Разработка урока по теме Положение элементов подгруппы углерода в ПСХЭ, строение атомов. Аллотропия,9 кл.

9 кл. Тема урока:
«ПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДГРУППЫ УГЛЕРОДА
В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ, СТРОЕНИЕ ИХ АТОМОВ.
АЛЛОТРОПИЯ УГЛЕРОДА. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
УГЛЕРОДА И КРЕМНИЯ»
ЦЕЛИ: 1) выяснить особенности строения атомов ;
2) формировать первоначальное представление о 4-хвалентности
углерода ; 3) показать зависимость свойств алмаза, графита от строения ; 4) развивать умения учащихся прогнозировать свойства веществ,
опираясь на знания об их строении;
5)закрепить навыки написания формул и уравнений реакций.
ОБОРУДОВАНИЕ : периодическая таблица химических элементов Д. И.
Менделеева, модели кристаллических решеток алмаза и
графита, приборы для демонстрации адсорбции угля.
Тип урока: усвоение новых знаний.
ПЛАН ЛЕКЦИИ
Положение элементов подгруппы углерода в периодической системе, строение их атомов. Формы существования элемента углерода.
Природа четырехвалентности углерода.
Простые вещества, образованные атомами углерода, их строение, физические свойства, применение.
ХОД УРОКА.
I. Урок начинается фронтальной беседой с классом по вопросам :
Назовите элементы подгруппы углерода.
Что общего в строении атомов этих элементов.
Чем отличается строение этих атомов.
Как строения атомов влияют на активность этих элементов.
Изобразите схемы строения атомов С и Si, их электронную и графическую формулы.
На основании выше записанного сделайте вывод о валентности С и Si.
II. Учитель создает проблемную ситуацию :
исходя из строения атомов можно утверждать, что С и Si способны к образованию двух химических связей и их соединения с водородом должны иметь формулы CH2 и SiH2 . Однако для углерода ( как и кремния) более характерны такие вещества, как метан СН4 , оксид углерода ( IY ) – CO2 , фторид углерода ( IY ) – CF4 . В чем причина?
Поставленный проблемный вопрос – это прием, с помощью которого удалось организовать творческое применение предшествующей и усвоение последующей информации. Эти вопросы создали условия для постановки второй задачи урока : выяснение природы четырехвалентности углерода. Используя схемы и графические формулы, записанные на доске учащимся, учитель говорит о нормальном ( стационарном ) состоянии атома углерода :

1S2 2S2 2P2
105346512700000112014017462500122491415557500272034011747500300609012700000331089013652500281559015557500308229016510000162496513652500169164017462500181546414605000
+6С
При поглощении определенного количества энергии атом С может
перейти в возбужденное состояние : 1S2 2S1 2P3
112014014160500116776417018000127253917018000253936513208000313944014160500281558914160500263461516065500292989017018000325374017018000165354014160500172021516065500
+6C*
Т. о. образуется 4 непарных электрона, которые могут образовать четыре ковалентных химических связи – CH4 . Однако, прежде происходит «выравнивание» энергии S и P электронов, в результате чего образуются четыре равноценных электронных облака, направленных в пространство под углом 109028/ (тетраэдр).
Делайте вывод для записи в конспект :
при взаимодействии с атомами других элементов атомы углерода переходят в возбужденное состояние и образуют четыре химические связи.
Для закрепления этой части материала предлагается записать в тетрадях формулы соединений с углеродом: кислорода, серы, азота, алюминия с кремнием.
Далее ставится задача: ознакомиться со строением и физическими свойствами простых веществ.
Делаются записи на доске
381952513271500 элементы C N O F
простые вещества ? N2 O2 F2

газы при об. условиях
Какая формула углерода? С2?
Зная, что свойства веществ зависят от строения, мы утверждаем, что N2 , O2, F2 – газообразные вещества с молекулярной кристаллической решеткой. А простое вещество, образованное углеродом ( графит ) твердое. Значит не может быть формулы C2. А какая? Учитель рассуждает: атомы углерода, имея четыре электронных облака, соединяются друг с другом четырьмя ковалентными связями, которые располагаются в пространстве по разному и образуют разные простые вещества, т. е. аллотропные формы:
алмаз, графит, карбин.
При помощи рентгеновских лучей установили порядок расположения атомов в кристаллах веществ.
Дается характеристика строения и свойств указанных веществ.
Алмаз – имеет атомную кристаллическую решетку, каждый фрагмент
которой имеет форму тетраэдра. Поэтому алмаз самое твердое
природное вещество ( твердость равна 10 ) – ( демонстрация
модели кристаллической решетки ).
Графит – атомная кристаллическая решетка, но сложная.
Используя модель кристаллической решетки, показать
существенные различия в строении алмаза и графита.
Твердость графита равна 1, он электропроводен.
Почему?
Карбин – черный порошок, синтезирован в 60-х годах ХХ в. советскими
учеными:
– С ≡ С – С ≡ С –
или ( – С ≡ С – )n
полупроводник, по твердости превосходит графит, но уступает
алмазу.
Существует еще так называемый черный углерод. Характерными представителями его являются сажа, кокс, древесный уголь.
Ученые считают, что эти вещества имеют структуру аналогичную графиту и поэтому не являются еще одной аллотропной модификацией. Кремний как простое вещество в природе не встречается. Его получают химическим путем в виде двух разновидностей: 1) кремний кристаллический – твердое вещество с блеском, обладает электропроводностью. 2) кремний аморфный – порошок бурого цвета.
Какие же свойства алмаза и графита являются наиболее ценными для практического применения?
Учащиеся отмечают твердость алмаза и мягкость и электропроводность графита и называют области их использования.
Учитель дальше ведет разговор о черном углероде.
Сажа – получается при неполном сгорании органических веществ.
Применяется для вулканизации каучука, изготовления красок,
туши, сапожного крема.
Кокс – продукт разложения каменного угля. Используется в металлургии.
Древесный уголь – получается при обугливании древесины. Применяется
как поглотитель газов, красителей ( адсорбент ).
Вводится понятие об адсорбции и адсорбентах.
На демонстрационном опыте учащиеся наблюдают поглощение
растворенных веществ таблетками активированного угля.
Вопрос для обобщения этой части лекции: от чего зависят свойства и
применения простых веществ,
образованных углеродом.
Записать вывод в конспект –
свойства простых веществ, образованных углеродом, зависят от типа кристаллической решетки и прочности связей в кристаллах.
Какие химические свойства можно предположить у углерода и кремния?
Будут ли отличаться химические свойства у аллотропных форм углерода?
Учащиеся могут предсказать возможные свойства:
Взаимодействие с кислородом
17964158890000С + О2 = СО2 Н = - 394 кДж
реакция может идти иначе, в зависимости от температуры:
2С + О2 = 2СО
10000
11391901860550011391907175500 С + СО2 2СО
Кремний горит при t0 > 4000 C:
27012906477000 Si + О2 = SiO2 - Н .Взаимодействие с металлами : 0 0 t0 +3 -4
4Al + 3C = Al4C3
карбид алюминия
t0 +2 -4
2Mg + Si = Mg2Si
силицид магния
Однако окислительные свойства для углерода и кремния не характерны.
Взаимодействие с водородом:
Ni , t0
10915651797050010915656540500 C + 2H2 CH4
метан
Si + H2
Соединение SiH4 получают косвенным путем.
Взаимодействие с оксидами металлов
( учащиеся могут вспомнить реакции доменного производства и производства стали)
+3 0 0 +4
98679011557000 2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2
+2 0 0 +4
748665132715002MnO + Si 2Mn + SiO2
Аллотропные модификации проявляют одинаковые химические свойства, но с разной активностью.
Записать вывод в конспект:
наиболее характерное свойство углерода – его восстановительная способность.
Домашнее задание: Прочитать § 25,25, выполнить упр. №1-7 устно; задача №2, стр. 91