资源简介

碳的同素异形体
一、设计思想
碳的同素异形体是学生既熟悉又陌生的知识，且知识点多而杂，由于学生知识结构与经验的限制，不能系统地研究。因此，教学设计时，重点是通过石墨能转化为金刚石、足球烯、碳纳米管的科学事实，帮助学生认识化学变化的本质，概括产生同素异形现象的微观结构差异；通过金刚石、石墨微观结构的比较分析，了解微观结构差异是导致性质差异的原因，也是形成同素异形现象的原因；初步构建宏观物质现象的微观结构解释观念，渗透物质微观结构决定宏观性质的化学学科基本思想；通过比较、归纳帮助学生把多而杂的知识条理化、结构化，减轻学生记忆负担，学习比较、归纳、整理化学知识的方法。
二、教学目标
1、知识与技能：
（1）能说出金刚石和石墨的物理性质及主要用途；
（2）能解释金刚石和石墨物理性质不同，而化学性质相同的原因。
（3）能表述同素异形现象、同素异形体概念；
（4）能说出木炭、活性炭等无定形碳的吸附性与用途；
2、过程与方法：
（1）会运用比较的方法对展示的资料进行分析、归纳、得出结论。
（2）通过对金刚石、石墨和C60的学习， 初步认识共性和个性关系。
3、情感态度与价值观：
（1）通过“碳单质”的结构决定其性质，性质又决定用途，增强对事物的相互联系相互制约的辨证唯物主义观点的认识。
（2）通过对C60、碳纳米管的发现和研究的介绍，学会用发展的眼光看问题。
（3）通过课堂实验、化学史话、科技等课程资源，认识研究同素异形现象的重要意义，感受化学在研究物质、科创造物质中的魅力和社会价值，提高化学学习的热情。
三、教学方法：
观察法、归纳法、对比教学法
四、教学重难点：
教学重点：金刚石、石墨、C60的物理性质和主要用途；
活性炭的吸附性与用途。
教学难点：同素异形体概念；
物质的结构决定性质，性质决定用途的思想。
五、教学过程：
教师活动 学生活动 设计意图
【引入】我们同学学习了两个多月的化学，化学究竟是研究什么的？谁来帮我们回顾一下？【板书】组成 结构 性质 变化规律【讲述】我现在就有两种看似完全不搭嘎的物质——金刚石和石墨，这节课就让我们一起从化学的视角来审视它们。在研究它们之前，先来看看它们分别都有什么重要的用途？以至于我们有研究的价值。课前让大家事先查阅资料的。【板书】归纳金刚石和石墨的重要用途【提问】金刚石和石墨用途不同，是因为它们的性质不同，你能猜测下它们不同的性质吗？【板书】金刚石和石墨各自的性质【讲述】这些都是它们的物理性质，显然物理性质是不同的，那么造成这些物理性质不同的原因是什么？结构不同。让我们一起来观察下它们各自的结构。【实物展示】金刚石和石墨的结构【讲述】金刚石和石墨都是碳元素组成的，但金刚石是正八面体结构排列的碳原子，而石墨是层状结构排列的碳原子。碳原子的排列方式不同，造成了它们的物理性质的巨大差异。【板书】结构（决定）性质（决定）用途【提问】金刚石和石墨的化学性质相同吗？ 【讲述】大家看粒子模型，会发现构成它们的都是一个一个的碳原子，碳原子保持了它们相同的化学性质。果真如此吗，让我们来看看这样一个故事。【多媒体】金刚石燃烧实验【讲述】的确金刚石和石墨的化学性质是相同的，因为他们都是由碳原子构成的。它们的元素组成也相同，都是碳元素。然而金刚石和石墨的价格差异确非常大，同学们有没有要做点什么研究的冲动呢？ 科学家也和你们一样想到了这一点，能否找到石墨到金刚石的变化规律，即找到适当的条件将石墨的层状排列的碳原子推倒重新组合成正八面体排列的碳原子，那么就会产生巨大的经济价值。理论是可行的，但在实际实验过程中，找到合适的条件确是十分艰辛的。【多媒体】石墨转化为金刚石的发展史【板书】变化规律：高温高压条件【讲述】可见，科学研究来不得半点虚假，石墨转化为金刚石是个严谨而艰辛的过程。最终，科学家获得了成功，并广泛投入于工业生产中。【提问】那么，石墨变为金刚石的过程是物理变化还是化学变化 【讲述】金刚石和石墨虽然都由碳元素组成，但碳原子的排列方式不同，属于不同的物质了。【提问】你们想想还用碳原子“搭积木”，你们还能搭出怎样的结构？大家互相可以讨论下。【讲述】石墨层间的作用力很弱，如果取出一层来卷曲，就形成了管状结构；再将两头封闭，就能形成各种笼状，C60就是其中的一种。【多媒体】碳纳米管和笼状的C60结构示意图【提问】这些管状结构和笼状结构的不同，势必造成它们的物理性质发生巨大的改变。同时这种笼状结构像鸟笼一样，如果你是科学家，你会想到再做怎样的创新？【讲述】笼状分子的应用研究：C60“包裹”一些金属元素做成超导材料；“包容”治疗癌症的放射性元素，既可以达到治疗目的，又可以减少对人体健康组织的损伤；C60还可用以制造新型、高效的化学电池。【讲述】用碳原子“搭积木”，搭出了不同结构，也就形成了不同的单质。我们把金刚石、石墨、碳纳米管以及笼状的C60等互称为碳的同素异形体，这种现象称之为同素异形现象。【板书】一、同素异形体：由同种元素组成的不同单质。【提问】生活中我们还会接触到一些含碳的物质，如：木炭、活性炭、焦炭、炭黑等，它们是不是碳的同素异形体？【提问】这些无定形碳分别有什么用途？【板书】活性炭——作吸附剂木炭——作燃料，也作食品工业的吸附剂焦炭——冶炼金属炭黑——制墨水【讲述】活性炭表面有很多小孔，表面积很大，能把大量气体或染料小微粒吸附在其表面，净水器和防毒面具里都要用到它。【多媒体】播放视频盛满NO2气体的集气瓶中，放入活性炭。【讲述】吸附性是物理性质，发生的是物理变化。【多媒体】展示木炭和活性炭制成的产品【提问】这些是不是碳的同素异形体 【板书】二、无定形碳：由石墨的微笑晶体和少量杂质组成，不属于碳的同素异形体【提问】那么我们了解的CO和CO2，以及H2O和H2O2是不是同素异形体？【讲述】尽管组成的元素相同，但是化合物而不是单质，就不能称之为同素异形体。【提问】同素异形现象是个别现象还是具有一定的普遍性呢？【讲述】至今人类发现的元素有一百多种，然而发现和创造的物质有四千多万种。物质之所以如此繁多，原因之一就是同素异形现象。比如常见的同素异形体还有白磷和红磷；氧气和臭氧。大家课后查阅了解下它们的性质、结构和用途。【总结】今天，我们探讨了同素异形现象，重点研究了碳的三个同素异形体，还了解了三个无定形碳的重要用途。通过碳的同素异形体的研究，我们认识到物质的组成和结构决定了物质的性质，物质的性质又直接决定了物质的用途。【作业】查阅资料了解下最新的碳单质，并了解他的用途，同时了解红磷和白磷,氧气和臭氧的结构与性质的不同。完成学案上的课后巩固练习。 回答：化学是研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的自然科学。回答：金刚石和石墨的不同用途思考、回答思考回答：相同思考保持物质化学性质的微粒就是直接构成它的微粒。回答：把石墨变成金刚石阅读回答:化学变化思考、讨论回答：里面填充一些物质阅读：课本P107回答：不是，都是混合物根据阅读材料回答观察视频：红棕色渐渐变淡，褪去。思考：吸附性是属于什么性质回答：不是，不是单质 重新体会化学学科的内涵形成自主研究的意识与能力初步形成物质微观结构决定宏观性质的化学学科基本思想通过实验体会保持物质化学性质的微粒就是直接构成它的微粒形成“点石成金”的意识，体会化学变化的本质体验化学研究过程的严谨与艰辛体会化学变化的本质发散思维，形成创新意识形成化学服务于生产生活的学科思想养成阅读习惯，提高自学能力知道无定形碳常见的用途，形成化学服务于生产生活的理念体会结构决定性质，性质决定用途验证活性炭的吸附性辨析同素异形体的概念形成自主学习的能力总结巩固本节课的重要内容
六、板书:
碳的同素异形体
一、同素异形体：由同种元素组成的不同单质
1．碳的同素异形体
组成 结构 性质 用途 物质 变化规律
正八 美观 作装饰品 金刚石
碳 面体 硬度大 切割玻璃
元
素 层状 深灰色、软 制铅笔芯 石墨
有滑腻感 作润滑剂
能导电 做电极
熔点高 作坩埚
碳纳米管
C60
2．氧气和臭氧
3．红磷和白磷
二、非同素异形体
1．无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质组成
活性炭——作吸附剂
木炭——作燃料、吸附剂
焦炭——冶炼金属
炭黑——制墨水
2．CO和CO2
3．H2O和H2O2
七、教学反思
本节课的核心是“同素异形现象”概念教学，碳的同素异形体是学生既熟悉又陌生的知识，且知识点多而杂，由于学生知识结构与经验的限制，不能系统地研究。因此，理清教学目标的侧重点，把握好教学过程中学生思维容量，引导学生进行积极思考，凸显课堂中学生的思维张力成为本课时的设计焦点。教学设计时，通过图片、文字资料、视频等手段，不断提出问题，让学生感受化学能做什么？怎么做？是如何实现物质转化的？，这成为概念学习中渗透学科思想的一个重要线索。教学重点是通过石墨能转化为金刚石、足球烯、碳纳米管的科学事实，帮助学生认识化学变化的本质，概括产生同素异形现象的微观结构差异；通过金刚石、石墨微观结构的比较分析，了解微观结构差异是导致性质差异的原因，也是形成同素异形现象的原因；初步构建宏观物质现象的微观结构解释观念，渗透物质微观结构决定宏观性质的化学学科基本思想；通过比较、归纳帮助学生把多而杂的知识条理化、结构化，减轻学生记忆负担，学习比较、归纳、整理化学知识的方法。教学时，首先介绍了金刚石的“硬”、石墨的软和导电性以及C60分子的结构特点，接着又介绍了木炭、活性炭等无定形碳的重要用途，使学生树立性质决定用途，用途体现性质，而性质又是由组成和结构决定的学科思想，同时让学生更加体会到学习化学的重要意义。
课程设计总体自我感觉比较满意，但是由于时间紧张感觉没有安排学生实验还是有些不足，另外语言可以打磨得更精炼一些，这也是我今后要注意的地方。
决定
决定
碳原子排列方式不同
高温
高压
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