資源簡介

碳的同素異形體
一、設計思想
碳的同素異形體是學生既熟悉又陌生的知識，且知識點多而雜，由于學生知識結構與經驗的限制，不能系統地研究。因此，教學設計時，重點是通過石墨能轉化為金剛石、足球烯、碳納米管的科學事實，幫助學生認識化學變化的本質，概括產生同素異形現象的微觀結構差異；通過金剛石、石墨微觀結構的比較分析，了解微觀結構差異是導致性質差異的原因，也是形成同素異形現象的原因；初步構建宏觀物質現象的微觀結構解釋觀念，滲透物質微觀結構決定宏觀性質的化學學科基本思想；通過比較、歸納幫助學生把多而雜的知識條理化、結構化，減輕學生記憶負擔，學習比較、歸納、整理化學知識的方法。
二、教學目標
1、知識與技能：
（1）能說出金剛石和石墨的物理性質及主要用途；
（2）能解釋金剛石和石墨物理性質不同，而化學性質相同的原因。
（3）能表述同素異形現象、同素異形體概念；
（4）能說出木炭、活性炭等無定形碳的吸附性與用途；
2、過程與方法：
（1）會運用比較的方法對展示的資料進行分析、歸納、得出結論。
（2）通過對金剛石、石墨和C60的學習， 初步認識共性和個性關系。
3、情感態度與價值觀：
（1）通過“碳單質”的結構決定其性質，性質又決定用途，增強對事物的相互聯系相互制約的辨證唯物主義觀點的認識。
（2）通過對C60、碳納米管的發現和研究的介紹，學會用發展的眼光看問題。
（3）通過課堂實驗、化學史話、科技等課程資源，認識研究同素異形現象的重要意義，感受化學在研究物質、科創造物質中的魅力和社會價值，提高化學學習的熱情。
三、教學方法：
觀察法、歸納法、對比教學法
四、教學重難點：
教學重點：金剛石、石墨、C60的物理性質和主要用途；
活性炭的吸附性與用途。
教學難點：同素異形體概念；
物質的結構決定性質，性質決定用途的思想。
五、教學過程：
教師活動 學生活動 設計意圖
【引入】我們同學學習了兩個多月的化學，化學究竟是研究什么的？誰來幫我們回顧一下？【板書】組成 結構 性質 變化規律【講述】我現在就有兩種看似完全不搭嘎的物質——金剛石和石墨，這節課就讓我們一起從化學的視角來審視它們。在研究它們之前，先來看看它們分別都有什么重要的用途？以至于我們有研究的價值。課前讓大家事先查閱資料的。【板書】歸納金剛石和石墨的重要用途【提問】金剛石和石墨用途不同，是因為它們的性質不同，你能猜測下它們不同的性質嗎？【板書】金剛石和石墨各自的性質【講述】這些都是它們的物理性質，顯然物理性質是不同的，那么造成這些物理性質不同的原因是什么？結構不同。讓我們一起來觀察下它們各自的結構。【實物展示】金剛石和石墨的結構【講述】金剛石和石墨都是碳元素組成的，但金剛石是正八面體結構排列的碳原子，而石墨是層狀結構排列的碳原子。碳原子的排列方式不同，造成了它們的物理性質的巨大差異。【板書】結構（決定）性質（決定）用途【提問】金剛石和石墨的化學性質相同嗎？ 【講述】大家看粒子模型，會發現構成它們的都是一個一個的碳原子，碳原子保持了它們相同的化學性質。果真如此嗎，讓我們來看看這樣一個故事。【多媒體】金剛石燃燒實驗【講述】的確金剛石和石墨的化學性質是相同的，因為他們都是由碳原子構成的。它們的元素組成也相同，都是碳元素。然而金剛石和石墨的價格差異確非常大，同學們有沒有要做點什么研究的沖動呢？ 科學家也和你們一樣想到了這一點，能否找到石墨到金剛石的變化規律，即找到適當的條件將石墨的層狀排列的碳原子推倒重新組合成正八面體排列的碳原子，那么就會產生巨大的經濟價值。理論是可行的，但在實際實驗過程中，找到合適的條件確是十分艱辛的。【多媒體】石墨轉化為金剛石的發展史【板書】變化規律：高溫高壓條件【講述】可見，科學研究來不得半點虛假，石墨轉化為金剛石是個嚴謹而艱辛的過程。最終，科學家獲得了成功，并廣泛投入于工業生產中。【提問】那么，石墨變為金剛石的過程是物理變化還是化學變化 【講述】金剛石和石墨雖然都由碳元素組成，但碳原子的排列方式不同，屬于不同的物質了。【提問】你們想想還用碳原子“搭積木”，你們還能搭出怎樣的結構？大家互相可以討論下。【講述】石墨層間的作用力很弱，如果取出一層來卷曲，就形成了管狀結構；再將兩頭封閉，就能形成各種籠狀，C60就是其中的一種。【多媒體】碳納米管和籠狀的C60結構示意圖【提問】這些管狀結構和籠狀結構的不同，勢必造成它們的物理性質發生巨大的改變。同時這種籠狀結構像鳥籠一樣，如果你是科學家，你會想到再做怎樣的創新？【講述】籠狀分子的應用研究：C60“包裹”一些金屬元素做成超導材料；“包容”治療癌癥的放射性元素，既可以達到治療目的，又可以減少對人體健康組織的損傷；C60還可用以制造新型、高效的化學電池。【講述】用碳原子“搭積木”，搭出了不同結構，也就形成了不同的單質。我們把金剛石、石墨、碳納米管以及籠狀的C60等互稱為碳的同素異形體，這種現象稱之為同素異形現象。【板書】一、同素異形體：由同種元素組成的不同單質。【提問】生活中我們還會接觸到一些含碳的物質，如：木炭、活性炭、焦炭、炭黑等，它們是不是碳的同素異形體？【提問】這些無定形碳分別有什么用途？【板書】活性炭——作吸附劑木炭——作燃料，也作食品工業的吸附劑焦炭——冶煉金屬炭黑——制墨水【講述】活性炭表面有很多小孔，表面積很大，能把大量氣體或染料小微粒吸附在其表面，凈水器和防毒面具里都要用到它。【多媒體】播放視頻盛滿NO2氣體的集氣瓶中，放入活性炭。【講述】吸附性是物理性質，發生的是物理變化。【多媒體】展示木炭和活性炭制成的產品【提問】這些是不是碳的同素異形體 【板書】二、無定形碳：由石墨的微笑晶體和少量雜質組成，不屬于碳的同素異形體【提問】那么我們了解的CO和CO2，以及H2O和H2O2是不是同素異形體？【講述】盡管組成的元素相同，但是化合物而不是單質，就不能稱之為同素異形體。【提問】同素異形現象是個別現象還是具有一定的普遍性呢？【講述】至今人類發現的元素有一百多種，然而發現和創造的物質有四千多萬種。物質之所以如此繁多，原因之一就是同素異形現象。比如常見的同素異形體還有白磷和紅磷；氧氣和臭氧。大家課后查閱了解下它們的性質、結構和用途。【總結】今天，我們探討了同素異形現象，重點研究了碳的三個同素異形體，還了解了三個無定形碳的重要用途。通過碳的同素異形體的研究，我們認識到物質的組成和結構決定了物質的性質，物質的性質又直接決定了物質的用途。【作業】查閱資料了解下最新的碳單質，并了解他的用途，同時了解紅磷和白磷,氧氣和臭氧的結構與性質的不同。完成學案上的課后鞏固練習。 回答：化學是研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的自然科學。回答：金剛石和石墨的不同用途思考、回答思考回答：相同思考保持物質化學性質的微粒就是直接構成它的微粒。回答：把石墨變成金剛石閱讀回答:化學變化思考、討論回答：里面填充一些物質閱讀：課本P107回答：不是，都是混合物根據閱讀材料回答觀察視頻：紅棕色漸漸變淡，褪去。思考：吸附性是屬于什么性質回答：不是，不是單質 重新體會化學學科的內涵形成自主研究的意識與能力初步形成物質微觀結構決定宏觀性質的化學學科基本思想通過實驗體會保持物質化學性質的微粒就是直接構成它的微粒形成“點石成金”的意識，體會化學變化的本質體驗化學研究過程的嚴謹與艱辛體會化學變化的本質發散思維，形成創新意識形成化學服務于生產生活的學科思想養成閱讀習慣，提高自學能力知道無定形碳常見的用途，形成化學服務于生產生活的理念體會結構決定性質，性質決定用途驗證活性炭的吸附性辨析同素異形體的概念形成自主學習的能力總結鞏固本節課的重要內容
六、板書:
碳的同素異形體
一、同素異形體：由同種元素組成的不同單質
1．碳的同素異形體
組成 結構 性質 用途 物質 變化規律
正八 美觀 作裝飾品 金剛石
碳 面體 硬度大 切割玻璃
元
素 層狀 深灰色、軟 制鉛筆芯 石墨
有滑膩感 作潤滑劑
能導電 做電極
熔點高 作坩堝
碳納米管
C60
2．氧氣和臭氧
3．紅磷和白磷
二、非同素異形體
1．無定形碳：由石墨的微小晶體和少量雜質組成
活性炭——作吸附劑
木炭——作燃料、吸附劑
焦炭——冶煉金屬
炭黑——制墨水
2．CO和CO2
3．H2O和H2O2
七、教學反思
本節課的核心是“同素異形現象”概念教學，碳的同素異形體是學生既熟悉又陌生的知識，且知識點多而雜，由于學生知識結構與經驗的限制，不能系統地研究。因此，理清教學目標的側重點，把握好教學過程中學生思維容量，引導學生進行積極思考，凸顯課堂中學生的思維張力成為本課時的設計焦點。教學設計時，通過圖片、文字資料、視頻等手段，不斷提出問題，讓學生感受化學能做什么？怎么做？是如何實現物質轉化的？，這成為概念學習中滲透學科思想的一個重要線索。教學重點是通過石墨能轉化為金剛石、足球烯、碳納米管的科學事實，幫助學生認識化學變化的本質，概括產生同素異形現象的微觀結構差異；通過金剛石、石墨微觀結構的比較分析，了解微觀結構差異是導致性質差異的原因，也是形成同素異形現象的原因；初步構建宏觀物質現象的微觀結構解釋觀念，滲透物質微觀結構決定宏觀性質的化學學科基本思想；通過比較、歸納幫助學生把多而雜的知識條理化、結構化，減輕學生記憶負擔，學習比較、歸納、整理化學知識的方法。教學時，首先介紹了金剛石的“硬”、石墨的軟和導電性以及C60分子的結構特點，接著又介紹了木炭、活性炭等無定形碳的重要用途，使學生樹立性質決定用途，用途體現性質，而性質又是由組成和結構決定的學科思想，同時讓學生更加體會到學習化學的重要意義。
課程設計總體自我感覺比較滿意，但是由于時間緊張感覺沒有安排學生實驗還是有些不足，另外語言可以打磨得更精煉一些，這也是我今后要注意的地方。
決定
決定
碳原子排列方式不同
高溫
高壓
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