Методическая разработка урока по теме: «Аллотропные видоизменения углерода» (9 класс, группа углубления) Смирнова А.Ю., учитель химии МАОУ «СОШ №102» г.Перми Тип урока: усвоения новых знаний Формы работы: работа в группах, работа с учебником и дополнительной литературой, применение интернет-ресурсов Цели: Сформировать обобщенные знания об элементах подгруппы углерода, конкретные знания учащихся об углероде, строении, свойствах и применении простых веществ, образуемых углеродом (аллотропных модификациях углерода), продолжить формирование умений сравнивать и обобщать на примере материала о строении атомов элементов IV группы главной подгруппы, аллотропных модификаций углерода, формирование умений выделять связи и зависимости типа: состав → строение → свойства → область применения; формировать научное мировоззрение, умение работать с дополнительной литературой, анализировать факты, делать выводы, умение устанавливать причинно-следственные связи между строением веществ, их свойствами и применением. Метапредметные компетентности: учебная, коммуникативная, здоровьесберегающая, социальная. Ключевые слова: кристаллическая решетка, аллотропия, алмаз, графит, карбин, поликумулен, фуллерены, графен, сажа, древесный уголь Оборудование и наглядность: периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева, модели кристаллических решеток алмаза и графита, предметы: копировальная бумага, таблетки активированного угля, противогаз, резиновые вещи, абразивные материалы (шлифовальный круг). Ход урока. Действия преподавателя Действия учащихся Организация целевого пространства. Основные проблемы: -Общая характеристика элементов подгруппы углерода, составление схем электронного строения атомов; 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 -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. температуры плавления простых веществ, образованных следующими элементами: Vгр. С+3750 С 0 N2 -198 C 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 Формулируют проблему: Почему температуры плавления простых веществ, образованных азотом и кислородом, различаются незначительно, а температуры плавления веществ, образованных азотом и углеродом, - VIгр. 0 Учащиеся составляют графические формулы строения атомов углерода и неспаренных электрона. -Какое противоречие можно сформулировать, анализируя IVгр. от углерода к свинцу в связи с ростом радиуса атомов. существенно, хотя элементы С, N, О стоят рядом в периодической О2-218 С 0 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. 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 Предлагают сжечь оба вещества и исследовать продукты сгорания алмаз является углеродом? Как доказать, что алмаз и графит состоят только из атомов углерода? -Почему алмаз и графит, имея одинаковый состав, резко Различие обусловлено разным строением кристаллических решеток различаются физико-химическими свойствами? 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. Синтетически получены карбин, поликумулен, которые Учащиеся работают в группах, составляют план ответа по теме, характеризуются цепным строением молекул, где атомы углерода используют дополнительную литературу, интернет-ресурсы. соединены между собой чередующимися тройными или двойными В 1996 году трое ученых Гарольд Коротто, Роберт Керл, Ричард Смелли связями. Какие еще аллотропные модификации углерода известны? 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. Не менее важны углеродные материалы: сажа, кокс и древесный уголь Учащиеся самостоятельно знакомятся с материалом учебника, после чего устно отвечают о применении этих углеродных материалов, рассматривают образцы резины, копировальную бумагу, древесный уголь, Что такое аллотропия? Для каких изученных ранее элементов характерна аллотропия? Могут ли иметь аллотропные видоизменения галогены? 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. Сделайте обобщенный вывод: Чем определяются свойства веществ? Формулируют и записывают вывод: свойства веществ зависят не только от Обобщение знаний, умений, навыков, компетенций. строения атомов элементов, но и от кристаллического строения веществ. Итоги занятия (рефлексия) -Какую цель занятия мы ставили в начале и какие методы использовали для ее достижения? -Было ли результативным сотрудничество в вашей Участники каждой группы выступают с кратким анализом работы группе? Какие результаты достигнуты? на уроке. Домашнее задание. Заполнить обобщающую таблицу по аллотропным видоизменениям углерода: Название аллотропного видоизменения, состав Особенности строения Физикомеханические свойства Применение, обусловленное свойствами