Подгруппа углерода

Урок с использованием межпредметных связей

Внимание к предмету можно привлечь с помощью игровых моментов на уроках и особенно во внеклассных мероприятиях. Эта разработка, как и предыдущая – «Подгруппа кислорода» (см.: «Химия», 2003, № 47), предназначена для 9-го класса. В разработке предложено содержание, а форма проведения может быть любая. В ней приведены загадки, химические вопросы из литературных произведений, а также вопросы, связанные с курсами географии, биологии, физики. Возможно, что этим материалом заинтересуются и воспользуются другие преподаватели.

Загадки

Белый тулупчик сшит без рубчика.

(Яйцо.)

Бел, как снег, в чести у всех,
    В рот попал – там и пропал.

(Сахар.)

Вокруг проруби сидят белые голуби.

(Рот, зубы.)

Много рук, а нога одна.

(Дерево.)

У маленькой скотинки сто серебряных монеток на спинке.

(Рыба.)

Пришли мужички без топоров, срубили избу без углов.

(Муравейник, муравьи.)

У кого глаза на рогах, а дом на спине?

(Улитка.)

Черный Ивашка –
        деревянная рубашка,
    Где носом поведет,
        там заметку кладет.

(Карандаш.)

Вопросы из литературных произведений

1. В приведенном эпизоде исследователи морских глубин терпят катастрофу, и их батискаф остается на дне океана: «Воздух был тяжелый, спертый. Он так был пропитан углекислотой, что живительная струя сжатого кислорода с трудом выходила из баллона. Встав на диван, можно еще было глотнуть чистого воздуха, но отравленная зона поднималась все выше и выше» (А.Конан-Дойл. «Маракотова бездна»).
О каких свойствах углекислого газа упоминается?

(Не поддерживает дыхания
и тяжелее воздуха.)

2. Исследователей, оказавшихся в критической ситуации, выручили подводные жители – обитатели затонувшей Атлантиды. «Наш новый знакомый привязал нам по два ящичка на плечи... Внезапно я начал понимать, что в этом не было ничего сверхъестественного, ничего противоречащего законам природы: один из ящиков был, несомненно, оригинальным источником свежего воздуха, а другой – поглотителем отработанных продуктов дыхания» (А.Конан-Дойл. «Маракотова бездна»).
Предложите возможный поглотитель углекислого газа.

(Щелочь.)

3. «...Она вынула из уха одну из тех огромных жемчужин... и… опустила жемчужину в уксус. Наступила тишина, потрясенные гости, замерев, наблюдали, как несравненная жемчужина медленно растворяется в крепком уксусе. Вот от нее не осталось и следа, и тогда Клеопатра подняла кубок, покрутила его, взбалтывая уксус, и выпила весь до последней капли» (Г.Р.Хаггард. «Клеопатра»).
Почему растворилась жемчужина?

(Объяснить растворение жемчужины нетрудно,
если принять во внимание,
что ее основу составляет карбонат кальция:
СаСО₃ + 2СН₃СООН Са(СН₃СОО)₂ + Н₂О + СО₂.)

4. «Нью-Йорк ежедневно выбрасывает в воздух 3200 т оксида серы, 280 т промышленной пыли, 4200 т углерода, азота и других ядовитых веществ».
Какие неточности допущены в отрывке?

(Из текста следует, что простые вещества
углерод и азот ядовиты.
На самом деле ядовиты их оксиды.)

5. «Кто-то сказал Сеньке, что для того, чтобы получить из каменного угля чистейшие алмазы, требуется две вещи: велосипедный насос для накачивания воздуха и температура в тысячу градусов. Вот Сенька и собрался изготовлять алмазы. Кусок каменного угля величиной с тарелку уже давно лежал у него под кроватью. Остановка была только за насосом. Как только ему удастся раздобыть велосипедный насос, он приладит его к примусу и будет до тех пор подливать керосин и накачивать воздух, пока уголь не накалится до тысячи градусов. Потом нужно уголь залить холодной водой, остудить, и из него получатся настоящие алмазы – каждый величиной с горошину» (Д.Бродская. «Марийкино детство»).
Мог ли Сенька получить алмазы, если бы он осуществил этот опыт?

(Нет, т. к. графит переходит в алмаз
при температуре 2000 °С и давлении 60 000 атм.)

6. «Доказана общность химических и физических законов во всех глубинах мирового пространства... Живое вещество, состоящее из наиболее сложных молекул, в основе своей должно иметь углерод – элемент, способный образовывать сложные соединения» (И.А.Ефремов. «Звездные корабли»).
О каком свойстве углерода упоминается в отрывке?

(Образовывать цепи.)

7. «– Угарный газ! – вскричал Холмс.
– Подождите немного. Сейчас он уйдет.
Заглянув в дверь, мы увидели, что комнату освещает только тусклое синее пламя, мерцающее в маленькой медной жаровне посередине... В раскрытую дверь тянуло страшным ядовитым чадом, от которого мы задыхались и кашляли...» (А.Конан-Дойл. «Случай с переводчиком»).
Назовите формулу вещества.

(СО.)

8. «Вы слышали об эффекте “собачьей пещеры” в Италии? Там есть такая пещера-яма.
Человек войдет и ходит, а собака или кролик погибают через несколько минут.
– Почему?
– Из вулканической трещины выделяется газ...»
О каком газе говорится и на каком свойстве основан этот эффект?

(Углекислый газ тяжелее воздуха, остается внизу.
Человеческая голова выше этой зоны. Собачья – нет.
И углекислый газ не поддерживает дыхание.)

Вопросы по географии

1. На гербе этой страны изображен корабль с поднятыми парусами. А рядом – рог изобилия, из которого сыплются зерна кофе. Кофе – главное богатство страны, основной экспортный товар. Хотя по объему производства она уступает Бразилии, ей принадлежит ведущее место по поставке высокосортных, так называемых мягких, ароматных сортов кофе. Монокультура кофе сложилась в стране в начале XX в. На протяжении всего XIX в. в экспорте страны доминировало золото, а также табак, хинин, индиго. По добыче золота она и сейчас занимает ведущее место в Латинской Америке. Кроме того, эта страна – крупнейший в мире экспортер изумрудов, большинство которых направляется в Индию и страны Востока.
Что это за страна?

(Колумбия.)

2. Среди каучуконосных растений Бразилии самым распространенным и ценным является гевея. Она дает большое количество сока латекса, из которого получают высококачественный каучук. Гевея встречается в бассейне реки Амазонки. Начало развития каучукового производства относится к 1830-м гг. Однако гегемония Бразилии окончилась в 1911 г.
Объясните почему.

(В 1876 г. из Бразилии в Англию тайно
вывезли семена гевеи, и в британских колониях
Юго-Восточной Азии вырастили плантации гевеи.
Полученный каучук оказался намного дешевле бразильского.)

 

Заготовка каучука

3. Жизнь значительной части населения этого самого северного европейского государства связана с морем. Только море соединяло в прошлом все отдаленные пункты его побережья. Опережая все страны Западной Европы по запасам гидроэнергии, страна занимает первое место в мире по производству электроэнергии на душу населения, одно из ведущих мест в мире по производству алюминия, никеля, ферросплавов, кобальта.
Назовите страну.

(Норвегия.)

4. Высочайшая горная система планеты – Гималаи – в 7,5 раза короче самой протяженной горной системы Северной и Южной Америки – Кордильер. Однако на земле существует горная система более высокая, чем Гималаи, и такая же протяженная, как Кордильеры.
Где эта система расположена?

(Это Срединно-Атлантический хребет,
протянувшийся с севера на юг почти
через весь Атлантический океан.)

5. Кораллы, будучи морскими организмами, могут возводить свои сооружения только до уровня океана. Коралловые постройки поднимаются над водой только на несколько метров, да и то это большей частью нагромождения обломков кораллового известняка, образовавшиеся под воздействием прибоя. Коралловые сооружения обычно не выше 40–60 м, т. е. наибольшей глубины обитания кораллов. Однако атолл Фунафути в группе островов Тувалу (Тихий океан) все же свыше 300 м.
Почему?

(Из-за колебания земной коры.)

6. От северного Приаралья на юг вдоль восточных берегов Арала через всю пустыню Кызылкум и далее через просторы Каракумов до Афганистана и подножия Гиндукуша, а с востока на запад от подножий Тянь-Шаня до берегов и островов Каспия расстилается громадное море, над которым возвышаются лишь отдельные острова. Море это переливается, окрашено то в красный, то в желтый, то в серый, то в беловатый тона. Волны его более высокие, чем волны океана, неподвижны.
Что это за необыкновенное море? Почему волны окрашены в красные тона?

(Это песчаные пустыни Средней Азии и Казахстана.
Волны песчаного моря имеют красные тона
из-за песка соответствующего оттенка.
Миллионы лет назад здесь отлагались красноземные почвы.
Остатки почв и окрашивают песок.)

7. В Крыму под Алуштой расположен сад «истуканов» – гигантских каменных столбов высотой до 18 м, а недалеко от Красноярска – заповедник «Столбы». Различные каменные башни, фигуры чудовищ, одинокие столбы, шпили известны в Иране, на Аравийском полуострове, в Центральной и Средней Азии, Китае, пустыне Сахаре, Австралии, США.
Как возникли эти феномены природы?

(Эти формы рельефа возникли в условиях
сурового пустынного климата Земли
с резкими сменами температуры в результате
физического выветривания горных пород.)

8. Эта страна, расположенная на юге второго по величине континента Земли, относится к числу экономически развитых государств. Еще в 1960-е гг. она по производству урана вышла на первое место на континенте. Занимает одно из первых мест в мире по добыче золота, платины, алмазов, ванадия, хромовой и марганцевой руды, сурьмы и др.
О какой стране идет речь?

(Южно-Африканская Республика.)

Вопросы по биологии

1. У него тело жирного щенка со шкурой, которая ему заметно велика, между пальцами лап – перепонки, на голове – утиный клюв, хвост, как у бобра, а передние лапы – барсучьи. У самца на задних лапах – петушиные шпоры, которые выделяют яд. Самка откладывает яйца, подобно рептилиям, но вылупившихся детенышей кормит молоком, как млекопитающее.
Какое это животное?

(Утконос.)

2. Почему угарный газ быстрее проникает в организм, чем кислород? Во сколько раз скорость его проникновения больше, чем скорость проникновения кислорода?

(Скорость угарного газа больше,
чем скорость молекул кислорода,
т.к. при одинаковой температуре их средние
кинетические энергии равны,
а масса молекул кислорода больше,
чем масса молекул угарного газа.)

Хлеб с «дырками»

3. Почему в испеченном хлебе видны «дырки»?

(Под влиянием дрожжей сахар превращается
в спирт и углекислый газ с выделением энергии:
C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂.
Углекислый газ заставляет тесто в духовке подниматься,
и в испеченном хлебе видны «дырки» из-за выделения углекислого газа.)

4. Этот представитель отряда парнокопытных действительно современник мамонта. Мускулистое тело с возвышающимся в холке горбом, густая, темно-бурая, с рыжеватым оттенком грива и борода с длинными волосами. Огромные размеры зверя, лобастая с карими глазами голова, грозные рога, которыми вооружены самки и самцы, служат надежной защитой от хищников. Таков настоящий властелин лесов.
Кто это?

(Зубр.)

5. У зеленой ... тело длиной до 1 м, масса около 200 кг, в редких случаях до 400 кг. Тяжелый панцирь помог просуществовать этому животному более 175 млн лет. Панцирь в воде облегчен, а конечности превратились в ласты. Животное довольно быстро плавает, взмахивая ластами. Сегодня зеленая ... находится на грани исчезновения.
Назовите это животное.

(Зеленая черепаха.)

6. Самая крупная из морских рыб. Предпочитает плавать в поверхностных слоях воды. Питается мелкими рыбами, ракообразными и кальмарами. Размножается, откладывая яйца, заключенные в роговые капсулы.
Кто это?

(Китовая акула.)

7. Твердые известковые скелеты образуют главным образом коралловые и гидроидные ... – примитивные особи типа кишечнополостных. Каждая особь ... помещается в собственной ячейке, имеющей форму чашечки, размеры которой иногда не превышают булавочной головки. Щупальца захватывают планктон. Размножаясь, сильно разрастаются и образуют рифы и острова.
О чем идет речь?

(Коралловые полипы.)

8. Обитает в Атлантическом океане. Это крупный (до 20 см в поперечнике, реже – больше) моллюск. Мясо его очень питательно. Из раковин делают пепельницы, пуговицы, украшения.
Кто это?

(Большой гребешок.)

Вопросы по физике

1. При комнатной температуре лежат две ложки: одна – деревянная, другая – металлическая. Обе должны иметь одинаковую температуру. Если взять их в руки, то металлическая ложка явно холоднее.
Объясните почему.

(Дерево плохо проводит тепло, нагревается только
небольшой участок ложки под пальцами.
Металл хорошо проводит тепло,
нагревается вся ложка. Это приводит к большому
теплоотводу от пальцев и их охлаждению.)

2. На дне аквариума находится обыкновенный кусок дерева.
Объясните, почему он не всплывает.

(Поверхность бруска пропитана парафином,
поэтому не смачивается водой.
Вы наливаете сверху воду,
но брусок не будет всплывать,
т. к. под бруском воды не будет,
т. е. нет выталкивающей силы.)

3. Согласны ли вы с тем, что теплотворная способность пороха меньше теплотворной способности керосина?

(Да. Теплотворная способность
(теплота сгорания)
керосина равна 11 000 ккал/кг,
а пороха – всего 750–1000 ккал/кг.)

4. Согласны ли вы с тем, что ультрафиолетовые лучи хорошо проходят через стекло?

(Нет. Оконное стекло ультрафиолетовые лучи не пропускает.
Такие лучи проходят через кварцевое стекло.)

5. Почему у хлеба во время выпечки образуется корка?

(Крахмал, содержащийся в муке,
частично переходит в декстрины,
которые склеивают крахмальные зерна
в румяную корочку.)

6. Может ли человек, которому слон наступил на ногу, отделаться легким испугом?

(Слон при ходьбе наступает на два передних пальца, снабженных копытами.
Ступня при этом земли не касается. Пятка похожа на мягкую эластичную подушку,
которая обтекает неровности почвы. Если попасть под передние пальцы,
то раздавит в лепешку, т. к. придется целиком масса слона, а под пятку –
небольшая часть массы.)

7. Известно семь чистых металлов: золото, серебро, медь, железо, свинец, олово, ртуть – и семь планет.
Образуйте пары металл–планета.

(Золото–солнце, серебро–Луна,
медь–Венера, железо–Марс, олово–Юпитер,
свинец–Сатурн, ртуть–Меркурий.)

8. У рыбы периодически движутся жаберные крышки, таким образом она прогоняет через жаберные щели воду, которая омывает жаберные лепестки, пронизанные капиллярами.
Какой физический процесс здесь используется?

(Через стенки капилляров кислород из воды
диффундирует в кровь, а из крови в воду
диффундирует углекислый газ.)

Вопросы по химии

1. Согласны ли вы с тем, что уголь сжигают в топках современных электростанций в пылевидном состоянии, чтобы не образовывались шлак и зола?

(Нет. Пылевидный уголь сгорает быстрее,
что позволяет сжигать большее количество угля
за равное время и тем самым получить больше тепла.)

2. Оксид углерода(II) – это ядовитый газ, который:
а) пахнет, как горящая резина;
б) имеет запах клевера;
в) не имеет запаха.

(Не имеет запаха.)

3. Исследование красочного слоя фресок Софийского собора в Новгороде с помощью современных методов позволило установить, что для получения синего тона древние изографы использовали древесный уголь с белым наполнителем, а для росписи новгородской церкви Спаса на Ковалёве помимо угля применяли азурит

2СuСО₃•Cu(ОH)₂

и ультрамарин

2Na₂O•3Al₂O₃•6SiO₂•2Na₂S.

Каким простым способом определения азурита вы воспользуетесь?

(Добавить кислоту,
будет выделяться углекислый газ.)

4. Стекло умели варить в глубокой древности: в Месопотамии его делали еще в 4–3-м тысячелетии до н. э. Как объяснить то, что зеркала на стеклянной основе впервые появились лишь в Римской империи?

(Стекло, изготовленное в древности,
не было достаточно прозрачным и однородным.)

5. Как разделить смесь двух оксидов углерода? Укажите физический и химический способы.

(Физический способ – пропустить смесь
через воду, поглотится углекислый газ;
химический способ – пропустить смесь
через известковую воду,
поглотится углекислый газ:
Сa(OH)₂ + CO₂ СaCO₃ + H₂O.)

6. Как, воспользовавшись раствором щелочи, узнать, является ли исследуемый образец чистым углекислым газом или смесью азота с углекислым газом?

(Смесь пропустить через раствор гидроксида натрия:
если уменьшается количество пузырьков газа
(поглощается углекислый газ), значит,
смесь, а если пузырьки полностью поглощаются,
то чистый углекислый газ:
CO₂ + NaOH NaHCO_s,
CO₂ + 2NaO H Na₂CO₃ + H₂O.)

7. Если углекислый газ пропустить через воду, окрашенную лакмусом в фиолетовый цвет, то окраска переходит в красную, при нагревании окраска вновь становится фиолетовой. Объясните эти явления.

(Образуется угольная кислота,
которая затем распадается на воду и углекислый газ.)

8. Каким простым способом можно отличить соли угольной кислоты от нитратов, сульфатов и хлоридов?

(Добавить любую кислоту – образуется угольная кислота,
которая разлагается на воду и углекислый газ.)

9. При прокаливании 10 г известняка до постоянной массы было собрано 2 л углекислого газа (н.у.). Сколько процентов примесей было в известняке?

(1,08 г, примеси составляют 10,8%.)

10. Человек выдыхает в сутки до 1300 г углекислого газа. Какой объем занимает столько углекислого газа?

(661,8 л.)

11. Растение в солнечный день поглощает около 5 г углекислого газа на каждый квадратный метр своей листовой поверхности. Рассчитайте, сколько приблизительно граммов углерода накопит за день подсолнечник, листовая поверхность которого 1,8 м².

(9 г углекислого газа,
2,45 г углерода.)

12. Какой объем углекислого газа (н.у.) получится в результате сгорания 96 г сажи?

(179 л углекислого газа.)

13. Сколько килограммов углекислого газа должно выделиться при обжиге 500 кг известняка, содержащего 92% карбоната кальция?

(202,4 кг.)

14. При обжиге 100 г известняка получилось 40 г углекислого газа. Считая, что весь карбонат разложился, найдите его процентное содержание в этом образце известняка.

(90,9% карбоната кальция.)

15. Нормальное стекло содержит 13% Na₂O, 11,7% CaO и 75,3% SiO₂. Выразите состав стекла формулой в виде соединений оксидов.

(Na₂O•СaO•6SiO₂.)

16. Требуется сварить 100 кг стекла состава: SiO₂ – 73%, CaO – 10%, Na₂O – 17%. Сколько для этого необходимо килограммов песка, мела и кальцинированной соды, если считать, что песок состоит из чистого SiO₂ и указанные соли не содержат примесей?

(73 кг SiO₂, 17,85 кг СаСО₃, 29,06 кг Na₂CO₃.)

Е.В.МАРКОВСКАЯ,
учитель химии
(г. Новосибирск)