Углерод и кремний

Автор

Андреева Елена Сергеевна

Предмет

Химия

Раздел

Неорганическая химия

Тема изучения

Углерод и кремний

Тема урока

Положение углерода и кремния в периодической таблице химических элементов Д.И.Менделеева

Тип урока

Изучение нового материала

Цель урока

изучить элементы IVA группы (подгруппы углерода) на основе их положения в периодической системе и особенностей строения их атомов

Основное содержание темы

Размещение электронов углерода и кремния по орбиталям; соединениями углерода и кремния; физические и химические свойства углерода и кремния.

Термины и понятия

Углерод, кремний, s-орбиталь, p-орбиталь, электронное облако, вакантная орбиталь, графит, алмаз.

Образовательные результаты

Личностные

Метапредметные

Предметные

Формирование целостного мировоззрения;

Формирование ответственного отношения к учению

Познавательные УУД:

выявлять основания для сравнения и классификации (состав, строение, свойства);

Регулятивные УУД:

определять учебные задачи, планировать и организовывать свою деятельность по их решению;

Коммуникативные УУД:

умение слушать учителя; грамотно формулировать вопросы и отвечать на вопросы.

формирование первоначальных систематизированных представлений о веществах, их превращениях и практическом применении;

Овладение основами химической грамотности;

Осознание объективной значимости основ химической науки

Организация образовательной среды

Ресурсы

Химический эксперимент

Расчетные задачи

Межпредметные и метапредметные связи

Формы работы

Информационный материал: Рудзитис, Г.Е., Химия: неорганическая химия: учебник для 9 класса общеобразовательных учреждений [Текст]/ Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.- М.: Просвещение, 2012.- 74 с.

Оборудование и материалы: Периодическая таблица химических элементов Д.И.Менделеева, макеты кристаллических решеток углерода, ноутбук, проектор, учебник.

Задача 1. При взаимодействии углерода с концентрированной серной кислотой выделилось 13,44 л смеси двух газов (н.у.). Рассчитайте массу углерода, вступившего в реакцию.

Решение. Пусть в реакцию

С + 2Н₂SО_4(конц) = СО₂↑ + 2SО₂↑ + 2Н₂О

вступило х моль С, тогда образовалось х моль СО₂ и 2х моль SО₂, всего Зх моль газов. По условию, количество газов в смеси равно 13,44/22,4 = 0,6 = Зх, откуда х = 0,2. Масса углерода равна 0,2^.12 = 2,4 г.

Ответ. 2,4 г С.

Задача 2. При полном гидролизе смеси карбидов кальция алюминия образуется смесь газов, которая в 1,6 раза легче кисло­рода. Определите массовые доли карбидов в исходной смеси.

Решение. В результате гидролиза образуются метан и ацети­лен:

Аl₄С₃ + 12Н₂О = 4Аl(ОН)₃ + 3СН₄↑,

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂↑.

Пусть в исходной смеси содержалось х моль Аl₄С₃ и у моль СаС₂, тогда в газовой смеси содержится 3х моль СН₄ и у моль С₂Н₂. Средняя молярная масса газовой смеси равна:

М_ср = M(О₂) / 1,6 = 20 = (3x^.16 + у^.26) / (3х+у), откуда у = 2х.

Массовые доли карбидов в исходной смеси равны:

ω(Аl₄С₃) = 144x / (144х+64у) • 100% = 52,94%,

ω(CаС₂) = 64у / (144х+64у) • 100% = 47,06%.

Ответ. 52,94% Аl₄С₃, 47,06% СаС₂.

Задача 3. При взаимодействии сложного вещества “А” с из­бытком магния при нагревании образуются два вещества, одно из которых — “В” — под действием соляной кислоты выделяет ядо­витый газ “С”. При сжигании газа “С” образуются исходное ве­щество “А” и вода. Назовите вещества “А”, “В” и “С”. Напишите уравнения перечисленных химических реакций.

Решение. Вещество “А” — оксид кремния, SiO₂. При взаимо­действии SiO₂ с магнием сначала образуется кремний, который реагирует с избытком магния и образует силицид кремния, Mg₂Si ( (вещество “В”):

SiO₂ + 4Mg = Мg₂Si + 2MgО.

Силицид магния легко гидролизуется с образованием ядовитого газа силана, SiН₄ (вещество “С”):

Mg₂Si + 4НСl = SiН₄↑ + 2MgCl₂.

При сгорании силана образуются исходное вещество SiO₂ и вода:

SiН₄ + 2О₂ = SiO₂ + 2Н₂О.

Физика: установление роли углерода и кремния в природе

Биология: изучение веществ, играющих важную роль в метаболизме человека

Математика: умение выполнять математические расчеты

Индивидуальная (И)

Групповая (Г)

Фронтальная (Ф)

Организация деятельности по достижению образовательных результатов

Деятельность учителя

Деятельность учащихся

Формируемые УУД

познавательные

регулятивные

коммуникативные

личностные

1

2

3

4

5

6

I. Вводная часть: организационный момент, актуализация и мотивация учебной деятельности, целеполагание (10 минут)

1. Организует учащихся, приветствует их, проверяет присутствующих (1-2 мин.):

Здоровается с учащимися. Проверяет, все ли вы готовы к уроку. Предлагает садиться.

Кто сегодня отсутствует?

Учащиеся готовятся к уроку, стоят, молча приветствуя, учителя.

Садятся.

Сообщают отсутствующих.

Выявить основания для сравнения и классификации (состав, строение, свойства).

Определить учебные задачи, планируют и организовывают свою деятельность по их решению.

Уметь слушать учителя, грамотно формулировать вопросы и отвечать на вопросы.

Формировать ценностные ориентиры и смысл учебной деятельности.

2. Организует деятельность учащихся по актуализации понятий (3 мин.):

Ребята, сегодня мы изучим новые химические элементы.

Какие элементы расположены в IVA группы главной подгруппы Периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева?

Этот элемент входит в состав графита и алмаза?

Этот элемент входит в состав песка? (углерод и кремний)

Отвечают на вопросы учителя (Ф);

Формулируют тему занятия.

Строить логические рассуждения, устанавливать причинно-следственные связи.

Определить самостоятельно тему.

Уметь с помощью вопросов добывать информацию.

Понимать единство естественнонаучной картины мира.

Осознавать необходимость грамотного обращения с веществами в повседневной жизни.

3. Мотивирует и стимулирует деятельность учащихся (3 мин.):

предлагает ответить на вопросы:

- Ребята, что вы знаете про кремний и углерод?

- В состав каких веществ входят эти элементы?

мы продолжаем говорить о химических элементах. Как вы думаете, о чем мы сегодня поговорим?

Слушают и отвечают на вопросы учителя (Ф).

Записывают число и тему урока в рабочей тетради.

Устанавливать причинно-следственные связи.

Слушать в соответствии с целевой установкой.

Дополнять, уточнять ответы одноклассников.

Организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и одноклассниками.

Развивать любознательность и интерес.

4. Дает целевую установку (1-2 мин.): Учитель рассказывает об интересных фактах углерода и кремния.

I. Второй по распространенности химический элемент на Земле, но он никогда не встречается в свободном состоянии. Основной элемент во всех горных породах, за исключением одной разновидности — карбонатов. Глина, например, содержит в среднем 50 процентов этого элемента. Обнаружен на звездах и даже в растениях (кремний).

II. Это самое тугоплавкое из простых веществ. Температура плавления 3700 градусов Цельсия (у вольфрама, из которого делают нити накала электрических лампочек, всего 3400). У сплава карбидов гафния и тантала имеют лишь соединения этого неметалла (углерод).

предлагает ответить на вопрос:

- Какова цель нашего урока?

Редактирует и озвучивает цель урока

Формулируют тему урока и его цель. Обучающиеся формулируют цель урока: «Изучить элементы IVA группы (подгруппы углерода) на основе их положения в периодической системе и особенностей строения их атомов.

»

Устанавливают причинно-следственные связи.

Формирование умений целеполагания.

Уметь использовать речь для регуляции своей деятельности.

Строить понятные для собеседника речевые высказывания, адекватно и осознанно использовать устную и письменную речь, владеть.

Воспитывать целеустремленность, трудолюбие, самостоятельность в приобретении новых знаний и умений.

II. Основная часть: изучение нового материала, закрепление, первичный контроль и коррекция (25 минут)

1. Организует изучение нового материала (первичное усвоение новых знаний) (15 мин.):

Учитель объясняет новую тему.

Углерод встречается в природе, как в свободном виде, так и в соединениях. В свободном виде встречается в виде аллотропных видоизменений.  Углерод и кремний находятся в IV группе главной подгруппе Периодической системы. На внешнем уровне у них по четыре электрона, электронные конфигурации имеют вид: nS²nP². Они в соединениях проявляют степени окисления от –4 до +4.

Сверху вниз в подгруппе металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают. Углерод и кремний являются типичными неметаллами, германий проявляет амфотерные свойства, а олово и свинец являются типичными металлами Аллотропия углерода: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Предлагает обсудить вопросы:

- Почему углерод и кремний являются элементами-неметаллами? Как это связано с строением их электронных оболочек?

Отвечают на вопрос учителя по новому материалу (Ф).

Записывают схемы электронного строения углерода и кремния (И).

Работа с новым материалом; изучение s-орбиталей и p-орбиталей

Выполнять учебные действия в материализованной форме.

Осуществлять учебное сотрудничество с преподавателем и сверстниками; адекватно использовать устную и письменную речь.

Понимать границы собственного знания и «незнания».

Формировать ответственное отношение к учебе, готовность и способность к саморазвитию и самообразованию.

2. Вводит новые понятия (5 мин.):

Алмаз – Кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло. Применение Шлифовальный порошок, буры, стеклорезы, после огранки - бриллианты.

Графит – кристаллическое вещество серого цвета с металлическим блеском. Графит имеет строение слоистой гексагональной кристаллической решетки. Он проводит электрический ток, мягок, легко измельчается. Применение :Электроды, карандашные грифели, замедлитель нейтронов в ядерных реакторах, входит в состав некоторых смазочных материалов.

Карбин Чёрный порошок; ρ = 2 г/см3; полупроводник.. Состоит из линейных цепочек –C≡C–C≡C–и =С=С=С=С=. При нагревании переходит в графит.

Осмысливают сущность новых понятий. Записывают в тетрадях определения «алмаз», «графит», «карбин»

Осуществлять идентификацию явлений с выделением необходимых признаков.

Принимать и сохранять учебную задачу.

Адекватно использовать письменную речь.

Понимать значимость фундаментальных представлений о строении вещества для формирования целостной естественнонаучной картины мира.

3. Проводит закрепление нового материала (первичную проверку понимания) (10 мин.): организует проверку изученного материала. Решение задач.

Задача 1. При взаимодействии углерода с концентрированной серной кислотой выделилось 13,44 л смеси двух газов (н.у.). Рассчитайте массу углерода, вступившего в реакцию.

Решение. Пусть в реакцию

С + 2Н₂SО_4(конц) = СО₂↑ + 2SО₂↑ + 2Н₂О

вступило х моль С, тогда образовалось х моль СО₂ и 2х моль SО₂, всего Зх моль газов. По условию, количество газов в смеси равно 13,44/22,4 = 0,6 = Зх, откуда х = 0,2. Масса углерода равна 0,2^.12 = 2,4 г.

Ответ. 2,4 г С.

Задача 2. При полном гидролизе смеси карбидов кальция алюминия образуется смесь газов, которая в 1,6 раза легче кисло­рода. Определите массовые доли карбидов в исходной смеси.

Решение. В результате гидролиза образуются метан и ацети­лен:

Аl₄С₃ + 12Н₂О = 4Аl(ОН)₃ + 3СН₄↑,

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂↑.

Пусть в исходной смеси содержалось х моль Аl₄С₃ и у моль СаС₂, тогда в газовой смеси содержится 3х моль СН₄ и у моль С₂Н₂. Средняя молярная масса газовой смеси равна:

М_ср = M(О₂) / 1,6 = 20 = (3x^.16 + у^.26) / (3х+у), откуда у = 2х.

Массовые доли карбидов в исходной смеси равны:

ω(Аl₄С₃) = 144x / (144х+64у) • 100% = 52,94%,

ω(CаС₂) = 64у / (144х+64у) • 100% = 47,06%.

Ответ. 52,94% Аl₄С₃, 47,06% СаС₂.

Читают условие задачи, записывают решение, проверяют своё решение с ответом другого обучающегося у доски.

Устанавливать причинно-следственные связи, создавать обобщения, делать выводы.

Выполнять учебные действия в материализованной форме, учитывать правила в контроле.

Адекватно и осознанно использовать письменную речь.

Понимать единство картины мира.

5. Организует первичный контроль и коррекцию нового материала (10 мин.): предлагает решить самостоятельно задачу, представленную на слайде презентации «Положение углерода и кремния в Периодической системе химических элементов

Д.И.Менделеева»:

Задача При взаимодействии сложного вещества “А” с из­бытком магния при нагревании образуются два вещества, одно из которых — “В” — под действием соляной кислоты выделяет ядо­витый газ “С”. При сжигании газа “С” образуются исходное ве­щество “А” и вода. Назовите вещества “А”, “В” и “С”. Напишите уравнения перечисленных химических реакций.

Решение. Вещество “А” — оксид кремния, SiO₂. При взаимо­действии SiO₂ с магнием сначала образуется кремний, который реагирует с избытком магния и образует силицид кремния, Mg₂Si ( (вещество “В”):

SiO₂ + 4Mg = Мg₂Si + 2MgО.

Силицид магния легко гидролизуется с образованием ядовитого газа силана, SiН₄ (вещество “С”):

Mg₂Si + 4НСl = SiН₄↑ + 2MgCl₂.

При сгорании силана образуются исходное вещество SiO₂ и вода:

SiН₄ + 2О₂ = SiO₂ + 2Н₂О.

Выполняют задание (И), проверяют решение со слайдом на презентации.

Давать определение понятиям, обобщать понятия; осуществлять сравнение и классификацию.

Осуществлять само- и взаимоконтроль и коррекцию своей деятельности в процессе достижения результата.

Адекватно и осознанно использовать устную и письменную речь.

Понимать значимость фундаментальных представлений о строении вещества.

III. Заключительная часть: подведение итогов, рефлексия, домашнее задание (10 минут)

1. Подводит итоги урока:

Учитель оценивает работу обучающихся на уроке, выставляет оценки

Отвечают на вопрос учителя.

Записывают домашнее задание в дневник

Осознанно и произвольно строить речевые высказывания.

Понимать, обобщать и интерпретировать информацию, представленную в различных формах.

Контроль, коррекция своих действий, оценка успешности усвоения.

Умение выражать свои мысли, использовать адекватные языковые средства для отображения своих чувств, мыслей.

Понимать единство естественнонаучной картины мира и значимость естественнонаучных и математических знаний для решения практических задач в повседневной жизни.

2. Осуществляет рефлексию:

Итак, сегодня на уроке мы познакомились с положением углерода и кремния в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.

Назовите основные понятия сегодняшнего урока, что нового вы узнали? С какими трудностями вы столкнулись в процессе решения задач?

3. Задает домашнее задание:

1.§24,

2. №№14.2.–14.4. из «Сборника задач и упражнений по химии для средней школы» И.Г. Хомченко, 2-е изд., 2008 г: