Giáo án Hóa học Lớp 11 - Tiết 23, Bài 15: Cacbon. Silic - Trương Văn Hưởng

Ch­¬ng 3: TiÕt 23. Bµi 15 Cacbon C (M=12) Ngµy so¹n: ...... / ...... / 20 ...... Gi¶ng ë c¸c líp: Líp Ngµy d¹y Häc sinh v¾ng mÆt Ghi chó 11a I. Môc tiªu bµi häc: 1. KiÕn thøc: Biết được : Vị trí của cacbon trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học, cấu hình electron nguyên tử, các dạng thù hình của cacbon, tính chất vật lí (cấu trúc tinh thể, độ cứng, độ dẫn điện), ứng dụng. Hiểu được: Cacbon có tính phi kim yếu (oxi hoá hiđro và kim loại), tính khử (khử oxi, oxit kim loại). Trong một số hợp chất, cacbon thường có số oxi hoá +2 hoặc +4. 2. Kü n¨ng: Viết các PTHH minh hoạ tính chất hoá học của C Trọng tâm: - Một số dạng thù hình của cacbon có tính chất vật lí khác nhau do cấu trúc tinh thể và khả năng liên kết khác nhau. - Tính chất hoá học cơ bản của cacbon : vừa có tính khử (khử oxi, hợp chất có tính oxi hoá) vừa có tính oxi hoá (oxi hoá hiđro và kim loại). 3. T­ t­ëng: II. §å dïng d¹y häc: 1. Giaùo vieän: Moâ hình caáu taïo maïng tinh theå kim cöông; than chì, fuleren ; baûng tuaàn hoaøn caùc nguyeân toá hoaù hoïc. 2. Hoïc sinh: Ñoïc kyõ baøi tröôùc khi ñeán lôùp III. Ph­¬ng ph¸p: §µm tho¹i kÕt hîp khÐo lÐo víi thuyÕt tr×nh vaø hoaït ñoäng nhoùm IV. TiÕn tr×nh bµi gi¶ng: 1. æn ®Þnh tæ chøc líp: (1') 2. KiÓm tra bµi cò: Trong giê häc 3. Gi¶ng bµi míi: Cacbon C (M=12) * GV Chieáu moät soá hình aûnh cuûa C cho HS xem: * GV thoâng tin theâm veà C cho HS: Cacbon Cacbon (chữ Hán: chất Thán, than đá; tiếng Latinh carbo có nghĩa là "than đá") đã được phát hiện từ thời tiền sử và đã được người cổ đại biết đến, họ đã sản xuất than bằng cách đốt các chất hữu cơ khi không có đủ ôxy (làm than). Các thù hình Các thù hình của cacbon là khác nhau về cấu trúc mạng nguyên tử mà các nguyên tử tinh khiết có thể tạo ra. Ba dạng được biết nhiều nhất là cacbon vô định hình, Than chì (graphit) và kim cương. Một số thù hình kỳ dị khác cũng đã được tạo ra hay phát hiện ra, bao gồm các fulleren, cacbon ống nano và lonsdaleit .... Sự phổ biến Cacbon là nguyên tố phổ biến thứ 4 trong vũ trụ về khối lượng sau hydro, heli, và ôxy. Cacbon có rất nhiều trong Mặt Trời, các ngôi sao, sao chổi và bầu khí quyển của phần lớn các hành tinh. Có khoảng 10 triệu hợp chất khác nhau của cacbon mà khoa học đã biết và hàng nghìn trong số đó là tối quan trọng cho các quá trình của sự sống và cho các phản ứng trên cơ sở hữu cơ rất quan trọng về kinh tế. Đồng vị Cacbon có 2 đồng vị ổn định, có nguồn gốc tự nhiên: cacbon-12, hay 12C, (98,89%) và cacbon-13, hay 13C, (1,11%),[13] Năm 1961, Hiệp hội hóa học lý thuyết và ứng dụng (IUPAC) đã chấp nhận đồng vị cacbon-12 làm cơ sở để đo khối lượng nguyên tử.[14] Một đồng vị không ổn định, cũng có nguồn gốc tự nhiên là đồng vị phóng xạ; cacbon-14 hay 14C. Đồng vị 14C có mặt nhiều trong không khí và lắng đọng trong các đối tượng sinh vật trên bề mặt đất, đặc biệt trong than bùn và các vật liệu hữu cơ khác.[15] Đồng vị này phân rã bằng cách phát xạ hạt β− có năng lượng 0,158 MeV, chúng được tạo ra trong khí quyển (thấp hơn tầng bình lưu và cao hơn tầng đối lưu) do nitơ phản ứng với các tia vũ trụ. Do chu kỳ bán rã có 5730 năm, 14C hầu như không có mặt trong các đá cổ,[16] Sự phong phú của 14C trong khí quyển và trong các sinh vật sống luôn là một hằng số, nhưng chúng sẽ giảm sau khi sinh vật đó chết đi. Nguyên tắc này được sử dụng trong phương pháp định tuổi cacbon phóng xạ được phát minh năm 1949, đã được con người ứng dụng rộng rãi để xác định tuổi của các vật liệu chứa cacbon với giới hạn lên đến khoảng 40.000 năm.[17][18] chủ yếu là trong khảo cổ học. Ngoài ra còn biết 15 đồng vị khác nữa và đồng vị có tuổi ngắn nhất là C8, nó phân rã theo bức xạ proton và phân rã alpha. Nó có chu kỳ bán rã là 1,98739x10-21 s.[19] Đồng vị kích thích 19C thể hiện tính chất của một hạt nhân halo, tức là bán kính của nó có thể lớn hơn đánh kể so với bán kính dự đoán nếu hạt nhân nguyên tử là một khối hình cầu có tỷ trọng không đổi.[20] Các ứng dụng khác Đồng vị Cacbon-14 được phát hiện vào ngày 27 tháng 2 năm 1940 và được sử dụng trong xác định niên đại bằng phóng xạ. Một số các thiết bị phát hiện sử dụng một lượng nhỏ đồng vị phóng xạ của cacbon làm nguồn bức xạ ion hóa (Phần lớn các thiết bị như thế sử dụng đồng vị của Americi) Graphit kết hợp với đất sét để tạo ra 'chì' sử dụng trong các loại bút chì. Kim cương được sử dụng vào mục đích trang sức hay trong các mũi khoan và các ứng dụng khác đòi hỏi độ cứng cao của nó. Cacbon được thêm vào quặng sắt để sản xuất gang và thép. Cacbon dưới dạng than chì được sử dụng như là các thanh điều tiết nơtron trong các lò phản ứng hạt nhân. Graphit cacbon trong dạng bột, bánh được sử dụng như là than để đun nấu, bột màu trong mỹ thuật và các sử dụng khác. Than hoạt tính được sử dụng trong y tế trong dạng bột hay viên thuốc để hấp thụ các chất độc từ hệ thống tiêu hóa hay trong các thiết bị thở. Các thuộc tính hóa học và cấu trúc của các fulleren, trong dạng các cacbon ống nano, có ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực mới phát sinh của công nghệ nano. Cảnh báo Cacbon tương đối an toàn. Tuy nhiên, việc hít thở vào một lượng khói lớn chứa thuần túy bồ hóng có thể gây nguy hiểm. Cacbon có thể bắt lửa ở nhiệt độ cao và cháy rất mãnh liệt (như trong Vụ cháy Windscale). Có nhiều hợp chất của cacbon là những chất độc chết người như các (xyanua, CN-), hay cacbon mônôxít, CO và một số các chất có nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp khác. Thêi gian Ho¹t ®éng cña Gi¸o viªn Ho¹t ®éng cña Häc sinh Néi dung 10' * Ho¹t ®éng 1: - Caùc em haõy cho bieát vò trí cuûa C trong BTH? Vieát caáu hình e của C? - GV môû roäng: Traïng thaùi cô baûn: C: Traïng thaùi kích thích: C*: Do vaäy C thöôøng coù 2e ñoäc thaân ôû TTCB vaø 4e ñoäc thaân ôû TTKT neân C luoân coù SOXH chaün. - Baây giôø caùc em laøm cho thaày VD sau: Xaùc ñònh SOXH cuûa C trong caùc chaát sau: VD: C, CO, CO2 vaø CaCO3 ... - Nhö vaäy C coù theå coù nhöõng SOXH naøo aï? - O 6, nhoùm IVA, CK2 - 1s22s22p2 - HS Nghe TT - HS ñöùng taïi choã traû lôøi: SOXH cuûa C laàn löôït laø -4, 0, +2 vaø +4 -HS: -4, 0, +2 vaø +4 I – VÒ TRÍ VAØ CAÁU HÌNH ELECTRON NGUYEÂN TÖÛ - O 6, nhoùm IVA, CK2. - Caáu hình e: 1s22s22p2  Caùc soá oxi hoaù coù theå coù: -4, 0, +2 vaø +4. VD: C, CO, CO2 vaø CaCO3 ... 10' * Ho¹t ®éng 2: - GV?: Tröôùc tieân moät em nhaéc laïi cho thaày KN thuø hình cuûa 1 nguyeân toá laø gì? (Ñaõ ñöôïc hoïc ôû caáp 2) - GV: Em naøo bieát C coù maáy daïng thuø hình khoâng? - GV Chieáu hình aûnh Kim cöông, than chì, fuleren vaø cacbon voâ ñònh hình leân baûng. - GV yeâu caàu HS cho bieát veà Tính chaát vaät lyù, caáu taïo, öùng duïng moãi thuø hình cuûa C - GV nhaän xeùt, boå sung keát luaän laïi vaán ñeà - HS: Laø caùc ñôn chaát khaùc nhau cuûa cuøng 1 nguyeân toá - HS: C có ba dạng được biết nhiều nhất là cacbon vô định hình, Than chì (graphit) và kim cương. Một số thù hình kỳ dị khác cũng đã được tạo ra hay phát hiện ra, bao gồm các fulleren, cacbon ống nano và lonsdaleit ... - HS Xem TT - HS thaûo luaän traû lôøi - HS ghi laïi TTin II- TÍNH CHAÁT VAÄT LÍ NOÄI DUNG KIM CÖÔNG THAN CHÌ (GRAPHIT) FULEREN CACBON VO ÑÒNH HÌNH 1. Tính chaát vaät lí Trong suoát, khoâng maøu, khoâng daãn ñieän, daãn nheät keùm, raát cöùng (độ cứng là 10) Maøu xaùm ñen, meàm, coù tính daãn ñieän (yeáu hôn kim loaïi) Tinh theå maøu ñoû tía, khoâng hoaø tan trong dung moâi Haáp phuï maïnh caùc chaát khí vaø caùc chaát tan trong dung dòch 2. Caáu truùc Moãi nguyeân töû C lieân keát vôùi 4 nguyeân töû C khaùc naèm treân caùc dænh cuûa hình töù dieän ñeàu baèng lieân keát coäng hoaù trò beàn, moãi nguyeân töû C ôû treân ñænh laïi lieân keát vôùi 4 nguyeân töû C khaùc. - Caáu truùc lôùp - Moãi nguyeân töû cacbon lieân keát vôùi 3 nguyeân töû cacbon ôû ñænh cuûa moät tam giaùc ñeàu. - Caùc lôùp lieân keát vôùi nhau baèng töông taùc yeáu - Goàm caùc phaân töû C60, C70. - Phaân töû coù caáu truùc hình caàu roãng, goàm 32 maët vôùi 60 ñænh laø 60 nguyeân töû C - Goàm nhöõng tinh theå raát nhoû. - Caáu taïo xoáp 3. ÖÙng duïng Ñoà trang söùc, muõi khoan, dao caét kính, boät maøi Laøm ñieän cöïc, noài naáu chaûy hôïp kim chòu nhieät, chaát boâi trôn, buùt chì Toång hôïp döôïc lieäu, vaät lieäu cho quang ñieän töû, daàu nhôùt cao caáp, myõ phaåm Maët naï phoøng ñoäc, xi ñaùnh giaày, möïc in, chaát ñoän cao su, thuoác noå, thuoác phaùo, loïc nöôùc ... Thêi gian Ho¹t ®éng cña Gi¸o viªn Ho¹t ®éng cña Häc sinh Néi dung 10' * Ho¹t ®éng 3: - Töø vò trí cuûa C trong BTH, caáu taïo nguyeân tö,û soá e ôû lôùp ngoaøi cuøng, soá SOXH cuûa C trong hôïp chaát. Haõy döï ñoaùn tính chaát hoaù cô baûn cuûa C? - GV Y/C HS thaûo luaän trong 3 phuùt theo 4 nhoùm cho bieát: C theå hieän tính oxi hoaù vaø tính khöû ntn naøo? (HD: Neâu ñieàu kieän pö, laáy VD minh hoïa, caùc ñònh SOXH cuûa caùc chaát thay ñoåi trong pö ñeå CM tính OXH vaø tính KHÖÛ cuûa C) - GV goïi caùc nhoùm khaùc boå sung. Keát luaän vaán ñeà - GV boå sung: Khí ñoát chaùy C trong kk saûn phaåm thöôøng coù laãn khí CO vaø CO2. - Do C thuoäc nhoùm IVA, coù 4e ngoaøi cuøng, Ñ A Ñ = 2,55 trung bình, SOXH trong h/c thöôøng gaëp laø -4,+2, +4 neân TCHH baûn cuûa C tính OXH vaøtính khöû - HS thaûo luaän xong leân baûng trình baøy - HS traû lôøi vaø ghi laïi TTin - HS traû lôøi vaø ghi laïi TTin III – TÍNH CHAÁT HOAÙ HOÏC , (Tính Khử)  (Tính OXH)  Trong các phản ứng hóa học C vừa thể hiện tính OXH vừa thể hiện tính khử: 1. Tính khöû ( ñaëc tröng). a) Taùc duïng vôùi oxi - VD: + O2 + 2  SP goàm caû CO vaø CO2 - Löu yù: C khoâng phaûn öùng tröïc tieáp vôùi Cl, Br, I (Do Ñ A Ñ cheânh leäch khoâng nhieàu) b) Taùc duïng vôùi hôïp chaát. - Khöû caùc oxit kim loaïi trung bình vaø yeáu: 3 + 2+ 3 + 2 + H2O H2 + +4HNO3+4NO2+2H2O 2+2H2SO42+ 2SO2+2H2O 3 + 2KO3 2K + 3 - Löu yù: Haàu heát caùc phaûn öùng xaûy ra chæ khi ñun noùng. 2. Tính oxi hoaù. (khoù khaên hôn tính khöû) a) Taùc duïng vôùi hiñro. + 2H2 Khí metan b) Taùc duïng vôùi kim loaïi taïo cacbua kim loaïi. 4Al + 3Nhoâm cacbua 10' * Ho¹t ®éng 4: - Noäi dung phaàn öùng duïng caùc em ñaõ ñöôïc thaûo luaän raát kyõ ôû phaàn TCVL, veà nhaø caùc em tham khaûo theâm trong SGK vaø taøi lieäu khaùc. Hoaëc caùc em coù theå vaøo trang web naøy ñeå nghieâm cöùu: - Nghe TT IV. ÖÙNG DUÏNG: (SGK) - Trong töï nhieân C toàn taïi ôû döôùi daïng ñôn chaát hay hôïp chaát? - Em haõy cho vaøi ví duï veà C ñôn chaát? - GV boå sung: Cacbon có 2 đồng vị ổn định, có nguồn gốc tự nhiên: cacbon-12, hay 12C, (98,89%) và cacbon-13, hay 13C, (1,11%),[13] Năm 1961, Hiệp hội hóa học lý thuyết và ứng dụng (IUPAC) đã chấp nhận đồng vị cacbon-12 làm cơ sở để đo khối lượng nguyên tử.[14] Một đồng vị không ổn định, cũng có nguồn gốc tự nhiên là đồng vị phóng xạ; cacbon-14 hay 14C. Ngoaøi ra C coøn 15 ñoàng vò khoâng beàn khaùc. - Tieáp theo 1 em haõy cho vaøi ví duï veà C hôïp chaát? - GV chieáu hình aûnh caùc ñôn chaát vaø hôïp chaát cuûa C cho HS quan saùt - C toàn taïi ôû caû daïng ñôn chaát vaø hôïp chaát - Ñöùng taïi choã traû lôøi - HS: NGhe TT - Ñöùng taïi choã traû lôøi - Quan saùt V- TRAÏNG THAÙI TÖÏ NHIEÂN. - Ñôn chaát: Ñôn chaát toàn taïi döôùi caùc daïng thuø hình : kim cöông, than chì ( C gaàn nhö nguyeân chaát) - Hôïp chaát: a) Canxit ( ñaù voâi, ñaù phaán, ñaù voâi ñeàu chöùa CaCO3) b) Magiezit: MgCO3 c) Ñolomit: (CaCO3. MgCO3) laø thaønh phaàn chính cuûa caùc loaïi than moû d) Daàu moû, khí thieân nhieân. e) Thaønh phaàn cuûa cô theå ÑV, TV. - Moät em haõy leân baûng neâu sô ñoà ñieàu cheá moät soá daïng thuø hình cuûa C thöôøng gaëp? - GV nhaän xeùt vaø boå sung - Lªn b¶ng viÕt ptp­ - Nghe TT VI- ÑIEÀU CHEÁ 1. Than chì kim cöông nhaân taïo. 2. Than ñaù than coácthan chì. 3. Goã + O2 khoâng khí thieáu " than goã. 4. CH4 than muoäi + H2 4. Cñng cè bµi gi¶ng: (3') Trong nhöõng nhaän xeùt dôùi ñaây, nhaän xeùt naøo khoâng ñuùng? A. Kim cöông laø cacbon hoaøn toaøn tinh khieát, trong suoát, khoâng maøu, khoâng daãn ñieän. B. Than chì meàm do coù caáu truùc lôùp, caùc lôùp laân caän lieân keát vôùi nhau baèng tông taùc yeáu. C. Than goã, than xông coù khaû naêng haáp phuï caùc chaát khí vaø chaát tan trong dung dòch. D. Khi ñoát chaùy cacbon, phaûn öùng toaû nhieàu nhieät saûn phaåm thu ñôïc chæ laø khí cacbonic. 5. H­íng dÉn häc sinh häc vµ lµm bµi tËp vÒ nhµ: (1') SGK: BT 1, 2, 3, 4, 5 SBT: BT 23. 2; 23. 5 V. Tù rót kinh nghiÖm sau bµi gi¶ng: ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................ chuyªn m«n duyÖt Ngµy ...... / ...... / 20 ......