Конспект уроку на тему "Бенефіс елементів підгрупи Карбону"

Тип матеріалу: 
Предмет: 
Навчальний рівень: 

Богданова Л. Є., учитель хімії вищої категорії, учитель-методист Харківського ліцею мистецтв № 133

Цілі уроку: дати характеристику Карбону і Силіцію за Періодичною таблицею Д. І. Менделєєва; порівняти будову їхніх атомів; сформувати уявлення про алотропні модифікації вуглецю — алмаз, графіт, карбін; засвоїти поняття «адсорбція», «адсорбенти»; створити умови для розвитку вміння аналізувати, самостійності в мисленні й навчальній роботі; виховувати поважне ставлення до товаришів під час роботи в малих групах.

Обладнання і реактиви: Періодична таблиця Д. І. Менделєєва, моделі кристалічних ґраток алмаза і графіту, колекції «Нафта», «Кам’яне вугілля», склянка з підфарбованою водою, колба з нітроген (IV) оксидом, активоване вугілля.

Тип уроку: комбінований.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний момент

II. Основна частина уроку

1. Вивчення нового матеріалу

Учитель. Ви звернули увагу на незвичайну тему уроку? «Бенефіс» у перекладі з французької мови — прибуток, користь, бариш. Але ми ж перебуваємо на уроці хімії, і ви можете сказати мені, що хімія — наука, що вивчає речовини, їхні властивості.

Слово «бенефіс» має й інше значення — театралізована вистава на честь одного з учасників. Ці два визначення мають безпосереднє відношення до нашого уроку. А чому я назвала урок саме так, ви відповісте мені наприкінці уроку.

У матінки-природи є два улюблені сини — Карбон і Силіцій.

Що спільного може бути між гарним барвистим букетом квітів і кам’яним вугіллям? Що спільного між нафтою і лікарськими препаратами? Ви б не наважилися купити в магазині замість парфумів або туалетної води шматочок кам’яного вугілля. І не знайшлося б жодного лікаря, який прописав би хворому замість лікарських препаратів натуральну нафту.

Однак і чорне, непоказне кам’яне вугілля, і барвистий букет квітів, і нафта — всі вони містять у своєму складі Карбон, без якого неможливе існування ні медикаментів, ні більшості вибухових речовин, ні безлічі органічних сполук, з яких, у свою чергу, складаються організми людини, тварин, рослин. І якщо матінка-природа доручила царство всього живого Карбону, то Силіцію вона віддала царство мінералів і гірських порід. Тому Силіцій можна по праву назвати елементом неживої природи. І ці два найважливіші елементи знаходяться в IV групі, головній підгрупі Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва.

Я хочу представити вам сьогодні ці два найважливіші хімічні елементи та сполуки, які вони утворюють. Познайомимося з ними ближче.

2. Самостійна робота учнів з періодичною таблицею (робота в парах) і подальше обговорення

Завдання

1. Визначте місце розташування Карбону і Силіцію в періодичній таблиці.

2. Складіть електронні формули цих елементів.

3. Визначте валентність і можливі ступені окиснення.

4. Укажіть подібність і відмінності в будові атомів Карбону і Силіцію.

5. Складіть електронну формулу атома Карбону в основному і збудженому стані та на підставі цього поясніть, чому для Карбону найбільш характерна валентність IV, а не ІІ.

Учитель. Карбон — єдиний з елементів, здатний тільки з одним Гідрогеном давати безліч сполук. Це пояснюється своєрідною хімічною будовою атома Карбону. На відміну від інших хімічних елементів, атоми Карбону здатні утворювати хімічні зв’язки один з одним, утворюючи при цьому прямі й розгалужені ланцюжки, замкнені та кільцеподібні молекулярні структури. Кількість атомів Карбону в таких сполуках коливається від одиниць до десятків і навіть сотень. Кількість сполук, що містять Карбон, уже сьогодні становить не менш ніж 2 млн. Завдяки здатності Карбону давати таку величезну кількість різних сполук виникло все багатство і розмаїтість видів рослин і тварин. Одних тільки видів комах нараховується 2–3 млн. Загальна кількість рослин на земній кулі становить близько 500 тис., кількість видів хребетних перевищує 57 тис. За даними академіка В. І. Вернадського, загальна кількість Карбону, що міститься в живій речовині, складає 100 000 млрд т. Така ж кількість Карбону міститься в морях і океанах земної кулі. 20 000 млрд т Карбону міститься в кам’яному вугіллі. 2 000 млрд т Карбону «висить» у атмосфері у вигляді вуглекислого газу. Найбільше Карбону входить до складу мармуру, крейди, вапняку — тих карбонатних сполук, з яких складаються деякі гори та гірські хребти. У минулі геологічні епохи залежно від умов, у процесі гниття тваринних і рослинних організмів утворився основний енергетичний потенціал людства — різні види нафти, кам’яного вугілля, природного газу.

На дошці — схема вмісту Карбону в речовинах.

Карбон у корисних копалинах

С

Нафта

Природний газ

Вугілля, буре вугілля, кам’яне вугілля, торф, антрацит

Алмаз

Графіт

Карбонати

CaCO3

крейда, вапняк, мармур, кальцит

Cu2CO3(OH)2

малахіт

MgCO3

доломіт

FeCO3

сидерит

Познайомимося ближче з корисними копалинами, що містять Карбон. Спочатку поговорімо про нафту.

3. Повідомлення учнів з одночасною демонстрацією колекцій «Нафта», «Вугілля»

Повідомлення 1

«Чорне золото» — так часто називають нафту. Зверніть увагу на зовнішній вигляд нафти. (Демонструє колекцію.) Це чорна, масляниста рідина, іноді вона буває червоною, синьою, світлою і навіть прозорою з характерним різким запахом. Нафта — в основному суміш різних вуглеводнів, вона містить 80–87 % Карбону, 10–14 % Гідрогену, до 5 % Сульфуру, до 3 % Оксигену, до 2 % Нітрогену. Унаслідок спалювання 10 т нафти виділяється стільки ж тепла, скільки після згоряння 13 т антрациту або 31 т дров. Вона є основою енергетики всіх галузей господарства. Відома і лікувальна нафта, багата на нафтенові й ароматичні вуглеводні. Хімізм походження нафти дотепер до кінця не з’ясований. Людство давно познайомилося з нафтою. Археологічні розкопки свідчать, що ще в долині річки Євфрат нафта та продукти її окиснення (асфальти) люди видобували 6–8 тис. років тому. Для бальзамування мумій також використовували асфальт. З нафти виготовлялися лікарські препарати. У Вавилоні нафтою освітлювали вулиці. У XV ст. з’являються перші асфальтовані вулиці в Парижі й Петербурзі. Але головне — нафта потрібна була для гасових ламп. Після винаходу інженером В. Г. Шуховим методу перегонки нафти вона стала універсальним паливом. З курсу географії ви знаєте, що на території України також є родовища нафти. Нафта залягає в районі Прикарпаття, у Полтавській, Сумській, Чернігівській областях, на території Дніпропетровська — Донецького району.

Повідомлення 2

Період часу в історії Землі, що знаменується бурхливим розвитком рослинного царства, який дав матеріал для утворення кам’яного вугілля, геологи називають кам’яновугільним. Тривалість цього періоду становить близько 75 млн років. Цей період характеризується пишною рослинністю. І сааме в цей період склалися умови для розкладу віджилих рослин без доступу повітря. Воно супроводжувалося виділенням ряду летких продуктів розпаду і поступовим збагаченням Карбоном. Так протягом тривалого часу відбувалося утворення величезних покладів торфу, зразки якого ви бачите в колекції. Його подальша доля визначалася особливостями геологічної історії кожного району. Якщо занурення суші було незначним і поклади торфу вкривалися тонкими шарами осадових порід, торф перетворювався на буре вугілля. (Демонструє колекцію зразків бурого вугілля.) За значного занурення суші й потужного нагромадження осадів торф, зазнаючи великого тиску, а іноді й дії високої температури, перетворювався на різні види кам’яного вугілля й антрацит, що містить найбільше Карбону. Антрацити мають найвищу тепловіддачу і використовуються як високоякісне, бездимне паливо в металургії та хімічній промисловості. В електротехніці з антрациту виготовляють мікрофонний порошок.

У таблиці ви можете побачити вміст Карбону в різних видах вугілля.

Вид вугілля

Вміст Карбону, %

Буре вугілля

64 – 78

Кам’яне вугілля

До 90

Антрацит

До 97

Найбільше родовище кам’яного вугілля в Україні — це Донецьке родовище.

Повідомлення 3

Найбільш економічний вид палива, що широко використовується в промисловості й побуті,— це газ. Його найпростіше транспортувати, що робить його дешевшим. Газ також є цінною сировиною для виробництва синтетичних волокон, каучуку, пластмас, спиртів, жирів, вибухових речовин, медикаментів, нітратних добрив тощо. Газ має таке ж походження, як і нафта. Але якщо нафта відома людству понад вісім тисячоліть, то газ почали використовувати лише останніми десятиліттями. Газ, що зберігається під землею, поділяють на природний (утворює самостійні скупчення) і супутній (міститься в нафті в розчиненому стані). Газ складається з вуглеводнів з домішками азоту, вуглекислого газу, сірководню, гелію й аргону.

Учитель. Але якщо нафта, вугілля, газ, крім Карбону та його сполук, містять різні домішки, то в природі існують чисті форми Карбону. Вільний вуглець зустрічається або у вигляді прозорого коштовного самоцвіту, що виграє всіма барвами веселки,— алмаза, або у вигляді непрозорої темно-сірої, майже чорної, жирної на дотик речовини — графіту. Це природні алотропні форми Карбону. Існує ще одна, штучно отримана алотропна модифікація Карбону — карбін.

Самостійна робота з підручниками з подальшим обговоренням результатів роботи

1) Відкрийте підручники, § 19, знайдіть повідомлення про фізичні властивості графіту й алмаза, заповніть таблицю.

Властивості

Графіт

Алмаз

Колір

 

 

Блиск

 

 

Густина

 

 

Температура згоряння, °С

 

 

Температура плавлення, °С

 

 

Температура алотропних переходів, °С

 

 

Твердість

 

 

Електропровідність

 

 

2) Зверніть увагу на будову кристалічних ґраток алмаза і графіту та зробіть висновок про вплив будови алмаза і графіту на їхні фізичні властивості.

Кристалічна ґратка алмазу

Кристалічна ґратка графіту

Повідомлення 4

Алмази були відомі ще в сиву давнину. Слово «алмаз» походить або від арабського «алмас», що означає «найтвердіший», або від грецького слова «адамас», що означає «незламний», «нездоланний». І те й інше натякає на твердість алмаза, який насправді є найтвердішим з усіх природних мінералів. Тривалий час єдиними постачальниками алмазів були Індія й острів Борнео. У 30-х роках XVIII ст. алмази було знайдено в Бразилії, у 1851 р.— в Австралії, у 1867 р.— у Південній Африці. Упродовж 1954–1956 рр. багаті родовища алмазів були відкриті в Якутії.

Штучно огранені алмази називають діамантами, вони є предметом розкоші. Алмаз називають «королем» коштовностей. Центральне місце серед каменів державної корони, зробленої для англійської королеви Марії, займає алмаз «Кохінор» (106 каратів). А імператриця Катерина II одержала від графа Орлова унікальний алмаз, який назвала «Орлов» (189,6 каратів). Діамантами прикрашали рамки мініатюрних портретів, ручки віял, золоті табакерки, годинники й безліч інших чудових витворів.

Великі алмази — велика рідкість, їх кількість невелика, і вони переходили з рук у руки, від одного власника до іншого. Історія кожної такої коштовності — це історія людської підлості, палацевих інтриг, кривавих злочинів. Індійським алмазом «Шах» перський уряд розплатився за кров відомого російського дипломата і видатного письменника О. С. Грибоєдова, який загинув від руки найманого вбивці 30 січня 1829 р. у столиці Персії Тегерані.

Алмази — гарні провідники тепла, електризуються в результаті тертя, не становлять перешкоди для рентгенівських променів і є хімічно стійкими. Тому техніка XXI ст. з її високими вимогами немислима без алмазів.

Повідомлення 5

Друга алотропна модифікація вуглецю — графіт. Графіт здавна використовувався людиною як барвник, для виготовлення вогнетривкого посуду. У XVI ст. графіт почали використовувати для виготовлення олівців. Зараз межі використання графіту значно розширилися. Завдяки винятковій жароміцності й хімічній інертності графіт використовують у реактивних двигунах. Його застосовують у ливарній справі й електромеханіці, для виготовлення мастильних матеріалів і фарб, у порошковій металургії, виробництві напівпровідників, як блоки для атомних котлів, тому що графіт здатний відбивати нейтрони та знижувати їх швидкість. Графіт також використовується для одержання штучних алмазів.

Деревне вугілля, одержуване в результаті нагрівання деревини без доступу повітря, є одним із різновидів так званого аморфного вуглецю. Дослідження останніх років довели, що «аморфний» вуглець часто є дрібнокристалічним графітом. Чудовою особливістю цього вугілля є здатність осаджувати й утримувати на своїй поверхні різні речовини: гази, розчинені у воді фарби тощо. Це явище називається адсорбцією.

Учитель. Проведемо лабораторні досліди, що доводять здатність вугілля адсорбувати. (Демонстрація адсорбції.)

Повідомлення 6

Це явище було відкрито в 1785 р. російським академіком Т. Є. Ловіцем. Він же вказав і на можливість використання цих властивостей вугілля для практичних цілей, наприклад для очищення затхлої води на кораблях, оцту тощо. У наставляннях до морської служби зазначалося: «У далеких морських подорожах із превеликою користю уживають вугілля для запобігання псуванню води, обпалюючи бочки зсередини». Оригінальне застосування явище адсорбції отримало в Англії, де з допомогою вугілля очищалося повітря, яке подавалося в будинок парламенту. Він розташований на річці Темзі, дуже забрудненій гнилими рештками, що отруювали повітря.

Під час Першої світової війни явище адсорбції знайшло виняткове застосування в боротьбі з бойовими отруйними речовинами — отруйними газами або парами. Вперше у квітні 1915 року німці вдалися до хімічної газової атаки, що принесла незліченні жертви і страждання солдатів. Професор, а згодом академік, М. Д. Зелінський, видатний хімік і вчений, винайшов і в липні 1915 р. провів випробування протигазу, що діяв на основі явища адсорбції. Вдихання отруєного повітря через вугільний протигаз цілком очищало повітря від отруйних домішок і оберігало солдатів від дії газоподібних отруйних речовин під час газової атаки. Деревне вугілля врятувало в минулих війнах мільйони людських життів від жахливих страждань і смерті.

Висока адсорбційна здатність вугілля широко використовується в медичній практиці, де спеціальні сорти вугілля у вигляді порошку й таблеток застосовують як універсальну протиотруту в разі різноманітних отруєнь, а також для дезінфекції кишечнику за деяких захворювань.

Учитель. Третім елементом, найбільш поширеним у природі, є Силіцій. Назва цього елемента походить від латинського «ляпіс креманс», що означає «камінь, який дає вогонь». Так називався твердий камінь, що в результаті удару давав іскру і тривалий час служив людині замість сірників для одержання вогню. Після винаходу вогнепальної зброї кремінь використовували для запалювання пороху в кремінних рушницях і пістолетах.

У кристалічному стані Силіцій добре проводить тепло, має металевий блиск, однак електропровідність його незначна. Силіцій тугоплавкий, кипить за температури 2360 °С. За кімнатної температури інертний, але в разі нагрівання до температури вище від 500 °С стає реакційноздатним і з’єднується з Оксигеном, Сульфуром, Хлором, ромом та іншими елементами. Добре розчиняючись у розплавлених металах, Силіцій утворює з деякими з них силіциди. Сплав силіцію із залізом — феросиліцій — використовується для виготовлення кислототривких виробів, а також різних сортів спеціальних сталей. Силіцій широко використовується в напівпровідниковій техніці, створення силіцієвих випрямлячів вважається одним з найбільших досягнень світової науки. Його використовують у сонячних батареях. Успіхи хімії високомолекулярних сполук ввели в коло інтересів хіміків-синтетиків і Силіцій. З поширенням Силіцію в природі та іншими галузями його застосування ви познайомитеся вдома під час підготовки до наступного уроку.

4. Узагальнення і систематизація знань

Бесіда

1. Назвіть алотропні модифікації вуглецю.

2. Що таке адсорбція? адсорбенти?

3. Вугіллям малювали в кам’яному віці, та й сьогодні художники використовують вугілля для малюнка або копіювання картин. Чому такі малюнки доводиться закріплювати хімічним способом або використовувати оброблений желатином папір?

ІІІ. Заключна частина уроку

1. Підбиття підсумків роботи на уроці

Учитель. Ми з вами познайомилися з двома хімічними елементами.

1. Чому, на вашу думку, я назвала цей урок «бенефісом»?

2. Що нового ви довідалися сьогодні на уроці?

3. Наскільки комфортно вам було сьогодні на уроці?

2. Домашнє завдання

§ 19, відповісти на запитання 113–117.

Хімія. – 2007. – № 3.

До публікації на сайті Освітнього порталу "Академія" приймаються нові авторські конспекти уроків; методичні розробки; сценарії виховних заходів; зразки шкільних творів та переказів, які відповідають новій навчальній програмі.

Популярний ВНЗ

Київський національний університет ім. Т. Шевченка

Ректор університету 
Губерський
Леонід Васильович -