Giáo án Hóa 11 bài Cacbon

CACBON
I. KIẾN THỨC KỸ NĂNG
1. Kiến thức
- Học sinh biết vị trí của cacbon trong bảng hệ thống tuần hoàn, viết được cấu hình electron nguyên tử.
- Biết cấu trúc và tính chất vật lý của các dạng thù hình chính của cacbon.
- Biết các tính chất hoá học cơ bản của cacbon. Trong một số hợp chất, cacbon thường có số oxi hóa
+2 hoặc +4.
- Biết vai trò quan trọng của cacbon đối với đời sống và sản xuất.
2. Kỹ năng
- Đọc, tóm tắt thông tin về tính chất vật lí, các dạng thù hình, ứng dụng và trạng thái tự nhiên của cacbon.
- Giải thích tính chất dựa vào đặc điểm cấu trúc tinh thể của các dạng thù hình của cacbon.
- Dự đoán tính chất hóa học của cacbon dựa trên kiến thức về cấu tạo nguyên tử, các số oxi hóa của
nguyên tố cacbon. Chọn phản ứng hóa học để minh họa.
- Vận dụng được những tính chất vật lí và hoá học của cacbon để giải các bài tập có liên quan.
- Biết sử dụng các dạng thù hình của C trong các mục đích khác nhau.
3. Thái độ
- Hs tự giác, tích cực nghiên cứu tính chất của các chất.
- Biết làm việc hợp tác với các hs khác để xây dựng kiến thức mới về cacbon.
II. CHUẨN BỊ CỦA GV VÀ HS
1. Chuẩn bị của giáo viên
- Sơ đồ biểu diễn các trạng thái tự nhiên của cacbon.
- Hệ thống câu hỏi (phiếu học tập), bút lông, giấy A4
2. Chuẩn bị của học sinh
- Hs xem cấu trúc tinh thể kim cương (lớp 10), và tính chất hoá học của cacbon (lớp 9).
- Hs xem qua bài mới trước khi lên lớp
III.PHƯƠNG PHÁP: Trực quan, thảo luận, đàm thoại, phát vấn
IV. HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
1. Ổn định tình hình lớp (1 phút)
- Điểm danh học sinh trong lớp, ổn định trật tự.
2. Đặt vấn đề (3 phút)
- Gv đặt câu hỏi cho hs: “em nào có thể cho thầy biết ở chương trình hóa năm học trước chúng ta đã

được học về các nhóm nguyên tố phi kim nào?” Sau khi học sinh trả lời, giáo viên nhận xét và thông
báo. Ở chương trình hóa học 10 các em đã được tìm hiểu qua 2 nhóm nguyên tố phi kim là nhóm Oxi và
nhóm Halogen. Lên lớp 11 các em được học thêm nhóm phi kim Nito – Photpho. Và hôm nay chúng ta
sẽ cùng nhau tìm hiểu về nhóm phi kim cuối cùng, có rất nhiều ứng dụng trong đời sống. Chúng ta cùng
đến với chương III nhóm CACBON – SILIC
- Các em đều biết kim cương rất có giá trị, nó không những được dùng làm đồ trang sức mà còn là chất
cứng nhất nên có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, nhưng ngược lại than chì lại có rất nhiều và mềm
mặc dù kim cương và than chì đều tạo từ nguyên tố Cacbon. Vậy Cacbon còn dạng thù hình nào khác và
tính chất của chúng như thế nào, chúng ta cùng tìm hiểu ở bài đầu tiên của chương này. Bài CACBON.
- Tiến trình bài dạy:
HOẠT ĐỘNG CỦA GV HOẠT ĐỘNG CỦA HS NỘI DUNG
Hoạt động 1: Tìm hiểu vị trí
và cấu hình electron nguyên
tử của cacbon (6 phút)
I. VỊ TRÍ VÀ CẤU HÌNH
ELECTRON CỦA NGUYÊN TỬ
1
- Gv chia lớp thành 6 nhóm
thảo luận giải quyết các yêu
cầu trong phiếu học tập số 1
(gv phát cho mỗi nhóm 1
giấy A4 cùng 1 viết lông, hs
trình bày kết quả thảo luận ra
giấy và nộp lại)
- Gv thông tin thêm: cacbon
có 2 electron độc thân ở phân
lớp 2p. Khi ở trạng thái kích
thích, 1 electron ở phân lớp
2s chuyển sang phân lớp 2p,
lúc này cacbon bị kích thích

có cấu hình e là 1s
2
2s
1
2p
3
với
4 electron độc thân.
Nhóm hs làm việc, thảo
luận, báo cáo kết quả.
- (Z=6) 1s
2
2s
2
2p
2

- Cacbon ở ô thứ 6, chu
kì 2, nhóm IVA
- Có 4e lớp ngoài cùng
nên trong hợp chất
nguyên tử cacbon có thể
tạo tối đa 4 liên kết cộng
hóa trị với các nguyên tử
khác.
- Các số oxi hóa của
cacbon là –4; 0; +2 và
+4
- Cacbon (Z=6) 1s
2

2s
2
2p
2

- Cacbon ở ô thứ 6, chu kì 2, nhóm
IVA
- Có 4e lớp ngoài cùng nên trong hợp
chất nguyên tử cacbon có thể tạo tối
đa 4 liên kết cộng hóa trị với các
nguyên tử khác.
- Các số oxi hóa của cacbon là –4; 0;
+2 và +4
Vd: CH
4
; C; CO; CO
2
Hoạt động 2: tìm hiểu về
tính chất vật lí (10 phút)
- Tính chất vật lí của cacbon
phụ thuộc trực tiếp vào cấu
trúc mạng tinh thể của các
dạng thù hình.
- Gv phát phiếu học tập số 2.
Yêu cầu học sinh thảo luận
hoàn tất nội dung trong phiếu
học tập.
- Sau khi các nhóm nộp lại
kết quả thảo luận. Gv gọi bất
kì các thành viên ở mỗi

nhóm trả lời các câu hỏi sau:
+ Tại sao kim cương lại
cứng?
+ Tại sao than chì lại mềm?
+ Do đâu mà cacbon vô định
hình có tính hấp phụ mạnh?
- Gv giải thích rõ 3 ý trên cho
hs hiểu.
+ Do cấu trúc tháp tứ diện
đều, 1 C liên kết với 4 C
khác bằng liên kết CHT bền
nên Kim cương có độ cứng
rất cao. (Kim cương – 10; đá
cẩm thạch – 3; thạch anh –
7… theo Mohs)
- Hs quan sát mạng tinh
thể kết hợp đọc nội dung
sgk, tiến hành thảo luận
để hoàn thành nội dung
phiếu số 2.
- Hs giải đáp câu hỏi
phụ có sự trợ giúp của
các thành viên trong
nhóm (nếu cần)
+ Do cấu trúc tứ diện
đều, 1 C liên kết với 4 C
khác bằng liên kết CHT
bền.
+ Do cấu trúc lớp, các
lớp liên kết với nhau

bằng tương tác yếu
+ Do cấu tạo xốp mà
cacbon vô định hình có
tính hấp phụ mạnh.
II. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Nguyên tố cacbon có 1 số dạng thù
hình chính là kim cương, than chì,
fuleren và cacbon vô định hình.
Chúng khác nhau về tính chất vật lý.
 Kim cương:
 Tinh thể trong suốt, không màu,
không dẫn điện, dẫn nhiệt kém
 Cấu trúc tứ diện đều
 Rất cứng, là chất cứng nhất
 Than chì:
 Tinh thể màu xám đen
 Cấu trúc lớp
 Mềm, dễ tách lớp
 Fuleren:
 Gồm các phân tử C
60
, C
70
, …
 Cấu trúc hình cầu rỗng
 Cacbon vô định hình:
 Cấu tạo xốp
 Khả năng hấp phụ mạnh
2
+ Do cấu trúc lớp, các lớp

liên kết với nhau bằng tương
tác yếu, các lớp than chì dễ
tách khỏi nhau, khi vạch lên
giấy sẽ để lại vạch đen gồm
nhiều lớp tinh thể than chì.
+ Ngoài ra, 1 loại dạng thù
hình của C mà chúng ta chưa
được học đó là Fuleren bao
gồm các phân tử C
60
, C
70
, …
có cấu trúc hình cầu rỗng.
+ Cacbon vô định hình cũng
được xem là 1 dạng thù hình
của cacbon, Trong dạng vô
định hình, cacbon chủ yếu có
cấu trúc tinh thể của than chì
nhưng không liên kết lại
trong dạng tinh thể lớn. Có
cấu tạo xốp, khả năng hấp
phụ cao các chất khí và chất
tan trong dung dịch.
Hoạt động 3: tìm hiểu về
tính chất hóa học (12 phút)
- Gv: Trong dạng vô định
hình, cacbon chủ yếu có cấu
trúc tinh thể của than chì
nhưng không liên kết lại

trong dạng tinh thể lớn nên
sẽ ít tiêu tốn năng lượng cho
việc phá vỡ mạng tinh thể so
với kim cương và than chì.
Chính vì thế mà cacbon vô
định hình hoạt động hơn cả
về mặt hóa học so với các
dạng tồn tại khác.
- Gv tổ chức cho các nhóm
thảo luận giải quyết nội dung:
Từ nội dung phần I – Vị trí và
cấu hình electron nguyên tử,
em hãy dự đoán tính chất hóa
học cơ bản của C. Cho ví dụ
minh họa, chỉ rõ vai trò của C
trong mỗi phản ứng?
- Gv bổ sung: Mặc dù cacbon
thể hiện tính khử hoặc tính
oxi hóa trong các phản ứng
oxi hóa – khử song tính khử
vẫn là tính chất chủ yếu của
cacbon.
- Các nhóm thảo luận và
giải đáp.
Hs: Cacbon có số oxi
hóa trung gian (0) có
khả năng tăng (lên +2,
+4) hoặc giảm (xuống –
4) trong các phản ứng
oxi hóa – khử, thể hiện

tính khử hoặc tính oxi
hóa.

III. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
- Trong các dạng tồn tại của cacbon,
cacbon vô định hình hoạt động hơn
cả về mặt hóa học. Tuy nhiên ở nhiệt
độ thường cacbon khá trơ, khi đun
nóng ở nhiệt độ cao, cacbon phản
ứng được với nhiều chất.




- Cacbon thể hiện tính khử hoặc tính
oxi hóa trong các phản ứng oxi hóa –
khử song tính khử vẫn là tính chất
chủ yếu của cacbon.
3
- Gv đặt vấn đề: Cacbon thể
hiện tính khử khi tác dụng
với những chất nào?
- Gv chỉ định 1 học sinh nêu
một vài ví dụ?

- Gv đặt câu hỏi thảo luận:
Khi sử dụng bếp than, khí
nào gây đau đầu, chóng mặt,
khó chịu? Nên sử dụng bếp
than như thế nào để giảm

thiểu sự ô nhiễm không khí?
- Gv thông tin thêm về tác
hại của việc đốt than tổ ong
trong phòng kín.
- Gv: ngoài ra C cũng thể
hiện tính khử khi tác dụng
với các chất oxi hóa như
HNO
3
, H
2
SO
4đ
, KClO
3
, …
Trong các phản ứng này, C
thường bị oxi hóa đến C +4
trong CO
2
.
- Gv đặt vấn đề: Ngoài tính
khử, C còn thể hiện tính oxi
hóa khi tác dụng với những
chất nào? Cho ví dụ minh
họa.
- Hs: Cacbon thể hiện
tính khử khi tác dụng
với chất oxi hóa.
- Hs: Các chất oxi hóa

như O
2
, HNO
3
, H
2
SO
4đặc
,
…
- Hs: Khi sử dụng bếp
than, khí CO là khí gây
đau đầu chóng mặt. Nên
sử dụng bếp than ở nơi
thoáng khí (dư O
2
) để
giảm thiểu lượng khí
CO tạo ra.
- Hs: C thể hiện tính oxi
hóa khi tác dụng với
những chất khử mạnh
như H
2
và các kim loại
hoạt động.
1. Tính khử
a. Tác dụng với oxi
0 +4
C + O

2
CO
2
Ở nhiệt độ cao, C lại khử CO
2
theo
phản ứng:
0 +4 +2
C + CO
2
2CO

Sản phẩm tạo ra trong quá trình
đốt cháy chứa đồng thời khí CO
2
và
CO. Điều kiện Oxi dư, sản phẩm tạo
ra chứa nhiều khí CO
2
, điều kiện thiếu
Oxi sản phẩm tạo ra chứa nhiều khí
CO.
b. Tác dụng với hợp chất
0 +5 +4 +4
C + 4HNO
3đ
CO
2
+ 4NO
2

+2H
2
O
2. Tính oxi hóa
a. Tác dụng với hidro
0 –4
C + 2H
2
CH
4
b. Tác dụng với kim loại
0 –4
4Al + 3C Al
4
C
3
Hoạt động 4: Ứng dụng (4
phút)
Gv: Yêu cầu hs dựa vào kiến
thức thực tế và sách giáo
khoa trình bày các ứng dụng
của Cacbon.
Gv thông tin thêm về ứng
dụng của cacbon
Hs: Trình bày ứng dụng
của Cacbon có sự bổ
sung của các thành viên
trong lớp.
IV. ỨNG DỤNG
 Kim cương

 Đồ trang sức.
 Mũi khoan, dao cắt thủy tinh.
 Bột mài (đánh bóng).
 Than chì
 Bút chì.
 Điện cực, chất bôi trơn.
 Nồi nấu chảy các hợp kim chịu
nhiệt.
 Than cốc: làm chất khử trong
luyện kim.
 Than gỗ: chế tạo thuốc nổ đen,
thuốc pháo.
4
 Than hoạt tính: mặt nạ phòng độc,
dùng trong công nghệ hóa chất.
 Than muội: dùng làm chất độn cao
su, mực in, xi đánh giày.

Hoạt động 5: Trạng thái tự
nhiên (4 phút)
Gv: Yêu cầu hs dựa vào kiến
thức thực tế và sách giáo
khoa trình bày các nội dung
sau:
+ Trong tự nhiên C tồn tại ở
những trạng thái nào?
+ Vai trò của C đối với sự
sống?
Hs: Tham khảo sách
giáo khoa.

V. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
(Chuẩn bị sẵn sơ đồ)
Hoạt động 6: Điều chế (4
phút)
Gv: Trình bày các phương
pháp điều chế C ở các dạng
khác nhau.
Hs: Tham khảo sách
giáo khoa.
VI. ĐIỀU CHẾ
- Kim cương nhân tạo: Nung than chì
ở 2000
o
C, áp suất 50 đến 100 nghìn
atmotphe với xúc tác Fe, Cr, Ni.
- Than chì nhân tạo: Nung than cốc ở
2500 – 3000
o
C trong lò điện không
có không khí.
- Than cốc: Nung than mỡ ở 1000
o
C
trong lò cốc không có không khí.
- Than mỏ: khai thác trực tiếp.
- Than gỗ: đốt gỗ trong điều kiện
thiếu không khí.
- Than muội: CH
4
C +2H

2
Hoạt động 7: Củng cố - nhắc
nhở (1 phút)
Gv yêu cầu học sinh nắm
vững các ý sau:
- Tính chất lý - hóa của C.
- C thể hiện tính oxi hóa hoặc
tính khử nhưng tính khử vẫn
là tính chất chủ yếu.
- Phương pháp điều chế C,
ứng dụng và trạng thái tự
nhiên của C.
Gv cho bài tập về nhà: 1, 2,
3, 4, 5 trang 70/sgk
5
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1
- Cho biết Cacbon có Z = 6. Viết cấu hình electron của Cacbon
- Xác định vị trí của cacbon trong bảng tuần hoàn
- Hãy cho biết số oxi hóa có thể có của nguyên tố cacbon. Giải thích, nêu ví dụ minh họa.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau:
Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính
Cấu trúc Tứ diện Cấu trúc lớp Cấu tạo xốp
Tính chất Trong suốt, không màu,
không dẫn điện, dẫn
nhiệt kém, rất cứng.
Màu xám đen, mềm Khả năng hấp phụ mạnh
các chất khí và chất tan
trong dung dịch.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2

Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau:
Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính
Cấu trúc
Tính chất
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2
Học sinh quan sát cấu trúc mạng tinh thể trang 66/sgk, kết hợp nội dung sgk hoàn tất bảng tổng kết sau:
Kim cương Than chì Cacbon hoạt tính
Cấu trúc
Tính chất
6
Cacbon tự do
Trạng thái tự nhiên Cơ sở của các tế bào động thực vật
Khoáng vật
7