資源簡介

人教版九年級化學上冊
第六單元 碳和碳的氧化物
課題1 碳單質的多樣性（第一課時） 導學案
【學習目標】
1. 知道金剛石、石墨等碳單質的一些重要物理性質及其在生活中的用途；
2. 了解金剛石、石墨和C60物理性質存在明顯差異的原因，初步建立結構、性質與用途之間的關系。
3. 知道同一種元素也可以組成不同的物質，形成認識物質的多樣性的視角。
4. 了解碳單質的多樣性，體會物質組成的神奇和人類對物質組成與結構的探索是不斷發展的。
【學習重點】
碳單質的結構、性質與用途之間的關系。
【學習難點】
石墨和金剛石物理性質上差異大是微粒空間排布不同造成的。
【知識回顧】
1. 單質的定義：____________________________________
2. 說出下列物質的元素組成并對物質類別進行分類。
O2 H2 H2O CO2
O3 P H2O2 CO
3. 碳元素可以組成不同的物質嗎？屬于物質類別中的哪一類？
金剛石
物理性質 用 途
金剛石 ______色透明、_________形狀的固體 做_________
硬度______（自然界存在的______的物質） ①用來______、切割大理石、加工堅硬的金屬； ②裝在鉆探機鉆頭上鉆鑿堅硬的巖層等。
【思考】性質和用途之間是什么關系？
石墨
物理性質 用途
石墨 外觀 ______色不透明______狀固體，有金屬光澤 鉛筆芯
硬度 質_________
導電性 _________
手感 _________
【思考】1.金剛石和石墨都是由碳元素組成的單質，為什么物理性質差別卻很大？
2.結構和性質之間是什么關系？
3.石墨轉化為金剛石是屬于什么變化？
無定形碳
在日常生活中，還有一些物質如__________________________________等的主要成分也是碳的單質，由 的微小晶體和少量雜質構成，而它們的結構與 類似。
【實驗】木炭吸附色素
實驗現象
實驗結論
【思考】吸附性質由誰決定？
活性炭、木炭都具有 的結構，表面積很大，具有較強的 性，能吸附水中的色素。
四、C60
C60分子結構
1.C60是一種___________；
2.每個C60的分子是由______________________構成；
3.分子結構形似足球，非常____________；
4.C60獨特的結構決定了它具有一些特殊的物理和化學性質，有可能廣泛應用于___________、催化、材料、醫學和生物學等領域。
【課堂總結】
課時作業
【基礎題】
下列物質中，硬度最大的是
A. C60 B. 活性炭 C. 石墨 D. 金剛石
下列物質的性質與用途具有對應關系的是
A．金剛石無色透明，可用于劃玻璃 B．石墨有導電性，可用于生產鉛筆芯
C．活性炭有吸附性，可用于凈水 D．碳酸鈣難溶于水，可用作補鈣劑
3. 下列有關金剛石、石墨、足球烯說法正確的是
A．它們都是由原子直接構成的
B．構成它們的原子的種類和大小都不同
C．構成它們的原子種類相同，但原子的排列方式不同
D．只有石墨和足球烯能在氧氣中燃燒，金剛石不能燃燒
4. 石墨烯是一種非常優良的納米材料，由碳元素組成，化學性質和石墨相似，還具有超強導電、導熱的性能。關于石墨烯的認識錯誤的是
A．可作散熱材料 B．是一種新型化合物
C．常溫下化學性質穩定 D．可作新型電池的電極
5. 閱讀科普短文并回答下列問題。
C60在常溫下為固體，密度為1.68g/cm3，熔點高于280℃，可溶于苯和甲苯等溶劑。C60分子具有空心球體結構，由12個正五邊形和20個正六邊形封閉而成。由于具有這種獨特的分子結構，C60在氣體儲存、新型催化劑和超導材料的研制，以及光學和醫學等領域具有應用前景。例如，研究表明，C60與K等金屬反應生成的化合物是超導體。
(1)下列敘述中，屬于C60的物理性質的是 (填字母)。
a.可溶于苯和甲苯 b.密度為1.68 g/cm3
c.熔點高于280℃ d.C60可與K等金屬反應
(2)請舉例說明C60可能的應用：
【創新題】
在“一帶一路”偉大戰略實施中，代表中國智造的高鐵走在了前列，高鐵動車與電路連接的石墨電刷沒有用到石墨的性質是
A．穩定性 B．滑膩感 C．還原性 D．導電性
7. 氮化硼（BN）是一種新型功能陶瓷，結構與金剛石相似。下列說法錯誤的是
A．氮化硼由分子構成
B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼屬于化合物
D．氮化硼可用于切割玻璃
8. 閱讀下列短文，回答問題：
石墨、石墨烯、碳納米管都是碳單質。1mm厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。石墨烯具有非同尋常的導電性，強度能超出鋼鐵數十倍，有極好的透光性。石墨烯將成為硅的替代品，用來生產超級計算機和新能源電池。
（1）石墨烯可用于制作新能源電池，利用石墨烯的______性。
（2）石墨、石墨烯、碳納米管物理性質差異較大，原因是__________________。
（3）由碳元素組成的單質還有______（寫一種）。
（4）下列說法正確的是______（填字母）。
A．石墨烯與硅的性質完全相同
B．石墨烯在常溫下化學性質穩定
C．1mm厚的石墨大約包含300萬層石墨烯，說明碳原子很小
【答案】
1.D 2.C 3.C 4.B 5.abc；制造超導體 6.C 7.A 8.導電 碳原子的排列方式不同 金剛石或C60（寫一種即可） BC人教版九年級化學上冊
第六單元 碳和碳的氧化物
課題1 碳單質的多樣性（第一課時） 教學設計
一、課標分析
《義務教育化學課程標準（2022年版）》在學習主題二《物質的性質與應用》的內容要求中指出：認識物質是多樣性的，知道物質具有獨特的物理性質和化學性質，同類物質在性質上具有一定的相似性，知道物質的性質決定用途（2.1物質的多樣性）；知道可以從物質的存在、組成、變化和用途等視角認識物質的性質（2.3認識物質性質的思路與方法）。此外在本學習主題的學業要求5中還指出：能基于物質的性質和用途，從辯證的角度，初步分析和評價物質的實際應用。
本節選自人教版初中化學九年級上冊第六單元《碳和碳的氧化物》的課題一《碳單質的多樣性》，旨在以金剛石、石墨等碳的同素異形體為載體，通過對性質的研究學習，達成從多角度認識物質并建立結構、性質和用途之間關系的核心素養的培養。
二、教學目標
1．通過實驗探究認識金剛石和石墨的物理性質，初步形成性質決定用途的意識。
2. 通過模型知道金剛石和石墨物理性質存在明顯差異的原因，初步形成結構決定性質的意識。
3. 基于多種碳單質的學習，知道同一種元素也可以組成不同的物質，形成認識物質的多樣性的視角。
4. 通過了解C60、石墨烯等其他碳單質，體會物質組成的神奇，了解人類對物質組成與結構的探索是不斷發展的。
三、學習重難點
重點：金剛石、石墨的元素組成和微粒構成；金剛石和石墨的主要物理性質及用途；結構、性質與用途之間的關系。
難點：碳的不同單質在物理性質上差異是微粒空間排布的不同造成的。
四、教法與學法
教法：探究法、實驗法
學法：合作討論、自主學習
教學準備
課件
教學用品：小刀、玻璃刀、玻璃片、鉛筆、金剛石球棍模型、石墨球棍模型、C60球棍模型、錐形瓶、吸管、紅墨水、水、木炭
教學過程
【創設情境】元素組成豐富多彩的物質世界
【提出問題】不同的元素可以組成不同的物質，同一種元素可以組成不同的物質嗎？
【講解】以氧元素為例介紹氧氣和臭氧。
【提出問題】1.碳元素可以組成哪些不同的物質呢？
2.由碳元素組成的不同物質屬于物質類別中的哪一類？
【小組活動】1.分別用小刀和玻璃刀刻畫玻璃，感受金剛石的硬度。
2.閱讀教材，總結金剛石的物理性質和用途，填寫表格。
【學生匯報】金剛石的主要物理性質及用途。
【提出問題】用途和性質之間是什么關系？
【學生活動】總結性質與用途之間的關系：性質決定用途，用途體現性質。
【過渡】你知道鉛筆芯的主要成分是什么嗎？它又有什么性質呢？
【小組活動】1.用小刀刮鉛筆芯，感受鉛筆芯的硬度。
2.觸摸鉛筆芯粉末，仔細體會手感。
3.閱讀教材，總結石墨的物理性質和用途，填寫表格。
【學生匯報】石墨的主要物理性質及用途。
【提出問題】金剛石和石墨均由碳元素組成的碳單質，為什么物理性質卻有很大差異呢？
【模型展示】從鍵長、構型、穩定性角度進行講解。
【總結】是由碳原子的排列方式不同造成的，即結構決定性質，性質體現結構。
【提出問題】金剛石、石墨之間的轉化是屬于什么變化？
【學生思考】有新物質生成，是化學變化。
【過渡】在日常生活中，還有一些物質如：木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分也是碳的單質，它們由石墨的微小晶體和少量雜質構成的，而結構與石墨類似。
【提出問題】在前面的學習中我們知道活性炭具有吸附性，那木炭是否也有吸附性？
【教師活動】演示木炭吸附實驗。
【學生活動】觀察現象并得出結論，木炭具有吸附性。
【提出問題】吸附的性質由誰決定？
【學生思考】結構決定性質。
【講解】展示結構圖片，介紹疏松多孔結構。
【提出問題】具有吸附性的物質有什么用途？
【交流匯報】除味劑、凈水器、防毒面具……
【講解】介紹焦炭和炭黑的用途。
【過渡】隨著科學的發展，一些新的以單質形式存在的碳不斷的被人們發現，如C60。
【提出問題】C60是由什么構成的？
【學生回答】分子。
【講解】C60的性質及其應用領域。
【過渡】另外還有很多的碳單質在科學家的不斷探索中被發現，如碳納米管、石墨烯等，這些材料在我們未來的科技發展中將發揮很大的作用。
【課堂總結】師生互評，總結收獲。
【課堂練習】(共25張PPT)
第六單元 碳和碳的氧化物
課題1 碳單質的多樣性
第一課時
元素組成豐富多彩的物質世界
主要含C、H、O
主要含Na、 Ca、Si、O
主要含Ca、C、O
交流討論：不同的元素可以組成不同的物質，同一種元素可以組成不同的物質嗎？
氧氣O2 臭氧O3
O
交流討論：不同的元素可以組成不同的物質，同一種元素可以組成不同的物質嗎？
C
……
交流討論：由碳元素組成的不同物質屬于物質類別中的哪一類？
碳的單質
金剛石
活動一：
（1）分別用小刀和玻璃刀刻畫玻璃，感受金剛石的硬度。
（2）閱讀教材，總結金剛石的物理性質和用途，填寫表格。
物理性質 用途
碳的單質
金剛石
決定
體現
用途
性質
碳的單質
石
墨
活動二：
（1）用小刀刮鉛筆芯，感受鉛筆芯的硬度。
（2）觸摸鉛筆芯粉末，仔細體會手感。
（3）閱讀教材，總結石墨的物理性質和用途，填寫表格。
物理性質 用途
碳的單質
石
墨
決定
體現
用途
性質
交流討論：金剛石和石墨均由碳元素組成的碳單質，為什么物理性質卻有很大差異呢？
立體網狀結構
層狀結構
因為碳原子排列方式不同
金剛石
石
墨
決定
體現
性質
結構
物質結構、性質與用途的關系
決定
體現
用途
性質
決定
體現
結構
思考：石墨在一定條件下能夠變成金剛石，這屬于物理變化還是化學變化？
化學變化
通過改變物質結構實現物質的轉化
人造金剛石
木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分是碳單質，結構與石墨類似。
木炭
焦炭
活性炭
炭黑
無定形碳
活動三：
在盛有半瓶水的小錐形瓶里，滴入一滴紅墨水，投入幾塊剛烘烤過的木炭，震蕩觀察現象，填寫表格。
無定形碳
現象
結論
思考：這種性質由誰決定？
活性炭、木炭都具有疏松多孔的結構，表面積很大，具有較強的吸附性，能吸附水中的色素。
顯微鏡下木炭的結構
無定形碳
決定
體現
性質
結構
防毒面具
冰箱除味劑
環保活性炭包
無定形碳
交流討論：具有吸附性的物質有哪些用途？
活性炭凈水器
決定
體現
用途
性質
無定形碳
焦炭常用于冶煉金屬。
炭黑用于制作墨汁，還可加入輪胎中增強其耐磨性；
C60
（1）每個C60分子由60個碳原子構成。
（2）分子結構形似足球。
（3）由于C60獨特的結構決定了它具有一些特殊的物理和化學性質，有可能廣泛應用于超導、催化、材料、醫學及生物等領域。
碳的單質
碳家族的其他成員
——石墨烯
電動車
用途
決定
體現
導熱性
導電性
……
結構
物理性質
厚度3.35×10-10 m
單層碳
決定
體現
碳家族的其他成員
——碳納米管
高強度材料
用途
決定
體現
柔韌性
結構
物理性質
碳管
決定
體現
課堂小結
性質
決定
體現
結構
決定
體現
用途
金剛石 空間立體網狀 硬度大、熔點高 玻璃刀、鉆頭
石墨 層狀 軟，有滑膩感，導電 干電池、鉛筆
木炭活性炭 疏松多孔 吸附性 凈水器、吸附劑
C60
石墨烯
碳納米管
……
課堂練習
1.將下列物質與其物理性質及用途連線。
金剛石　　　 質軟、深灰色　　　　　　 用作冰箱除臭劑
　 有吸附性　　　　　　　　 作電極
石墨　　　　 硬度大 　　　　　　　　　 用作裝飾品
　 導電性良好　　　　　　　 鑲嵌在玻璃刀頭裁玻璃
活性炭　　　 打磨后璀璨奪目　　　　　 制鉛筆芯
物理性質　
用 途
物 質
課堂練習
2.金剛石和石墨是常見的碳單質，其結構如圖，下列說法正確的是 （　 　）
A. 構成金剛石和石墨的原子大小不同
B. 金剛石和石墨中原子排列方式相同
C. 1g金剛石和1g石墨所含原子數相同
D. 金剛石和石墨在氧氣中都不能燃燒
C
課堂練習
3. 繼發現C60后C70也已經制得，下列有關C70的說法正確的是( ) A. 它是一種化合物
B. 它是一種單質，并且它是有C70分子構成的。
C. 它是一種混合物 D. 它的相對分子質量是840
4.下列現象中屬于化學變化的是（ ） A. 活性炭吸附有色、有毒的氣體 B.鉛筆把字跡留在紙上
C. 用金剛石切割玻璃 D. 石墨在空氣中燃燒
BD
D
課堂練習
5. 如圖依次是 C60、石墨、金剛石、碳納米管的結構示意圖，下列說法不正確的是 （ ）
A. C60的分子結構和足球相類似，分子很穩定
B. 金剛石是天然存在最硬的物質
C. 這四種物質都能與氧氣反應生成CO2
D. 這四種物質碳原子的排列方式相同
D

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