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第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性
第1课时 碳的单质
化学观念：通过金刚石、石墨、C60、碳纤维管、石墨烯等多种碳单质的学习，认识同一种元素可以组成不同的单质，了解物质的多样性；通过对金刚石、石墨等碳单质结构、性质和用途的学习，认识物质结构决定性质，物质性质决定用途。
科学思维：通过运用比较、分析等科学方法，从宏观和微观相结合的视角理解金刚石和石墨物理性质有明显差异的原因。
科学探究与实践：通过实验认识活性炭的吸附性，发展科学探究能力；通过金刚石、石墨等多种碳单质物理性质的学习，培养运用网络查询等技术手段获取和加工信息的自主学习能力。
科学态度与责任：通过对碳单质多样性的学习和认识，发展对物质世界的好奇心、想象力和探究欲，保持对化学学习的浓厚兴趣，以及对化学学科促进人类文明和社会可持续发展的重要价值具有积极的认识。
素养目标
情境导入
丰富多彩的物质世界是由元素组成的
氧气：氧元素
水：氢、氧元素
氢气：氢元素
情境导入
氧元素可以组成氧气(O2)和臭氧(O3)
磷元素可以组成白磷和红磷
碳元素可以组成金刚石、石墨和C60
交流讨论 不同种元素可以组成多种物质，同一种元素也
可以组成多种物质吗？
情境导入
碳是自然界中分布广泛的元素之一，它以多种形式存在于我们的生活中。某科技公司研发了一种新型材料，可用于制造超轻、超强、超导的电子产品。这种材料的主要成分是碳元素，但它的性能远超传统的石墨和金刚石。假如某公司邀请你作为化学顾问，帮助他们分析这种材料的可能结构并解释其优异性能的原因。
你知道哪些由碳元素组成的单质？它们的结构和性质有何不同？为什么同一种元素可以形成性能迥异的单质？
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
实验1：观察金刚石和石墨的硬度
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
实验1：观察金刚石和石墨的硬度
用铅笔在纸上写一写，用小刀在铅笔上削一削……
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
实验2：测试石墨的导电性
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
1.碳单质的多样性
名称 金刚石 石墨
外观
导电性
硬度
导热性
用途
电极、铅笔芯、润滑剂、
高铁列车的受电弓滑板等
灰黑色，有金属光泽的固体，
有滑腻感
无色透明的固体，有璀璨夺目的光泽
天然存在最硬的物质
良好
质软
良好
几乎不导电
钻头、刻刀、装饰品光学窗口、透镜的涂层等
好
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
日常生活和工农业生产中，常常要用到木炭、焦炭、活性炭和炭黑等。这些物质的主要成分也是碳单质，它们的结构与石墨类似。
　　
炭黑
活性炭
焦炭
木炭
都具有疏松多孔的性质
类似石墨的物质
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
实验3：观察木炭的吸附性
新知探究
任务一 探究碳单质的多样性
思考 实验中可以看到什么现象？说明木炭具有什么性质？
这一性质有什么实际用途？
现象：红色褪去，溶液变成无色
性质：具有疏松多孔的结构，具有吸附能力
用途：作冰箱的去味剂
新知探究
防毒面具
冰箱除臭剂
环保活性炭包
决定
体现
性质
用途
任务一 探究碳单质的多样性
活性炭的吸附能力比木炭强，可以用在防毒面具中吸收毒气、制糖工业中脱色制白糖、处理水等。
新知探究
石墨和金刚石是由碳元素组成的不同的单质，是两种不同的物质，相互间的转化属于化学变化。
高温、高压
催化剂
石墨
金刚石
任务一 探究碳单质的多样性
思考 由石墨制造金刚石是物理变化还是化学变化？
新知探究
任务二 分析碳单质的结构与性质的关系
金刚石
性质
纯净的金刚石是无色透明的固体
天然存在的最硬的物质
熔点较高，不导电，导热性好
结构
金刚石
立体网状结构
用途
钻石
玻璃刀
钻机钻头
金刚石散热片
新知探究
任务二 分析碳单质的结构与性质的关系
石墨
性质
灰黑色、有金属光泽的固体
石墨很软，有滑腻感
熔点高，导电性能优良
结构
石墨
层状结构
用途
铅笔芯
高铁列车的受电弓滑板
石墨电极
C60由C60分子构成。每个C60分子由60个碳原子构成，是形似足球的封闭笼状结构，又名足球烯，可应用于超导、催化、能源及医学等领域。
C60 的分子结构和足球相似
新知探究
任务二 分析碳单质的结构与性质的关系
C60
新知探究
任务二 分析碳单质的结构与性质的关系
为什么金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但它们的性质却截然不同？
金刚石的结构
石墨的结构
C60的结构
决定
体现
性质
用途
决定
体现
结构
碳原子排列方式不同
2.碳单质的结构与性质的关系
任务三 解决实际问题：设计新型碳材料
新知探究
科技公司需要一种超轻、超强、超导的碳材料，你能设计出这种材料吗？
这种材料的结构可能是什么样子的？它的性能如何实现？
任务三 解决实际问题：设计新型碳材料
20世纪90年代，一些以新的形态存在的碳单质相继被发现，如碳纳米管。
碳纳米管的直径一般在几纳米（符号为nm）到几十纳米，它独特的结构和性质受到人们的广泛关注。
碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，可应用于材料、催化、信息等诸多领域。
新知探究
3.新型碳材料
2004 年，科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨片(即石墨烯)，证实它在室温下可以单独稳定存在(过去一直认为这是不可能的)。
这是目前世界上人工制得的最薄的材料——厚度仅为 0.335 nm。
石墨烯优异的导电、导热性和其他奇特性质正激励着科学家不断去探索。
任务三 解决实际问题：设计新型碳材料
新知探究
2010年，我国科学家通过化学方法合成了石墨炔。
2017年，中外科学家联合研究团队又合成了 T-碳。
任务三 解决实际问题：设计新型碳材料
新知探究
课堂小结
碳的单质
金刚石
石墨
C60
……
结构
用途
性质
决定
体现
决定
体现
同种元素可以
组成不同物质
金刚石和石墨物理性质不同的原因：碳原子排列方式不同
1.下列关于碳单质的变化中属于化学变化的是（ ）
A.石墨导电
B.活性炭除去冰箱里异味
C.金刚石琢磨成钻石
D.石墨在一定条件下转变成钻石
当堂反馈
D
2.下列有关含碳物质的性质或用途对应不正确的是（ ）
当堂反馈
B
选项 物质 性质 用途
A 金刚石 硬度大 用于钻机的钻头
B 石墨 质软 用作电极材料
C 活性炭 吸附性 除去色素和异味
D 木炭 可燃性 用作燃料
当堂反馈
3.下图分别是金刚石、石墨、C60、碳纳米管等碳单质结构示意图，下列说法正确的是（ ）
A. 这四种物质的质地都很软
B. 这四种物质碳原子的排列方式相同
C. 这四种物质都可作润滑剂
D. 这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
D课题1　碳单质的多样性
第1课时　碳的单质
化学观念:通过金刚石、石墨、C60、碳纤维管、石墨烯等多种碳单质的学习,认识同一种元素可以组成不同的单质,了解物质的多样性;通过对金刚石、石墨等碳单质结构、性质和用途的学习,认识物质结构决定性质,物质性质决定用途。
科学思维:通过运用比较、分析等科学方法,从宏观和微观相结合的视角理解金刚石和石墨物理性质有明显差异的原因。
科学探究与实践:通过实验认识活性炭的吸附性,发展学生的科学探究能力;通过金刚石、石墨等多种碳单质物理性质的学习,培养学生运用网络查询等技术手段获取和加工信息的自主学习能力。
科学态度与责任:通过对碳单质多样性的学习和认识,发展学生对物质世界的好奇心、想象力和探究欲,保持对化学学习的浓厚兴趣,以及对化学学科促进人类文明和社会可持续发展的重要价值具有积极的认识。
教学重点:物质的性质和用途之间的关系;金刚石与石墨物理性质存在明显差异的原因。
教学难点:碳单质结构的多样性导致性质的多样性;理解碳原子的不同排列方式导致碳单质在物理性质上的巨大差异。
[引言]丰富多彩的物质世界是由元素组成的。氧气是由氧元素组成的,水是由氢元素和氧元素组成的,氢气是由氢元素组成的。
[交流讨论]不同种元素可以组成多种物质,同一种元素也可以组成多种物质吗
[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的,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。
[情境创设]碳是自然界中分布广泛的元素之一,它以多种形式存在于我们的生活中。某科技公司研发了一种新型材料,可用于制造超轻、超强、超导的电子产品。这种材料的主要成分是碳元素,但它的性能远超传统的石墨和金刚石。公司邀请你作为化学顾问,帮助他们分析这种材料的可能结构,并解释其优异性能的原因。
[问题驱动]你知道哪些由碳元素组成的单质 它们的结构和性质有何不同 为什么同一种元素可以形成性能迥异的单质
任务一　探究碳单质的多样性
教师活动 学生活动
[过渡]我们先来做两个实验。在进行实验时我们要注意观察实验现象。 [实验] 实验1:观察金刚石和石墨的硬度(用金刚石划玻璃,用石墨写字) [观察实验]观察并记录实验现象,结束后进行交流,并填写表格
提供器材:玻璃刀、玻璃、6B铅笔芯、白纸。 实验2:测试石墨的导电性(用石墨电极连接电路)。 提供器材:6B铅笔芯、干电池、导线、小灯泡。 [引导]通过观察实验和阅读教材完成表格内容。 实验3:观察木炭的吸附性(向大试管内的清水中滴一滴红墨水,之后加入木炭粉静置,观察现象)。 [提问]可以看到什么现象 说明木炭具有什么性质 这一性质有什么实际用途 [补充]活性炭的吸附能力比木炭强,可以用在防毒面具中吸收毒气、制糖工业中脱色制白糖、处理水等。 [引导提问]由石墨制造金刚石是物理变化还是化学变化 名称金刚石石墨外观无色透明的固体灰黑色,有金属光泽的固体导电性几乎不导电良好硬度天然存在的最硬的物质质软,有滑腻感导热性好良好用途钻头、刻刀、装饰品,透镜等光学仪器的涂层等电极、铅笔芯、润滑剂、高铁列车的受电弓滑板等
[回答]现象:红色褪去,溶液变成无色。 木炭:具有疏松多孔的结构,因此具有吸附能力,可用来作冰箱的去味剂。 [讨论回答]石墨和金刚石是由碳元素组成的不同单质,是两种不同的物质,相互间的转化属于化学变化
任务二　分析碳单质的结构与性质的关系
教师活动 学生活动
[过渡]为什么金刚石和石墨都是由碳元素组成的,但它们的性质却截然不同 [展示教具]提供金刚石、石墨和C60的球棍模型,引导学生分析它们的结构特点。 教师介绍: 金刚石的立体网状结构使其硬度大、不导电。 石墨的层状结构使其质软、滑腻、导电。 C60的足球状结构使其具有特殊的电学和光学性质。 [教师点拨]碳单质的多样性源于其不同的结构。结构决定性质,性质决定用途 [观察模型,听讲] [交流]结合结构特点,分析它们的性质差异,并推测可能的用途
任务三　解决实际问题:设计新型碳材料
教师活动 学生活动
[过渡]运用所学知识,设计一种具有特殊性能的新型碳材料,并解释其结构和性能的关系。 [提问]科技公司需要一种超轻、超强、超导的碳材料,你能设计出这种材料吗 这种材料的结构可能是什么样子的 它的性能如何实现 [小结]碳单质的多样性为新材料的设计提供了无限可能。通过改变碳原子的排列方式,可以设计出性能各异的新型材料 [交流] 1.讨论并设计新型碳材料的结构模型。 2.结合金刚石、石墨和C60的结构特点,提出创新设计方案。 3.各小组展示设计方案,并解释其结构和性能的关系。 4.其他小组提出改进建议
教师活动 学生活动
[知识总结] 碳单质的多样性:金刚石、石墨、C60等。 结构决定性质,性质决定用途。 [情境回顾] 通过分析碳单质的结构和性质,我们为科技公司提供了新型碳材料的设计思路。 [情感升华]碳单质在自然界和人类社会中的广泛应用,体现了化学的无限魅力 [分组讨论,交流体会,总结归纳]
课题1　碳单质的多样性
第1课时　碳的单质
碳的单质碳原子排列方式不同
物理性质不同
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