資源簡介

第六單元 碳和碳的氧化物
課題1 金剛石、石墨和C60
設計說明 本課題包括兩部分。第一部分介紹碳單質，主要介紹了金剛石、石墨的重要物理性質和C60分子的結構特點。這部分知識學生已經具備一定的知識基礎，教學過程中采取學生自主探究為主并輔助多媒體視頻以及教師演示實驗的方式。使學生在自主探究中掌握金剛石、石墨和C60的性質與用途，同時掌握木炭、活性炭的吸附性及其用途，使學生樹立性質決定用途，用途體現性質的觀點。 第二部分從生活實際（列舉古代字畫歷經千年不褪色等例子）引入，說明單質碳在常溫下具有穩定性；通過讓學生回顧復習木炭在氧氣中的燃燒，引出碳的一種重要化學性質——在加熱條件下能與氧氣反應；又通過【實驗6-2】理解碳能與某些氧化物反應，并能根據實驗現象書寫化學方程式，分析該類化學反應的特點，然后總結出還原反應的概念，說明碳具有還原性。 教學目標 【知識與技能】 1.了解金剛石和石墨的物理性質和主要用途。 2.知道不同種元素可以組成不同種物質，同一種元素也可以組成不同種物質。 3.知道碳單質的化學性質。 4.理解氧化反應和還原反應，知道氧化反應和還原反應是從得氧失氧的角度去理解化學變化。 【過程與方法】 1.學會對展示或演示的資料進行分析和歸納。 2.進一步學會觀察實驗現象并記錄，學會科學探究的方法，了解碳單質的化學性質。 【情感、態度和價值觀】 通過對C60的發展及研究的介紹，學會用發展的眼光看問題，樹立物質性質決定物質用途的觀點。 重點難點 教學重點 金剛石、石墨的主要物理性質與用途，碳的化學性質。 教學難點 碳跟某些氧化物的反應，還原性與還原反應的判斷。 教學方法 探究法：通過學生的自我探究與合作探究，完成對金剛石、石墨、C60以及木炭、活性炭等碳單質的性質與用途的掌握。 推理法：通過對金剛石、石墨、C60的結構、性質、用途的對比，推理得出結構決定性質，性質決定用途的思想。 分析法：通過教師的分析點撥，學會碳的化學性質，理解還原反應與還原性。 教具、學具 1.計算機多媒體教學系統、CAI課件等。 2.儀器：錐形瓶、防毒面具、玻璃刀、金剛石、石墨、C60分子模型、試管（大小各1個）、鐵架臺、酒精燈、網罩、帶導管的塞子、導線、燈泡、6B鉛筆芯、干電池、石墨電極。 3.藥品：紅墨水、烘烤過的木炭（活性炭）、澄清石灰水、木炭粉、CuO粉末。 授課時數 2課時 第一課時 碳的單質 教學過程 導入新課 【教師提問】我們知道不同種元素可以組成不同種物質，那么，同種元素可以組成不同種物質嗎 【多媒體展示】金剛石、石墨、C60分子模型。 【教師講解】金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質。 【教師提問】你能得到什么結論 【學生回答】同種元素可以組成不同種物質。 【實驗探究】1.請同學們將鉛筆用鉛筆刀削好，將鉛筆屑放在一張紙上，并注意環境衛生。 2.請同學們用小刀將玻璃片割開。 【教師提問】為什么用小刀割不開玻璃片？誰知道可用什么工具將玻璃片割開？ 【實驗探究】請兩位學生用玻璃刀進行玻璃切割，注意安全，指導操作。 【小組討論】為什么玻璃刀能夠切割玻璃片？玻璃刀上是一種什么物質？ 【學生回答】玻璃刀上有金剛石，其硬度比玻璃大。 講授新課 【教師提問】同學們認為最昂貴的物質是什么 【多媒體展示】金剛石“庫利南”圖片。 【教師講解】 鉆石也叫金剛石，觀看最大的金剛石“庫利南”。說一說它的主要成分是什么。 【過渡】 金剛石堅硬耐磨、美麗動人，他有個“孿生兄弟”叫石墨。相比金剛石的堅硬耐磨，石墨的質地卻很軟，又是一副黑黑的模樣。既然金剛石和石墨的性質有如此大的差異，為什么把它倆稱為“孿生兄弟”。其原因在哪里呢 一、碳的單質 1.金剛石 【教師提問】金剛石有哪些性質和用途？觀看視頻后請填寫下表。 金剛石石墨 物理 性質外觀光澤硬度導電性用途
【多媒體展示】金剛石的物理性質和用途。學生觀看、填表、討論、歸納。 2.石墨 【引導】同學們，你們手里的鉛筆，它里面的鉛芯是鉛嗎？ 那到底是什么物質？請同學們將剛才削下的黑色粉末用手指輕輕地摸摸，有什么感覺？ 【教師講解】由于石墨很軟，所以常用石墨作鉛筆芯，但由于太軟，只用石墨作筆芯，既易斷又易磨損，因此生產上常在石墨粉末中摻進一些黏土粉以增加硬度。常見的鉛筆中，最軟的鉛筆是6B鉛筆，最硬的鉛筆是6H鉛筆，HB鉛筆則軟硬適中。 【演示實驗】把一根6B鉛筆的鉛筆芯和導線連接在一起，接上電池和燈泡，接通電源后，觀察燈泡是否發亮。 【結論】石墨有良好的導電性。 3.無定形碳 無定形碳包括木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。它們主要是由石墨的微小晶體和少量雜質構成的。 【教師點撥】注意碳與炭的區別 1.碳是元素的名稱，是核電荷數為6的一類原子的總稱。比如：碳元素、碳單質、含碳化合物、一氧化碳。（這里不能用“炭”） 2.炭表示主要由碳元素組成的某種物質——木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。 【教師提問】石墨還有哪些物理性質和用途？觀看視頻后請填表。 【多媒體展示】石墨的物理性質和用途。 學生觀看、填表、討論、歸納。 金剛石石墨物理 性質外觀無色透明的正八面體形狀的固體深灰色的有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體光澤雕琢后有光澤有金屬光澤硬度最硬（天然存在）較軟導電性不導電良好的導電性用途鉆頭、玻璃刀刀頭、裝飾品等鉛筆芯、電極、潤滑劑等
【教師講解】生活中常接觸到的木炭、活性炭、焦炭、炭黑，這些都是由石墨的微小晶體和少量雜質構成的。其中木炭、活性炭用途很廣，同學們想知道它們有什么性質嗎 【小組合作探究實驗6-1】在盛有半瓶水的小錐形瓶里，加入一滴紅墨水，使水略顯紅色。投入幾塊烘烤過的木炭（或活性炭），輕輕振蕩錐形瓶，觀察現象。 【現象】淡紅色的水顏色褪去。 【教師點撥】木炭具有疏松多孔的結構，表面積大，具有較強的吸附性。另外活性炭的吸附性更強。 【教師提問】利用這一性質，活性炭會有什么用途 【學生回答】防毒面具里的濾毒罐就是利用活性炭來吸附毒氣的；活性碳可以作冰箱的除味劑、制糖工業的脫色劑。 【多媒體展示】焦炭、木炭、活性炭、炭黑的物理性質和用途。 【小組討論】結合金剛石、石墨和木炭的性質和用途，討論物質的性質和用途之間有什么關系。 4. C60 【教師講解】隨著科技的發展，新形態的碳單質逐漸被人們發現，其中取得重要進展的是C60分子，另外還有碳納米管。 【多媒體展示】C60分子介紹。 【教師總結】C60分子是一種由60個碳原子構成的分子，它的分子形似足球，又名足球烯。這種足球結構的碳分子很穩定。可應用于材料科學、超導體等。 【學生思考】為什么金剛石、石墨、C60分子是碳的三種單質，但物理性質卻存在很大的差異呢？ 【多媒體展示】觀看碳的幾種單質結構圖。 【學生回答】因為碳原子排列方式不同，所以它們的物理性質有很大差異。 【教師總結】不同元素可以組成不同的物質，同一種元素也可以組成不同的物質。金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質，但它們的物理性質各不相同，是因為碳原子排列方式不同。 二、典例剖析 例1 下列關于金剛石、石墨、C60、活性炭的說法中，不正確的是（ ） A.它們都是電的良導體 B.石墨質軟，可作鉛筆芯 C.金剛石硬度大，可用它切割大理石 D.活性炭具有吸附性，可作防毒面具的濾毒劑 解析：金剛石不導電，不是電的良導體，A項不正確；石墨質軟，可以作鉛筆芯；金剛石硬度大，可以用來切割大理石；活性炭具有吸附性，能吸附有毒的氣體，可以作防毒面具的濾毒劑。 答案：A 例2 下列關于碳的幾種單質的組成和用途的說法錯誤的是（　　） A.璀璨奪目的天然鉆石是由碳元素組成的 B.長期未用而難開啟的鐵鎖，可在鎖孔中加入少量鉛筆芯粉末作潤滑劑 C.鉛筆芯是用鉛和少量炭粉制成的 D.活性炭可作防毒面具的濾毒劑 解析：鉛筆芯的主要成分是石墨。其實鉛筆的筆芯是用石墨和黏土按一定比例混合制成的。故答案為C。 答案：C 例3 如圖所示，向盛有二氧化氮（NO2）氣體（紅棕色）的燒瓶內投入若干小塊木炭，連接好裝置，稍待片刻，能看到的現象是 ，原因是 。 解析：木炭具有疏松多孔的結構，具有吸附能力，它可以吸附有色氣體二氧化氮（NO2），導致燒瓶內氣體壓強減小，燒杯內的水在外界大氣壓強的作用下被壓入燒瓶里。 答案：燒瓶內紅棕色的氣體顏色逐漸變淺，甚至消失；水從燒杯內沿著導管進入燒瓶內　由于木炭具有疏松多孔的結構，具有吸附能力，它可以吸附有色氣體二氧化氮（NO2），所以瓶內氣體顏色變淺，甚至消失；外界大氣壓強大于燒瓶內氣體的壓強，燒杯內的水就被壓入燒瓶內 課堂小結 本節課我們學習了碳的單質，認識了幾種不同的碳單質，并了解了它們重要的物理性質和用途。知道不同種元素可以組成不同種物質，同一種元素也可以組成不同種物質。 當堂達標 1.下列說法中，錯誤的是（　　） A.C60可用作超導材料 B.木炭可用作電池電極 C.石墨可用于制鉛筆芯 D.金剛石可用于裁割玻璃 答案：B 2.金剛石、石墨、C60的化學性質相似，物理性質卻有很大差異。其原因是（　　） A.構成它們的原子大小不同 B.構成它們的原子數目不同 C.金剛石、石墨、C60由不同種原子構成 D.金剛石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同 答案：D 3.石墨炸彈爆炸時釋放出大量石墨纖維，易造成輸電線、電廠設備損壞。是由于石墨（ ） A.質軟 B.有吸附性 C.能導電 D.易燃易爆 答案：C 4.下列說法中正確的是（　　） A.由一種元素組成的物質，一定是純凈物 B.吸附是化學變化 C.在一定條件下，石墨可轉化為人造金剛石，這種變化是化學變化 D.一種元素只能形成一種單質 答案：C 5.在盛有冷水的燒杯中放入少量品紅，一段時間后，燒杯中的水逐漸變為紅色，而在盛有熱水的燒杯中則迅速變紅，這是因為___________________；然后再向燒杯中放幾塊木炭， 稍等片刻之后， 發現__________________ _________，說明木炭具有_____作用。 答案：溫度高，分子運動速率快 紅色逐漸變淺甚至消失 吸附 板書設計 第六單元　碳和碳的氧化物 課題1 金剛石、石墨和C60 第一課時 碳的單質 碳的單質 1.金剛石：無色透明正八面體形狀固體，天然存在的最硬的物質。 2.石墨：深灰色的有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體，質軟，具有良好的導電性。 3.C60：足球結構。 第二課時 單質碳的化學性質 教學過程 回顧思考 1.金剛石可作玻璃刀，是因為　金剛石的硬度很大，是天然存在的最硬的物質　。 2.石墨可作電池中的電極，是因為　石墨具有良好的導電性　。 3.活性炭可裝在防毒面具的濾毒罐里，是因為　活性炭有吸附性，可吸附毒氣　。 4.木炭能脫色，是因為　木炭具有疏松多孔的結構，具有吸附性，可吸附色素，使一些有色物質脫色　。 5.石墨可作鉛筆芯，是因為　石墨質軟，在紙上劃過可留下痕跡　。 6.物質的結構決定了物質的　性質　，物質的性質決定了物質的　用途　。 導入新課 【教師講解】上一節課我們學習了幾種碳的單質，并了解了它們重要的物理性質和用途。現在讓我們一起來探究一下單質碳的化學性質。 講授新課 一、單質碳的化學性質 1.常溫下的穩定性 【教師提問】（1）利用多媒體展示幾幅古畫或古人真跡。這些字畫都已保存了幾百年乃至幾千年，紙或布都已破損，但黑色（墨中含有碳）仍然不變，這說明了什么問題？ （2）利用多媒體展示我國一些古建筑被埋入地下的柱子，其表面被火燒成黑色。 如果將這種木頭柱子直接埋入地下，你們認為有什么后果？這又說明了什么問題？ 【教師講解】上述兩種現象都與單質碳的化學性質有關，說明了在常溫下，單質碳的化學性質不活潑，經得起風吹、日曬、雨淋。 【小組討論】是什么決定了單質碳在常溫下化學性質不活潑呢？能決定元素化學性質的是什么？ 【教師總結】 碳原子最外層有4個電子，它要成為穩定結構，得4個電子或失4個電子都不容易，所以化學性質不活潑。 2.可燃性 【過渡】如果升高溫度，碳是否會發生反應？回憶木炭在氧氣中燃燒的實驗，寫出反應的化學方程式，說出反應的現象。 【學生回答】木炭在氧氣中充分燃燒的化學方程式為C+O2CO2，實驗現象為發出白光，放出熱量，生成的氣體能使澄清的石灰水變渾濁。 【教師講解】當氧氣不充足時，碳燃燒就不充分，這時生成一氧化碳，放出熱量：2C+O22CO。 【注意】CO俗稱“煤氣”，有劇毒。生活中燒煤取暖時，若燃燒不充分就會生成CO，使人中毒。為了防止CO中毒，取暖時要注意保證室內通風良好，使碳完全燃燒，避免生成大量一氧化碳。 3.還原性 課本P110［實驗6-2］把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進試管，并將試管固定在鐵架臺上。試管口裝有通入澄清石灰水的導管（如圖），用酒精燈（可加網罩以使火焰集中并提高溫度，最好使用酒精噴燈）加熱混合物幾分鐘。然后先撤出導氣管，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象并分析。 【學生實驗】 現象：澄清石灰水變渾濁，試管粉末中有紅色物質出現。分析：產物為二氧化碳、銅。 結論：化學方程式：2CuO+C2Cu+CO2↑ 【教師提問】從分子構成上看CuO轉化為Cu，發生了什么變化 是哪種物質導致了這種變化 【學生回答】CuO轉化為Cu失去了氧，是碳奪走了CuO中的氧。 【小結】還原反應：含氧化合物里的氧被奪去的反應叫做還原反應。能奪得氧的物質是還原劑，還原劑具有還原性，碳、氫氣都是具有還原性的物質，可以用作冶金工業的還原劑，例如高爐煉鐵的反應。 【課堂練習】焦炭在工業上可用來煉鐵：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑，這個反應是不是還原反應 若是還原反應，哪種物質具有還原性 【學生回答】此反應是還原反應，其中碳具有還原性。 【補充】（1）單質碳不但能奪取金屬氧化物中的氧，還能奪取某些非金屬氧化物中的氧，例如C+CO22CO。 （2）物質跟氧發生的反應叫氧化反應，氧化反應和還原反應存在于同一個反應中，例如在2CuO+C2Cu+CO2↑反應中，氧化銅失去氧發生還原反應，碳與氧化銅中的氧結合，發生的是氧化反應，氧化銅被還原了，氧化銅屬于氧化劑，氧化銅具有氧化性，碳被氧化了，碳屬于還原劑，碳具有還原性。 二、典例剖析 例1 炭雕是一種集觀賞、空氣凈化于一體的工藝品，其主要成分是木炭。下列說法中錯誤的是（ ） A.炭雕作為藝術品可以長久保存 B.炭雕能吸附室內微量的有害氣體 C.擺放炭雕時必須遠離火種 D.將制炭雕的下腳料研成粉末，與氧化銅粉末加熱，不能發生反應 解析：在常溫下碳的化學性質不活潑，受日光等照射不易起變化，故炭雕可長期保存，A正確；炭雕的主要成分是木炭，木炭具有吸附性，能吸附有害氣體，故B正確；木炭能燃燒，必須遠離火種，注意安全，故C正確；木炭具有還原性，在加熱條件下可與CuO反應，故D錯誤。 答案：D 例2 幾位同學在實驗室做木炭還原氧化銅的實驗，實驗完畢后，他們發現試管內仍有黑色固體物質存在。該試管中的黑色固體物質是什么？ 【提出猜想】 小玉同學：木炭 小蘭同學：氧化銅 小華同學：木炭和氧化銅 【查閱資料】 木炭、銅都不與稀硫酸反應：Na2O、MgO、CuO、Fe2O3等金屬氧化物能與稀硫酸反應生成鹽和水。 【實驗設計】 方案一：向盛有黑色固體的試管中加入足量的稀硫酸，充分振蕩，靜置后觀察現象。 方案二：取少量該黑色固體在空氣中燃燒，觀察現象。 他們對“方案一”進行了分析討論，達成了共識：若試管內溶液無色且有黑色固體存在，證明 同學的猜想正確。若試管中溶液呈藍色且無黑色固體存在，證明 同學的猜想正確。若現象是 ，證明小華同學的猜想是正確的，發生反應的化學方程式為 。 他們按照“方案二”進行了實驗操作，記錄如下： 實驗現象實驗結論黑色固體紅熱并逐漸減少，最后消失試管中的黑色固體是_____，反應的化學方程式是__________________________ ______________________
解析:因為CuO與H2SO4反應生成藍色CuSO4溶液，加入稀H2SO4，若溶液變藍，證明有CuO，若溶液無色，證明沒有CuO；若有黑色固體存在，證明有木炭，否則，沒有木炭。木炭在空氣中加熱生成CO2氣體，黑色固體逐漸消失。 答案:小玉 小蘭 試管中溶液呈藍色且有黑色固體存在 CuO+H2SO4 CuSO4+H2O 木炭 C+O2 CO2 課堂小結 本節課我們學習了碳的化學性質，通過觀察實驗現象并記錄，學會了科學探究的方法，并知道了什么是氧化反應和還原反應。 當堂達標 1.我國古代某些畫家、書法家用墨（用炭黑等制成）書寫或繪制的字畫能夠保存至今而不變色的原因是（　　） A.碳在常溫下化學性質不活潑 B.炭黑具有很強的吸附能力 C.部分炭黑轉變成了更穩定的物質 D.碳單質不溶于水 答案：A 2.下列關于碳單質的說法中正確的是（　　） A. C60是由碳原子構成的　　 B.金剛石、石墨和C60都由碳元素組成，結構相同 C.木炭具有還原性，高溫下可以將氧化銅中的銅還原出來　　 D.石墨很軟，不能用于制石墨電極 答案：C 3. 2019年5月30日，2019中國石墨烯產業高質量發展論壇在無錫舉行。石墨烯是由碳原子組成的導電導熱性能很強、硬度很大的一種新材料。下列敘述錯誤的是（　　） A.石墨烯是一種單質 B.石墨烯是一種化合物 C.石墨烯具有導電性 D.石墨烯具有導熱性 答案：B 4.如圖為金剛、石墨和C60的結構模型圖，圖中小球代表碳原子。下列說法不正確的是（　　） 金剛石　　　　　　　石墨 C60 A.原子的排列方式改變，則構成的物質種類改變 B.相同元素組成的不同物質，在足量的氧氣中完全燃燒，產物相同 C.相同元素組成的不同物質，化學性質相同 D.在特定的條件下，石墨既可轉化為金剛石，也可轉化為C60 答案：C 5.如圖是木炭與氧化銅反應的實驗裝置圖，下列說法錯誤的是（　　） A.該實驗需要較高溫度 B.木炭發生了還原反應 C.實驗前應把木炭粉充分烘干 D.該實驗中的木炭粉可以換成活性炭 答案：B 板書設計 第六單元　碳和碳的氧化物 課題1 金剛石、石墨和C60 第二課時 單質碳的化學性質 一、碳的化學性質 1.穩定性：常溫下碳的化學性質不活潑。 2.可燃性 充分燃燒：C+O2 CO2 不充分燃燒：2C+O2 2CO 3.還原性 C+2CuO 2Cu+CO2↑ 3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑ 二、還原反應：含氧化合物里的氧被奪去的反應。 還原性：能奪走含氧化合物里的氧的物質具有還原性。 教學反思

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