第六單元 碳和碳的氧化物課題1 金剛石、石墨和C60從容說課本課題包括兩部分。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。在介紹石墨的同時又穿插介紹了木炭、活性炭的吸附性及其用途，使學生樹立性質決定用途，用途體現結構的觀點。第二部分通過學生回顧復習引出碳的一個重要化學性質在加熱條件下與氧氣反應，又通過活動探究理解了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，分析化學反應的特點后又總結出了還原反應的概念。教學目標1知識與技能(1)了解金剛石和石墨的物理性質和用途。(2)知道碳單質的化學性質。(3)知道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。2過程與方法(1)會對展示或演示的資料分析、歸納。(2)能認真觀察實驗現象，并會對現象分析歸納，總結出重要的知識點。3情感態度與價值觀(1)以發展的觀點看待碳的單質。(2)樹立物質的性質決定用途的觀點。教學重點碳單質的化學性質。教學難點碳跟某些氧化物的反應。教學方法觀察分析總結。實驗探究分析歸納。教具準備教師用具：金剛石、石墨、C60分子模型、玻璃刀、6B鉛筆芯、干電池、石墨電極、投影儀、電視媒體、防毒面具、導線、燈泡。學生用具：(1)儀器：小錐形瓶、試管(大小各1個)、鐵架臺、酒精燈、網罩、帶導管的塞子；(2)藥品：紅墨水、烘烤過的木炭(活性炭)、木炭粉、CuO粉末、澄清石灰水。課時安排1課時教學過程板書課題1 金剛石、石墨和C60引言我們知道不同元素可以組成不同物質，那么，同種元素可以組成不同物質嗎?展示金剛石，石墨、C60分子模型介紹金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質。教師你能得到什么結論?學生總結同種元素可以組成不同的物質。引導觀察金剛石樣品，試描述有關物理性質。學生觀察、討論、總結無色透明、正八面體形狀。展示玻璃刀介紹刀頭上鑲有金剛石，用它來裁玻璃。設問你想到了什么?學生發言金剛石很硬，所以可用來裁玻璃。板書一、碳的單質1金屬石很硬，可用來切割玻璃。介紹金剛石經仔細琢磨后，可以成為璀璨奪目的裝飾品鉆石，它的價格比金剛石還高，現在帶鉆戒的人越來越多，說明人們的生活水平越來越高。引導觀察石墨樣品，試描述有關物理性質。學生觀察描述深灰色、有金屬光澤、不透明、細鱗片狀固體。引導用手觸摸一下石墨，有何感覺?學生石墨很軟、有滑膩感。介紹由于石墨很軟，所以常用石墨作鉛筆芯，但由于太軟，光用石墨作筆芯，既易斷又易磨損，因此生產上常在石墨粉末中摻進一些粘土粉以增加硬度。最軟的鉛筆是6B，最硬的鉛筆是6H，HB鉛筆則軟硬適中。演示實驗把一根6B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。學生觀察燈泡發亮。設問看到這個現象，你想到了什么?學生討論回答石墨有良好的導電性。展示干電池中的石墨電極。教師石墨有良好的導電性，所以在生活中用途很廣。試總結石墨的重要性質。學生石墨很軟、有良好的導電性。板書2石墨很軟、有良好的導電性。介紹生活中常接觸到的木炭、活性炭、焦炭、炭黑，這些都是由石墨微小晶體和少量雜質構成的。其中木炭、活性炭用途很廣，你想知道它們有什么性質嗎?活動探究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，觀察現象。學生活動交流我們可以看到淡紅色的水顏色褪去。教師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。板書3木炭、活性炭有強吸附性。設問利用這一性質，活性炭會有什么用途?學生發言1防毒面具里的濾毒罐就是利用活性炭來吸附毒氣的；2冰箱的除味劑；3制糖工業的脫色劑。展示防毒面具討論結合金剛石、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。結論并板書4性質用途教師隨著科技的發展，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，另外還有碳管。展示C60分子模型投影介紹這是一個C60分子，它由60個碳原子構成，分子形似足球，又名足球烯。設問上面我們認識了三種碳的單質，它們的性質類似嗎?學生回答性質各不相同。總結并板書5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。如：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。過渡在了解了單質碳物理性質后，本節課重點了解碳的化學性質。板書二、碳的化學性質投影資料：我國古代一些書法家、畫家用墨書寫或繪制的字畫能保存很長時間而不變色。設問這說明了什么?學生討論回答常溫下，碳的化學性質不活潑。板書1常溫下，碳的化學性質不活潑。設問若升高溫度，又如何呢?回顧提問寫出木炭在氧氣中充分燃燒時的化學方程式。學生板演C+O2CO2介紹當碳不充分燃燒時，生成一氧化碳。總結板書2高溫下，碳能跟多種物質反應。(1)跟氧氣反應：C+O2CO2(充分燃燒)2C+O22CO(不充分燃燒)引導碳在高溫時還有重要的性質。活動與探究把經過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)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。學生活動 交流現象：澄清石灰水變渾濁，試管粉末中有紅色物質。分析得產物為二氧化碳、銅。設問上述反應的反應物、生成物、條件都已確定，你能寫出反應的化學方程式嗎?學生板演板書(2)跟某些氧化物反應2CuO+C2Cu+CO2分析從分子組成上看CuO轉變為Cu，發生了什么變化?是誰導致了這種變化?討論回答CuO轉變為Cu失去了氧，是碳奪走了CuO中的氧。講解并板書3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氧的物質具有還原性。練習焦炭在工業上可用來煉鐵：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2請問：這個反應是否是還原反應?若屬于還原反應，哪種物質具有還原性?回答此反應是還原反應，其中碳具有還原性。介紹工業上常利用碳的還原性，制取多種金屬。反思通過本節課的學習，你有何收獲?小結本節課我們學習了碳的單質。首先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。然后重點分析總結了碳的化學性質，最后總結出了還原反應及還原性的概念。作業習題2、3、4，家庭實驗2。板書設計課題1 金剛石、石墨和C60一、碳的單質1金剛石很硬，可用來切割玻璃。2石墨很軟，有良好的導電性。3木炭、活性炭有強吸附性。4性質用途二、碳的化學性質1常溫下，碳的化學性質不活潑。2高溫下，碳能跟多種物質反應。(1)跟氧氣反應：C+O2CO2(充分燃燒)2C+O22CO(不充分燃燒)(2)跟某些氧化物反應，2CuO+C2Cu+CO23還原反應：含氧化合物內的氧被奪去的反應。還原性：能奪走含氧化合物里氧的物質具有還原性。考題回顧1碳的單質中，質地較軟，常用作電極的是( )A金剛石 B活性炭 C. 炭黑 D石墨2金剛石、石墨、C60都是碳元素組成的單質，關于它們的說法正確的是( )碳原子的排列不同 化學性質相似 物理性質相似 是同一種物質 完全燃燒都生成二氧化碳 都是黑色固體3 “依靠科學，戰勝非典”，佩戴一種含有活性炭的口罩可以預防“非典”，這是利用了活性炭的___________作用。4我國的黑白山水畫用的墨汁主要成分為炭黑的微粒，用這種墨汁畫的國畫千百年都不易褪色，這是因為墨汁中的炭 ( )A具有氧化性 B. 具有還原性C. 具有吸附性 D常溫下化學性質穩定5金剛石和石墨的性質有很大差異的原因是( )A金剛石和石墨是由不同種元素組成的B. 金剛石是單質，而石墨是化合物C. 金剛石和石墨里碳原子的排列不同D金剛石不含雜質，而石墨含雜質答案：1D 2 3. 吸附 4D 5C備課資料1C60的結構C60以60個碳原子作為頂點，組成一個32面體。其中12個面是五邊形，20個面是六邊形，正好是一個削20面體的每個頂點，像足球一樣的多邊形體，在這樣的分子中，每個碳原子都滿足sp2雜化軌道的要求，與其他三個碳原子相連，等價地組成一個五元環和兩個六元環。由于它具有這種特殊結構，因此現在更形象地稱它為足球烯(footballene，soccerballene)。2硬度計鑒定礦物相對硬度的標準摩氏硬度計，由德國礦物學家摩氏(Friedrich Mohs，17731839)在1822年提出，故名。它是由十種常見的礦物組成，按其本身硬度依次(從小到大)排列：(1)滑石；(2)石膏；(3)方解石；(4)螢石；(5)磷灰石；(6)長石；(7)石英，(8)黃玉，(9)剛玉；(10)金剛石。鑒定時可在未知礦物上選一平滑面，用上列已知礦物的一種加以刻畫。如果在未知礦物面上留下刻痕，則表示已知硬度比未知礦物高；如相反，則未知礦物在已知礦物面上留下刻痕。如此依次試驗，即可求得未知礦物的相對硬度。如果把十種礦物名稱做些簡化，并斷成三句韻語如：“滑、膏、方，螢、磷、長，石英、黃玉、剛、金剛。”這樣整理后，念起來上口，便于記憶。3防毒面具防毒面具主要分面罩、呼吸管和濾毒罐三部分。面罩是橡皮和橡皮布制成的，上有眼鏡，在鼻口處有二通道，一接吸氣管，受入氣活瓣的控制(只能吸氣不能呼氣)；另一通道呼出氣體，受吐氣活瓣控制(只能排氣不能進氣)。濾毒罐里起主要作用的有活性炭層、化學吸收劑層和防煙濾層，在不同濾毒罐里各層排列順序不盡相同。4碳的發現發現人：不詳。發現年代：不詳。發現過程：古代即被發現。元素描述：碳可以形成數量極多的同素異形體和化合物，它的同素異形體主要有結晶形的石墨、金剛石和無定形碳(微晶形碳)；由它形成的有機物數量龐大，是形成動植物的重要元素之一。單質碳是一種相當惰性的物質，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑。但加熱時，可以與氧生成一氧化碳或二氧化碳；熱的氧化劑如濃硝酸和濃H2SO4可將碳氧化。高溫時，許多金屬和碳能發生作用，生成金屬碳化物；是鋼鐵和某些其他合金中的重要組成部分；鹵素中只有氟能與單質碳作用。元素來源：在天然氣和石油中，碳以烴類化合物存在；在大氣中以CO2形式出現；動植物體中都含碳元素；巖石礦物中以碳酸鹽的形式存在，如石灰石(CaCO3)和孔雀石CuCO3Cu(OH)2等。元素用途：是化工、冶金工業方面的重要的原料。元素輔助資料：碳是自然界中分布相當廣泛的元素之一。 自然界中以游離狀態存在的碳有金剛石、石墨和煤，各種形態的煤在自然界中分布很廣。煤中含碳可達99。碳的化合物更是多種多樣，從空氣中的二氧化碳和巖石，土壤中的各種碳酸鹽，到動植物組織中的有機化合物，碳元素扮演著主要角色，可以說沒有碳元素就沒有生機盎然的地球。人們還可以輕易地取得碳的一些游離狀態的產物，如木炭、黑碳、炭黑等等。這就決定了碳在人類有史以前很早很早就被發現和利用了。由石器時代進入青銅時代的過程中，木炭不僅被人們用作燃料，而且還被用作還原劑(參見銅元素)。隨著冶金工業的發展，人們尋找比木炭更廉價的燃料和還原劑，這樣，人們找到了煤。英國到13世紀才建礦采煤，比我國晚了有一千多年，而歐洲在18世紀初才知煉焦，這也比我國晚約一個世紀。碳的同素異形體石墨在我國古代文獻也是煤的別名。它在16世紀間被歐洲人發現，曾被誤認為是含鉛的物質，而被稱為“繪畫的鉛”。直到1779年，瑞典化學家舍勒指出將石墨與硝酸鉀共溶后產生二氧化碳氣，確定它是一種礦物木炭。碳的另一種同素異形體金剛石，在古代印度的著述中常常提到。印度出產金剛石，南美洲巴西和非洲南非也先后發現金剛石。早在1722年，法國化學家拉瓦錫進行了燃燒金剛石的實驗，把金剛石放置在玻璃鐘罩內，用取火鏡把日光聚焦在金剛石上，使金剛石燃燒，得到無色的氣體，將該氣體通入澄清的石灰水中，得到白色碳酸鈣沉淀，正如燃燒木炭所得到的結果一樣。他作出結論：在金剛石和木炭中含有相同的“基礎”，命名為carbone(法文，英文在1789年間采用，去掉詞尾E，稱為carbon)。這一詞來自拉丁文CARBO(煤，木炭)，我們稱為碳。碳的拉丁名稱carbonium也由此而來，它的元素符號C就是采用它拉丁名稱的第一個字母。正是拉瓦錫，首先把碳列入1789年發表的化學元素表中。5富勒烯的應用富勒烯的應用眾所周知，碳元素有兩種同素異形體金剛石，石墨。1970年，日本科學家小澤預言，自然界中碳元素還應該有第三種同素異形體存在。1985年美國Rice大學的Kroto等人在激光汽化石墨實驗中首次發現含有60個碳原子的原子簇，命名為C60；含有7o個碳原子的原子簇也已被發現，命名為C70。C60及C70均具有籠形結構，在物理及化學性質上可看作三維的芳香化合物，分子立體構型具有D5h點群對稱性。C60中20個正六邊形和12個正五邊形構成圓球形結構，共有60個頂點，分別由60個碳原子所占有，經證實它們屬于碳的第三種同素異形體，命名為富勒烯(Fullerene)。以后又相繼發現了C44、C50、C76、C80、C90、C94、C120、C180、C180、C540等純碳組成的分子，它們均屬于富勒烯家族，其中C60的豐度約為50%。由于特殊的結構和性質，C60在超導、磁性、光學、催化、材料及生物等方面表現出優異的性能，得到廣泛的應用。特別是1990年以來Kratschmer和Huffman等人制備出克量級的C60，使C60的應用研究更加全面、活躍。超導體C60分子本身是不導電的絕緣體，但當堿金屬嵌入C60分子之間的空隙后，C60與堿金屬的系列化合物將轉變為超導體，如K3C60即為超導體，且具有很高的超導臨界溫度。與氧化物超導體比較，C60系列超導體具有完美的三維超導性，電流密度大，穩定性高。易于展成線材等優點，是一類極具價值的新型超導材料。有機軟鐵磁體與超導性一樣，鐵磁性是物質世界的另一種奇特性質。Allcmand等人在C60的甲苯溶液中加入過量的強供電子有機物四(二甲氨基)乙烯(TDAE)，得到了C60(TDAE)086的黑色微晶沉淀，經磁性研究后表明是一種不含金屬的軟鐵磁性材料。居里溫度為161 K，高于迄今報道的其他有機分子鐵磁體的居里溫度。由于有機鐵磁體在磁性記憶材料中有重要應用價值，因此研究和開發C60有機鐵磁體，特別是以廉價的碳材料制成磁鐵替代價格昂貴的金屬憋鐵具有非常重要的意義。光學材料由于C60分子中存在的三維高度非定域電子共軛結構使得它具有良好的光學及非線性光學性能。如它的光學限制性在實際應用中可作為光學限幅器。C60還具有較大的非線性光學系數和高穩定性等特點。使其作為新型非線性光學材料具有重要的研究價值，有望在光計算、光記憶、光信號處理及控制等方面有所應用。還有人研究了C60化合物的倍頻響應及熒光現象，基于C60光電導性能的光電開關和光學玻璃已研制成功。年級初三學科化學版本期數內容標題金剛石、石墨和C60分類索引號G.623.2分類索引描述教學法主題詞金剛石、石墨和C60欄目名稱教案精選供稿老師審稿老師錄入一校二校審核9