资源简介

碳单质的多样性（第一课时）
课程基本信息
学科 化学 年级 九年级 学期 秋季
课题 碳单质的多样性（第一课时）
教科书 书 名：九年级上册化学教材 出版社：人民教育出版社 出版日期：2024 年 7 月
教学目标
1.知道金刚石、石墨等碳单质是由碳元素组成的，认识同一种元素也可以组成不同种物质， 感受物质的多样性。 2.通过了解多种碳单质的结构、性质和用途，初步建立结构、性质与用途的关系。 3.通过碳单质的发展历程和我国取得的科技成果，引起对科技发展的关注与兴趣，增强民族 自豪感，了解人类对物质的组成与结构的探索是不断发展的。
教学重难点
教学重点： 物质的性质和用途之间的关系。 教学难点： 物质的多样性。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动
一、新课导入 我们知道，丰富多彩的物质世界是由元素组成 的，不同的元素组成不同的物质，那么在物质 世界中，有没有同一种元素组成不同的物质 呢？研究表明，金刚石、石墨和 C60 都是由碳元 素组成的单质。 同学们，你们在哪些地方见过金刚石和石墨 呢？对金刚石和石墨有哪些了解呢？ 铅笔是日常生活中最常见的文具之一，它的主 要成分就含有石墨。 【倾听、感受】 同一种元素可以组成不同 的物质。
铅笔上“HB ”的字母，H 表示 hard，硬铅笔芯 用 H、2H、3H……表示，H 越多，则代表笔芯越 硬，颜色越淡，多用来复写或画机械图；B 表 示 black，软笔芯用 B、2B、3B……表示，B 越 大，笔芯越软，颜色越黑，美术课上用来绘画 的笔就是这种。 【动手感知】 1、触摸铅笔芯，仔细体会 手感。 2、用铅笔在白纸上划，观 察颜色及现象，尝试分析 为什么铅笔芯在纸上画过 会留下黑色痕迹。
二、提出问题 【创设真实情境】 1.把 6B 铅笔芯用导线接入电路中，接通电源 后，灯泡亮了，这个实验说明了什么？ 2.用玻璃刀头上镶的金刚石裁玻璃，说明金刚 石具有什么样的性质？ 【思考回答】 1. 说明石墨具有导电性。 2. 说明金刚石的硬度大。
三、讲授新课 【图片展示】金刚石 diamond 【讲述】金刚石结构：在金刚石中，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 是很稳定的。 金刚石物理性质：纯净的金刚石是无色透明的 固体。天然采集的金刚石经过仔细琢磨后，可 以成为璀璨夺目的钻石。它是天然存在的最硬 的物质。透光性好。导热性好。 金刚石用途：可用作装饰品、钻头、透镜等光 学仪器的涂层、集成电路基板散热以提高芯片 性能。 【小结】金刚石的结构、物理性质和用途。 【小结】性质与用途的关系：物质的性质在很 大程度上决定物质的用途。 【图片展示】石墨 graphite 【任务一】 阅读教材 128 页，完成金刚石结构、物 理性质、用途的知识梳理 【任务二】 阅读教材 129
【讲述】石墨结构：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。 石墨物理性质：石墨是一种灰黑色、有金属光 泽的固体。石墨很软、有滑腻感。石墨的熔点 高、具有优良的导电性能。 石墨用途：石墨可用作制铅笔芯、高铁列车的 受电弓滑板和干电池等。 【小结】石墨的结构、物理性质和用途。 【归纳】请对比金刚石和石墨的物理性质，思 考金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，物 理性质为何存在明显差异？ 【小结】金刚石和石墨物理性质为何存在明显 差异的原因是它们的碳原子排列方式不同 【总结】结构与性质及用途之间的关系：物质 的结构决定物质的性质，物质的性质再很大程 度上决定了物质的用途。 页，完成石墨结构、物理 性质、用途的知识梳理 【思考、回答问题】 对比金刚石和石墨的物理 性质
四、迁移提升 【实验 6-1】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，滴 入一滴红墨水，使水略显红色。加入活性炭， 轻轻震荡锥形瓶。 【图片展示、讲述】木炭具有疏松多孔的结构， 因此它具有吸附能力。可以利用木炭的这个性 质来吸附一些食品和工业产品里的色素，也可 以吸附异味。活性炭的吸附作用比木炭的还要 强，防毒面具里的滤毒灌就是利用活性炭来吸 附毒气的，制糖工业中也利用活性炭来脱色以 制白糖。随着社会的发展，活性炭的应用范围 【观察实验现象、分析原 因、交流讨论】
不断扩大，如城市污水、工业废水和饮用水在 深度净化处理时都要用到活性炭，人们还利用 活性炭来吸附室内装修产生的对人体有害的气 体等等。 【提升】 科学家发现，除了金刚石、石墨，还有一些以 单质形式存在的碳。其中，发现较早的是 C60。 每个分子是由 60 分碳原子构成的，C60 的分子 结构形似足球。C60 的发现使人类了解到一个全 新的碳世界。C60 的独特结构决定它具有一些特 殊的物理和化学性质，可应用于超导、催化、 材料、医学及生物等领域 。 目前，人类对 C60 的研究正在不断深入 。我国的科研机构在 C60 的制备和分离、性质和应用等方面的研究已取 得不少成就，在国际上产生了重要影响。 【视频】碳单质的发展历程和我国取得的科技 成果 【倾听】感受碳单质的多 样性， 了解人类对物质的 组成与结构的探索是不断 发展的。
五、课堂练习 1．谷雨时节，雷雨骤降，小明同学发现清澈抚河水变成浑浊发黄，他利用 化学所学水的净化知识将它净化成生活饮用水，其中用到活性炭，活性炭的 主要作用是 ( ) A．沉降 B．吸附 C．消毒 D．乳化 【答案】B 2．如图是金刚石、石墨、C60 结构示意图，下列说法正确的是 ( ) A．从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的 B．从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极
C．从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的 D．从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的 【答案】A 3.碳元素能组成多种单质。下列关于碳单质的说法正确的是 ( ) A．都可用于制造铅笔芯 B．都是由碳原子直接构成 C．都是黑色固体 D．充分燃烧的产物都为 CO2 【答案】D 4.我国独创的超轻质碳基微烧蚀材料为中国载人登月飞船提供了重要支持， 它能够有效保护返回舱在高温环境下的安全，碳基微烧蚀材料可用来作为飞 船的 ( ) A．电子材料 B．导电材料 C．防热材料 D．通信材料 【答案】C
六、课堂总结 通过本课学习我们知道了金刚石，石墨，C60 的微观结构，物理性质以及他 们的用途，知道了物质的结构决定性质，物质的性质在很大程度上决定了物 质的用途。我们也知道了金刚石，石墨，C60 都是由碳元素组成的单质， 由 此认识到一种元素可以组成多种物质。了解了碳单质的科技前沿如碳纳米管 及石墨烯的研究进展，表明了人类对于物质的组成与结构的探索是不断发展 的。希望同学们对化学的学习保持热爱，能从化学视角认识物质世界，也希 望同学们学好化学，为实现中华民族伟大复兴贡献自己的力量。
七、作业布置 1.金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，物理性质却有明显差异。其原因 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.金刚石和石墨由不同的原子构成
D.金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同 【答案】D 2.物质的性质在很大程度上决定了物质的用途。请填写下表。 物质性质用途金刚石用于钻机的钻头石墨导电性好吸附性强在防毒面具中吸附毒气木炭用作燃料
【答案】 物质性质用途金刚石硬度大用于钻机的钻头石墨导电性好用作电极活性炭吸附性强在防毒面具中吸附毒气木炭可燃性用作燃料
3.阅读科普短文并回答下列问题 C60 在常温下为固体，密度为 1.68g/cm3,熔点高于 280℃ , 可溶于苯和甲 苯等溶剂。C60 分子具有空心球体结构， 由 12 个正五边形和 20 个正六边形 封闭而成。 由于具有这种独特的分子结构，C60 在气体储存、新型催化剂和 超导材料的研制， 以及光学核外医学领域具有应用前景。例如，研究表明， C60 与 K 等金属反应生成的化合物是超导体。 （1）下列叙述中，属于 C60 的物理性质的是 () A.可溶于苯和甲苯 B.密度为 1.68g/cm3 C.熔点高于 280℃ D.C60 与 K 等金属反应 （2）请举例说明 C60 可能的应用 【答案】（1）ABC （2）利用 C60 与 K 等金属反应研制超导材料（或研 制催化剂、气体储存材料等） 4.我国高速铁路的发展走在了世界前列。高铁列车依靠车顶的受电弓滑板与 接触网持续摩擦获取电力，从而维持高速运行。请同学们查阅资料了解受电
弓滑板材料的发展史，体会材料的发展在推动社会进步方面发挥的重要作 用。 【答案】20 世纪 60 年代，我国电力机车的受电弓使用软钢滑板，其缺点是 磨损严重；而后改用碳滑板材料，但是碳滑板材料的机械强度较低，在运行 中会出现滑板折断和破裂的情况，使用寿命较短。20 世纪 80 年代，铜基粉 末冶金滑板得到了广泛的应用，其优点是接触面积大、接触压力均匀，能够 有效减轻电弧的产生，提高安全性。20 世纪 90 年代以后，开始使用组织致 密的浸金属碳滑板材料，这种滑板集碳材料和金属材料的优点于一体，综合 性能比较优越。近年来，又出现了一些新型复合材料滑板。（或其他合理答 案）碳单质的多样性（第二课时）
课程基本信息
学科 化学 年级 九年级 学期 秋季
课题 碳单质的多样性（第二课时）
教科书 书 名：九年级上册化学教材 出版社：人民教育出版社 出版日期：2024 年 7 月
教学目标
1.知道碳单质的化学性质及应用，深化对“性质决定用途 ”的认识。 2.通过木炭还原氧化铜的实验，提高观察现象、获取证据、分析推理和评价反思等能力。 3.了解古代人民对墨的研制和使用，弘扬中华优秀传统文化，增强文化自信与民族自豪感。
教学重难点
教学重点： 碳单质的化学性质。 教学难点： 碳单质与某些氧化物的反应
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动
一、新课导入 墨是我国传统文房用具之一，用炭黑等 材料制成。我国制墨具有悠久的历史（如 图）湖北出土的战国古墨和元代夏永的 《岳阳楼图》 。墨的制造和使用，促进 了中华文化的传承和发展。 【倾听】感受我国古代劳动人民 的智慧。
二、提出问题 【提问】我国古代书法家、画家用墨书 写或绘画的字画能够保存很长时间而不 变色，说明碳具有怎样的化学性质？试 着从原子的结构进行分析。 【小结】在常温下，碳单质的化学性质 不活泼。碳单质受日光照射或与空气、 【分析】常温下，碳单质的化学 性质不活泼。碳原子的最外层电 子数为 4，得到或失去 4 个电子 达到稳定结构都不容易，因此常 温下，碳的化学性质不活泼。
水接触，都不容易发生化学变化。 【追问】如果温度升高，碳单质的活泼 性又如何呢？ 【思考、讨论】
三、讲授新课 【讲授】碳是人类最早发现并利用的元 素之一，古代人民就已经利用了碳的可 燃性进行烧炭取暖，直到今天，化石燃 料仍然是我们最熟悉的碳的存在形式。 【实验】木炭燃烧 苏轼有诗云： “红焙浅瓯新火活，龙团 小碾斗晴窗。 ”描绘的是冬日煮茶放入 场景。“ 围炉煮茶 ”可用无烟炭作燃料， 但需要注意室内通风，你知道这是为什 么吗？ 【小结】碳具有可燃性，当氧气充足时， 碳单质充分燃烧，放出的热量较多； 当 氧气不足时，碳单质不充分燃烧，放出 的热量较少，而且生成的一氧化碳有毒， 所以，在使用木炭做燃料时要注意使碳 单质充分燃烧，同时要开窗通风。 【实验演示】木炭还原氧化铜 【提出问题】 1、实验现象有哪些？ 2、分析产生现象的原因是什么？ 3、实验中用到的金属网罩、弹簧夹和澄 清石灰水的作用是什么？ 4、实验结论是什么？ 【任务一】写出木炭充分燃烧时 的化学反应方程式。 【观看实验】 【任务二】【交流讨论】碳不完 全燃烧会产生一氧化碳，一氧化 碳容易使人中毒。写出木炭不充 分燃烧时的化学反应方程式。 【观察实验】 【交流讨论】 回答 1、现象：导管口有气泡逸 出，黑色粉末逐渐变红，澄清石 灰水变浑浊。2、开始加热时， 试管中的空气因受热膨胀而逸 出；加热一段时间后，木炭与氧 化铜反应，生成的铜为红色固 体，同时生成的二氧化碳能使澄
【小结】在这个反应中，氧化铜失去氧 而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧 被夺去的反应属于还原反应（reduction reaction） ，因此，高温下，碳具有还 原性。 清石灰水变浑浊。3、金属网罩 的作用是使火焰集中，提高温 度；弹簧夹的作用是反应结束时 关闭弹簧夹，防止外界空气进入 试管中，使灼热的铜重新被氧化 为氧化铜；澄清石灰水的作用是 检验生成的二氧化碳。4、在高 温下，木炭能与氧化铜反应生成 铜和二氧化碳。
四、迁移提升 碳单质与某些氧化物的反应可用于冶金 工业。例如，利用焦炭可以把铁从它的 氧化物矿石里还原出来。 此外，在高温条件下，碳单质还能使二 氧化碳转化成一氧化碳 【视频】介绍还原反应在工业生产中的 应用 【倾听、思考】 【总结】 梳理碳和碳的氧化物转化关系
五、课堂练习 1.《富春山居图》是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而 不变色的原因： 。 【答案】墨的主要成分是碳单质，碳单质在常温下化学性质不活泼。 2.“文房四宝 ”之一的墨是中国传统水墨画的绘画材料，墨由炭黑中加入 天然胶等制成。宋代《墨经》记载“立窑烧烟法 ”的示意图如图所示， 炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的烟可用于制墨。下列说 法正确的是 ( ) A ．炭黑属于纯净物 B ．立窑烧烟时松木燃烧很充分
C ．炉膛口的大小对黑烟的产量没有影响 D ．立窑烧烟会造成空气污染 【答案】D 3 ．实验小组采用如图所示装置验证碳粉还原氧化铜，下列说法错误的是 ( ) A ．实验前要先检验装置的气密性 B ．网罩的作用是集中火焰，提高温度 C ．点燃酒精灯一段时间后，玻璃管内黑色粉末逐渐变为红色 D ．实验产生的气体一定没有 CO 【答案】D 4.古代搭建戏台时，常把埋入地下的一部分木头表面稍稍烤焦成木炭以减 缓木材腐烂，所利用碳的化学性质是 ( ) A ．具有可燃性 B ．具有氧化性 C ．具有还原性 D ．常温下化学性质稳定 【答案】D 5.将过量炭粉与氧化铜混合，置于密闭容器中隔绝空气加强热，充分反应。 下列图像不能正确反映容器内各相关量对应关系的是 ( )
A . B .
C . D .
【答案】A 6.点燃一支蜡烛，把冷碟子放在蜡烛火焰的上方（如图），过一会儿，你 将在冷碟子底部收集到亲手制得的炭黑。这个实验说明了什么？ 【答案】在氧气不足的条件下，可以用含碳元素的物质制得炭黑。
六、课堂总结 通过本课学习我们知道了碳单质的化学性质，对物质的性质决定其用途有 了更加深刻的认识。在常温下，碳的化学性质不活泼，可以用来制墨。我 们古代人民就研制和使用了墨，帮助传承和发展了我们中华传统文化。当 温度升高时，碳具有可燃性，可用含碳的煤和木炭作燃料。本课我们学习 了一个重要实验，木炭还原氧化铜。说明在高温下，碳具有还原性，工业 上利用焦炭可以冶炼金属，制得一氧化碳。新时代，新机遇，希望同学们 能增长认识物质和创造物质的本领,探索更多物质奥秘。少年强则国强，同 学们加油!
七、作业布置 1.金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 。 【答案】二氧化碳 2.碳是人类接触得最早、利用得最多的元素之一，由所学知识回答：激光 打印机是常见的办公用品。它所用墨粉的主要成分是极细的碳粉，打印出 的文字可以长时间保存的原因是 。 【答案】常温下，碳的化学性质稳定。 3.下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 ( ) A ．CO2 B ．O2 C ．N2 D ．C 【答案】D 4. 明代《天工开物》一书介绍了“火法炼锌 ”的方法：把炉甘石（ZnCO3） 和煤炭饼装入炼锌罐（如图所示），泥封，“其底铺薪，发火煅红 ”、“冷 定毁罐取出 ”。下列说法错误的是 ( )
A ．“火法炼锌 ”符合低碳发展理念 B ．炉甘石粉碎后加入锌罐， 目的是增大反应物之间的接触面积 C ．“冷定毁罐取出 ”的目的是防止锌在较高温度下再次被氧化 D ．反应区中发生的反应之一：C+2ZnO2Zn+CO2 ↑体现了碳的还原性 【答案】A 5.写出碳单质在高温时还原氧化铜的化学方程式。要使 80g 氧化铜完全还 原，理论上至少需要碳单质的质量是多少？ 【答案】C+2CuO2Cu+CO2 ↑ 6g

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