资源简介

(共57张PPT)
第二单元 空气、物质的构成与组成
课题2 碳
（科粤版）九年级
上
01
教学目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
06
板书设计
教学目标
列举金刚石、石墨等碳单质，从结构差异解释硬度、导电性等性质与用途的关系。
01
02
通过燃烧实验掌握碳完全与不完全燃烧产物，理解一氧化碳毒性及防护。
03
结合历史实例认识碳的化学稳定性，通过还原反应实验理解其冶炼应用。
新知导入
本节聚焦
碳的单质；
碳的燃烧；
一氧化碳；
性质决定用途。
新知导入
碳（carbon）是组成生命的最基本元素（地球上的生物体内都含有碳元素），也是给人类社会提供能源和材料的主要元素。
新知导入
许多含碳的物质早就被人类用作燃料，直到现代，以碳元素为主要成分的天然气、煤和石油，仍然是人类社会最常用的燃料。
天然气 煤 石油
问题探讨
新知导入
对于我们最熟悉的空气，柯柯和悦悦提出了以下疑问。
碳有好几种性质差别很大的单质，它们的用途和性质有什么关系？
煤气中毒是怎
么回事？
你知道碳燃烧生成什么吗？
模块一 多种多样的碳单质
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
碳有多种不同的单质，体现了物质的多样性。
晶莹剔透、价格昂贵的钻石
是用金刚石切割而成的。
我们从小使用的铅笔，里面的笔芯是
灰黑色的，因为其中含有石墨。
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石和石墨这两种外观差别极大的物质实际上都是碳的单质。
下表列出了金刚石和石墨的几种常见用途，你能推测出这两种单质有什么不同的特性吗？
金刚石和石墨的应用 特性推断
玻璃刀的刀头上镶一小粒金刚石， 用来切割玻璃。
硬度大
石墨可以作为电极芯（图为检测石墨电极 芯的导电性）。
优良的导电性
铅笔芯是用石墨粉和黏土混合制成的。比较 6H 和 6B 铅笔的软硬性能（提示：6B 铅笔 芯含较多石墨粉，6H 铅笔芯含较多黏土）。 6H硬度大
6B字迹深
特性：石墨质软
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石的性质和用途
硬度大：无色透明，是自然界中最硬的物质，切削加工需用金刚石粉或激光 。
密度大：无色透明质纯的金刚石密度为3.52g/cm
折射率高：经过切割加工后，折光性强，光彩夺目
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石无色透明，是自然界中最硬的物质，可以用来做磨料、地质勘探的钻头和玻璃刀的刀头。
金刚石经过切割加工后，折光性强，光彩夺目，还可以做成贵重的装饰品。
结构
决定
性质
决定
用途
反映
反映
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
石墨的的性质和用途
外观：灰黑色，有金属光泽，质软
密度大：约2.25g/cm ，比金刚石密度低
弹性与可塑性：弹性模量低，具柔韧性、可塑性，易加工成不同形状
导电与导热性：良好的电和热导体，层中自由电子可传导电流与热量，常用于电极、散热材料等
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
用途：铅笔芯
自然界中存在最软的物质之一
用途：电极
用途：高温润滑剂
滑腻、耐高温
深黑色、有金属光泽、质软
导电性
导热、耐高温、熔点高
用途：熔炼金属的坩埚
铅笔芯是用石墨粉和黏土混合制成
石墨坩埚
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
讨论与交流
金刚石和石墨的组成、结构和它们的性质有什么关系呢？
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石和石墨均由碳元素组成，但它们的结构不同，导致性质也存在差异，具体关系如下：
金刚石：其碳原子间通过共价键形成空间网状结构，每个碳原子都与4个相邻的碳原子以共价键相结合，键角为109°28′，这种结构非常稳定和坚固。所以金刚石硬度极高，是自然界中硬度最大的物质，熔点也很高，并且不导电，因为没有自由移动的电子或离子。
金刚石的结构
碳原子的排列方式不同。
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石和石墨均由碳元素组成，但它们的结构不同，导致性质也存在差异，具体关系如下：
石墨：碳原子呈层状排列，每层中的碳原子以共价键结合，形成六边形的平面网状结构，层与层之间通过范德华力结合。层内碳原子间的共价键使得石墨具有一定的稳定性和较高的熔点；而层与层之间的范德华力较弱，容易发生相对滑动，所以石墨质地柔软，有滑腻感，可用于作润滑剂。另外，由于每层碳原子中有一个未成键的电子，这些电子可以在层内自由移动，使得石墨能够导电，常用作电极材料。
石墨的结构
碳原子的排列方式不同。
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
金刚石和石墨均由碳元素组成，但它们的结构不同，导致性质也存在差异，具体关系如下：
组成与性质的关系：二者都由碳元素组成，从元素组成的角度看，它们具有相同的化学组成基础，在一定条件下都能与氧气等物质发生化学反应，生成二氧化碳等碳的氧化物。
物质的结构
决定
体现
决定
体现
物质的性质
物质的用途
石墨
高温、高压
催化剂
金刚石
能否通过改变物质的结构，创造新物质呢？
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
人类还用到主要成分为碳单质、内部结构不规则的多种无定形碳。
焦炭 木炭 活性炭 炭黑
冶金和生活的常用燃料
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
这些无定形碳都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
显微镜下结构
活性炭具有吸附性的原因？
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
活性炭的应用
滤毒层
（活性炭）
滤毒罐
（活性炭）
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
活性炭的应用
制糖工业中的白糖脱色工艺 化学合成中的除杂操作等
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
炭黑的应用
炭黑在常温时非常稳定，是中国文房四宝
之“墨”的主要成分之一。
用墨汁所绘的画和书写的字经久不变色
北宋时期的清明上河图至今仍保存完好
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
富勒烯护肤品
近几十年来，科学家还先后发现富勒烯、石墨烯等其他碳单质，它们在材料科学、电子工业等方面有广阔的应用前景。
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
近几十年来，科学家还先后发现富勒烯、石墨烯等其他碳单质，它们在材料科学、电子工业等方面有广阔的应用前景。
石墨烯
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
知识视窗
碳单质的研究进展
金刚石和石墨存在于自然界中，很早就被人类发现和利用。它们内部碳原子的排列方式不同，因此性质、用途迥异。金刚石中每个碳原子都与4个其他碳原子结合，形成正四面体，进而扩展为牢固的三维结构。石墨中每个碳原子与3个其他碳原子结合，从而形成正六边形，扩展成为二维平面层状结构，层与层之间容易滑动。
1985 年，结构类似于足球的笼状 被发现，掀起新型碳单质研究的热潮。因为与富勒的薄壳球形建筑相似，和 、等类似碳单质被统称为富勒烯。1991 年发现的碳纳米管可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空纳米级圆管（单壁）或多层同轴圆管（多壁），两端可以由富勒烯半球闭合而成。2004 年，科学家用特殊胶带
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
知识视窗
将石墨层层剥离，得到无色透明的单层石墨，称为石墨烯。石墨烯是目前世界上最薄、最坚韧的纳米材料，导电、导热性能优异，可用于发展新一代电子元件。我国已成为全球石墨烯研究和产业化最活跃的国家之一。
石墨炔是由中国化学家在 2010 年首次合成的，具有不同于石墨的片层状结构，有多种结构类型，有可能成为电子器件领域最重要的材料。
金刚石
石墨
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
碳纳米管（单壁）
石墨烯
一种石墨炔
任务二
多种多样的碳单质
探究新知
C60是由C60分子构成的。
一个C60的分子是由60个碳原子构成。
C60分子的结构形似足球，性质很稳定。
科技前沿
C60结构类似足球，又名足球烯。
例1、下列关于金刚石的认识，错误的是( )
A.质地较软
B.由碳原子构成
C.可做装饰品
D.一定条件下能燃烧
课堂典例
【答案】A【解析】A. 质地较软：金刚石是自然界中天然存在的最硬的物质，而非质地较软，该选项说法错误。B. 由碳原子构成：金刚石由碳原子以共价键结合形成的立体网状结构，确实是由碳原子构成的，该选项说法正确。C. 可做装饰品：由于金刚石具有强烈的光泽和高折射率，经过打磨后非常美观，常被用作装饰品，如钻石首饰等，该选项说法正确。D. 一定条件下能燃烧：碳在一定条件下可以燃烧，金刚石作为碳的单质，在充足的氧气等条件下也能燃烧，生成二氧化碳，该选项说法正确。答案故选D。
例2、金刚石、石墨和的化学性质相似，物理性质却有很大差异，其主要原因是( )
A.构成它们的原子大小不同
B.构成它们的原子数目不同
C.金刚石、石墨和由不同种原子构成
D.金刚石、石墨和中碳原子的排列方式不同
课堂典例
【答案】D【解析】A. 三者均由碳原子构成，而碳原子的大小是相同的，该选项说法错误。B. 物理性质的差异并非由原子数目决定。比如，金刚石和石墨中碳原子数目可多可少，但其性质差异的关键在于结构，而非数量，该选项错误。C. 这三种物质均由碳原子组成，不存在不同种类的原子，该选项错误。D. 金刚石中，碳原子以立体网状结构排列，这种结构使得金刚石成为自然界最硬的物质。石墨中，碳原子呈层状排列，层与层之间的作用力较弱，因此石墨质地柔软，且具有良好的导电性。的碳原子构成类似足球的笼形结构，这种独特的排列方式使其具有不同于金刚石和石墨的物理性质。该选项正确。答案故选D。
例3、碳家族中的的分子结构形似足球。下列关于C的说法错误的是（ ）
A.它是一种单质
B.每个C分子由60个碳原子构成
C.它与金刚石是同一种物质
D.它有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域
课堂典例
【答案】C【解析】A. 它是一种单质由碳元素单独组成，属于纯净物中的单质，该说法正确。
B. 每个分子由 60 个碳原子构成：从化学式可知，分子的基本结构单元是 60 个碳原子组成的分子，该说法正确。C. 它与金刚石是同一种物质：和金刚石虽均由碳元素组成，但属于不同的碳单质（互为同素异形体）。金刚石由碳原子以立体网状结构构成，而是分子晶体，二者结构和性质均不同，属于不同物质，该说法错误。D. 它有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域：因独特的分子结构，在超导材料、催化剂设计、纳米材料、医学成像及生物化学等领域具有潜在应用价值，该说法正确。故选C。
模块二 碳燃烧生成什么
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
我们为什么能确定特性迥然不同的金刚石、石墨等都是由碳元素组成的单质呢？
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
一个重要的证据是它们的燃烧产物都是碳的氧化物。
在常温条件下，碳单质的化学性质是非常稳定的。（不活泼）
唐朝古画
明朝古画
水墨画经
久不变色
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
请思考：为什么碳在常温下性质不活泼呢？
碳原子的最外层电子数为4，既不容易得到电子，也不容易失去电子，所以常温下碳的化学性质比较稳定。
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
但在高温条件下，各种碳单质都会发生燃烧。
请回忆，你在实验室里做过的木炭在氧气瓶中燃烧的实验。
1.碳燃烧时有什么现象？
剧烈燃烧，发出白光，放出大量的热。
2.燃烧的产物是什么？
木炭在氧气中充分燃烧的产物是二氧化碳。当氧气不足时，可能会生成一氧化碳。
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
氧气供给充分的环境下，碳的燃烧是完全燃烧。
C+ C
点燃
燃烧产物是
二氧化碳
燃烧的热值为3.28×
kJ
化学》第三单元 3.1 [ 实验 3-1 ]。
链 接
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
但是，如果氧气供给不足，会有什么不同呢？
你或许看过新闻报道：冬天，人们在室内烤火取暖，由于不注意通风，室内的人不知不觉昏迷过去，甚至丧失生命，这就是煤气中毒事故。“罪魁祸首”就是一氧化碳(煤气的主要成分)！
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
原来，氧气供给不足时，碳的燃烧是不完全燃烧，产物是一氧化碳，1kg 碳不完全燃烧产生的热量为 9.21×kJ，只有碳完全燃烧产生热量的 。
2C+(不足) 2CO
点燃
在高温条件下，炽热的碳可以使二氧化碳转变为一氧化碳，这是个吸热反应。
C+C 2CO
高温
CO是无色、无气味、难溶于水的气体。CO易燃，燃烧时产生蓝色火焰。
2CO+ 2CO
点燃
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
在通风不良的室内，因氧气不足，含碳燃料燃烧时容易产生一氧化碳。一氧化碳是有毒的气体，它跟血液中血红蛋白结合的能力比氧气强二百多倍，会使血液失去输氧能力，出现中毒现象。所以，在室内使用含碳燃料时，要保证有充分的通风措施，确保安全。
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
一氧化碳中毒的原理
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
讨论与交流
同学们冬天外出研学，在屋里用炭炉生火取暖。柯柯在炭炉进风口扇风。悦悦准备关上窗子，说可以保暖，又放盆水在炉边，说可以防止煤气中毒。烧木炭时在进风口扇风有什么作用？蓝色火焰是直接由炭燃烧产生的吗？悦悦的做法对吗？
炭炉
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
扇风的作用是增加氧气供给，促进木炭充分燃烧。
蓝色火焰由一氧化碳燃烧产生，而非木炭直接燃烧。
悦悦的做法错误。关闭门窗会导致室内空气不流通。木炭燃烧时消耗氧气，若通风不良，可能逐渐造成室内氧气不足，使木炭发生不完全燃烧，产生大量一氧化碳。一氧化碳是无色无味的有毒气体，易在密闭空间中积聚，导致人员一氧化碳中毒。放盆水在炉边防止煤气中毒的做法无效：一氧化碳难溶于水，在炉边放一盆水，无法吸收或减少室内的一氧化碳含量，不能起到防止煤气中毒的作用。
正确做法：使用炭炉取暖时，应保持室内通风良好（如留一扇窗户缝隙或安装烟囱将废气排出室外），确保新鲜空气流入，避免一氧化碳浓度过高。
任务三
碳燃烧生成什么
探究新知
1.物质的性质决定用途，根据物质的用途也可以推知相关的性质。
2.碳有金刚石、石墨等多种单质。它们组成相同，但结构和性质不同，具有不同的用途。
3. 碳完全燃烧的产物是二氧化碳，不完全燃烧的产物是一氧化碳。
4. 一氧化碳和二氧化碳能相互转化。
长话短说
例5、下列关于碳单质可燃性的说法中，正确的是（ ）
A. 碳燃烧只能生成 C
B. 碳不充分燃烧时吸热
C. 碳燃烧产物可能是 CO 和C的混合物
D. 碳燃烧时必须点燃，说明碳常温下化学性质活泼
课堂典例
【答案】C【解析】A. 碳燃烧的产物与氧气量有关。当氧气充足时，生成二氧化碳,该选项错误。
B. 燃烧反应均为放热反应，无论碳充分燃烧还是不充分燃烧，都会放出热量。碳不充分燃烧生成一氧化碳时，同样释放能量，该选项错误。C. 若氧气的量介于充足与不充足之间，碳燃烧时可能部分生成二氧化碳，部分生成一氧化碳，形成二者的混合物。例如，在氧气供应不均匀的环境中燃烧，可能出现这种情况，该选项正确。D. 碳燃烧需要点燃是因为点燃过程提供了反应所需的活化能，但这并不意味着碳在常温下化学性质活泼。实际上，碳在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，该选项错误。所以选C。
例5、 下列物质中，能将氧化铜还原为铜的碳单质是（ ）
A. 金刚石
B. 石墨
C. 活性炭
D. 焦炭
课堂典例
【答案】D
【解析】碳单质具有还原性，能在高温下与金属氧化物发生置换反应，夺取氧化物中的氧，将金属还原出来。金刚石、石墨、活性炭、焦炭均为碳单质，但工业上常用焦炭作为还原剂冶炼金属。例如，焦炭与氧化铜在高温下反应，反应中焦炭作为还原剂，将CuO还原为Cu，而其他选项虽有还原性，但因成本或结构原因，不常用于此类反应，故选D。
例6、 关于碳的化学性质，下列说法正确的是（ ）
A. 常温下碳不与任何物质反应
B. 碳燃烧产物一定是CO
C. 碳能与氧化铜发生置换反应
D. 碳单质均易溶于水
课堂典例
【答案】C
【解析】常温下碳的化学性质稳定，但并非完全不反应，例如在高温或点燃条件下能与氧气、氧化铜等物质反应，A错误；碳燃烧产物取决于氧气量，可能是CO或CO ，B错误；碳与氧化铜在高温下反应生成铜和CO ，属于置换反应（单质+化合物→新单质+新化合物），C正确；碳单质（如金刚石、石墨）均不溶于水，D错误。所以选C。
课堂总结
板书设计
碳
一、多种多样的碳单质
1. 金刚石：立体网状结构，硬度最大、无色透明、不导电；用途：切割玻璃、钻头、装饰品
2. 石墨:层状结构,质软、能导电、有滑腻感;用途：铅笔芯、电极、润滑剂
3. 无定形碳种类：木炭、活性炭、焦炭、炭黑,多孔结构→吸附性（物理性质）;用途：活性炭净水、木炭除味、焦炭冶炼
4. 结构：由60个C原子构成的足球状分子;性质：稳定，可与金属形成配合物;用途：材料科学、超导体研究
二、碳的化学性质
氧气充足 能使石灰水变浑浊
氧气不足 CO 有毒、可燃、还原性
与C高温生成CO
模块三 练习与实践
1、下列物质中，硬度最大的碳单质是（ ）
A. 金刚石
B. 石墨
C.
D. 活性炭
【答案】A
【解析】金刚石是自然界中天然存在的硬度最大的物质，其硬度源于碳原子以共价键形成的立体网状结构，键能极强，不易断裂，常用于制作玻璃刀、地质钻头等。石墨为层状结构，层间作用力弱，硬度小；C 是由60个碳原子构成的分子，硬度较低；活性炭为多孔结构，质地疏松，硬度也远小于金刚石。因此，硬度最大的是A选项。故选A。
分层作业
2、下列碳单质中，能用作铅笔芯的是（ ）
A. 金刚石
B. 石墨
C. 活性炭
D. 焦炭
课堂典例
【答案】B
【解析】铅笔芯的主要成分是石墨和黏土的混合物，利用了石墨质软、呈灰黑色的性质。石墨层状结构使其在纸上摩擦时易留下痕迹，而黏土的比例可调节铅笔芯的硬度（如2B、HB等型号）。金刚石硬度太大，无法书写；活性炭吸附性强但质地疏松，不适合书写；焦炭主要用于冶炼，均不符合铅笔芯的用途，故选B。
3、科学家利用精密的仪器把石墨拆成只有一个或几个原子层厚的“碳片”(示意图见图),
碳片是世界上最薄的材料。下列说法错误的是( )
A.碳片是一种单质
B.碳片和是同一种物质
C.在一定条件下,碳片可还原氧化铁
D.碳片在氧气中完全燃烧的产物是C
课堂典例
【答案】B
【解析】A选项：碳片由碳元素组成，是单质，A正确。B选项：碳片和都是碳元素组成的单质，但原子排列等不同，是不同物质，B错误。C选项：碳片有还原性，一定条件下可还原氧化铁，C正确。D选项：碳片由碳元素组成，在氧气中完全燃烧生成C，D正确。
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