Giáo án STEAM: Bài CACBON

Bài 15 CACBON I-MỤC TIÊU BÀI HỌC 1-Về kiến thức - Học sinh xác định vị trí cacbon bảng tuần hồn, viết cấu hình electron, xác định trạng thái oxi hóa cacbon - Học sinh trình bày cấu trúc kim cương, than chì cacbon vơ định hình Từ giải thích ứng dụng ba dạng tồn - Học sinh viết phản ứng hóa học thể tính khử tính oxi hóa - Học sinh trình bày trạng thái tự nhiên cacbon 2-Về kĩ - Rèn luyện kĩ thực hành thí nghiệm hóa học - Rèn kĩ mơ tả cấu trúc dựa vào mơ hình đốn tính chất vật lí cacbon - Rèn kĩ dựa vào trạng thái oxi hóa để đốn tính chất hóa học cacbon - Rèn kĩ làm việc nhóm 3- Về thái độ - Học sinh u thích mơn học, u thích khoa học - Học sinh có mong muốn sáng tạo sản phẩm để tạo nước bảo vệ môi trường 4-Về lực - Rèn lực thực hành, sử dụng ngôn ngữ, tính tốn hóa học… - Rèn lực vận dụng kiến thức học để giải vấn đề thực tiễn: có ý tưởng làm thực nghiệm để xử lí nước bẩn vùng lũ II – PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC 1- Đàm thoại nêu vấn đề: Giáo viên đặt vấn đề chốt sau học sinh thảo luận 2- Sử dụng thí nghiệm để nghiên cứu thuộc tính vật lí 3- Sử dụng phương tiện trực quan: tranh, ảnh, phóng sự… III – HÌNH THỨC DẠY HỌC 1-Học theo nhóm, theo cặp cá nhân 2-Dạy học theo định hướng S.T.E.M IV-CHUẨN BỊ A-Giáo viên 1-Phóng sự: tượng ô nhiễm nguồn nước sau mưa lũ miền trung 2-Hóa chất: Than hoạt tính, nước cất, thuốc tím KMnO4, than chì (cỡ nhỏ 10 viên), bơng (10 gói) 3-Dụng cụ: STT Tên dụng cụ SL STT Tên dụng cụ SL Phễu chiết Cốc đựng dung dịch KMnO4 cốc 200 ml 12 Đũa thủy tinh 10 Than hoạt tính 50 gam Mơ hình kim cương bể lọc mini nhân tạo (4 tầng) 01 10 Mơ hình than chì tầng 1:cát vàng, tầng 2:sỏi; tầng 3:than hoạt tính; tầng 4:sỏi hạt to Bể lọc nước theo nguyên lí thẩm thấu 11 Khay chưa than chì phễu chiết 6 Giá đỡ, kẹp 12 Băng dính 4-Tư liệu: Là báo khoa học nghiên cứu: độ dài liên kết, đánh giá khả hấp phụ màu, ion kim loại nặng, ứng dụng thực tiễn Ảnh S.E.M mô tả cấu trúc than hoạt tính 5-Máy tính, máy chiếu B-Chuẩn bị học sinh Giáo viên giao nhiệm vụ cho nhóm nhà a) Nhóm – nhóm Sicence (Khoa học) : Tìm hiểu thuyết trình về: trạng thái tự nhiên, điều chế cacbon Tìm hiểu thơng tin khoa học mới: độ dài liên kết… b) Nhóm – nhóm Technology (Cơng nghệ) : Chuẩn bị kiến thức lí thuyết cách xử lí nước than hoạt tính, ý tưởng mơ hình làm c) Nhóm – nhóm Engineering (Kĩ thuật) : Chuẩn bị kiến thức thực nghiệm, chế tạo đồ dùng dạy học, kiến thức cấu trúc, tính chất vật lí, ứng dụng dạng tồn cacbon d) Nhóm – nhóm Math (Tốn học): Chuẩn bị nội dung: sưu tập số liệu khả hấp phụ than hoạt tính, tính lượng CO2 thải môi trường ứng với lượng than ban đầu (1 tấn…), tính lượng điện ứng với than antraxit (20% tạp chất)… e) Nhóm 5: Nghệ thuật: Chuẩn bị tranh ảnh ước mơ môi trường sống xanh, sạch, đẹp f) Nhóm 6: Nhóm truyền thơng: gửi thông điệp bảo vệ môi trường chung tay giúp bà miền trung có nước V-TIẾN TRÌNH BÀI GIẢNG 1-Mở đầu: Giáo viên cho học sinh xem phóng nhu cầu cần nước bà vùng lũ Yêu cầu học sinh suy nghĩ tác động đến sức khỏe người từ đề xuất giải pháp cuối thảo luận 2-Giáo viên tổ chức theo tiến trình Thời gian Hoạt động Thầy Trị HĐ1: TÌM HIỂU TRẠNG THÁI TỰ phút NHIÊN Giáo viên mời thành viên nhóm khoa học lên thuyết trình nội dung tìm hiểu trạng thái tự nhiên cacbon HS: Lắng nghe bổ sung GV:đặt câu hỏi Nội dung cần đạt I-TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN -Kim cương, than chì tồn dạng tự tinh khiết -Cacbon có khống vật:Canxit (CaCO3), magiezit (MgCO3), đolomit (CaCO3.MgCO3) -Là thành phần loại than mỏ -Có dầu mỏ, khí thiên nhiên -Hợp chất cacbon với O, N, H tạo nên tế bào động thực vật -Mỏ than antraxit lớn Quảng Ninh, Thanh Hóa, Nghệ An, Quảng Nam, Thái Nguyên… 10 GV : Cho biết cacbon có dạng thù hình ? Đáp án: Cacbon có dạng thù hình HĐ2 TÌM HIỂU TÍNH CHẤT VẬT II-TÍNH CHẤT VẬT LÍ Kim cương, than chì fuleren ngồi cịn dạng tồn cacbon vơ định hình phút LÍ Giáo viên u cầu học sinh sử dụng phiếu học tập số thực nhiệm vụ 1-Tiến hành 02 thí nghiệm điền thông tin vào phiếu -Kim cương: chất tinh thể, suốt, không màu, không dẫn điện, dẫn nhiệt -Than chì chất tinh thể màu xám đen, mềm -Cacbon vơ định hình có khả hấp phụ mạnh chất khí, chất tan dung dịch 2-Đọc sách, sử dụng mơ hình thảo luận để giải thích mối quan hệ cấu trúc tính chất dạng tồn Giải thích trên? -Kim cương có cấu trúc tứ diện HS:Phân công nhiệm vụ tiến hành Mỗi nguyên tử C liên kết với nguyên thí nghiệm thảo luận tử C khác liên kết cộng hóa trị bền HS nhóm kĩ thuật hướng dẫn bạn thực thao tác thực hành:bóc lớp than chì, vặn khóa phễu GV:Sau học sinh giải thích xong Giáo viên giới thiệu nhóm khoa học cung cấp thêm thơng tin độ dài liên kết -Do than chì có cấu trúc lớp, lớp liên kết với lực liên kết yếu lớp dễ bị bóc, tách rời Nhóm tốn trình bày số liệu khả hấp phụ than hoạt tính tìm hiểu nhà để khắc sâu kiến thức -Do than gỗ có cấu trúc xốp nên có khả hấp phụ chất màu Ngồi cịn hấp phụ chất khí -Kim cương dùng làm đồ trang sức mũi khoan -Than chì làm bút chì điện cực GV: giới thiệu vật liệu cacbon HĐ 3:TÌM HIỂU VỀ VỊ TRÍ VÀ phút CẤU HÌNH ELECTRON GV: u cầu học sinh quan sát hình ảnh bảng tuần hoàn cho biết -Than hoạt tính dùng làm mặt nạ phịng độc III-VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH ELECTRON - C thuộc thứ 6, chu kì 2, nhóm thơng tin -Vị trí, cấu hình, nguyên tử khối, độ âm điện, hóa trị phổ biến, dự đốn trạng thái oxi hóa, dự đốn tính chất GV:Chốt kiến thức lên bảng HS:Viết thông tin vào ghi IVA - Cấu hình: 1s22s22p2 - Nguyên tử khối 12 - Độ âm điện: 2,55 - Hóa trị phổ biến: - Dự đốn trạng thái oxi hóa: -4, 0, +2, +4 - Dự đốn tính chất: Tính khử tính oxi hóa 10 phút HĐ :TÌM HIỂU VỀ TÍNH CHẤT HĨA HỌC IV-TÍNH CHẤT HĨA HỌC 1-Tính khử GV:Yêu cầu học sinh sử dụng phiếu học tập số t (1) C + O2  → CO2 Cho học sinh quan sát phóng t  →  (2) C + CO2 ¬  2CO 0 Và điền thông tin vào phiếu học tập -CO khử CuO tạo KL 1)Phóng ngộ độc CO t (3) C + 2CuO  → CO2+2Cu 2)Video cacbon khử CuO KL: C có tính khử GV:Giới thiệu thêm tính khử cacbon Ngồi nhiệt độ cao cacbon phản ứng nhiều với chất oxi hóa khác HNO3, H2SO4 đặc, KClO3… GV: yêu cầu nhóm Tốn chia sẻ số liệu lượng điện sản xuất từ than đá đặt câu hỏi cho nhóm khác t C + 4HNO3  → CO2 +4NO2 +2H2O GV: Giới thiệu với học sinh tính oxi hóa cacbon nhấn mạnh, tính oxi hóa khơng đặc trưng 2-Tính oxi hóa t C + H2  → CH4 t 4Al + 3C  → Al4C3 HĐ 5: THẢO LUẬN ĐỀ XUẤT phút GIẢI PHÁP CHO PHÓNG SỰ BAN ĐẦU HS:Suy nghĩ thảo luận theo nhóm đề đưa giải pháp hợp lí Dự kiến: -Sử dụng phèn chua -Sử dụng cloramin B GV: Mời nhóm cơng nghệ chia sẻ ý tưởng -Sử dụng bể lọc nước có sử dụng than hoạt tính GV: Hướng dẫn học sinh làm dự án: Chế tạo bể lọc nước mini với giá hợp lí 10 HĐ 6: CỦNG CỐ BÀI HỌC phút GV:HS tham gia trò chơi HS: Làm việc theo cặp Câu 1:Tại kim cương lại dùng làm đồ trang sức chế tạo mũi khoan ? Câu 2:Tại than chì lại mềm sử dụng làm bút chì ? Câu 1:Do kim cương có nhiều góc cạnh, khúc xạ ánh sáng tốt nên có nhiều màu sắc lấp lánh Kim cương để chế tạo mũi khoan vật liệu cứng Câu 2: Than chì mềm cấu trúc lớp Các lớp liên kết với lực tương tác yếu nên dễ trượt lên có lực tác dụng Câu 3:Tại than hoạt tính lại dùng làm mặt nạ phịng độc ? Câu 3: Do than hoạt tính có cấu trúc rỗng, có nhiều mao quản nên có khả hấp phụ chất khí chất tan Câu 4:Loại than sử dụng làm thuốc nổ đen thuốc pháo ? Câu 4:Than gỗ Câu 5:Tại không đun bếp than tổ ong nhà ? Câu 5:Do sản phẩm cháy có khí cacbonic CO2 khí cacbonmonooxit gây ngạt thở dẫn đến tử vong Câu 6: Kể tên loại than sử dụng lò luyện gang ? Câu 6: Than cốc Câu : Em có suy nghĩ ghĩ hai hình ảnh rút học sống Câu 7: Than chì kim cương có nguồn gốc từ cacbon giá trị khác Than chì rẻ kim cương đắt Do cấu trúc kim cương bền vững nên có ứng dụng giá trị sử dụng cao Than chì dùng làm bút chì điện cực pin Từ than chì muốn chuyển sang kim cương cần chịu đựng áp suất 50 nghìn đến 100 nghìn atm với nhiệt độ 20000C cho ta học rằng:để có giá trị đời cần trải qua rèn luyện, thử thách, vươn lên nghịch cảnh thành tựu giá trị tốt đẹp, trở thành người có giá trị HĐ 7: GỬI THƠNG ĐIỆP phút GV:Mời nhóm truyền thơng nghệ thuật lên chia sẻ thông điệp muốn gửi đến tất bạn GV: Ngoài nhiệm vụ này, thầy mong mỏi em có dự án nghiên cứu để chế máy lọc nước rẻ, hiệu giúp đỡ bà vùng lũ cịn giúp bà nghèo “làng ung thư” họ bị bủa vây nhà máy xả nước thải bẩn môi trường Thông điệp: bảo vệ môi trường, sử dụng lượng hợp lí, chung tay bảo vệ mơi trường giúp đỡ người dân vùng lũ PHIẾU HỌC TẬP SỐ 01 1-Tiến hành thí nghiệm ghi kết vào bảng Lưu ý: - Phải đeo gang tay cao su - Khi rót dung dịch KMnO4 phải kiểm tra xem khóa phía vặn chặt chưa TN Cách tiến hành Kết Dính mẩu băng dính lên bề mặt than chì Rót dung dịch KMnO4 vào phễu chiết chứa than hoạt tính chờ phút 2-Đọc sách giáo khoa trang 66, 67, sử dụng kết thực hành mơ hình kim cương, than chì, sau thảo luận điền thơng tin vào bảng sau: Dạng Kim cương tồn Than chì Than hoạt tính Cấu trúc Tính chất vật lí Giải thích PHIẾU HỌC TẬP SỐ 02 1-Xem phóng thí nghiệm Thảo luận, điền thơng tin trả lời câu hỏi phía STT Các phản ứng hóa học xảy Đặc điểm/ tượng Giải thích Kết luận tính chất C Dựa vào đặc điểm phản ứng, em cho biết ứng dụng hai phản ứng thực tiễn ? - ĐÁP ÁN PHIẾU HỌC TẬP SỐ 01 1-Tiến hành thí nghiệm ghi kết vào bảng Lưu ý: - Phải đeo gang tay cao su - Khi rót dung dịch KMnO4 phải kiểm tra xem khóa phía vặn chặt chưa TN Cách tiến hành Kết Dính mẩu băng dính lên bề mặt than chì Một vài lớp than chì dính băng dính Rót dung dịch KMnO4 vào phễu chiết chứa than hoạt tính chờ phút Dung dịch KMnO4 qua than hoạt tính bị màu 2-Đọc sách giáo khoa trang 66, 67, sử dụng mơ hình kim cương, than chì, sau thảo luận điền thơng tin vào bảng phụ Dạng Kim cương tồn Than chì Than hoạt tính Cấu trúc Tứ diện Cấu trúc lớp Cấu tạo xốp Tính chất Rất cứng, cứng nhất, suốt khơng màu Màu xám đen, mềm Có khả hấp phụ chất tan chất khí Do nguyên tử C liên kết liên kết với 4C lân cận nằm đỉnh tứ diện lk cộng hóa trị bền Do than chì có cấu trúc lớp, lớp cacbon liên kết cộng hóa trị với nguyên tử cacbon lân cận nằm đỉnh tam giác đều, lớp lân cận liên kết với lực tương tác yếu Có cấu tạo xốp nên có khả hấp phụ mạnh chất khí chất tan dung dịch vật lí Giải thích ĐÁP ÁN PHIẾU HỌC TẬP SỐ 02 1-Xem phóng thí nghiệm Thảo luận, điền thơng tin trả lời câu hỏi phía STT Các phản ứng hóa học xảy Đặc điểm/ tượng Giải thích Kết luận tính chất C t (1)C + O2  → CO2 t (2) C + CO2  → 2CO Phản ứng tỏa nhiều nhiệt C0  → C+4 +4e -bột CuO màu đen chuyển sang màu đỏ C0  → C+4 +4e C0  → C+2 + 2e C thể tính khử tác dụng với oxi khí cacbonic t (1)C + CuO  → Cu +CO2 (2) CO2+Ca(OH)2→CaCO3 +H2O C thể tính khử tác dụng với CuO -Xuất kết tủa trắng CaCO3 -Phản ứng cacbon cháy nhiệt độ cao có ứng dụng để làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện -Phản ứng cacbon khử oxit kim loại để sử dụng công nghiệp luyện kim để điều chế kim loại PHẦN PHỤ LỤC CÁC TRANH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÀI GIẢNG