Giáo án Hóa học Lớp 11 - Chương 3: Cacbon. Silic - Nguyễn Văn Thế

CHƯƠNG Iii : cacbon - silic Bài 15 cacbon I - Mục tiêu bài học 1. Về kiến thức -Biết cấu trúc, các dạng thù hình của cacbon. -Hiểu được tính chất vật lí, hoá học của cacbon. -Vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống và kĩ thuật. 2. Về kĩ năng -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. II - Chuẩn bị GV chuẩn bị: Mô hình than chì, kim cương, mẩu than gỗ, mồ hóng. HS: Xem cấu trúc tinh thể kim cương (lớp 10), t/c hoá học của cacbon (lớp 9). III – Các họat động dạy học Hoạt động của GV Hoạt động của HS Hoạt động 1 HS: Quan sát mô hình và mẫu vật để tìm hiểu cấu truc các dạng thù hình của C. Trình bày tính chất vật lý các dạng thù hình của C. GV:Thiết kế bảng để HS điền - Dựa vào đặc điểm cấu trúc tinh thể gt các t/chất vật lý trái ngược nhau Hoạt động 2 HS dựa vào cấu trúc n/tử, các trạng thái oxi hoá của C dự đoán tính chất hoá học của nó.Viết phương trình . Chú ý: C vô định hình hoạt động mạnh nhất. Ở t0 thường khá trơ, t0 cao phản ứng với khá nhiều chất. Hoạt động 3 GV gợi ý: HS dựa vào đặc điểm cấu trỳc, tớnh chất vật lý, hoỏ học của C để hiểu được tại sao chỳng lại được sd như thế GV: tại sao kim cương được dựng làm đồ trang sức, dao cắt thuỷ tinh, than chì làm điện cực? Hoạt động 4 HS: Dựa vào SGK và kiến thức thực tế, trình bày TTTN và đ/c các dạng thù hình C Vị trí cấu hình của cacbon Cacbon nằm ở ô 6 chu kì II, nhóm 4A bảng tuần hoàn. 1s22s22p2 TÍNH CHẤT VẬT Lí Kim cương Than chì C vô định hinh Cấu truc . . T/C . TÍNH CHẤT HOÁ HỌC Tính khử: -Tác dụng với Oxi C + O2 --> CO2 Chú ý: Trên 9000, sp cháy chủ yếu là CO, dưới 4500 là CO2. C không phản ứng trực tiếp với halogen. -Tác dụng với hợp chất :ở to cao khử được nhiều oxit kl ( đứng sau Al) 3C + Fe2O3 --> 2Fe + 3CO .2-Tính oxi hoá Tác dụng với H (to) C + 2H2 --> CH4 Tác dụng với kim loại (to) 2C + Ca --> CaC2 3C + Al --> AlC3 III-ỨNG DỤNG Kim cương làm đồ trang sức,chế tạo mũi khoan,dao căt thuỷ tinh và bột mài. Than chì làm điện cực,làm nồi nấu chảy các hợp kim chịu nhiệt, chế chất bôi trơn, làm bút chì. Than cốc làm chất khử trong luyện kim. Than gỗ chế thuốc súng đen, thuốc pháo, chất hấp phụ. Than hoạt tính (loại than gỗ có khả năng hấp phụ mạnh dụng trong mặt nạ phòng độc). Than muội dùng làm chất độn khi lưu hoá cao su. III- Trạng thái tự nhiên- điều chế 1. Trạng thái tự nhiên - Kim cương & than chì là C tự do gần như tinh khiết. - C còn có trong các khoáng vật như canxit ( đá vôi, đá phấn, đá hoa đều chứa CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3, MgCO3); hoặc trong các thành phần chính của các loại than mỏ - Dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên là hỗn hợp của các chất khác nhau chứa C, chủ yếu là hiđrocacbon. - Cơ thể động thực vật chứa nhiều chất, chủ yếu do C tạo thành. 2. Điều chế - Kim cương nhân tạo: nung than chì ở 30000, 70-100 nghìn at). - Than chì nhân tạo :nung than cốc 2500-30000, trong lò điện, không có khíng khớ. - Than cốc : nung than mỡ ở 1000-12500, trong lò điện, không có không khí. - Than gỗ: đốt gỗ thiếu không khí. - Than muội: nhiệt phân mêtan có xt CH4 --> C + 2H2 - Than mỏ được khai thác ở các vỉa than nằm ở độ sâu khác nhau dưới lòng đất. IV - Củng cố bài học Bài 16 Hợp chất của cacbon I - Mục tiêu bài học 1. Về kiến thức -Biết cấu tạo phân tử.tính chát vật lí và hoá học của CO và CO2. -Các phương pháp điều chế, ứng dụng của CO và CO2. -Tính chất vật lí, hoá học của axit cacbonic và muối cacbonat. 2. Về kĩ năng -Củng cố kiến thức về liên kết hoá học. -Vận dụng kiến thức để giải thích các tính chất và ứng dụng của các oxit của cacbon trong đời sống và kĩ thuật. -Rèn luyện kĩ năng giải bài tập lí thuyết và tính tóan có liên quan. 3. Về tình cảm và thái độ -Có ý thức yêu quí và bảo vệ môi trường khí quyển trong sạch. II - Chuẩn bị HS: -Ôn lại cách viết cấu hình electron và cách phân bố e vào các ô lượng tử. -Xem lại cấu tạo phân tử CO2. III – Các hoạt động dạy học Hoạt động 1 Viết cấu hình e của C & O, phân bố vào ô lượng tử ở TTCB, nhận xet khả năng hình thành liên kết giữa nguyên tử C & O. Hoạt động 2 HS nghiên cứu SGK và cho biết: - Tính chất vật lí của CO? - So sánh với khí N2 Hoạt động 3 HS dựa vào đặc điểm cấu tạo phân tử để dự đoán tính chất hoá học của CO. GV bổ sung: Co là oxit không tạo muối, có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật như òung làm nhiên liệu kói, lảm chất khử trong luyện kim. CO rất độc, hiểm hoạ nhiễm độc thường xảy ra trongô tô, xe tăng, tầu chiến. Hoạt động 4 HS: Nêu cách điều chế trong CN? Viết pt. Sản phẩm phụ là gì? Loại chúng ra khỏi CO ntn? GV chỉ cho HS thấy bản chất của phản ứng là dựa vào tính khử của C ở nhiệt độ cao. Hoạt động 5 Nhận xét cấu tạo của phân tử CO2.Nghiên cứu SGK và rút ra tính chất vật lý của CO2.. Hoạt động 6 CO2 có những tính chất hoá học gì? Viết phương trình phản ứng minh hoạ? CO2 được điều chế ntn? H2CO3 là axit rất yếu, kém bền, tồn tại trong dung dịch loãng, dễ phân huỷ thành CO2 và H2O. GV giải thích thêm: Số oxi hoá +4 của C khá bền. Tuy nhiên khi gặp chất khử mạnh nó thể hiện là chất oxi hoá. Hoạt động 7 GV yờu cầu HS : Nhận thức đúng bản chất của phản ứng trao đổi ion . Nắm được tính tan của muối . Ion HCO3- là ion lưỡng tính. Tìm hiểu ứng dụng của một số muối cacbonat. Hoạt động 8 Sử dụng bài tập 2,3 để củng cố bài học. I - CACBON MONOOXIT (CO) 1. Cấu tạo phân tử - Ở trạng thái cơ bản: : C == O : 2.Tính chất vật li - Là chất khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khi, it tan trong nước. - t0 sôi, t0 hoá rắn thấp. Hoá lỏng -191,50C, hoá rắn ở -205,20C. - Rất bền với nhiệt . - Rất độc. 3.Tinh chất hoá học a - Có liên kết ba giống N2 nên CO rất kém hoạt động ở đk thường, hoạt động hơn khi đun nóng. CO là oxit không tạo muối. b - CO là chất khử mạnh: *CO cháy trong KK, cho ngọn lửa màu xanh lam, toả nhiều nhiệt - dùng làm nhiên liệu khí. 2CO (k) + O2 (k) --> 2CO2 (k) *Khi có than h/t tính xt, CO kết hơp được với Cl: CO + Cl2 --> COCl2 ( photgen) *Khí CO có thể khử nhiều oxit kim loại ở t0 cao: CO + CuO --> Cu + CO2 4.Điều chế a - Trong công nghiệp *Cho hơi nước đi qua than nóng đỏ: C + H2O ô CO + H2 (ằ 1050 0C) Hỗn hợp khí tạo thành là khí than ướt chứa 44% CO, 45% H2, 5% H2O, 6% N2. *Thổi không khí qua than nung đỏ trong lò ga. C + O2 -- > CO2 CO2 + C -- > 2CO hh khí thu được là khí lò ga chứa trung bình 25% CO, 70% N2, 4% CO2, 1% các khí khác. Khí than ướt, khí lò ga -- > nhiên liệu khí. b - Trong phòng thí nghiệm Cho H2SO4 đặc vào axit focmic và đun nóng: HCOOH --> CO + H2O ( có H2SO4 xt) II - CACBON ĐIOXIT & AXIT CACBONIC Cấu tạo của phân tử CO2 Công thức cấu tạo của CO2 là: O == C == O phân tử CO2 là phân tử không có cực. Tính chất vật lí khí k màu, nặng gấp 1,5 lần kk, tan ít trong nước. Ở đk thường 1 lit H2O hoà tan 1 l CO2. khí CO2 hoá lỏng ở 60 at, hoá thành khối rắn khi làm lạnh đột ngột -760C, trắng, gọi là nước đá khô . Tính chất hoá học a- Khí CO2 k duy trí sự cháy dập tắt đám cháy. -KL có tính khử mạnh cháy được trong khí CO2.: CO2 + 2Mg -- > 2 MgO + C ị Ko dùng CO2 để dập tắt đám cháy Mg , Al. b - CO2 là một oxit axit ị t/dụng với oxit bazơ hoặc bazơ , nước CO2 + H2O ô H2CO3 Trong dung dịch nó phân li theo hai nấc: H2CO3 ô HCO3- + H+ K = 4,5.10-7 HCO3- ô CO32- + H+ K = 4,8.10-11 Điều chế a - Trong công nghiệp -Nung đá vôi trong lò nung vôi công nghiệp CaCO3 (r) đ CaO (r) + CO2 -Đốt than cốc rồi làm sạch khí tạo thành, hoá rắn thành tuyết cacbonic. -Thu từ nguồn tự nhiên, trong qt lên men. b - Trong phòng thí nghiệm Cho dd HCl tác dụng với đá vôi: CaCO3 + 2HCl --> CaCl2 + H2O + CO2 III - MUỐI CACBONaT Tính chất của muối cacbonat a - Tính tan - Các muối cacbonat trung hoà của klk (trừ Li2CO3), amoni, các muối hiđro cacbonat (trừ NaHCO3 hơi ít tan) đều tan. - Các muối cacbonat trung hoà của các kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nước. b – Tác dụng với axit Các muối cacbonat tác dụng với dd axit giải phóng khí CO2 NaHCO3 + HCl --> NaCl + CO2 + H2O HCO3- + H+ --> CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCl --> 2NaCl + CO2 + H2O CO32- + 2H+ --> CO2 + H2O c-Các muối hiđrocacbonat t/dụng với dd kiềm NaHCO3 + NaOH --> Na2CO3 + H2O HCO3- + OH- --> CO32- + H2O d - Phản ứng nhiệt phân - Các muối cacbonat trung hoà của kim loại kiềm bền không bị phân huỷ. - Các muối cacbonat của kim loại khác, muối hiđrocacbonat, đều bị phân huỷ khi đun nóng. MgCO3 --> MgO + CO2 NaHCO3 --> Na2CO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 --> CaCO3 + CO2 + H2O Một số muối quan trọng CaCO3 tinh khiết là chất bột nhẹ, màu trắng, dùng làm chất độn trong lưu hoá cao su và một số ngành công nghiệp. Na2CO3 khan cũng gọi là sôđa khan là chất bột màu trắng tan nhiều trong nước. Khi \kết tinh từ dd nó tách ra ở dạng tinh thể Na2CO3.10H2O dùng trong công nghiệp thuỷ tinh, đồ gốm, bột giặt. NaHCO3 là tinh thể màu trắng hơi ít tan trong nước, được dùng trong công nghiệp thực phẩm, dùng làm thuốc chữa dau dạ dày trong y tế ( thuốc muối nabica). Bài 17 Silic và Hợp chất của silic I - Mục tiêu bài học 1. Về kiến thức Tính chất vật lí, hoá học của silic. Tính chất vật lí, hoá học của các hợp chất của silic. Các phương pháp điều chế, ứng dụng của các đơn chất và hợp chất của silic. 2. Về kĩ năng Vận dụng kiến thức để giải các bài tập có liên quan. Vận dụng kiến thức để giải quyết một số vấn đề trong thực tế đời sống. 3. Về tình cảm và thái độ Có tình cảm gần gũi với thiên nhiên nên có ý thức bảo vệ môi trường. II - Chuẩn bị GV: Mẫu vật cát, thạch anh, mảnh vải bông, dung dịch Na2SiO3, HCl, phenolphtalein, cốc, ống nghiệm, đũa thuỷ tinh. III - tiến trình dạy học Silic là nguyên tố cùng nhóm với cacbon, GV nên tổ chức cho HS thảo luận, trao đổi so sánh những tính chất giống nhau và khác nhau của hai nguyên tố Si và C. Hoạt độngcủa GV và HS Nội dung Hoạt động 1 HS nghiờn cứu SGK và cho biết tính chất vật lí của Si. Hoạt động 2 - So sỏnh với C, Si cú tớnh chất hoỏ học ntn? Hoạt động 3 HS nghiờn cứu SGK và cho biết - Trong tự nhiờn Si tồn tại ở những dạng nào và cú ở đõu? Hoạt động 4 HS cho biết ứng dụng và điều chế Si. Hoạt động 5 Quan sỏt mẫu cỏt sạch, tinh thể thạch anh cho biết t/c vật lớ SiO2. Nờu tớnh chất hoỏ học?Viết phương trỡnh ? Nờu ứng dụng trong thực tế. Hoạt động 6 GV: Làm TN 1 Nhỏ từng giọt HCl vào cốc đựng Na2SiO3 và khuấy bằng đũa thuỷ tinh đến khi xuất hiện màu trắng đục. GV: Làm TN2 Cho khớ CO2 lội qua Na2SiO3 sau vài phỳt dd bị đụng đặc GV: Làm TN3 Nhỏ PP vào Na2SiO3 d cú màu hồng I – SILIC 1. Tính chất vật lý - Cú 2 dạng thù hỡnh: Si tinh thể và Si vô định hình( ằC) - Silic tinh thể có cấu trúc giống kim cương: + màu xám, có ánh kim, dẫn điện. + T0 sôi 26200C và t0 n/c 14200C rất cao ( ằC) . + có tính bán dẫn ( khỏc C): ở t0 thường dẫn điện thấp, t0 cao thì độ dẫn điện tăng lờn. - Silic vụ định hỡnh là chất bột mầu nõu. 2. Tính chất hoá học - Cũng giống như C, Si có các số oxi hoá -4, 0, +2, +4. - Si vô định hình phản ứng mạnh hơn Si tinh thể. a - Tính khử Tỏc dụng với phi kim: - tỏc dụng với F ở đk thường, với cỏc PK khỏc ở t0 cao. Si + 2F2 đ SiF4 Si + O2 đ SiO2 Si + C đ SiC Tỏc dụng với hợp chất: Si tỏc dụng tương đối mạnh với dung dịch kiềm giải phúng H2 Si + 2 NaOH + H2O đ Na2SiO3 + H2 Nhận xột: - Số oxihoa tăng từ 0 đến +4 ( khụng cú oxi hoỏ +2) - Si cú tớnh khử mạnh hơn C.(C ko p/ứng với kiềm). b - Tớnh oxi hoỏ Tỏc dụng với kim loại: Ở t0 cao Si tỏc dụng với Ca, Mg, Fetạo thành hợp chất silixua: 2Mg + Si đ Mg2Si Nhận xột: Số oxi hoỏ của Si giảm từ 0 đến -4 ( ằC) . 3. Trạng thỏi thiờn nhiờn - Khụng tồn tại ở dạng đơn chất (khỏc C). - Hợp chất chủ yếu của Si trong tự nhiờn là SiO2 cú trong cỏt và khoỏng vật silicỏt, aluminosilicat, là thành phần chủ yếu của vỏ trỏi đất. - Cú trong cơ thể người, thực vật. 4. Ứng dụng và điều chế - Cú nhiều ứng dụng trong kĩ thuật: kĩ thuật vụ tuyến điện tử, luyện kim, chế tạo thộp silic. - Dựng chất khử mạnh để khử SiO2 ở nhiệt độ cao: TPTN: SiO2 + 2Mg đ Si + 2MgO TCN : SiO2 + 2C đ Si + 2CO II - HỢP CHẤT CỦA SILIC Silic đioxit Dạng tinh thể ntử, trắng, cứng, k tan trong nước. Trong TN chủ yếu ở dạng khoỏng vật thạch anh tinh thể lớn, ko màu, trong suốt gọi là phalờ thiờn nhiờn. Nhiệt độ sụi, t0 n/c cao. Là oxit axit. Tan trong dd kiềm đặc hoặc cacbonat kim loại kiềm n/c. SiO2 + 2NaOH đ Na2SiO3 + H2O SiO2 + Na2CO3 đ Na2SiO3 + CO2 Chỳ ý: Khụng chứa kiềm trong lọ thuỷ tinh. T/c đặc biệt: Tan trong axit HF đ khắc hỡnh. Ứng dụng: Dựng trong CN chế tạo thuỷ tinh, luyện kin, xõy dựng. Axit silixic và muối silicat Axit Silixic Na2SiO3 + 2HCl đ 2NaCl + H2SiO3 H2SiO3 ở dạng kết tủa keo khụng tan trong nước, dễ mất nước H2SiO3 đ H2O + SiO2 Khi sấy khụ axit mất một phần nước tạo Silicagen dựng để hỳt ẩm hoặc hấp phụ nhiều chất Là axit yếu, yếu hơn cả H2CO3 Na2SiO3 + CO2 + H2O đ H2SiO3 + Na2CO3 Muối Silicat Silicat KL kiềm tan được trong nước. DD đặc của Na2SiO3, K2SiO3 được gọi là thuỷ tinh lỏng dựng để chế keo dỏn thuỷ tinh và sứ Vải và gỗ tẩm thuỷ tinh lỏng khú bị chỏy IV- Củng cố bài học Bài tập về nhà/ SGK Bài 18 Công nghiệp silicat Hoạt động của GV & HS Nội dung I – Mục tiêu bài học 1. Về kiến thức Biết thành phần hoá học và tính chất của thuỷ tinh, xi măng, gốm. Biết phương pháp sản xuất thuỷ tinh, xi măng, gốm từ nguồn nguyên liệu tự nhiên. 2. Về kĩ năng Phân biệt được các vật liệu thuỷ tinh, xi măng, gốm dựa vào thành phần và tính chất của chúng. Biết cách sử dụng và bảo quản các sản phẩm làm bằng các vật liệu thuỷ tinh, xi măng, gốm . 3. Về tình cảm và thái độ Biết yêu quí và bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên. II - Chuẩn bị GV: Sơ đồ lò quay sản xuất clanke (hình 4.11), mẫu xi măng. HS: Sưu tầm và tìm kiếm những mẫu vật bằng thuỷ tinh, gốm, sứ. III - tiến trình dạy học Bài học nghiên cứu các chất, sản phẩm rất gần gũi thiết thực với đời sống. GV cần khai thác triệt để vốn kiến thức sẵn có và kinh nghiệm sống của HS để xây dựng bài học. Hoạt động 1 HS nghiên cứu SGK và từ kiến thức thực tế hãy cho biết: - Thuỷ tinh có thành phần hoá học chủ yếu là gì? - Thuỷ tinh chia làm mấy loại? - Hãy kể những vật dụng thường làm bằng thuỷ tinh. Làm thế nào để bảo vệ được những vật làm bằng thuỷ tinh? Hoạt động 2 Tìm hiểu: Thành phần hoá học chủ yếu của đồ gốm là gì? Có mấy loại đồ gốm? Cách sản xuất các đồ gốm đó như thế nào? Hoạt động 3 Xi măng có thành phần hoá học chủ yếu là gì? Xi măng Pooclămg được sản xuất như thế nào? Quá trình đông cứng xi măng xảy ra như thế nào? GV mô tả quá trình vận hành của lò clanke. Nói rõ tính chất xi măng và cách bảo quản. Hoạt động 4 GV chuẩn bị nội dung để củng cố kiến thức trọng tâm của bài học. Phân biệt thành phần tính chất, ứng dụng của thuỷ tinh, gốm, ximăng. I - thuỷ tinh - Thành phần: Các oxit kim loại: Na, Mg, Pb, ZnSản phẩm nung chảy các chất này là thuỷ tinh, thành phần chủ yếu là SiO2. - Phân loại: tuỳ vào tỉ lệ các chất kim loại, thành phần oxit kim loại: + Thuỷ tinh thường +Thuỷ tinh phalê +Thuỷ tinh thạch anh +thuỷ tinh đổi màu +Cáp quang Tính chất: Giòn, hệ số giãn nở nhiệt lớn, nên tránh va trạm mạnh, không nên thay đổi nhiệt độ đột ngột. II- Đồ gốm SGK III - xi măng SGK IV- Củng cố bài học Hướng dẫn giải bài tập ttrong SGK Bài tập về nhà 1-5 Bài 19 Luyện tập tính chất của cacbon, silic và hợp chất của chúng I - Mục tiêu bài học 1. Về kiến thức Tính chất cơ bản của C và Si. Tính chất của các hợp chất CO, CO2, H2CO3, muối cacbonat, axit silicic, muối silicat. 2. Về kĩ năng Vận dụng lí thuyết để giải thích tính chất của các đơn chất và hợp chất của C, Si. Rèn kĩ năng giải bài tập II - Tổ chức hoạt động dạy học A - kiến thức cần nhớ Hoạt động 1: Dùng phương pháp đối chiếu so sánh. Học sinh dùng phiếu học tập để hệ thống hoá lí thuyết. ( Có thể thiết kế mẫu phiếu học tập như sau: Để phiếu học tập trống, HS điền dần kiến thức theo sự hướng dẫn của GV) Cacbon Silic Đơn chất Dạng thù hình Tính chất hoá học Kim cương Than chì Vô định hình Tính khử C + O2 đ CO2 C + 2CuO đ 2Cu + CO2 Tính oxi hoá C + 2 H2 đ CH4 3C + 4Al đ Al4C3 Tinh thể Vô định hình Tính khử Si + O2 đ SiO2 Tính oxi hoá Si + 2Mg đ Mg2Si Oxit CO: CO2: Là oxit không tạo muối. Là chất khử mạnh 4CO + Fe3O4đ 3 Fe + 4 CO2 Là oxit axit CO2 + H2O đ H2CO3 CO2 + 2NaOHđNa2CO3 +H2O Là chất oxi hoá; CO2 + 2Mgđ C + 2MgO SiO2: Là oxit axit SiO2 + 2NaOHđNa2SiO3 +H2O Là chất oxi hoá; Tính chất đặc biệt SiO2 + 4HF đ SiF4 + 2H2O Axit Muối H2CO3 Axit yếu 2 nấc H2CO3 ô H+ + HCO3- HCO3- ô H+ + CO32- Kém bền H2CO3 đ CO2 + H2O Cacbonat Cacbonat trung hoà + Chỉ có cacbonat kim loại kiềm tan được + Các cacbonat khác ít tan, dễ bị nhiệt phân CaCO3 đ CaO + CO2 Cacbonat axit dễ tan, dễ bị nhiệt phân Ca(HCO3)2đCaCO3+CO2+ H2O H2SiO3 Axit rất yếu Na2SiO3+ CO2+ H2O đ H2SiO3 + Na2CO3 Rất ít tan trong nước Silicat Silicat kim loại kiềm dễ tan Hoạt động 2: B - Bài tập Chữa bài tập SGK