Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

Конспект урока: Общая характеристика элементов IVА-группы. Углерод. Кислородные соединения углерода

Неметаллы

02.03.2024
4928
0

Общая характеристика элементов IVА-группы. Углерод

План урока

  • Общая характеристика IVA-группы
  • Строение атома углерода
  • Углерод как простое вещество
  • Химические свойства углерода

Цели урока

  • рассмотреть строение атома и аллотропные модификации углерода
  • дать характеристику химическим свойствам углерода
  • рассмотреть круговорот углерода в природе

Разминка

  • Охарактеризуйте углерод по положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.
  • Основываясь на положении углерода в периодической системе, предположите, какими свойствами он может обладать.

На внешнем электронном слое элементов IVA-группы располагаются четыре электрона. Чтобы достичь устойчивого восьмиэлектронного состояния, им можно как присоединить четыре электрона, так и отдать четыре электрона. От чего это зависит: будет элемент отдавать электроны или принимать? От радиуса атома. Если радиус больше, электроны слабее связаны с ядром, следовательно, элементу легче их отдать. К таким элементам из IVA-группы относятся олово и свинец — металлы. Кремний и углерод имеют небольшие радиусы и относятся к неметаллам. А германий сочетает в себе свойства металла и неметалла.


Какую максимальную степень окисления могут приобретать элементы IVA-группы?


Строение атома углерода

Рисунок 1. Строение атома углерода

Углерод находится под шестым порядковым номером.

 

В его ядре содержится шесть протонов, а в электронной оболочке — шесть электронов. Как уже было сказано, элементы IVA-группы, в том числе углерод, могут отдавать электроны, приобретая степень окисления +4 (она является максимальной). Также углерод может отдать только два электрона, приобретая степень окисления +2. 

 

Минимальная степень окисления равна −4. Её могут принимать из IVA-группы только углерод и кремний.

Нахождение углерода в природе

В свободном состоянии на Земле углерод встречается в виде алмаза и графита.

Рисунок 2. Графит

В виде соединений углерод можно обнаружить в составе:

  • нефти;
  • природного газа;
  • горючих сланцев;
  • карбонатных минералов;
  • органических веществ.

Хорошо известный вам углекислый газ — это оксид углерода (IV). Он содержится в атмосфере планеты и в природных водах в растворённом виде. Играет важную роль в круговороте углерода, участвуя в процессах дыхания и фотосинтеза.

Углерод как простое вещество

Рисунок 3. Алмаз и огранённый алмаз — бриллиант

Важнейшими и самыми распространёнными аллотропными модификациями углерода являются графит и алмаз. На данный момент исследованы ещё такие аллотропные модификации, как графен, карбин, фуллерены и пр.

 

Алмаз — прозрачное кристаллическое вещество, самое твёрдое из всех природных веществ. В чём причина такой твёрдости алмаза? Всё дело в особой структуре атомной решётки, в которой каждый атом окружён четырьмя такими же атомами, расположенными в вершинах тетраэдра (рис. 4).

Рисунок 4. Модели кристаллических решеток алмаза и графита

По цвету кристаллы алмаза чаще всего бесцветные, но за счёт различных примесей могут приобретать окраску: синюю, голубую, красную или чёрную. Обладают очень сильным блеском.

 

Алмазы используют не только для изготовления ювелирных изделий. Благодаря высокой твёрдости их применяют для изготовления буров, свёрл, шлифовальных инструментов.

Графит — вещество тёмно-серого цвета, жирное на ощупь, имеет металлический блеск. В отличие от алмаза, графит очень мягкий, обладает хорошей тепло- и электропроводностью. Такая структура объясняется слоистым строением кристаллической решётки (рис. 4). Атомы в кристаллической решётке лежат в одной плоскости и образуют прочные шестиугольники, но сами связи между слоями достаточно слабые.

 

Также различают аморфный углерод. По структуре он напоминает графит, но главное отличие в том, что в аморфном углероде атомы расположены не упорядоченно, а хаотично. К разновидностям аморфного углерода относятся сажа и древесный уголь.

 

Сажу получают при термическом разложении метана CH4 — вещества, которое является основной составляющей природного газа. Её используют в промышленности для изготовления резины и химических источников тока.

 

Древесный уголь получают при нагревании кусочков древесины при высокой температуре без доступа воздуха. По структуре он пористый с большим количеством полостей, каналов и пустот. Благодаря этому у древесного угля есть способность к адсорбции, то есть к поглощению газов и растворённых веществ. Уголь с повышенной способностью к адсорбции называют активированным.

 

В металлургии углерод используют как восстановитель. Его получают из коксующихся углей — это особый вид каменного угля. Кокс — практически чистый углерод.

 

В результате коксования каменного угля получают: коксовый газ, каменноугольную смолу, аммиачную воду.

Химические свойства углерода

При нормальных условиях углерод — малоактивное вещество. При температуре 600–700 °С горит, образуя углекислый газ:
 

C(алмаз) + O2 = СО2.

 

Углерод —  хороший восстановитель в реакциях со сложными веществами-окислителями:
 

C + 4HNO3(конц., гор.) = CO2 + 4NO2 + 2H2O.

 

Как мы уже говорили, углерод используют в качестве восстановителя в металлургии:
 

3С + Fe2O3 = 2Fe + 3CO.

 

Углерод —  окислитель :

 

1. Взаимодействие с металлами с образованием карбидов:
 

Ca + 2C =t CaC2;

 

2. Взаимодействие с неметаллами с меньшим значением электроотрицательности:
 

Si0 + C0 = Si+4C-4,

                                                                                       

C0 + 2H20 = C-4H4+1.

 

При взаимодействии углерода и водорода образуется метан.


Упражнение 1

 

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений:  
 

 CO +С5 Al2O3 4 Al4C3 3 C 1 CH4 2 CO2.


Контрольные вопросы

  1. Какие степени окисления проявляет углерод? Приведите примеры соединений.
  2. Дайте краткую характеристику аллотропным модификациям углерода.
  3. Опишите химические свойства углерода.


Предыдущий урок
Кремний и его соединения. Силикатная промышленность
Неметаллы
Следующий урок
Халькогены. Сера. Сероводород и сульфиды
Неметаллы
Урок подготовил(а)
teacher
Дмитрий Алексеевич
Учитель химии
Опыт работы: 10 лет
Поделиться:
  • Русский сентиментализм. Н.М. Карамзин. «Бедная Лиза»

    Литература

  • Вероятность равновозможных событий

    Алгебра

  • Сложноподчиненное предложение

    Русский язык

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке