Методическая разработка урока химии по теме "Характеристика подгруппы углерода. Аллотропные видоизменения углерода"
методическая разработка по химии (9 класс) на тему

Действия преподавателя

Действия учащихся

Организация целевого пространства.  Основные проблемы:

-Общая характеристика элементов подгруппы углерода, составление схем электронного строения атомов;

-Почему элементы подгруппы углерода, имея только два неспаренных электрона на наружном уровне, способны образовывать четыре ковалентные связи? Укажите степени окисления элементов данной подгруппы в соединениях с водородом и кислородом, составьте электронные и структурные формулы этих соединений.

-Какое противоречие можно сформулировать, анализируя температуры плавления простых веществ, образованных следующими элементами:

IVгр.               Vгр.               VIгр.

С+37500С     N2 -1980C      О2-2180С

В свободном состоянии углерод известен в виде алмаза, кристаллизующегося в кубической системе, и графита, принадлежащего к гексагональной системе (учащиеся рассматривают кристаллические решетки алмаза и графита).  Такие формы его как древесный уголь, сажа, кокс имеют неупорядоченную структуру.

-Предположите, как Г.Дэви и М.Фарадей смогли доказать, что алмаз является углеродом? Как доказать, что алмаз и графит состоят только из атомов углерода?

-Почему алмаз и графит, имея одинаковый состав, резко различаются физико-химическими свойствами?

 Синтетически получены карбин, поликумулен, которые характеризуются цепным строением молекул, где атомы углерода соединены между собой чередующимися тройными или двойными связями. Какие еще аллотропные модификации углерода известны?

Не менее важны углеродные материалы: сажа, кокс и древесный уголь

Что такое аллотропия? Для каких изученных ранее элементов характерна аллотропия? Могут ли иметь аллотропные видоизменения галогены?

Сделайте обобщенный вывод:

Чем определяются свойства веществ?

Обобщение знаний, умений, навыков, компетенций. Итоги занятия (рефлексия)

-Какую цель занятия мы ставили в начале и какие методы использовали для ее достижения?

-Было ли результативным сотрудничество в вашей группе? Какие результаты достигнуты?

            Домашнее задание. Заполнить обобщающую таблицу по аллотропным видоизменениям углерода:

Называют элементы IVгр. главной подгруппы, отмечают сходство, обусловленное строением наружного электронного уровня, формулы высших оксидов и летучих водородных соединений RO2 и RН4. Указывают на вероятность усиления металлических свойств при переходе от углерода к свинцу в связи с ростом радиуса атомов.

Учащиеся составляют графические формулы строения атомов углерода и кремния в обычном и возбужденном состоянии. В возбужденном состоянии s-электрон переходит на свободную р-орбиталь: С* 1s22s12p3 (в возбужденном состоянии атомы углерода и кремния имеют по четыре неспаренных электрона.

Формулируют проблему: Почему температуры плавления простых веществ, образованных азотом и кислородом, различаются незначительно, а температуры плавления веществ, образованных азотом и углеродом, - существенно, хотя элементы С, N, О стоят рядом в периодической системе, и свойства образованных ими веществ должны бы не изменяться так резко? Высказывают гипотезу: вероятно, кристаллы углерода, азота и кислорода имеют разное строение: для азота и кислорода характерна молекулярная кристаллическая решетка, а для углерода – атомная.

Предлагают сжечь оба вещества и исследовать продукты сгорания

Различие обусловлено разным строением кристаллических решеток алмаза и графита (объясняют строение, используя модели кристаллических решеток). В кристаллической решетке графита есть свободные электроны, а в кристаллической решетке алмаза их нет. В кристаллической решетке графита электроны, осуществляющие связь между слоями, более подвижны, чем другие, они могут перемещаться по кристаллу графита, чем и объясняются такие свойства графита, как металлический блеск, тепло- и электропроводность.

Учащиеся работают в группах, составляют план ответа по теме,

 используют дополнительную литературу, интернет-ресурсы.

В 1996 году трое ученых Гарольд Коротто, Роберт Керл, Ричард Смелли были награждены Нобелевской премией в отрасли химии за открытие в 1985 году молекулярной формы углерода – фуллерена. К фуллеренам относят вещества с парным числом атомов углерода в молекуле: С60…, С70…, С106… и пр. Эти замечательные молекулы построены из атомов углерода, объединенных в пяти- и шестиугольники с общими ребрами. В 1990 году было изучено строение простейшего фуллерена, содержащего 60 атомов углерода. Молекула С60 напоминает футбольный мяч: она состоит из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Фуллерены представляют собой кристаллические вещества черного цвета с металлическим блеском, имеют свойства полупроводников. В 1992 году фуллерены обнаружили в природе – в минерале шунгите, названном в честь поселка Шуньга в Карелии.

О графене. 5 октября 2010 г. в Стокгольме были названы имена лауреатов Нобелевской премии по физике за 2010 г. Самую престижную из премий получили два выходца из России – Константин Новоселов и Андрей Гейм за эксперименты с графеном. Графен представляет собой одинарный слой атомов углерода, соединенных между собой в структуру, напоминающую пчелинные соты. Ожидается, что графен заменит кремний в микросхемах, придет на смену тяжелым медным проводам в космонавтике и авиации, будет использован при создании гибких сенсорных дисплеев и солнечных батарей, найдет применение в качестве сенсора для обнаружения отдельных молекул.

Учащиеся самостоятельно знакомятся с материалом учебника, после чего устно отвечают о применении этих углеродных материалов, рассматривают образцы резины, копировальную бумагу, древесный уголь, противогаз

Аллотропия – это свойство элементов образовывать несколько простых веществ. Аллотропия характерна для фосфора, кислорода, серы. Для галогенов не характерно явление аллотропии, так как у них всего один неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне, и атомы могут соединяться друг с другом только одним способом.

Формулируют и записывают вывод: свойства веществ зависят не только от строения атомов элементов, но и от кристаллического строения веществ.

Участники каждой группы выступают с кратким анализом работы на уроке.