Углерод- химический элемент
методическая разработка по химии (9 класс)

    МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ                                                                                                СРЕДНЯЯ  ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ  ШКОЛА №30 имени А.И.Колдунова                                                                                                                                       Московская область Ногинский район г.Электроугли ул. Маяковского д.34                                                                                                         тел.8(496)5-1-3-21-39                            

                             Углерод- химический элемент

Цель нашего урока - обобщить знания об углероде и его соединениях, рассмотреть применение и физиологическое воздействие соединений углерода на организм. Развитие познавательного интереса учащихся и их мыслительных способностей на  основе межпредметных связей.

Задачи урока.

1.Систематизировать знания учащихся об углероде и его соединениях.

2.Используя межпредметные связи, продолжить развивать у учащихся умения сравнивать, сопоставлять, делать выводы, работать с дополнительной литературой, находить практическое применение своим знаниям.

3.Дать каждому ученику возможность достичь успеха.

Оборудование и реактивы для учащихся.

 Пробирки с известковой водой, трубки.

Оборудование для учителя. Презентация, «Электронные уроки и тесты».

Используемые педагогические технологии.

ИКТ, личностно – ориентированные, проблемная,  здоровьесберегающие технологии.

Ход урока.

Учитель.  Хотелось бы взглянуть на паспорт химического элемента Углерода.

Ученик.

Имя: Углерод – русское название, (Carboneum-латинское название)

Место проживания:         2 период, IV A группа

Некоторые дополнительные данные:         Порядковый номер 6

Ar(C)= 12

Заряд ядра +6

 Схема атома            12 6 С    +6   )2 )4        

Сфера деятельности:         C0 +4e = C-4      окислитель

C0 -4e=C+4        восстановитель

Ближайшие родственники:         СН4 метан

СО оксид углерода (II), угарный газ

СО2 оксид углерода (IV), углекислый газ

Н2СО3 угольная кислота и ее соли

 СаСО3 –  известняк, мел, мрамор

(CuOH)2CO3 – малахит и др.

Природные воды содержат гидрокарбонаты магния Mg(HCO3)2 и  кальция Ca(HCO3)2 ,

Углерод в составе гидрокарбоната кальция поглощается обитателями водной среды и идет на построение их скелетов, раковин. Отмирая, морские животные дают новые отложения известняка.

Кроме того, углерод является основной составляющей частью горючих ископаемых: нефти, природных газов  и др.

Углерод – элемент биосферы. Он содержится в каждой клетке растений и животных

Углерод один из распространенных элементов на Земле (0,3% по массе).

..В земной атмосфере находится 0,03% по объему углекислого газа CO2.

Электронные уроки и тесты «Углерод и его соединения».

Слайд №3,4,6.

Учитель.

Отлично! Регистрацию прошли успешно. А сейчас поговорим об аллотропных видоизменениях углерода.

Аллотропные модификации углерода 

Вопрос.

 Учитель.        Дайте определение  явлению аллотропия.         

Ученик . Аллотропия это способность атомов одного химического элемента образовывать несколько простых веществ, а эти простые вещества – аллотропные видоизменения, или модификации.

 Учитель .Прочитаем отрывок из произведения Коллинза «Лунный камень»

Отрывок из произведения Коллинза У. «Лунный камень»

«- Посмотрите, Габриэль, - сказала мисс Рэчел и поднесла сверкнувший алмаз к солнечному лучу, падавшему из окна. Господи, помилуй! Вот уж по истине алмаз! Величиной с яйцо ржанки! Блеск, струившийся из него, походил на сияние полной луны.

      Один мистер Годфри сохранил самообладание. Он обнял за талию своих сестер и,  снисходительно посматривая то на алмаз, то на меня, сказал:

- Уголь! Простой уголь, мои друзья!»

Вопрос: Как можно объяснить слова мистера Годфри? 

Ученик. Очевидно, мистер Годфри хотел сказать, что алмаз  - это аллотропное видоизменение углерода.

 Учитель.       Дайте характеристику алмаза и укажите, где он применяется? 

Презентация.

Ученик. Алмаз – это бесцветное кристаллическое вещество с атомной кристаллической решеткой. Имеет исключительную твердость, сильно преломляет свет , плотность 3,5г/см3 . Окраска алмаза обуславливается примесями. При высокой температуре 8000С он сгорает ослепительным пламенем. Из алмазов делают украшения (бриллианты), инструменты для резки стекла, бурения пород и шлифования. Много алмазов использует автомобильная промышленность. Так ВАЗ использует 800кг в год.  Разумеется, они искусственные, но по свойствам не уступают естественным. (Слайд 1,2)

Учитель. Для технических целей сейчас получают искусственные алмазы.

- Предложите технологию получения алмаза в промышленных  условиях.

 Ученик.

Ввиду большой ценности алмазов было предпринято много  попыток получить их искусственным путем из графита. Однако долгое время эти попытки заканчивались неудачей. Только в 1955 году, применив высокое давление и длительный нагрев 30000С, ученым удалось получить синтетические алмазы. При указанных условиях происходит перестройка  кристаллической решётки графита.

Ученик .  Мне было дано задание       выяснить в чем была ошибка властителя Лахора

      Властитель индийского города Лахора по имени Ранжит-Сингх в 1811 г. хвастался перед другими владыками Индии, Персии и Афганистана, что его голубой алмаз не подвержен действию никаких жидких веществ. Афганский шах Шуджа сказал, что готов поспорить (а ставка в споре – сам голубой алмаз), что его придворный факир-алхимик может за сутки уменьшить массу алмаза, погрузив его в жидкость «алкагест» (мифический универсальный растворитель). Предложение было принято, и придворные двух властителей уселись вокруг сосуда с «алкогестом», куда был погружен алмаз. Вскоре стало заметно, что камень покрылся пузырьками, а жидкость стала желтой. По истечении суток алмаз снова взвесили, и оказалось, что он потерял в весе около 1 карата (0,2 г). К огорчению Ранжит-Сингха, алмаз пришлось отдать шаху Шудже.  Какой состав имел «алкагест»?

Ответ.  На алмаз разрушительно действует концентрированная азотная кислота. При этом алмаз медленно превращается в оксид углерода (4). желтый цвет жидкости («алкогесту») придает оксид азота (4): С + 4HNО3  → CО2  +  4NО2  + 2Н2О ( Слайд 3)

 Ученик.      С алмазом связано много интересных и занимательных случаевь)

      Среди всех твердых веществ алмаз обладает наибольшей твердостью. Философы древности Тит Лукреций Кар и Плиний Старший  считали, что алмаз не только не горит, но его также нельзя расколоть ударом молота. Само слово «алмаз» означало «тот, который не разбивается». В 1476 г. во время сражения солдаты Людовика XI ворвались в пустую палату бургундского герцога Карла Смелого и увидели множество бриллиантов (ограненных алмазов). Невежественные вояки решили проверить, подлинные ли это драгоценности, и начали крушить их молотком. Видя, как бриллианты превращаются в порошок, солдаты приняли их за фальшивки. Я должен был  выяснить  в  чем разгадка этой истории?

Ответ. Алмаз тверд, но хрупок. Он не раскалывается только при воздействии на него постепенно возрастающего давления. Если давление постепенно довести до 60 атм, то алмаз входит в самую твердую сталь как в масло.

Презентация «Алмазы» (Слайд 4 5 6 7 8 9 10 11)

 Учитель.       Ребята, у меня в руках – обычный карандаш. Как называется аллотропная модификация углерода, входящая в состав карандаша? 

Ученик.Графит.

 Учитель.       Дайте характеристику второй аллотропной модификации углерода - графиту и укажите, где он применяется?  (Слайд 12)

Ученик. Т емно-серое кристаллическое вещество со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь; имеет атомную кристаллическую решетку, мягкий легко расслаивается на отдельные чешуйки, проводит электрический ток. Самое тугоплавкое простое вещество на Земле. Температура плавления графита выше 35000 С. Потому его применяют в облицовке сопел ракетных двигателей. Применяется графит также в производстве грифелей карандашей, электродов, в смесях в качестве смазочного материала из смеси графита с глиной делают огнеупорные тигли для плавления металлов. (слайд13.14)

  Графит и алмаз при определенных условиях могут переходить друг в друга.  При нагревании алмаза выше 10000 С без доступа воздуха он постепенно превращается в графит. Наоборот, если графит в присутствии катализаторов нагревают от 1200 до 16000 С под высоким давлением 10 мПа, то он превращается в алмаз. Это способ получения искусственных алмазов.

 Учитель.    Какие  аллотропные видоизменения углерода кроме алмаза и графита  вам известны.  (Слайд 15,16)

Ученик . Карбин. Впервые он был синтезирован в 1961 г. советскими химиками, позднее был найден в природе, является полупроводником.  

 Фуллерен.  Он был открыт сравнительно недавно, в конце 80-х годов ХХ века. Фуллерен образуется при переходе газообразного углерода в твердое состояние.) 

  Учитель.    Что является  причиной  существования явления аллотропии для углерода?

 Ученик.  Различное строение кристаллических решеток. (Слайд 17,18)

Адсорбция.

 Учитель. Вспомните из курса географии как образуется уголь. ( Слайд 19,20)

  Ученик.  Уголь – продукт разложения древесины и растительных  останков без доступа воздуха. Уголь представляет собой твёрдую  пористую массу.

 Учитель. Интересно одно из специфических свойств угля, с которым мы встречаемся в сказке “Мороз Иванович”: “Между тем Рукодельница воротится, воду процедит, в кувшины нальёт, да ещё какая затейница: коли вода нечиста, 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.”

- Объясните, как происходит очистка воды?

 Ученик. . Два метода: фильтрование и адсорбция.

 Учитель.  Что такое адсорбция?

Ученик. Адсорбция – способность поглощать различные вещества (газы, растворенные в воде вещества).

Оксиды углерода.

Оксид углерода(2)

 Учитель. А сейчас прослушайте отрывок из сказки Одоевского В. Ф. «Мороз Иванович» и подумайте, о каких реакциях идет речь. « - А зачем ты, Мороз Иванович, - спросила Рукодельница, - зимою по улицам ходишь да в окошки стучишься? – А я затем в окошки стучусь, - отвечал Мороз Иванович, - чтоб не забывали печей топить да трубы вовремя закрывать; а не то ведь, я знаю, есть такие неряхи, что печку истопят, а трубу закрыть не закроют или и закрыть закроют, да не во время, когда еще не все угольки прогорели, а оттого в горнице угарно бывает, голова у людей болит, в глазах зелено; даже и совсем умереть от угара можно». 

 Почему нельзя закрывать трубу, пока не все угли прогорели?

  Объясните происходящие явления.

  Почему от угара можно умереть? (Слайд 21)

     Ученик. При горении угля в печи происходит химическая реакция: С + О2   → СО2   Углекислый газ уходит в трубу. После того как уголь прогорел, трубу закрывают, чтобы сохранить тепло в печи. Но если трубу закрыть раньше того, как угли прогорят, то в печи скапливается избыток углекислого газа, который взаимодействует с ещё раскаленными углями. Происходит восстановление оксида углерода (IV) до оксида углерода (II) – угарного газа: СО2  + С → 2СО  При закрытой трубе угарный газ проникает в помещение. При вдыхании он попадает в кровь человека и образует с гемоглобином стойкое соединение. Так как  переносчик  кислорода оказывается блокирован, он не может транспортировать кислород. Начинается кислородное голодание тканей организма. При этом у человека  возникает головокружение, рвота, удушье.  0,1% угарного газа  достаточно в воздухе, чтобы человек потерял сознание и умер.

 В обычных условиях углерод химически инертен. В   химические реакции вступает только при нагревании. Углерод горит, значит, взаимодействует с кислородом. Продукты реакции будут зависеть от количества кислорода. При недостатке кислорода происходит неполное сгорание и образуется оксид углерода(II) – угарный газ.         2С + O2 = 2CO

Учитель.  Какими свойствами обладает угарный газ.

Ученик. Это бесцветный газ, без запаха, легче воздуха, плохо растворим в воде, является ядовитым.

Несолеобразующий оксид.

Горит синим пламенем с выделением большого количества теплоты.

2CO + O2 =  2CO2

Восстанавливает многие металлы из их оксидов (пирометаллургия). CO + CuO = Cu + CO2

Оксид углерода (2) является весьма токсичным компонентом табачного дыма. (Слайд 22,23,24,25,26,27,28,29)

Оксид углерода (4) – углекислый газ

Учитель. "Вы слышали об эффекте "собачьей пещеры" в Италии. Есть там такая пещера-яма. Человек войдёт и ходит, а собака или кролик погибают через несколько минут.

- Почему?

-Ученик. Из вулканической трещины выделяется углекислый газ...".

 СО2 тяжелее воздуха и остается внизу. Голова человека выше этой зоны, а голова собаки ниже. СО2, конечно, возбудитель дыхательного центра, но при его содержании в воздухе выше 10% наблюдается головокружение
и смерть.

 Учитель. Какими свойствами обладает углекислый газ. (Слайд 30)

Ученик. Бесцветный газ, без запаха, тяжелее воздуха, хорошо растворим в воде, не поддерживает горения и дыхания, легко сжижается и превращается в «сухой лед».)

Кислотный оксид.

Образуется при полном сгорании угля.     C + O2 = CO2 (при полном сгорании)

Применение углекислого газа. (Слайд 31,32)

 Учитель.       Проблемный вопрос. Предложить возможный поглотитель углекислого газа, исходя из его кислотной природы.

Ученик.  Гидроксид кальция

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O  наблюдается помутнение известковой воды.

Провести опыт. Электронные уроки  «Минеральные вещества)

Учитель. Именно гидроксид кальция был применён в кислородных аппаратах закрытого типа, используемых альпинистами в Гималайском высокогорье.

Кроме того, изолирующие противогазы пожарных, шахтёров, военных обязательно имеют поглотитель для отработанных продуктов дыхания.

РАСКРЫТЬ БУТЫЛОЧКУ ГАЗИРОВАННОЙ ВОДЫ!

 Учитель. Что вы наблюдаете?

Какой процесс происходит?

Как образуется газированная вода?  При пропускании углекислого газа через воду образуется угольная кислота  Н2СО3)

Ученик.

H2О  + СО2 → ______  

______  → H2О  + СО2 

H2CO3 - Слабая, неустойчивая, образует два типа солей – гидрокарбонаты, карбонаты.

 Учитель.  Роман  Г.Р. Хаггарда “Клеопатра. Владычица зари.”

“…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”.

Объясните растворение жемчужины.

Ученик.   Её основу составляет карбонат кальция.

Учитель.

ОПЫТ. (Провести с HCl) (Слайд 9)

2НCI + CaCO3 = CaCI2 + H2CO3 (CO2 + H2O)

 Данная реакция – качественная на соли угольной кислоты.

Геологи в полевых условиях именно так отличают карбонатные минералы от силикатных.

 Учитель. Природные карбонаты – сода, мел, мрамор, известняк – имеют чрезвычайно большое практическое значение. (Слайд 3 4  5 6 7)

 Гидрокарбонат (питьевая сода) используется при отравлении кислотами. В каждой химической лаборатории и в вашей школьной есть раствор питьевой соды (1-2%). Дома для "поднятия бисквита". Для устранения изжоги, вызванной повышением кислотности желудочного сока.

Сталактиты и сталагмиты.  (Слайд 3)

 Учитель. Мы оказались в подземных пещерах, образованных известняком..

И что мы видим?

Что за образования свисают со сводов пещеры?

Что за наросты на полу?

Прокомментируйте протекающие процессы..

Ученик/  В воздухе всегда есть углекислый газ. Он растворяется в капельках атмосферной влаги и выпадает на землю вместе с дождем. Дождевые потоки воды, насыщенные диоксидом углерода, попадают в пласты известняка – карбоната кальция и превращают нерастворимый СаСО3 в гидрокарбонат Ca(HCO3)2. Так внутри подземных известковых пластов появляются огромные полости – карстовые пещеры.

СаСО3+ H2О  + СО2 → Ca(HCO3)2 

Гидрокарбонат кальция уносится подземными водами порой на очень большие расстояния от истока подземной реки. Потом грунтовые воды, т.е. растворы Ca(HCO3)2 , оказываются в таком месте, где чуть-чуть повышена температура. Сразу же начинается разложение этой соли. Оно идет медленно и постепенно, и в результате образуются кристаллы СаСО3 в виде правильных многогранников.

Ca(HCO3)2 → СаСО3+ H2О  + СО2

Когда же раствор гидрокарбоната кальция начинает высыхать (а это часто происходит, если он капает с потолка пещеры или стекает тонкой пленкой по ее стене), тоже выделяются кристаллы карбоната кальция. Так в подземных пещерах образуются сталактиты и сталагмиты, похожие на колоны сказочных дворцов.

Самостоятельная работа.

.Обращение к детям.

      Ребята поднимите руки,  кто успел выполнить свое задание. Вы уже знаете, какую оценку вы получите, если задание выполнено. А кто не справился, не расстраивайтесь. Мне хочется обратить ваше внимание на – слова замечательного ученого Д. И.Менделеева «Сами, трудясь, вы многое сделаете для себя и близких, а если при труде успеха не будет, будет неудача, не беда –попробуйте ещё»  и я надеюсь, что  в следующий раз у вас обязательно получится!

Заключительное слово учителя.

      В течение сегодняшнего урока при повторении свойств углерода и его соединений мы не раз обращались к отрывкам  из литературных произведений,  а также историческим событиям. В заключении  я расскажу вам ещё одну  поучительную историю. Произошла она с двумя учеными – Фарадеем и Дэви.

      Путешествуя, они остановились в одном замке, во время беседы с хозяином этого замка случилось следующее. Герцог не верил, что алмаз состоит из углерода. Он снял свой перстень с алмазом и сказал: «Сожгите его! Тогда поверю!» И когда увидел результат, воскликнул: «Удивительно, мой алмаз испарился!» На что  ученые ему твердо ответили: «Не испарился, он сгорел». Был у герцога алмаз, и его не стало…

Вопрос ученикам: А какой смысл можно  извлечь из этой истории? (Вот к чему может привезти  незнание химии)

Выводы по уроку:

      Итак, сегодня вы в очередной раз убедились, что знания по химии не только помогают нам в нашей повседневной жизни, но порой бывают просто необходимы! От этого могут зависеть как жизнь отдельного человека, так и спокойствие целых государств.

Рефлексия.Что непонятно сегодня на уроке? С  каким настроением вы уходите сегодня с урока?

Домашнее задание.