«Многоликий углерод»




Скачать 145.01 Kb.
Название«Многоликий углерод»
Дата06.11.2012
Размер145.01 Kb.
ТипУрок





206-633-685

Тема урока: «Многоликий углерод» (9класс)

Климова Марина Александровна, учитель химии и биологии
МОУ СОШ № 6 г.о. Орехово-Зуево, Московская область


Тип урока: Обобщающий.


Вид урока: Урок – интервью.


Цели урока:

Образовательные

Обобщить и систематизировать знания о характерных особенностях углерода и его соединений; значении этих соединений в природе и жизни человека.

Развивающие

Развивать самостоятельность в работе с учебником, материалами периодической печати, с научно-популярной литературой.

Воспитательные

Воспитывать умение работать в атмосфере поиска, творчеств успеха. Способствовать воспитанию личности с высоким уровнем экологической культуры.

Иллюстративный материал.

Модели кристаллических решёток графита и алмаза; плакаты «Круговорот углерода в природе», «Парниковый эффект», схема образования сталактитов и сталагмитов, фотографии сокровищ Алмазного фонда, образцы изделий из графита, противогаз. Карта растительности мира, презентация

Оборудование и реактивы.

Химические стаканы, колбы, лабораторный штатив, прибор для получения газов.

Соляная кислота, активированный уголь, раствор йода, раствор перманганата калия или чернил, раствор гидроксида кальция, мрамор, минеральная вода.


План урока:

  1. Вступительное слово учителя.

  2. Представление журналистов.

  3. Работа исследовательских групп.

  4. Подведение итогов урока.



Подготовка к уроку:

  1. Выбор «журналистов – ведущих».

  2. Подготовка исследовательских групп.
    а) группа историков
    б) группа кристаллохимиков
    в) группа химиков
    г) группа физиологов
    д) группа биологов
    е) группа экологов.

  3. Поиск дополнительного материала по определённому кругу вопросов с каждой «группой экспертов».



Эпиграф к уроку: « Кому угрожает опасность? Вам. Разве вы не видите, что перед
вами весы, на одной чаше которых ваше могущество, а на другой


- ваша ответственность».

В.Гюго «Человек, который смеётся».

Ход урока.

Учитель:

Сегодня на уроке мы обобщим наши знания о жизненно важном для нас элементе и его семействе. Тема урока: «Многоликий углерод»

Трудно найти химический элемент, который в виде простого вещества был бы столь же многолик, как углерод. Алмаз, графит, сажа, кокс и активированный уголь – все эти совершенно непохожие друг на друга вещества состоят из одних и тех же атомов углерода, по-разному соединённых друг с другом.

Углерод способен образовывать миллионы органических соединений. Его называют царём живой природы, на его основе построена жизнь.

Почему же углерод является жизненно важным для нас?

В чём уникальность этого элемента по сравнению с другими?

Мы с вами попытаемся разобраться в этом вопросе и помочь нашим гостям – журналистам. Основательный ответ на этот вопрос вы сможете дать, если будете внимательны, сосредоточены и активны во время нашей работы.

Познакомьтесь, это Екатерина и Владимир – журналисты. Редакция журнала «Химия и жизнь» поручила им написать статью об углероде. Давайте поможем им в этом.

Екатерина:

Итак, основной вопрос – это:

Почему же именно углерод взял на себя труднейшую задачу быть основой всего живого на Земле?

Владимир:

Катя, но чтобы ответить на такой вроде бы простой вопрос, необходимо рассмотреть его со всех сторон, так как он является глобальным.

Екатерина:

Согласна. Так с чего начнём наше интервью?

Владимир:

Думаю, у нас нет исторической информации. Когда и кем был открыт углерод на Земле?

Екатерина:

По-моему, нам в этом помогут ребята из группы «эксперты – историки».

Группа историков.

● Углерод – один из немногочисленных элементов «без роду, без племени». История общения человека с этим веществом уходит во времена доисторические. Имя первооткрывателя углерода неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементного углерода – алмаз или графит была открыта раньше. И то и другое случилось слишком давно. Определённо утверждать можно лишь одно: до алмаза и до графита был открыт уголь. Углём рисовали ещё в каменном веке. Росписи известных пещер Альтамира в Испании, созданные 20 тысяч лет назад, выполнены углём.

В XVIII веке Антуан Лоран Лавуазье, изучая горение угля на воздухе и в кислороде, пришёл к выводу, что уголь – всего лишь простое вещество, и назвал новый элемент Carboneum (от латинского «Carbo» - уголь).

Ещё несколько десятилетий назад уголь считали третьей, аморфной формой углерода. Лишь во второй четверти XX века структурный анализ показал, что аморфный углерод – это по существу тот же графит.

● На протяжении тысячелетий история неразрывно связана с историей углерода. Веками он, а точнее алмаз, оставался символом могущества, богатства и власти. Желание обладать этим « царём камней» проливало реки крови, свергало царей и возводило на трон новых властителей, сметало империи и на их обломках строило другие.

В наши дни не только не утрачено веками сложившееся значение алмаза, но и наметились новые пути его использования.

Екатерина:

Спасибо. Теперь нам необходимо найти причины уникальности свойств алмаза и посмотреть на углерод глазами кристаллохимика.

Группа кристаллохимиков.

● Алмаз и графит имеют атомные кристаллические решётки, которые различаются расположением в них атомов (демонстрация моделей решёток графита и алмаза).

В атомных кристаллах атомы связаны ковалентной неполярной связью.

В кристалле алмаза каждый атом углерода имеет четырёх соседей, которые расположены от него на равных расстояниях в вершинах тетраэдра. Весь кристалл представляет собой единый трёхмерный каркас. С этим связаны многие свойства алмаза, в частности его самая высокая среди минералов твёрдость. Она - то и дала камню имя, которое происходит от греческого «адамас» - «твёрдый», «несокрушимый». Он не только очень прочный, но и тугоплавкий.

Графит отличается от алмаза своим слоистым строением. В каждом слое атомы углерода прочно связаны между собой и образуют непрерывную сетку из правильных шестиугольников, наподобие пчелиных сот. Каждый атом в таком слое имеет трёх соседей. Связи между слоями значительно слабее, чем внутри них. Графит мягкий и непрозрачный, хорошо проводит тепло и электрический ток.

Но при определённых условиях алмаз может превращаться в графит, а последний – в алмаз.

Владимир:

Итак, если мы вас правильно поняли, строение вещества определяет его свойства. А где эти свойства находят применение?

Екатерина: Продолжайте, пожалуйста.

● Техника XXI века с её высокими требованиями к качеству немыслима без алмазов. Так как алмаз – самый твёрдый минерал на Земле из него делают режущие инструменты (например, для резки стекла); алмазными коронками бурят сверхглубокие скважины. Обработанные специально огранённые алмазы, сверкающие всеми цветами радуги – это очень дорогие драгоценные камни – бриллианты.

Немецкий профессор Батеман подсчитал: алмазы стоимостью 10 миллионов долларов может перенести один человек, тогда как золото на эту сумму будет иметь массу 12 тонн.

Собрание исторических бриллиантов и изделий из них хранится в Алмазном фонде Оружейной палаты Московского Кремля.

Особое место в коллекции занимает алмаз « Шах» (88,7 карата). Им персидское правительство расплатилось за жизнь известного писателя и дипломата Александра Сергеевича Грибоедова, погибшего в Тегеране в 1829 году.

Один из самых крупных (189,6 карата) и красивых бриллиантов в мире «Орлов», который в 1773 году граф Орлов подарил императрице Екатерине II в день её именин. Она повелела вправить его в свой золотой скипетр (Символ высшей государственной власти).

● Графит используется в производстве смазочных материалов, для изготовления электродов электрических печей, в качестве блоков для атомных реакторов и добавок в антикоррозионные краски.

Сажа используется для изготовления типографской краски, картриджей, резины, косметической туши.

Екатерина:

Можно мне задать вам ещё один вопрос?

Вот все мы знаем активированный уголь, который продаётся в аптеках, но, думаю, многие не знают, что это такое и на каких свойствах основано его применение?

● На этот вопрос отвечу я.

Уголь благодаря своей пористой поверхности обладает замечательной способностью поглощать газы и растворённые вещества. Это свойство называется адсорбцией. Чем больше пористость древесного угля, тем эффективнее адсорбция. Чтобы увеличить поглотительную способность, древесный уголь обрабатывают горячим водяным паром. Обработанный таким способом уголь называется активированным.

В аптеках его продают в виде чёрных таблеток, которые принимают для удаления из желудка и кишечника вредных веществ, при пищевых отравлениях.

Впервые предложил применять активированный уголь для очистки питьевой воды и спирта Петербургский фармацевт Товий Егорович Ловиц.

«Одно это открытие сделало бы его бессмертным», - так сказал об открытии Т.Е. Ловица

русский химик А.И. Шерер.

Способность угля к адсорбции была использована Николаем Николаевичем Зелинским в противогазе, изобретённом им в период первой мировой войны.

Владимир:

Интересно было бы увидеть, как происходит адсорбция?

Екатерина:

Тогда нам необходима помощь химиков.

Группа химиков.

Демонстрационный опыт. Адсорбция углём растворов йода и чернил, оксида азота (IV).

Владимир:

Да, это убедительно, но мне кажется, что пора познакомиться с химическими свойствами углерода.

● Углерод – неметалл.

6С +6 ) ) Электронная формула 1S22S22P2

-,4е-

На внешнем энергетическом уровне содержит 4 е и до его завершения также не хватает 4е, поэтому тенденция к отдаче и принятию е у него выражена одинаково.


С – окислитель

С - восстановитель

4 AL0 + 3 C0 = AL4+3C3-4

└ +12 е ┘

2 H20 + C0 = C-4H4+1

└ +4е┘

Принимая 4 электрона на свой энергетический уровень, углерод восстанавливается, т.е. является окислителем.

C0 + O20 = C+4O2-2

└ - 4е ┘

( 2 C + O2 = 2 CO при недостатке О2)


Отдавая все внешние электроны более ЭО элементам, окисляется, т.е. является восстановителем.



Екатерина: Спасибо.

Знаешь, Володя, я слышала, что оксид углерода (II) очень токсичен и даже небольшое содержание в воздухе опасно для жизни. В периодической печати постоянно появляются сообщения об отравлениях угарным газом. Вот в МК, в статье «Унесённые пленом», вспомнили трагедию Саланга. Саланг – это знаменитый восьмикилометровый туннель, пробитый в горе. Во время афганской войны здесь задохнулись 120 десантников, отравившись угарным газом.

Владимир:

А почему его так назвали? И каково физиологическое действие угарного газа на живой организм?

Екатерина:

Давай, обратимся к экспертам – физиологам и почерпнём у них нужную информацию

Группа физиологов.

● Оксид углерода (II) опасен тем, что не имеет ни цвета, ни запаха, поэтому его присутствие в воздухе незаметно для человека. Его называют угарным газом, так как он очень ядовит. Его отравляющее действие вызвано тем, что оксид углерода(II) легко соединяется с гемоглобином крови (в 200-300 раз быстрее кислорода) и делает его неспособным переносить кислород от лёгких к тканям.

При отравлении угарным газом пострадавшего необходимо вынести на свежий воздух или открыть в помещении окна.

Число случаев отравления увеличивается зимой, когда водители прогревают мотор и салон автомобиля при закрытых окнах. В результате неполного сгорания бензина, образуется угарный газ и как следствие – смерть людей, находящихся в машине. И люди виноваты сами, так как плохо знают химию. А такие знания крайне необходимы.

А курильщики должны знать, что угарный газ является главным отравляющим веществом табачного дыма и должны думать об окружающих. Курящий во время затяжек вдыхает угарный газ. Между затяжками горящая сигарета выделяет его в 4-5 раз больше.

Длительное нахождение в помещении, где концентрация угарного газа в воздухе составляет всего 0,4 %, может привести к смерти.

Екатерина (обращаясь к химикам):

А вы хотите что-то добавить?

● Оксид углерода (II) приносит не только вред, но и много пользы. Он активный восстановитель. Это свойство, позволяет, человечеству получать миллионы тонн чугуна и стали.

Владимир (обращаясь к физиологам):

А действительно ли то, что небольшое содержание углекислого газа в воздухе даже полезно для живых организмов?

● Да, в небольшой концентрации оксид углерода (IV) не оказывает отравляющего действия на организм и даже стимулирует деятельность дыхательного центра.

Но если содержание газа повышается, то это губительно для человека и животных. При наличии в воздухе 3% СО2 наблюдается головокружение, шум в ушах, быстрая утомляемость, сонливость.

При повышении концентрации до 10%, человек начинает задыхаться, и возможен смертельный исход. Так в 1986 году в Камеруне на берегах озера Ниос погибло 1800 сельских жителей. Вот как это случилось, стояла безветренная погода, и вдруг со дна озера произошёл выброс колоссального количества углекислого газа.

Этот газ скопился у озера слоем высотой более двух метров и накрыл «с головой» все прибрежные деревни.

● А вы слышали об эффекте собачьей пещеры в Италии?

Она знаменита тем, что собаки в ней не могут находиться, погибают через несколько минут. Человек может там пребывать в нормальном состоянии.

Владимир:

А почему так происходит?

● Дело в том, что в этой пещере из земли выделяется углекислый газ, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то он располагается внизу примерно на высоте роста собаки. В таком воздухе, где углекислого газа 14% собаки и другие животные, разумеется, дышать не могут. Но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка газа в пещере.

Такие места есть и в других уголках Земли. На острове Ява есть «Долина смерти», где погибают от удушья даже крупные животные – кабаны и тигры.

Владимир:

Катя, по-моему, я скоро лопну от такого количества сведений. И всё-таки мой аппетит только возрастает.

Екатерина:

Какие вопросы тебя ещё волнуют?

Владимир:

Диоксид углерода способен под землёй перемещать тысячи тонн известняка, образуя огромные полости – карстовые пещеры.

А как это происходит? Кто сможет ответить на этот вопрос?

Группа химиков.

Мы можем дать объяснения этим процессам.

● Растворяясь в подземных водах, углекислый газ образует угольную кислоту:

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3, которая проникая по трещинам в толщу известняка, превращает его в растворимый гидрокарбонат кальция (Ca(HCO3)2)

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Эта реакция играет огромную роль в формировании облика нашей планеты. Углекислый газ в образе ваятеля и зодчего создаёт подземные дворцы в толщах карбонатных пород.

При испарении воды снова образуется карбонат кальция (CaCO3)

Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2O

Так растут сталактиты и сталагмиты. Изучением карстовых пещер занимается наука спелеология.

Несмотря на свою кажущуюся «слабость», угольная кислота не совсем безобидное вещество. Дождевые воды, содержащие углекислый газ, медленно растворяют мрамор, поэтому мраморные статуи и другие памятники искусства и старины постепенно разрушаются

Екатерина: Как вы это докажите?

Лабораторный опыт. Действие кислоты на мрамор.

Химик:

Проведём опыт. Возьмём кусочки мрамора и поместим их в прибор для получения газов. В воронку нальём осторожно соляной кислоты, немного, чтобы она закрыла весь мрамор. Почему происходит вскипание?

Какая реакция является качественной на оксид углерода(IV)?

Опустим газоотводную трубку в раствор с известковой водой (Са(ОН)2.Что наблюдаете?

Опыт подтверждает факт разрушения памятников.

CaCO3 + 2 H+ = Ca 2+ + H2O + CO2

Подобным образом поступают геологи, когда в экспедициях находят и исследуют минералы.

Проведём ещё один опыт, доказывающий снижение численности птиц в районах выпадения кислотных дождей.

Яичная скорлупа в основном состоит из карбоната кальция (92-96%), который легко разрушается при подкислении среды. Это приводит к гибели птенцовых эмбрионов.

Но известно, также, что углекислый газ постоянный компонент минеральной воды. Такая вода широко используется для лечения различных заболеваний. Например, минеральная вода « Нарзан» применяется при гастрите, язвенной болезни.

А не угостить ли вас минеральной водой? (обращается к журналистам).

Демонстрационный опыт (химик открывает бутылку с минеральной водой, показывает неустойчивость угольной кислоты).

Журналисты: Да, вкусно, отличная минеральная вода.

Екатерина:

К сожалению, наше интервью придётся продолжить на тревожной ноте.

Владимир: Послушаем наших экспертов биологов и экологов.

Группа биологов и экологов.

● Каждую минуту в мире вырубается 20 гектаров леса. Ежегодно уничтожается площадь тропического леса, равная почти всей площади Великобритании (показывает на карте).

Площадь тропических лесов Африки уменьшилась на 70 %, Южной Америки на 60%.

В Китае лишь 8% территории покрыто лесом. Значительно сократились площади лесов в России. В Сибири вырубают 600 га леса, а сажают только 200 га. Причиной 80% лесных пожаров является непогашенный окурок или костёр.

А ведь все знают, что зелёные растения – это лёгкие планеты.

У меня в руках зелёный лист, что в нём интересного?

В зелёных листьях под действием солнечного света идёт процесс образования органических веществ и кислорода из углекислого газа и воды. Этот процесс называется фотосинтез. Его суммарное уравнение выглядит так:

6 СО2 + 6 Н2О +☼ → С6Н12О6 + 6 О2

Без фотосинтеза мы не имели бы углеводов и давно умерли с голоду.

Растительный покров в настоящее время не в состоянии переработать весь углекислый газ, который образуется в результате процессов дыхания, брожения, гниения, большие количества его выделяются при извержении вулканов.

● Промышленные предприятия и быстро растущий транспорт при сжигании природного топлива выбрасывают в воздух большое количество углекислого, угарного газов и некоторых других. Эти газы образуют вокруг Земли «одеяло», которое действует как прозрачный теплоизолятор, т.е. как стекло или плёнка в парнике, поэтому этот эффект назвали «парниковым».

Без парникового эффекта Земля была бы безжизненной пустыней: поскольку всё, испускаемое Землёю тепло, уходило бы в космос, температура, у её поверхности составляла бы -15 0С, а не + 18 0С, как сейчас.

Однако увеличение промышленных выбросов и рост концентрации диоксида углерода в атмосфере может привести к глобальному потеплению климата. Тогда за счёт таяния полярных льдов поднимется уровень мирового океана, а часть суши окажется затоплена.

Владимир:

Да, действительно это тревожные факты.

Екатерина:

Давайте не будем сгущать краски, а подведём некоторые итоги.

Заключительное слово учителя.


Прочитайте эпиграф к уроку и ответьте на следующие вопросы:

  1. Как вы думаете, о какой опасности идёт здесь речь и кому она угрожает?

  2. И почему эти слова по смыслу подходят к нашему уроку?


Воздействуя на живую природу, мы воздействуем, в конечном счёте, на самих себя. Из-за

экологической безграмотности или в погоне за сиюминутной выгодой многие не задумываются о будущем. Людей не тревожит, что рано или поздно природа предъявит свой счёт и расплата может быть очень тяжёлой.

Без углерода человечество не сможет прожить, поэтому его надо использовать не только разумно, но и рационально. Человек должен исправить то, что ещё можно исправить в противном случае его постигнет участь динозавров: он погибнет.

Поэтому уже существуют перспективные международные программы, позволяющие людям избежать экологического тупика:

٭ Это безотходные и малоотходные технологии.

٭ Разработка каталитического дожигания выхлопных газов.

٭ Создание экологически чистого топлива.

٭ Расширение площади зелёных насаждений.

В судьбе природы – наша судьба.


Владимир:

Мы познакомились с химическим элементом углеродом и его соединениями. Без углерода нам было бы холодно и голодно. Благодаря карбонатам мы можем построить себе жилища. А красота алмаза и жемчуга не поддаётся никакому описанию, и ещё многие поэты будут их воспевать.

Екатерина:

А я хочу закончить нашу будущую статью стихотворением, которое будет Гимном углероду.


О, углерод, ты беспримерен!

И по числу соединений

Среди братьёв и сестёр

Миллионер ты с давних пор.


А все другие элементы

Тебе лишь только компоненты.

Сегодня можно говорить,

Что углерод – это графит,

Алмаз, карбин,

Белки, жиры и углеводы,

Спирты, кислоты и амины,

И глицерин, и витамины,

И множество других веществ,

Которых попросту не счесть.


Он образует биосферу,

Его содержит атмосфера,

Он в виде каменных углей

И нефти спрятан под землёй.

И, в общем, жизнь без углерода

Немыслима…


Ведь он в составе всех молекул:

От вируса до человека.

Он служит нам в противогазах,

В карандаше, резце алмазном,

В забое, в атомном котле,

И в космосе, и на Земле.

А изотоп его тринадцать

Даёт возможность разобраться

В далёкой глубине веков,

Измерив, возраст образцов.

Похожие:

«Многоликий углерод» iconКонспект урока с использованием информационно-коммуникационных технологий (икт)
...
«Многоликий углерод» iconУрок по географии и химии «Углерод в полезных ископаемых»
Показать, что углерод в природе встречается в тысячах углеродсодержащих соединениях в разных агрегатных состояниях: газообразном,...
«Многоликий углерод» iconСтатья посвящена проблеме разработки жидкостных ракетных двигателей малых тяг (жрдмт) с камерой сгорания (КС) из углерод-керамического композиционного материала (уккм).
Разработка жрд малой тяги с камерой сгорания из углерод-керамического композиционного материала
«Многоликий углерод» iconПлан-конспект урока углерод

«Многоликий углерод» iconЕсли прислушаться к музыке сердца, и на мгновенье забыть о делах, Ты, приоткрыв бесконечности дверцу, Ангела света узришь в небесах…
В стоимости тура: Очаровательная Прага, Саксонская Швейцария, Многоликий Амстердам, Изысканный Париж, и Современный Мюнхен, Великолепная...
«Многоликий углерод» iconВ каком из вариантов ответа углеводороды расположены в порядке уменьшения длины углерод углеродной связи?

«Многоликий углерод» iconПлан-конспект урока «Углерод»
Мбоу основная общеобразовательная школа №16 Автозаводского района г. Нижний Новгород
«Многоликий углерод» iconПрограмма проведения Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные материалы (в том числе наноматериалы) и технологии их производства»
Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология. Конструкционные и функциональные...
«Многоликий углерод» iconУглерод и его свойства
Создать условия для высокого уровня воспроизведения системы знаний и умений учащихся по данной теме
«Многоликий углерод» icon«Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология»
Президент Общероссийской общественной организации специалистов в области углерода и углеродных материалов «Углеродное общество»,...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница