资源简介

课题1 金刚石、石墨和C60
一、教材分析
本课题主要包括两部分内容，分别是碳的单质和单质碳的化学性质。在介绍碳的单质时，教材注意图文结合，密切联系学生的生活实际，并引导学生体会物质的性质和用途之间的关系，帮助学生形成观念：物质的性质在很大程度上决定了物质的用途。另外，在介绍碳单质时，教材还注意充分反映科技进展，介绍了碳单质的最近研究进展，使学生了解化学学科的价值。 在介绍单质碳的化学性质时，教材注意联系学生的生活实际和已有知识，如利用古代书画引出常温下碳的化学性质不活泼等。单质碳的化学主要介绍了碳与氧气、碳与某些氧化物的反应，这是本课题的教学重点。
二、学情分析
通过前面的学习，学生已有了由现象推知性质、由性质了解用途的思维，但对于结构与性质的关系还不清楚，例如对于金刚石和石墨由于碳原子的排列方式不同而导致的它们的物理性质和用途的巨大差异性的理解可能会感到有一定的困难。
另外，在本节课的教学中，学生容易感觉比较模糊的两点是：
1．由一种元素组成的物质一定是单质吗？
例如，金刚石和石墨混合在一起，虽然只含有碳元素，但金刚石和石墨不是一种物质，它们混合在一起属于混合物。所以说含有同种元素的物质可能是单质，也可能是混合物。
2．“碳”与“炭”一样吗？
学生在书写物质名称时，常常“碳”“炭”不分。造成这种现象的原因是学生对“碳”是指碳元素，即核电荷数为6的一类原子的总称理解不到位。应告诉学生：在描述物质组成时用“碳”，如二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙等；而“炭”是指具体物质，一般指木炭、炭黑、焦炭和活性炭等。
三、课时安排
本课程共分为二课时：课时1 碳的单质
课时2 单质碳的化学性质
课时1 碳的单质
一、教学目标
1. 了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。
2. 知道不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同的物质，认识物质的多样性。
3. 初步认识“用途—性质—结构”三者之间的关系，并意识到科学的发展是无止境的。
二、教学重难点
重点：碳单质的结构、性质与用途之间的关系。
难点：碳的不同单质在物理性质上差异是微粒空间排布的不同造成的。
三、教学过程
【新课引入】丰富多彩的物质世界是由100多种元素组成的，如蜡烛主要含碳、氢、氧三种元素，玻璃主要含钠、钙、硅、氧四种元素，石头主要含钙、碳、氧三种元素。
【图片展示】蜡烛、玻璃、石头。
【提问】不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素可以组成不同的物质吗？请举例说明。
【讲解】同一种元素可以组成不同的物质，如我们熟悉的白磷和红磷均是由磷元素组成的，氧气和臭氧均是由氧元素组成，另外我们今天将要学习的金刚石、石墨和C60均是由碳元素组成的碳单质。
【图片展示】金刚石、石墨和C60。
【讲解】金刚石、石墨和C60均是由碳元素组成的单质，同学们对这些物质并不陌生，钻石和铅笔都是我们非常熟悉的物质，其中钻石是由金刚石制作而成，而铅笔芯是由石墨制作而成。
【过渡】在之前的章节中我们了解到，物质的性质决定用途，而用途能体现物质的性质，那么金刚石和石墨又有哪些性质和用途呢？接下来我们一一来了解。
【学生活动】阅读教材P106“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
无色透明、折光性好 装饰品——钻石
天然存在的最硬的物质 钻探机的钻头、裁玻璃等
【学生活动】阅读教材P107“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
深灰色、不透明、细鳞片状固体；质软滑腻 制铅笔芯
良好的润滑性 润滑剂，如打开锈锁
良好的导电性 电极材料
【讲解】金刚石和石墨的物理性质和用途同样体现了物质的性质很大程度上决定了物质的用途。
【学生活动】（1）用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度；（2）触摸铅笔芯粉末，仔细体会手感；（3）用铅笔在白纸上划，观察颜色。
【总结】小刀能将铅笔芯很容易地刮下来，说明石墨质软；触摸铅笔芯粉末，能感觉到滑腻感，说明石墨有良好的润滑性；用铅笔在纸上画，也能感觉到铅笔的顺滑感，颜色为黑色。
【学生活动】观看视频或教师演示实验，观察石墨的导电性。
【总结】通过实验可以看到，接通电源后，灯泡发亮，断开石墨电极后，灯泡不亮，连接上石墨电极后，灯泡重新亮起了。说明石墨具有良好的导电性，所以石墨可以用作电极材料，如电池中会有石墨电极。
【学生活动】交流讨论：金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢？
【总结】因为金刚石和石墨中碳原子排列方式不同。金刚石中，每个碳原子都与4个碳原子相连，构成正四面体，以这个骨架无限延伸构成立体网状结构，这种结构很稳定，导致金刚石的硬度非常大。而石墨是层状的结构，每一层内的碳原子以平面正六边形的形式连接并无限延伸，形成了石墨单层。层与层之间有作用力，这种作用力较弱，可以滑动，所以石墨质软，且由滑腻感。
【讲解】物质的结构与性质之间的关系：物质的结构决定了物质的物理性质，而物理性质又可以体现物质的结构。
【思考】石墨在一定条件下能够变成金刚石，这属于物理变化还是化学变化？
【总结】石墨在一定条件下变成金刚石，则物质的结构发生了变化，说明在此过程中有新物质生成，属于化学变化。我国石墨转化为金刚石技术发展非常迅速，现已成为人造金刚石生产大国，人造金刚石亦被广泛应用于各种工业和工艺行业。
【过渡】在日常生活中，还有一些物质如：木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分也是碳的单质，而它们的结构则与石墨类似，这些含碳物质统称为无定形碳，活性炭大家并不陌生，在水的净化的学习中我们已经了解了它具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味，下面，我们再通过实验来验证一下活性炭的性质吧！
【学生活动】观看实验视频或教师演示实验或学生动手实验，观察并分析实验现象。
【总结】
现象 液体颜色有红色逐渐变浅，最后褪为无色
分析 活性炭有吸附性，吸附了水中的色素，水的颜色逐渐变浅直至无色
【讲解】活性炭、木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大，具有较强的吸附性，能吸附水中的色素。
【总结】
（1）木炭是自然界中最常见的物质，它同具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。利用木炭的这个性质可以来吸附一些食品和工业产品的色素，也可以用来吸附有异味的物质。
（2）活性炭是常用的吸附剂，它的吸附作用比木炭还要强，防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的。人们还常用它来吸附装修过程中产生的有害气体和水的净化处理等。
（3）焦炭是烟煤在隔绝空气的条件下，加强热得到的一种固体，常用于高炉炼铁等。
（4）炭黑是一种轻而极细的黑色粉末，是一些含碳化合物在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的。可用于制造黑色染料、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。
【过渡】随着科学的发展，一些新的以单质形式存在的碳不断的被人们发现，如C60。
【学生活动】阅读教材P108“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。
【总结】C60（又称碳60），每个C60分子是由60个碳原子构成的，因形似足球又称足球烯，分子结构稳定。C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
【讲解】另外还有很多的碳单质在科学家的不断探索中被发现，如石墨烯，碳纳米管等。
【补充1】石墨烯：英国曼彻斯特大学的海姆和他的同事用类似于胶带粘、撕的方法从石墨中分离出仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯，他们也因此而获得诺贝尔物理学奖。石墨烯因为厚度与一个碳原子的直径相当，仅为3.35×10-10m，是目前人工制得的最薄的材料。而石墨烯的这种单层结构决定了它有优异的导电、导热和其他奇特性能，激励科学家们不断探索。2019年我国科学家首次实现世界上最小尺寸的石墨烯折叠，折叠后，因为结构变化，使它很多性质被优化，或者具备原先不具备的性能。科学家预测，如果电动车使用石墨烯电池，可能花两三分钟就可以把电充满。广阔的应用前景为我们的生活提供便利。
【补充2】碳纳米管：是由石墨薄层卷曲而成的碳管，直径在几纳米到几十纳米之间，由于它的独特结构，柔韧性异常的好，可用于制备高强度材料。
【播放视频】科普视频：碳的“七十二变”。
【课堂小结】
【课堂练习】略
四、板书设计
课题1 金刚石、石墨和C60
第一课时 碳的单质
1.
2. 金刚石、石墨、C60物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同。
3. 木炭、活性炭：有吸附性。

展开更多......

收起↑