Углерод
Углерод
Тип урока: обобщение и углубление знаний
Цели и задачи урока:
• актуализировать знания о свойствах аллотропных видоизменений углерода, угольной кислоте и карбонатах;
• подтвердить, практически и графически выразить генетическую связь между соединениями углерода;
• отработать умения составлять уравнения химических реакций в молекулярном и ионном видах;
• продолжить развитие речевых навыков, наблюдательности и умения делать выводы на основе наблюдаемых опытов и интереса к предмету через необычную форму проведения урока;
• создать условия для воспитания желания активно учиться, с интересом.
Методы и методические приёмы: индивидуальная работа по карточкам, фронтальная работа, сообщения учащихся, дидактические игры, чтение вслух формул и названий веществ, эвристическая беседа, демонстрационный эксперимент, самостоятельная работа по решению задач, работа с периодической системой и таблицами, конспектирование материала.
Оборудование: кристаллические решётки алмаза и графита, раствор перманганата калия, активированный уголь, мел, известняк, мрамор, графит, коллекции «Нефть», «Каменный уголь», «Пластмассы», уксусная и соляная кислоты.
Ход урока.
1. Орг. момент.
Углерод – элемент уникальный и противоречивый. По количеству образуемых соединений он оставил позади все остальные элементы.
Химический диктант.
Написать формулы следующих веществ: углекислый газ, угольная кислота, угарный газ, карбонат натрия, уголь, гидрокарбонат натрия, известковая вода, гидроксокарбонат меди (II)
2. Кремний. Углерод – основа жизни.
Среди жизненно-важных элементов углерод – один из важнейших: жизнь на нашей планете построена на углеродной основе. Всё живое, составляющее биосферу, построено из соединений углерода. История знакомства человека с этим элементом уходит в глубь веков. Неизвестно имя того, кто открыл углерод, неизвестно, какая из форм чистого углерода – графит или алмаз была открыта раньше.
Строение атома углерода.
Углерод – порядковый номер 6, заряд ядра +6. Ядро состоит из 6 протонов и 6 нейтронов. Около ядра вращается 6 электронов. На первом энергетическом уровне 2s-электрона шарообразной формы. На втором энергетическом уровне – 4 электрона. Электронная формула атома углерода – 1s22s22p2. Характерные степени окисления: +2 и +4.
Азот.
Издавна считали золото мерой богатства, а символом богатства – бриллиант, алмаз.
Существуют знаменитые алмазы – «герои» литературных произведений. Это алмазные подвески королевы Франции и драгоценный камень «жёлтый алмаз» из романа английского писателя 19 века У. Коллинза. Знаменитый жёлтый алмаз получил собственное имя «Лунный камень» из-за своего собственного цвета и отчасти из-за легенды: будто его
блеск подчиняется луне и увеличивается с полнолунием и уменьшается, если на небе лунный серп. Коллинз заканчивает свой роман таким вопросом: «Каким окажутся следующие приключения Лунного камня?». В настоящее время более 90% мировой добычи алмазов используется в современной промышленности.
Алмаз и грфит.
Алмаз.
• кристаллическая решётка трёхмерная, пространственная;
• связь ковалентная неполярная – атомная, каждый атом углерода связан с 4 другими атомами;
• прозрачный, бесцветный, очень твёрдый, но хрупкий;
• хорошо проводит тепло, но практически не проводит электрический ток;
• отличается большой инертностью, на него не действуют ни кислоты, ни щёлочи;
• на воздухе горит при температуре 9000С, а в кислороде – около 7000С;
• при нагревании свыше 12000С начинается графитизация алмаза;
• особенно интересны светло-голубые алмазы, при нагревании которых свыше 8000С, они приобретают полупроводниковые свойства;
• образование природных алмазов происходило в глубинных слоях Земли путём кристаллизации углерода при температуре 30000С и давлении 2000000атмосфер.
Графит.
• кристаллическая решётка двухмерная, плоскостная;
• связь атомная (в плоскости) и молекулярная (между плоскостями);
• непрозрачный, серый, с металлическим блеском;
• мягкий, электропроводный, хорошо проводит тепло;
• максимум теплопроводности графита приходится на 00С, а электропроводности – от 00С до 6000С;
• месторождения графита нередко обладают большой мощностью;
• используется в керамической промышленности, изготавливающей тигли для переплавки металлов;
• из прессованного графита делают газовые рули ракет;
• изготавливают электроды, карандаши, краски;
• графитовый порошок используется в качестве смазочного материала для трущихся частей механизмов;
• замедлитель нейтронов в ядерных реакторах;
• исходным материалом для образования графита служили останки растений очень древних эпох;
• изредка встречаются месторождения, возникшие за счёт выделения углерода из расплавленных магм.
Органик.
В 1960 году был синтезирован карбин – цепочечный полимер, который имеет 2 формы:
…─С≡С─С≡С─С≡С─… …=С=С=С=С=С=С=…
В природных условиях он был найден в 1970 году в метеоритном кратере на территории бывшей ФРГ.
Более 20 лет назад были открыты удивительные замкнутые молекулы, состоящие только из атомов углерода и напоминающие футбольный мяч –
«фуллерены». Молекулы фуллеренов С60 и С70 имеют молекулярную структуру, строгие объёмы и ограничены в размерах. Фуллерены используют в качестве основы для производства аккумуляторных батарей, применяемых для питания персональных компьютеров и слуховых аппаратов, красителей для копировальных аппаратов, сверхпроводящих и смазочных материалов, лекарственных препаратов.
Древесный уголь.
В форме древесного угля углерод был известен человечеству с незапамятных времён. Интересно одно из специфических свойств угля, с которым мы встречаемся в сказке «Мороз Иванович»: «Между тем рукодельница воротится, воду процедит, в кувшин нальёт, да ещё какая затейница: коли вода нечистая, так свернёт лист бумаги, наложит в неё угольков, да песку крупного насыплет, вставит ту бумагу в кувшин, да нальёт в неё воды, а вода-то знай, проходит сквозь песок да сквозь уголья и капает в кувшин чистая, словно хрустальная».
– Какие методы очистки воды использует Рукодельница?
Оксиды углерода (сравнительная характеристика).
• Относительная молекулярная масса.
• Относительная плотность по воздуху.
• Масса 1 моль газа.
• Объём 1 моль газа.
• Физические и химические свойства.
• Применение.
В романе А. Конана Дойла «Маракатова бездна» есть эпизод, когда исследователи морских глубин терпят катастрофу на своих батискафах и остаются на дне океана: «Воздух был тяжёлый, спёртый. Он так был пропитан углекислотой, что живительная струя сжатого кислорода с трудом выходила из баллона. Встав на диван, можно было ещё глотнуть чистого воэдуха, но отравленная зона поднималась всё выше и выше».
– Какие свойства углекислого газа перечислены в этом эпизоде?
Из критической ситуации исследователей выручили подводные жители, обитатели затонувшей Атлантиды.
«Наш новый знакомый привязал нам по два ящика на плечи… Внезапно я начал понимать, что в этом нет ничего сверхъестественного: один из ящиков был, несомненно, оригинальным источником свежего воздуха, а другой – поглотитель отработанных продуктов дыхания».
– Предложите возможный поглотитель СО2, исходя из его кислотной природы. Напишите уравнение возможной реакции.
Угарный газ.
Оксид углерода (II) активно связывается с гемоглобином крови за счёт свободной электронной пары. Кровь перестаёт транспортировать кислород к клеткам тканей организма. Возникает кислородное голодание, сопровождающееся головной болью, потерей сознания. Основным противоядием служит свежий воздух. Полезно так же кратковременное вдыхание нашатырного спирта. Вот как описывается действие оксида углерода (II) в одном из детективов: «– Угарный газ! –вскричал Холмс.
– Подождите немного. Сейчас он уйдёт. Заглянув в дверь, мы увидели, что комнату освещает только тусклое синее пламя, мерцающее в маленькой медной жаровне посередине … В раскрытую дверь тянуло страшным
ядовитым чадом, от которого мы задыхались и кашляли…».
Эколог.
Оксид углерода (II) обладает кумулятивным действием, т. е. может накапливаться в организме, поэтому отравление им может наступить и спустя 2-3 месяца в результате его вдыхания в небольших дозах. В быту мы встречаемся с угарным газом гораздо чаще, чем было бы желательно. Так, в атмосфере содержится
0,00001% угарного газа, в табачном дыме – до 0,5%, в выхлопных газах двигателей внутреннего сгорания – около 3%. Значительно содержание угарного газа в дымовых газах фабричных труб.
Врач.
Вдыхание воздуха с повышенным содержанием углекислого газа, водяных паров, пыли, приводит к проникновению и оседанию в дыхательных путях пылевых частиц, повышая предрасположенность к лёгочным заболеваниям. Пребывание школьников в классах и кабинетах с недоброкачественным воздухом негативно влияет на состояние их здоровья: вызывает головную боль, слабость, недомогание, снижает умственную работоспособность.
Эксперт.
Странная история произошла в 1890 году с океанским парусником «Мальборо».
Корабль с грузом вышел из Новой Зеландии в Англию. В Англии парусник не появился. Решили, что он стал жертвой скал. Спустя 23 года, почти там же, где его видели в последний раз, снова появился. Парусник оказался невредимым,
даже экипаж находился там, где ему положено быть. Считают, что корабль вошёл в зону подводного вулкана. Вулканические газы содержали большое количество угарного газа – до 1,6%. Выделяемые удушливые газы способны мгновенно погубить экипаж. Вот разгадка исчезновения и гибели экипажа.
Во время Великой Отечественной войны фашисты использовали удушливый угарный газ для массового уничтожения людей в машинах-«душегубках».
50-150 человек за несколько минут – так работали машины с оцинкованным фургоном и герметическими дверями. Угарный газ –один из компонентов выхлопных газов.
Двигатель, мощностью 50 лошадиных сил выбрасывает в атмосферу более 60 литров угарного газа в минуту. Известны случаи отравления людей при запуске двигателя в закрытом гараже, т. к. уже через 2-3 минуты после запуска, скапливается ядовитая доза угарного газа.
Задача.
Сколько литров СО2 выделится при разложении 50г карбоната магния?
Инженер.
В цехах и лабораториях при работе с угарным газом устанавливается строгий контроль над герметичностью аппаратов и содержанием его в воздухе рабочих помещений, где содержание газа не должно превышать 20мг/м3. Угарный газ широко используется как горючий газ и как сырьё для получения многих органических веществ.
Метеоролог.
Предполагается, что в обозримом будущем содержание СО2 в атмосфере будет увеличиваться. Повышение концентрации углекислого газа должно привести к увеличению температуры у поверхности Земли и её понижению на больших высотах. СО2 создаёт так называемый «парниковый эффект», т. е. играет такую же роль, как стекло парника: поглощая излученное землёй тепло, он повышает температуру нижней тропосферы.
Средняя температура воздуха около земной поверхности сейчас составляет примерно +140С.
Если бы из атмосферы исчез СО2, то эта температура была бы близка к -200С.
Учёный.
Однако, концентрация атмосферного углекислого газа растёт значительно медленнее, чем это можно было ожидать из расчёта по количеству сжигаемого топлива. Весьма распространённым является мнение, что весь углекислый газ, создаваемый человеком, растворяется в водах океанов. Академик А. Л. Яншин полагает, что парниковый эффект может привести только к некоторому отступлению ледников, но повышением уровня Мирового океана не грозит. По мнению академика Яншина, увеличение СО2 в атмосфере – явление положительное, чем отрицательное: при увеличении концентрации СО2 растения растут быстрее, раньше созревают плоды, повышается урожайность. Есть прогнозы того, что, начиная с 2000 года, на температуру Земли преобладающее воздействие будет оказывать запылённость атмосферы. Она не только уравновесит влияние СО2, но и вызовет существенное понижение температуры земной поверхности.
Эколог.
Систематические анализы воздуха на островах Тихого океана, где нет местных производственных источников СО2, показали: за вторую половину 20 века содержание СО2 в атмосфере увеличилось на ¼ от своей первоначальной величины, а средняя температура воздуха возросла на 0,50С. Это значительно больше, чем за любой другой предшествующий период. Основная причина поступления всё больших количеств СО2 в атмосферу – сжигание топлива с целью получения энергии. Одной из причин, способствующих накоплению углекислого газа в атмосфере – вырубка лесов, лесные пожары. Потепление климата приведёт к увеличению осадков, изменится характер атмосферной циркуляции, сила и направление ветров и океанических течений.
Эксперт.
В романе Г. Р. Хаггарда «Клеопатра» описан удивительный случай: «… она вынула из уха одну из тех огромных жемчужин … и … опустила жемчужину в уксус. Наступило молчание.
Потрясённые гости, замерев, наблюдали, как несравненная жемчужина медленно растворяется в крепком уксусе. Вот от неё не осталось и следа, и тогда Клеопатра подняла кубок, покрутила его, взбалтывая уксус, и выпила весь, до последней капли».
– Как можно объяснить растворение жемчужины, зная, что её основу составляет карбонат кальция. Запишите уравнение реакции.
Строитель.
Природные карбонаты – мел, известняк, мрамор, гранит – имеют большое практическое значение в строительстве. Сходство состава отражено в стихотворении Федоровского «Поэма о минералах»:
По формуле, как не смотри,
Они не разнятся никак.
Всё те же кальций це о три,
Как мрамор, так и известняк.
Известняк используется в производстве извести, цемента, силикатного кирпича, в металлургии, в химической промышленности для производства карбида кальция, соды, едкого натра, удобрений, в производстве сахара и стекла.
Элемент Углерод – входит в состав органических веществ. Углерод – основа всей живой природы. Известно громадное число органических веществ – более 10 миллионов. Химических соединений, не содержащих углерода, известно менее 300. 000.
Заключительное слово прокурора.
• Углерод образует соединения, оказывающие вредное влияние на окружающий мир;
• Нарушение правил транспортировки нефти, взрывчатых веществ, эксплуатации нефте – и газопроводов приводит к резкому обострению экологической обстановки в мире;
• Ежегодно человечество сжигает 7 млрд. тонн топлива, расходуя на это более 10 млрд. тонн кислорода. В результате в атмосферу попадает 14 млрд. тонн углекислого газа, что может серьёзно изменить климат на планете;
• Огромный вред наносят выхлопные газы автомашин, загрязняющие воздух;
• Не на всех предприятиях очистные сооружения отвечают мировым стандартам; в результате наша планета загрязняется многими соединениями углерода;
• В результате широкого использования аэрозольных и противопожарных устройств, нарушается озоновый слой который защищает Землю от смертельно интенсивных ультрафиолетовых лучей солнца.
Заключительное слово защиты.
• Углерод – элемент совершенно особый: всё живое, составляющее биосферу, построено из соединений углерода. Жизнь на нашей планете построена на углеродной основе.
• « …Ни в одном из элементов … способности к усложнению не развито в такой степени, как в углероде …. Ни одна пара элементов не даёт столь много соединений, как углерод с водородом» – писал Д. И. Менделеев в «Основах химии».
• Неоценимо значение соединений углерода в жизни человека. Повсюду нас окружает углерод: в атмосфере и литосфере, растениях и животных, в нашей одежде и пище, лекарственных препаратах, окружающей мебели и предметах обихода;
• Соединения углерода играют огромную роль и в существовании самого человека, его организма;
• Для улучшения экологической обстановки предусматриваются очистные сооружения, замкнутый цикл водоснабжения, безотходное производство.
Приговор.
Принимая во внимание изложенные факты, суд постановляет:
– Вынести подсудимому «Углероду» оправдательный приговор, указав ему на необходимость всемерно развивать полезные качества, расширять области применения соединений углерода на благо человека и окружающей природы!
Химия для мира, для блага человека!
М. И. Ковальчук, МКОУ СОШ № 1, г. Изобильный, Ставропольский край
Метки: Химия