Giáo án Hóa học Lớp 11 nâng cao - Bài 19: Khái quát về nhóm Cacbon - Dương Văn Toàn

Tiết : 29 Tuần :15 Ngày soạn:09/11/07 CHƯƠNG 3 : NHÓM CACBON BÀI 19 : KHÁI QUÁT VỀ NHÓM CACBON MỤC TIÊU : Kiến thức : HS biết : Kí hiệu hoá học , tên gọi các nguyên tố nhóm cacbon HS hiểu : + Tính chất hoá học chung của các nguyên tố nhóm cacbon + Quy luật biến đổi tính chất các đơn chất và hợp chất . Kĩ năng : Rèn luyện khả năng so sánh , vân dụng quy luật chung vào 1 nhóm nguyên tố . Rèn luyện khả năng lập luận , tìm được mối liên hệ giữa cấu tạo nguyên tử với tính chất hoá học của nguyên tố CHUẨN BỊ : GV chuẩn bị : Bảng tuần hoàn , Bảng 3.1 ( SGK ) : Một số tính chất của các nguyên tố nhóm cacbon . HS : Oân lại kiến thức về : Cấu tạo nguyên tử , Quy luật biến đổi tính chất các đơn chất và hợp chất trong bảng tuần hoàn . III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC HOẠT ĐỘNG GIÁOVIÊN HOẠT ĐỘNG HỌC SINH Hoạt động 1 : HS : Dựa vào BTH gọi tên các nguyên tố nhóm cacbon ? Viết kí hiệu hoá học của các nguyên tố đó ? Cho biết các nguyên tố nhóm cacbon thuộc loại nguyên tố nào ? s , p , d , f ? Hoạt động 2 : HS : Từ vị trí trong bảng tuần hoàn , hãy viết cấu hình e nguyên tử của các nguyên tử nguyên tố nhóm C và phân bố e lớp ngoài cùng vào các ô lượng tử ? Nhận xét sự giống nhau và khác nhau về cấu tạo nguyên tử của các nguyên tố ? GV : Gợi ý để HS nhớ lại mối quan hệ giữa vị trí các nguyên tố trong bảng tuần hoàn với cấu tạo nguyên tử của chúng . - Sự phân bố e vào các ô lượng tử ở trạng thái kích thích . - Liên kết được hình thành nhờ các e độc thân . Hoạt động 3 : HS : Nghiên cứu bảng 3.1 , để cho biết quy luật biến đổi tính chất của các đơn chất ? Giải thích ? GV : Yêu cầu HS vận dụng quy luật biến đổi trong 1 chu kì để so sánh tính phi kim của cacbon với nitơ , silic với photpho Hoạt động 4 : Viết công thức các hợp chất với H2 và công thức các oxit ? Nêu quy luật biến đổi tính bền nhiệt , tính khử của hợp chất với H2 ? Nêu quy luật biến đổi tính axit – bazơ của các oxit , hiđroxit tương ứng ? GV nhấn mạnh : Nguyên tử C có khả năng LK trực tiếp với nhau tạo thành mạch . ( C - C – C – C – C – C –C – C- C - .. ) Khả năng này giảm nhanh từ C đến Pb. I . VỊ TRÍ CỦA NHÓM CACBON TRONG BẢNG TUẦN HOÀN HS : Nhóm cacbon gồm các nguyên tố : cacbon ( C ) , silic ( Si ) , gemani ( Ge ) , thiếc ( Sn ) và chì ( Pb ) Thuộc nguyên tố p HS : kẻ bảng 3.1 ( SGK ) II . TÍNH CHẤT CHUNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ NHÓM CACBON Cấu hình electron nguyên tử Cấu hình electron ngoài cùng của nguyên tử : ns2np2 có 4 electron - Trạng thái cơ bản ns2 np2 - Trạng thái kích thích : ns1 np3 Sự biến đổi tính chất của các đơn chất . Từ C đến Pb tính phi kim giảm dần , tính kim loại tăng dần . C , Si : là phi kim Ge : vừa kim loại vừa phi kim Sn , Pb : là kim loại C kém hoạt động hơn N2 , Si kém hoạt động hơn P Sự biến đổi tính chất của các hợp chất - Công thức chung : RH4 ( hợp chất với H ) - Độ bền nhiệt của các hợp chất hiđrua này giảm nhanh từ CH4 đến PbH4 . - Các oxit có công thức chung : RO , RO2 .Trong đó R có số oxi hoá tương ứng +2 và +4 . - CO2 , SiO2 : là oxit axit - GeO2 , SnO2 , PbO2 và các hiđroxit tương ứng của chúng là các hợp chất lưỡng tính . - C không những có khả năng tạo liên kết cộng hoá trị với các nguyên tử của nguyên tố khác , mà còn có thể liên kết với nhau tạo thành mạch cacbon . IV. CỦNG CỐ – DẶN DÒ . GV : Yêu cầu HS giải các bài tập 1 , 2 , 3 , 4. Tr. 77 . SGK Học bài và xem trước bài : CACBON . Tiết : 30 Tuần : 15 Ngày soạn: 18/ 11/07 Bài 20 : CACBON I. MỤC TIÊU : 1. Kiến thức : Học sinh biết : Cấu trúc các dạng thù hình của cacbon Tính chất vật lí , tính chất hoá học của cacbon Vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống và kĩ thuật . 2. Kĩ năng : Vận dụng được những tính chất vật lí , hoá học của cacbon để giải các bài tập có liên quan . Biết sử dụng các dạng thù hình của cacbon trong các mục đích khác nhau . II .CHUẨN BỊ : GV : Mô hình than chì , kim cương ; Mẩu than gỗ , than muội . HS : Xem lại kiến thức về cấu trúc tinh thể kim cương ( lớp 10) ; Tính chất hoá học của cacbon . TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 : Kiểm tra bài cũ : Cho biết vị trí và tính chất của các nguyên tố nhóm cacbon ? HOẠT ĐỘNG GIÁOVIÊN HOẠT ĐỘNG HỌC SINH Hoạt động 2 : Cho HS quan sát mô hình và mẫu vật để tìm hiểu cấu trúc các dạng thù hình của cacbon . Dựa vào SGK và kiến thức thực tế trình bày tính chất vật lí các dạng thù hình của cacbon . GV : Yêu cầu HS điền đầy đủ các thông tin vào bảng ? Kim cương Than chì Cấu trúc Tính chất vật lí Dựa vào SGK cho biết những thông tin về Fuleren và cacbon vô định hình ? Hoạt động 3 Dựa vào cấu tạo của cabon : Trạng thái cơ bản 2s2 2p2 - Trạng thái kích thích : 2s1 2p3 Cho biết C có thể tồn tại những mức ( SOXH) nào ? Từ đó dự đoán tính chất hoá học của C ? Cho VD minh hoạ ? C thể hiện tính khử có thể tác dụng với những chất nào ? Viết PTHH chứng minh ? C thể hiện tính oxi hoá có thể tác dụng với những chất nào ? Viết PTHH chứng minh ? Hoạt động 4 Dựa vào tính chất lí , hoá học cho biết những ứng dụng của cacbon ? ( Của các dạng thù hình của C ) Giải thích tại sao C có những ứng dụng đó ? VD : - Tại sao kim cương lại được dùng làm dao cắt thuỷ tinh , mũi khoan ? - Tại sao than chì có thể dùng làm điện cực ? Hoạt động 5 GV yêu cầu HS dựa vào SGK và kiến thức thực tế của bản thân cho biết trạng thái tự nhiên của các dạng thù hình của C ? GV yêu cầu HS dựa vào SGK và kiến thức thực tế của bản thân cho biết cách điều chế của các dạng thù hình của C ? GV bổ sung : Nếu nung kim cương lên đến 8000C trong ĐK không có KK , kim cương sẽ chuyển thành than chì . - Muốn chuyển than chì thành kim cương nhất thiết phải dùng áp suất lớn ( Cho than chì vào Fe hoặc Si nung chảy rồi làm lạnh đột ngột ) kết tinh lại dưới dạng kim cương Tuy nhiên chưa có kết quả hoàn hảo . GV lưu ý phương pháp điều chế : than cốc , than gỗ , than muội . TÍNH CHẤT VẬT LÍ Cacbon tạo thành 1 số dạng thù hình , khác nhau về tính chất vật lí Kim cương : Tinh thể không màu , trong suốt , không dẫn điện , dẫn nhiệt kém , có khối lượng riêng là : 3,51 g/ cm3 . Tinh thể kim cương thuộc loại tinh thể nguyên tử điển hình . Kim cương là chất cứng nhất trong tất cả các chất Than chì : Tinh thể màu xám đen , có ánh kim , dẫn điện tốt nhưng kém kim loại .Tinh thể than chì có cấu trúc lớp .Các lớp liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu . Nên than chì mềm , khi vạch trên giấy nó để lại vạch đen. Fuleren : Gồm các phân tử C60 , C70 , Phân tử C60 có cấu trúc hình cầu rỗng , gồm 32 mặt với 60 đỉnh là 60 nguyên tử C . Than điều chế nhân tạo : Than cốc , than gỗ , than xương , than muội gọi là cacbon vô định hình TÍNH CHẤT HOÁ HỌC HS : - Số oxi hoá của C : - 4 , 0 , + 2 , + 4 . - Tính khử và tính oxi hoá - Ở nhiệt độ thường C khá trơ còn đun nóng C phản ứng với nhiều chất . HS dựa vào Số OXH của C Tính chất hoá học của C : 1. Tính khử Tác dụng với oxi : + Q Ở nhiệt độ cao C khử CO2 CO Tác dụng với hợp chất + 4HNO3 ( đặc ) + 4NO2 + 2H2O 2 . Tính oxi hoá Tác dụng với hiđro : + 2 H2 Tác dụng với kim loại : 4Al + 3 ỨNG DỤNG HS: Dựa vào SGK và tìm hiểu thực tế để trả lời : Kim cương : Làm đồ trang sức , chế tạo mũi khoan , dao cắt thuỷ tinh và bột mài . Than chì : Làm điện cực , làm nồi , chén để nấu hợp kim , chế tạo chất bôi trơn , bút chì đen Than cốc : Làm chất khử trong luyện kim . Than gỗ : Chế thuốc nổ đen , thuốc pháo , chất hấp phụ ( than hoạt tính ) . Than hoạt tính dùng trong mặt nạ phòng độc , công nghiệp hoá chất , y học Than muội : Chất độn khi lưu hoá cao su , sản xuất mực in , xi đánh giày TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN – ĐIỀU CHẾ Trạng thái tự nhiên HS tham khảo SGK trả lời và tự ghi vào vỡ . Điều chế . Kim cương nhân tạo : Nung than chì ở 20000C , áp suất 50 – 100 nghìn atm , xúc tác Fe, Ni , Cr Than chì nhân tạo : Nung than cốc ở 2500 – 30000C trong lò điện không có không khí . Than cốc : Nung than mỡ khoảng 10000C trong lò cốc không có không khí . Than gỗ : Đốt cháy gỗ trong điều kiện thiếu không khí . Than muội : Nhiệt phân metan có xúc tác . CH4 C + 2 H2 . Than mỏ khai thác trực tiếp từ các vỉa than ở sâu dưới mặt đất . IV . CỦNG CỐ – DẶN DÒ Củng cố : Nêu tính chất vật lí , tính chất hoá học của các dạng thù hình của C ? Dặn dò : Học bài và làm bài tập SGK . Xem trước bài : HỢP CHẤT CỦA CACBON . Tiết : 31 Tuần : 16 Ngày soạn: 19/11/07 Bài 21 HỢP CHẤT CỦA CACBON I . MỤC TIÊU 1. Kiến thức : - HS biết Cấu tạo phân tử của CO và CO2 . Tính chất vật lí của CO và CO2 . Các phương pháp điều chế và ứng dụng của CO và CO2 . HS hiểu : Tính chất hoá học của CO và CO2 . Tính chất hoá học của axit cacbonic và muối cacbonat . 2 . 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 C trong đời sống và kĩ thuật Rèn luyện kĩ năng giải các bài tập lí thuyết và tính toán có liên quan . II. CHUẨN BỊ HS : Oân tập lại cách viết cấu hình e và phân bố e vào các ô lượng tử .Xem lại cấu tạo phân tử CO2 . III .TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Hoạt động 1 Nêu tính chất vật lí và ứng dụng của các dạng thù hình của nguyên tố cacbon ? Nêu tính chất hoá học của C ? Viết phương trình phản ứng ? Viết 2 PTHH chứng minh C thể hiện tính khử ? Viết 2 PTHH chứng minh C thể hiện tính oxi hoá ? HOẠT ĐỘNG GIÁOVIÊN HOẠT ĐỘNG HỌC SINH Hoạt động 2 Yêu cầu HS viết cấu hình e của : C ( Z = 6 ) , O ( Z = 8 ) . Từ đó phân bố e vào các ô lượng tử ? ( ở TT cơ bản ) Nhân xét khả năng hình thành LK giữa các nguyên tử C và O ? Xác định số oxh của C trong CO ? C ( Z = 6 ) : 1s22s22p2 2s2 2p2 O ( Z = 8 ) 1s22s22p4 2s2 2p4 GV : Nhận xét ý kiến của HS và kết luận : Giữa 2 nguyên tử C và O hình thành 2 LK CHT và 1 LK cho - nhận C và O LK với nhau bằng một LK ba . CTCT : C = O Hoạt động 3 Nghiên cứu SGK cho biết khí CO có những tính chất vật lí gì ? So sánh CO và khí Nitơ có những đặc điểm nào giống và khác nhau ? GV : Nhận xét ý kiến của HS và bổ sung : CO và N2 có phân tử khối bằng nhau Là chất khí không màu , không mùi , hơi nhẹ hơn không khí , ít tan trong nước , nhiệt độ sôi nhiệt độ hoá rắn thấp . Điểm khác là khí CO rất độc . Hoạt động 4 Yêu cầu HS dựa vào đặc điểm cấu tạo dự đoán tính chất hoá học của CO ? Yêu cầu HS cho VD ? Viết PTHH ? + CuO + Cu GV : Nhận xét ý kiến của HS và kết luận : CO là oxit trung tính CO có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật : Nhiên liệu , chất khử trong luyện kim . CO rất độc . Hiểm hoạ nhiễm độc CO thường trong ôtô , xe tăng , tàu chiến , lò than , lò luyện kim GV : Nhận xét ý kiến của HS và kết luận Hoạt động 5 Nghiên cứu SGK cho biết CO được điều chế trong công nghiệp như thế nào ? Viết PTHH ? Sản phẩm phụ của quá trình điều chế CO là gì ? Loại chúng ra khỏi CO như thế nào ? Hoạt động 6 Yêu cầu HS viết CTCT ? Cho biết bản chất của LK hóa học trong phân tử CO2 ? GV kết luận : - LK trong CO2 là LK CHT có cực - Các nguyên tử LK với nhau bằng LK đôi . - Phân tử có cấu tạo thẳng nên không phân cực . Nghiên cứu SGK rút ra tính chất vật lí của CO2 ? GV kết luận : Khí không màu , Nặng hơn KK , ít tan trong nước , dễ hoá lỏng , dễ hoá rắn . Hoạt động 7 HS cho biết CO2 có những tính chất hoá học gì và viết PTHH minh hoạ ? GV nhận xét và giải thích : Số oxh + 4 của C khá bền nên trong các phản ứng khó bị thay đổi . Tuy nhiên khi gặp chất khử mạnh Mg , Al CO2 thể hiện tính oxh , CO2 không độc nhưng không duy trì sự sống . Hoạt động 8 GV thông tin CO2 có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật và trong đời . Cần phải điều chế CO2 với số lượng lớn . Yêu cầu HS cho biết CO2 được điều chế trong phòng thí nghiệm như thế nào ? Viết PTHH minh hoạ ? Yêu cầu HS cho biết CO2 được điều chế trong công nghiệp như thế nào ? GV bổ sung : Đốt than cốc , dầu mỏ , khí thiên nhiên làm sạch Hoá rắn CO2 Thu CO2 là sản phẩm phụ của quá trình nung vôi , quá trình lên men rượu Hoạt động 9 Yêu cầu HS cho biết đặc điểm và tính chất của axit H2CO3 ? GV nhận xét và kết luận : - H2CO3 là axit 2 nấc rất yếu và kém bền - Tạo ra 2 loại muối : muối cacbonat trung hoà ( CO) và muối cacbonat axit ( HCO). Cho biết 1 số VD các muối cacbonat ? Có thể phân muối cacbonat làm mấy loại ? Cho biết tính tan của chúng như thế nào ? GV : Đặt vấn đề , Muối cacbonat là muối của axit yếu ( H2CO3) , nên chúng có thể tác dụng với những chất nào ? Yêu cầu HS cho VD viết PTHH minh hoạ ? Từ phương trình ion rút gọn Bản chất của phản ứng ? GV : Đặt vấn đề , các muối hiđro cacbonat là muối axit nên có thể tác dụng với những chất nào ? Cho VD viết PTHH minh hoạ ? Ngoài ra ta thấy các muối cacbonat kém bền với nhiệt . Yêu cầu HS cho VD viết PTHH minh hoạ ? Cho biết 1 số ứng dụng của muối cacbonat trong thực tiễn ? I . CACBON MONO OXIT 1. Cấu tạo phân tử : HS viết cấu hình e của C và O : C ( Z = 6 ) : 1s22s22p2 ; O ( Z = 8 ) 1s22s22p4 HS phân bố e ở lớp ngoài cùng vào các ô lượng tử : Trong phân tử CO , C có số oxi hoá là + 2 C ( Z = 6 ) : 1s22s22p2 2s2 2p2 O ( Z = 8 ) 1s22s22p4 2s2 2p4 HS kết luận : Giữa 2 nguyên tử C và O hình thành 2 LK CHT và một LK cho - nhận C và O LK với nhau bằng một LK ba . CTCT : C = O 2 . Tính chất vật lí Hs nghiên cứu SGK trả lời : CO là chất khí không màu , không mùi , không vị , hơi nhẹ hơn không khí , rất ít tan trong nước , hoá lỏng ở -191,5 0C , hoá rắn ở – 205,2 0C , rất bền với nhiệt và rất độc . 3.Tính chất hoá học HS trả lời : CO rất kém hoạt động ở nhiệt độ thường Khi đun nóng CO hoạt động mạnh hơn . CO là oxit trung tính CO là chất khử mạnh CO cháy được trong không khí CO2 + Q Khi có than hoạt tính làm xúc tác , CO kết hợp với clo . CO + Cl2 COCl2 ( photgen ) CO khử nhiều oxit kim loại ở nhiệt độ cao 4 . Điều chế a) Trong công nghiệp HS trả lời : - Cho hơi nước đi qua than nung đỏ : C + H2O CO + H2 Khí than ướt : Chứa khoảng 44% CO , còn lại là các khí CO2 , H2 , N2 Thổi không khí qua than nung đỏ(trong các lògas) CO2 + C2CO Khí lò gas ( khí than khô ) : Chứa khoảng 25% CO , ngoài ra còn có N2 , CO2 b) Trong phòng thí nghiệm : HCOOH CO + H2O II . CACBON ĐI OXIT Cấu tạo phân tử : CO2 Công thức cấu tạo : O = C = O Phân tử CO2 là phân tử không có cực . Tính chất vật lí CO2 là chất khí không màu , nặng gấp 1,5 lần không khí , tan không nhiều trong nước ( ĐK thường 1 lít H2O hoà tan 1 lít CO2 ) Ở nhiệt độ thường , khi nén dưới áp suất 60 atm , khí CO2 hoá lỏng . Khi làm lạnh đột ngột ở – 760C , khí CO2 hoá thành khối rắn , trắng , gọi là “ nước đá khô ” Tính chất hoá học Khí CO2 không cháy và không duy trì sự cháy của nhiều chất . Kim loại có tính khử mạnh Mg , Al có thể cháy trong CO2 . CO2 là oxit axit Tác dụng với oxit bazơ và bazơ Muối cacbonat CO2 tác dụng với H2O Dung dịch axit cacbonic CO2 + H2O H2CO3 Điều chế Trong phòng thí nghiệm HS : Cho dung dịch HCl tác dụng với đá vôi : CaCO3 + 2HCl CaCl2 + H2O + CO2 Trong công nghiệp Khí CO2 được thu từ các quá trình đốt cháy than , quá trình chuyển hoá khí thiên nhiên , các sản phẩm dầu mỏ , quá trình nung vôi , quá trình lên men rượu , III. AXIT CACBONIC VÀ MUỐI CACBONAT 1.Axit cacbonic : H2CO3 Axit H2CO3 là axit rất yếu kém bền , dễ bị phân huỷ thành khí CO2 và H2O . Axit H2CO3 là axit 2 nấc : H2CO3 ; K1 = 4,5 . 10 – 7 ; K2 = 4,8 . 10 – 11 2. Muối cacbonat Có 2 loại : - Muối hiđro cacbonat : VD : NaHCO3 , KHCO3 , NH4HCO3 . Muối cacbonat : VD : Na2CO3 , K2CO3 , (NH4)2CO3 . Tính chất Tính tan : Các muối cacbonat trung hoà của kim loại kiềm ( trừ Li2CO3 ) , amoni và các muối hiđro cacbonat dễ tan trong nước ( trừ NaHCO3 hơi ít tan ) . Các muối cacbonat trung hoà của những kim loại khác không tan hoặc ít tan trong nước . Tác dụng với axit HS lấy VD viết PTHH và phương trình ion rút gọn : VD1 : NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 HCO + H+ H2O + CO2 VD 2 : Na2CO3 + 2HCl NaCl + H2O + CO2 CO + 2H+ H2O + CO2 Tác dụng với dung dịch kiềm NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O HCO + OH – CO + H2O Phản ứng nhiệt phân . MgCO3 MgO + CO2 2NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Ứng dụng CaCO3 tinh khiết là chất bột nhẹ , màu trắng . Dùng làm chất độn trong cao su và 1 số ngành công nghiệp Na2CO3 khan , còn gọi là sođa khan , là chất bột màu trắng tan nhiều trong nước . Dùng trong công nghiệp thuỷ tinh , đồ gốm , bột giặt ,. NaHCO3 là chất tinh thể màu trắng , hơi ít tan trong nước Dùng trong công nghiệp thực phẩm , trong y học (dùng làm thuốc để giảm đau dạ dày do thừa axit ) , CỦNG CỐ – DẶN DÒ Nhắc lại cấu tạo phân tử , tính chất , cách điều chế của các hợp chất CO , CO2 , H2CO3 và các muối cacbonat ? Yêu cầu HS giải bài tập 2 , 3 Tr. 88 SGK Về nhà học bài và làm các bài tập 4 ,5 , 6 Tr. 88 SGK