействие с кислородом.
Алмаз и графит соединяются с кислородом при очень высокой температуре (800 и 600ºС соответственно). Сажа и уголь взаимодействуют с кислородом гораздо легче, сгорая в нем. (t =300ºC)
С + О2 = СО2
б) Взаимодействие с металлами.
С металлами углерод при нагревании образует карбиды. Так карбид кальция применяют газосварщики для получения ацетилена, который используют для резки и сварки металлов.
Са + 2C = Са C2
в) Взаимодействие с оксидами металлов.
Углерод как хороший восстановитель используется в металлургии для получения металлов, восстановления металлов из их руд.
C+ 2CuO = 2Cu + CO2
5. Круговорот углерода в природе. (работа с учебником)
IY. Рефлексия.
Ребята, что важного вы извлекли из сегодняшнего урока?
Выставление оценок
Д/з: п. 29, упр. №5,8 на стр. 172
Приложение1
ПРИМЕНЕНИЕ АЛМАЗОВ.
Алмазы были известны ещё в древности. Искусственно ограненные алмазы называются бриллиантами и являются предметом роскоши. Они украшали короны царей бывшей Российской империи. Крупные алмазы имеют свою биографию и носят имена. В России бриллиантовый бум пришелся на правление Екатерины II. Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля и золотых кладовых Санкт-Петербургского Эрмитажа.
БОЛЬШАЯ ИМПЕРАТОРСКАЯ КОРОНА.
Корона состоит из золота, серебра, бриллиантов, шпинели, жемчуга. Высота с крестом 27,5 см, высота самой короны 18,75 см, нижняя окружность 64,0 см. Изготовил её в 1762 году ювелир
И. Позье. Она сделана к коронации императрицы Екатерины II.
Несмотря на свою большую массу (около 2 кг) корона производит впечатление очень легкого изделия. Общее число бриллиантов на короне – 4936 штук, весом 2858 каратов.
МАЛАЯ ИМПЕРАТОРСКАЯ КОРОНА.
Эта корона с превосходными индийскими бриллиантами не имеет себе равных в Европе.
СКИПЕТР ИМПЕРАТОРСКИЙ.
Скипетр сделан из золота, серебра, эмали, бриллиантов, алмаза «Орлов». Длина скипетра с орлом 59,5 см. Изготовлен в начале 70-х годов XYIII века. Алмаз «Орлов» был подарен императрице Екатерине II графом Орловым в 1774 году.
Камень был найден в Индии в начале XYIII века и огранен в виде высокой розы. Его первоначальный вес составлял около 300 каратов. По велению шаха Джехана камень был перегранен, после чего он получил форму современного «Орлова» и вес 189,62 карата.
АЛМАЗ «ШАХ»
Этот камень был найден в Центральной Индии в конце XYI века. В 1739 году на Индию напал шах Надир, захватил алмаз и увез его в Персию. В 1829 году этот алмаз был поднесен персидским шахом Хозрев-Мирзой Николаю I как выкуп за убийство русского дипломата и писателя А. С. Грибоедова.
АЛМАЗ «КУЛЛИНАН».
Крупнейшим в мире алмазом является «Куллинан», названный так в честь одного из владельцев южноафриканского рудника Томаса Куллинана.
Алмаз был найден в январе 1905 года, он весил 3106 карат, достигал размеров кулака (5*6,5*10см) и являлся лишь обломком очень крупного кристалла. Эксперты оценили алмаз в 7,5 млрд. долларов. Правительство Трансвааля, бывшего с 1902 года колонией Англии, преподнесло алмаз Куллинан английскому королю Эдуарду YII в день его рождения в 1907 году.
Обрабатывать самый крупный алмаз в мире было поручено лучшему гранильщику Европы Иозефу Асскеру. В алмазе имелись трещины, поэтому изготовить один гигантский бриллиант было невозможно. Несколько месяцев ювелир изучал уникальный алмаз чтобы найти на его поверхности нужную точку и определить направление одного единственного удара, чтобы разбить камень по уже имеющимся трещинам. Наконец, точка была найдена, и в присутствии нескольких ювелиров Иозеф Аскер приставил в нужном месте к алмазу стамеску, ударил по ней молотком и потерял сознание. Но расчет оказался правильным, и алмаз был расколот по трещинам на 2 крупных монолитных блока, 7 средних и около сотни мелких камней. Одна из двух крупных частей алмаза «Куллинан» получила название «Звезда Африки» и находится в верхушке короны королевы Великобритании.
Но алмазы – это не только ювелирные украшения. Благодаря очень высокой твердости искусственные алмазы, так же как и природные кристаллы, широко используются в современной технике: для бурения горных пород, для изготовления свёрл, шлифовальных инструментов, резки стекла и т. д.
ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИТА
Более широкое применение на практике получил графит.
Способность проводить электрический ток определила многие области применения графита. Он нужен в электротехнике, металлургии, производстве пороха, атомной технике. Графит высочайшей чистоты используется в ракетостроении, в реактивных двигателях.
Благодаря высокой химической стойкости графита на него не действуют даже горячие щелочи и кислоты, за исключением концентрированной азотной кислоты.
Графиту свойственна высокая термостойкость: изделия из него можно использовать при температуре до 3700 ºС. Поэтому графит применяется для изготовления электродов электрических печей.
Способность графита делиться на слои используется для изготовления карандашей и различных твердых смазок.
При высоких температурах и давлениях из графита получают искусственные алмазы.
Н. Б. Наврузбекова, ГБОУ ООШ, с. Сухие Аврали, Самарская область