Đang tải... (xem toàn văn)
I. KIẾN THỨC KỸ NĂNG 1. Kiến thức Học sinh biết vị trí của cacbon trong bảng hệ thống tuần hoàn, viết được cấu hình electron nguyên tử. Biết cấu trúc và tính chất vật lý của các dạng thù hình chính của cacbon. Biết các tính chất hoá học cơ bản của cacbon. Trong một số hợp chất, cacbon thường có số oxi hóa +2 hoặc +4. Biết vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống và sản xuất. 2. Kỹ năng Đọc, tóm tắt thông tin về tính chất vật lí, các dạng thù hình, ứng dụng và trạng thái tự nhiên của cacbon. Giải thích tính chất dựa vào đặc điểm cấu trúc tinh thể của các dạng thù hình của cacbon. Dự đoán tính chất hóa học của cacbon dựa trên kiến thức về cấu tạo nguyên tử, các số oxi hóa của nguyên tố cacbon. Chọn phản ứng hóa học để minh họa. Vận dụng được những tính chất vật lí và hoá học của cacbon để giải các bài tập có liên quan. Biết sử dụng các dạng thù hình của C trong các mục đích khác nhau. 3. Thái độ Hs tự giác, tích cực nghiên cứu tính chất của các chất. Biết làm việc hợp tác với các hs khác để xây dựng kiến thức mới về cacbon.
CACBON I. KIẾN THỨC KỸ NĂNG 1. Kiến thức - Học sinh biết vị trí của cacbon trong bảng hệ thống tuần hoàn, viết được cấu hình electron nguyên tử. - Biết cấu trúc và tính chất vật lý của các dạng thù hình chính của cacbon. - Biết các tính chất hoá học cơ bản của cacbon. Trong một số hợp chất, cacbon thường có số oxi hóa +2 hoặc +4. - Biết vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống và sản xuất. 2. Kỹ năng - Đọc, tóm tắt thông tin về tính chất vật lí, các dạng thù hình, ứng dụng và trạng thái tự nhiên của cacbon. - Giải thích tính chất dựa vào đặc điểm cấu trúc tinh thể của các dạng thù hình của cacbon. - Dự đoán tính chất hóa học của cacbon dựa trên kiến thức về cấu tạo nguyên tử, các số oxi hóa của nguyên tố cacbon. Chọn phản ứng hóa học để minh họa. - Vận dụng được những tính chất vật lí và hoá học của cacbon để giải các bài tập có liên quan. - Biết sử dụng các dạng thù hình của C trong các mục đích khác nhau. 3. Thái độ - Hs tự giác, tích cực nghiên cứu tính chất của các chất. - Biết làm việc hợp tác với các hs khác để xây dựng kiến thức mới về cacbon. II. CHUẨN BỊ CỦA GV VÀ HS 1. Chuẩn bị của giáo viên - Sơ đồ biểu diễn các trạng thái tự nhiên của cacbon. - Hệ thống câu hỏi (phiếu học tập), bút lông, giấy A4 2. Chuẩn bị của học sinh - Hs xem cấu trúc tinh thể kim cương (lớp 10), và tính chất hoá học của cacbon (lớp 9). - Hs xem qua bài mới trước khi lên lớp III.PHƯƠNG PHÁP: Trực quan, thảo luận, đàm thoại, phát vấn IV. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC 1. Ổn định tình hình lớp (1 phút) - Điểm danh học sinh trong lớp, ổn định trật tự. 2. Đặt vấn đề (3 phút) - Gv đặt câu hỏi cho hs: “em nào có thể cho thầy biết ở chương trình hóa năm học trước chúng ta đã được học về các nhóm nguyên tố phi kim nào?” Sau khi học sinh trả lời, giáo viên nhận xét và thông báo. Ở chương trình hóa học 10 các em đã được tìm hiểu qua 2 nhóm nguyên tố phi kim là nhóm Oxi và nhóm Halogen. Lên lớp 11 các em được học thêm nhóm phi kim Nito – Photpho. Và hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu về nhóm phi kim cuối cùng, có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Chúng ta cùng đến với chương III nhóm CACBON – SILIC - Các em đều biết kim cương rất có giá trị, nó không những được dùng làm đồ trang sức mà còn là chất cứng nhất nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, nhưng ngược lại than chì lại có rất nhiều và mềm mặc dù kim cương và than chì đều tạo từ nguyên tố Cacbon. Vậy Cacbon còn dạng thù hình nào khác và tính chất của chúng như thế nào, chúng ta cùng tìm hiểu ở bài đầu tiên của chương này. Bài CACBON. - Tiến trình bài dạy: HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG Hoạt động 1: Tìm hiểu vị trí và cấu hình electron nguyên tử của cacbon (6 phút) I. VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ 1 - Gv chia lớp thành 6 nhóm thảo luận giải quyết các yêu cầu trong phiếu học tập số 1 (gv phát cho mỗi nhóm 1 giấy A4 cùng 1 viết lông, hs trình bày kết quả thảo luận ra giấy và nộp lại) - Gv thông tin thêm: cacbon có 2 electron độc thân ở phân lớp 2p. Khi ở trạng thái kích thích, 1 electron ở phân lớp 2s chuyển sang phân lớp 2p, lúc này cacbon bị kích thích có cấu hình e là 1s 2 2s 1 2p 3 với 4 electron độc thân. Nhóm hs làm việc, thảo luận, báo cáo kết quả. - (Z=6) 1s 2 2s 2 2p 2 - Cacbon ở ô thứ 6, chu kì 2, nhóm IVA - Có 4e lớp ngoài cùng nên trong hợp chất nguyên tử cacbon có thể tạo tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác. - Các số oxi hóa của cacbon là –4; 0; +2 và +4 - Cacbon (Z=6) 1s 2 2s 2 2p 2 - Cacbon ở ô thứ 6, chu kì 2, nhóm IVA - Có 4e lớp ngoài cùng nên trong hợp chất nguyên tử cacbon có thể tạo tối đa 4 liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử khác. - Các số oxi hóa của cacbon là –4; 0; +2 và +4 Vd: CH 4 ; C; CO; CO 2 Hoạt động 2: tìm hiểu về tính chất vật lí (10 phút) - Tính chất vật lí của cacbon phụ thuộc trực tiếp vào cấu trúc mạng tinh thể của các dạng thù hình. - Gv phát phiếu học tập số 2. Yêu cầu học sinh thảo luận hoàn tất nội dung trong phiếu học tập. - Sau khi các nhóm nộp lại kết quả thảo luận. Gv gọi bất kì các thành viên ở mỗi nhóm trả lời các câu hỏi sau: + Tại sao kim cương lại cứng? + Tại sao than chì lại mềm? + Do đâu mà cacbon vô định hình có tính hấp phụ mạnh? - Gv giải thích rõ 3 ý trên cho hs hiểu. + Do cấu trúc tháp tứ diện đều, 1 C liên kết với 4 C khác bằng liên kết CHT bền nên Kim cương có độ cứng rất cao. (Kim cương – 10; đá cẩm thạch – 3; thạch anh – 7… theo Mohs) - Hs quan sát mạng tinh thể kết hợp đọc nội dung sgk, tiến hành thảo luận để hoàn thành nội dung phiếu số 2. - Hs giải đáp câu hỏi phụ có sự trợ giúp của các thành viên trong nhóm (nếu cần) + Do cấu trúc tứ diện đều, 1 C liên kết với 4 C khác bằng liên kết CHT bền. + Do cấu trúc lớp, các lớp liên kết với nhau bằng tương tác yếu + Do cấu tạo xốp mà cacbon vô định hình có tính hấp phụ mạnh. II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ - Nguyên tố cacbon có 1 số dạng thù hình chính là kim cương, than chì, fuleren và cacbon vô định hình. Chúng khác nhau về tính chất vật lý. Kim cương: Tinh thể trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém Cấu trúc tứ diện đều Rất cứng, là chất cứng nhất Than chì: Tinh thể màu xám đen Cấu trúc lớp Mềm, dễ tách lớp Fuleren: Gồm các phân tử C 60 , C 70 , … Cấu trúc hình cầu rỗng Cacbon vô định hình: Cấu tạo xốp Khả năng hấp phụ mạnh 2 + Do cấu trúc lớp, các lớp liên kết với nhau bằng tương tác yếu, các lớp than chì dễ tách khỏi nhau, khi vạch lên giấy sẽ để lại vạch đen gồm nhiều lớp tinh thể than chì. + Ngoài ra, 1 loại dạng thù hình của C mà chúng ta chưa được học đó là Fuleren bao gồm các phân tử C 60 , C 70 , … có cấu trúc hình cầu rỗng. + Cacbon vô định hình cũng được xem là 1 dạng thù hình của cacbon, Trong dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể của than chì nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn. Có cấu tạo xốp, khả năng hấp phụ cao các chất khí và chất tan trong dung dịch. Hoạt động 3: tìm hiểu về tính chất hóa học (12 phút) - Gv: Trong dạng vô định hình, cacbon chủ yếu có cấu trúc tinh thể của than chì nhưng không liên kết lại trong dạng tinh thể lớn nên sẽ ít tiêu tốn năng lượng cho việc phá vỡ mạng tinh thể so với kim cương và than chì. Chính vì thế mà cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học so với các dạng tồn tại khác. - Gv tổ chức cho các nhóm thảo luận giải quyết nội dung: Từ nội dung phần I – Vị trí và cấu hình electron nguyên tử, em hãy dự đoán tính chất hóa học cơ bản của C. Cho ví dụ minh họa, chỉ rõ vai trò của C trong mỗi phản ứng? - Gv bổ sung: Mặc dù cacbon thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa trong các phản ứng oxi hóa – khử song tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của cacbon. - Các nhóm thảo luận và giải đáp. Hs: Cacbon có số oxi hóa trung gian (0) có khả năng tăng (lên +2, +4) hoặc giảm (xuống – 4) trong các phản ứng oxi hóa – khử, thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa. III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC - Trong các dạng tồn tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy nhiên ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, khi đun nóng ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng được với nhiều chất. - Cacbon thể hiện tính khử hoặc tính oxi hóa trong các phản ứng oxi hóa – khử song tính khử vẫn là tính chất chủ yếu của cacbon. 3 - Gv đặt vấn đề: Cacbon thể hiện tính khử khi tác dụng với những chất nào? - Gv chỉ định 1 học sinh nêu một vài ví dụ? - Gv đặt câu hỏi thảo luận: Khi sử dụng bếp than, khí nào gây đau đầu, chóng mặt, khó chịu? Nên sử dụng bếp than như thế nào để giảm thiểu sự ô nhiễm không khí? - Gv thông tin thêm về tác hại của việc đốt than tổ ong trong phòng kín. - Gv: ngoài ra C cũng thể hiện tính khử khi tác dụng với các chất oxi hóa như HNO 3 , H 2 SO 4đ , KClO 3 , … Trong các phản ứng này, C thường bị oxi hóa đến C +4 trong CO 2 . - Gv đặt vấn đề: Ngoài tính khử, C còn thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với những chất nào? Cho ví dụ minh họa. - Hs: Cacbon thể hiện tính khử khi tác dụng với chất oxi hóa. - Hs: Các chất oxi hóa như O 2 , HNO 3 , H 2 SO 4đặc , … - Hs: Khi sử dụng bếp than, khí CO là khí gây đau đầu chóng mặt. Nên sử dụng bếp than ở nơi thoáng khí (dư O 2 ) để giảm thiểu lượng khí CO tạo ra. - Hs: C thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với những chất khử mạnh như H 2 và các kim loại hoạt động. 1. Tính khử a. Tác dụng với oxi 0 +4 C + O 2 CO 2 Ở nhiệt độ cao, C lại khử CO 2 theo phản ứng: 0 +4 +2 C + CO 2 2CO Sản phẩm tạo ra trong quá trình đốt cháy chứa đồng thời khí CO 2 và CO. Điều kiện Oxi dư, sản phẩm tạo ra chứa nhiều khí CO 2 , điều kiện thiếu Oxi sản phẩm tạo ra chứa nhiều khí CO. b. Tác dụng với hợp chất 0 +5 +4 +4 C + 4HNO 3đ CO 2 + 4NO 2 +2H 2 O 2. Tính oxi hóa a. Tác dụng với hidro 0 –4 C + 2H 2 CH 4 b. Tác dụng với kim loại 0 –4 4Al + 3C Al 4 C 3 Hoạt động 4: Ứng dụng (4 phút) Gv: Yêu cầu hs dựa vào kiến thức thực tế và sách giáo khoa trình bày các ứng dụng của Cacbon. Gv thông tin thêm về ứng dụng của cacbon Hs: Trình bày ứng dụng của Cacbon có sự bổ sung của các thành viên trong lớp. IV. ỨNG DỤNG Kim cương Đồ trang sức. Mũi khoan, dao cắt thủy tinh. Bột mài (đánh bóng). Than chì Bút chì. Điện cực, chất bôi trơn. Nồi nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt. Than cốc: làm chất khử trong luyện kim. Than gỗ: chế tạo thuốc nổ đen, thuốc pháo. 4 Than hoạt tính: mặt nạ phòng độc, dùng trong công nghệ hóa chất. Than muội: dùng làm chất độn cao su, mực in, xi đánh giày. Hoạt động 5: Trạng thái tự nhiên (4 phút) Gv: Yêu cầu hs dựa vào kiến thức thực tế và sách giáo khoa trình bày các nội dung sau: + Trong tự nhiên C tồn tại ở những trạng thái nào? + Vai trò của C đối với sự sống? Hs: Tham khảo sách giáo khoa. V. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN (Chuẩn bị sẵn sơ đồ) Hoạt động 6: Điều chế (4 phút) Gv: Trình bày các phương pháp điều chế C ở các dạng khác nhau. Hs: Tham khảo sách giáo khoa. VI. ĐIỀU CHẾ - Kim cương nhân tạo: Nung than chì ở 2000 o C, áp suất 50 đến 100 nghìn atmotphe với xúc tác Fe, Cr, Ni. - Than chì nhân tạo: Nung than cốc ở 2500 – 3000 o C trong lò điện không có không khí. - Than cốc: Nung than mỡ ở 1000 o C trong lò cốc không có không khí. - Than mỏ: khai thác trực tiếp. - Than gỗ: đốt gỗ trong điều kiện thiếu không khí. - Than muội: CH 4 C +2H 2 Hoạt động 7: Củng cố - nhắc nhở (1 phút) Gv yêu cầu học sinh nắm vững các ý sau: - Tính chất lý - hóa của C. - C thể hiện tính oxi hóa hoặc tính khử nhưng tính khử vẫn là tính chất chủ yếu. - Phương pháp điều chế C, ứng dụng và trạng thái tự nhiên của C. Gv cho bài tập về nhà: 1, 2, 3, 4, 5 trang 70/sgk 5 PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 - Cho biết Cacbon có Z = 6. Viết cấu hình electron của Cacbon - Xác định vị trí của cacbon trong bảng tuần hoàn - Hãy cho biết số oxi hóa có thể có của nguyên tố cacbon. Giải thích, nêu ví dụ minh họa. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau: Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính Cấu trúc Tứ diện Cấu trúc lớp Cấu tạo xốp Tính chất Trong suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt kém, rất cứng. Màu xám đen, mềm Khả năng hấp phụ mạnh các chất khí và chất tan trong dung dịch. PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau: Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính Cấu trúc Tính chất PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau: Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính Cấu trúc Tính chất 6 Cacbon tự do Trạng thái tự nhiên Cơ sở của các tế bào động thực vật Khoáng vật 7 . tại của cacbon, cacbon vô định hình hoạt động hơn cả về mặt hóa học. Tuy nhiên ở nhiệt độ thường cacbon khá trơ, khi đun nóng ở nhiệt độ cao, cacbon phản ứng được với nhiều chất. - Cacbon. dạng thù hình chính của cacbon. - Biết các tính chất hoá học cơ bản của cacbon. Trong một số hợp chất, cacbon thường có số oxi hóa +2 hoặc +4. - Biết vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống. TẬP SỐ 1 - Cho biết Cacbon có Z = 6. Viết cấu hình electron của Cacbon - Xác định vị trí của cacbon trong bảng tuần hoàn - Hãy cho biết số oxi hóa có thể có của nguyên tố cacbon. Giải thích,