Углерод, его положение в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, строение атома, аллотропные видоизменения углерода. Оксиды углерода.
В периодической таблице химических элементов углерод (С) расположен во втором периоде, в IV группе главной подгруппы.
Рассказ о строении атома углерода следует начать с изображения распределения электронов по электронным слоям:
По желанию учащийся может дополнить свой ответ информацией, приведя состав, графическую схему и электронную формулу атома углерода:
Углерод (С) — неметалл. Возможные степени окисления: -4; 0; +2; +4. Формулы высшего оксида и гидроксида: СО2 и Н2СО3. Оба соединения проявляют кислотные свойства.
При освещении вопроса о нахождении углерода в природе и характеристике физических свойств углерода следует остановиться на явлении адсорбции (поглощение одного вещества поверхностью другого) . Вещество, на поверхности которого происходит поглощение, называется адсорбентом. Вследствие большой пористости древесный уголь является хорошим адсорбентом, т. е поглощать своей поверхностью большие порции веществ (например, газов) . Это свойство угля используется в медицине (активированный уголь) , на этом основано использование угля в противогазах.
Среди аллотропных модификаций следует рассмотреть алмаз и графит . Следует отметить, что различие физических свойств алмаза и графита обусловлено строением их кристаллических решеток. Необходимо показать, что графит и алмаз превращаются друг в друга, при этом целесообразно воспользоваться схемой:
О других видоизменениях углерода (карбин, фулле-рен) ученик может рассказать по желанию.
Рассказ о химических свойствах углерода можно начать с анализа строения атома. Наличие четырех электронов на внешнем электронном слое (валентных электронов) предполагает возможность как принятия, так и отдачи этих электронов. Из этого следует, что углерод по химическим свойствам может быть: а) окислителем (например, в реакциях с металлами и водородом) :
Эта реакция играет важную роль в металлургии (получение чистых металлов) .
Далее следует перейти к сравнительной характеристике двух оксидов, образуемых углеродом: оксид углерода (II) и оксид углерода (IV). Для удобства ответ можно представить в виде таблицы.
Оба оксида имеют важное значение: СО — в металлургии, получение метилового спирта; СО2 — в процессе фотосинтеза, получение мочевины (удобрения) . Оба являются составной частью круговорота углерода в природе.
m(ZnO)-? 1. Определяем молярную массу M гидроксида цинка и количество вещества n в 495г.гидроксида цинка: M(Zn(OH)₂= 65 +(16+1) x 2= 99г./моль n(Zn(OH)₂)= m((Zn(OH)₂) ÷ M(Zn(OH)₂=495г. ÷ 99г./моль= 5моль 2. Запишем уравнение реакции разложения гидроксида цинка: Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O 3. Анализируем уравнение реакции: по уравнению реакции из 1 моль гидроксида цинка образуется 1 моль оксида цинка, значит из 5 моль образуется 5моль оксида цинка. n(ZnO)=5моль 4. Запишем уравнение реакции взаимодействия оксида цинка с соляной кислотой: ZnO + 2HCI= ZnCI₂ + H₂O 5. Анализируем уравнение реакции взаимодействия оксида цинка с соляной кислотой: по уравнению реакции из 1моль оксида цинка образуется 1моль хлорида цинка, значит при взаимодействии 5моль оксида цинка образуется 1 моль хлорида цинка n(ZnCI₂)=5моль 6. Определяем молярную массу хлорида цинка и массу его количеством вещества 5моль: M(ZnCI₂)=65+35,5х2=136г./моль m(ZnCI₂) =n(ZnCI₂) ×M(ZnCI₂)=5моль×136г./моль=680г. 8. ответ: при разложении 495г. гидроксида цинка в дальнейшем можно получить 680г. хлорида цинка.
А) CH3-CH(OH)-CH(OH)-CH2-CH(OH)-CH3 (2,3,5-гексантриол)
Б) CH3-(CH3)C(CH3)-CH2-COH (3,3-диметилбутаналь)
В) CH3-CH2-CH(C3H7)-CH(C2H5)-CH-OH (2-этил-3-пропилпентанол-1)
Г) гексановая кислота - CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH
Изомеры (вещества отличающиеся друг от друга на гомологическую группу -CH2-) :
1. 4-метилпентановая кислота - CH3-CH(CH3)-CH2-CH2-COOH
2. 3-метилпентановая кислота - CH3-CH2-CH(CH3)-CH2-COOH
3. 2-этилбутановая кислота - CH3-CH2-CH(C2H5)-COOH