课题1 金刚石、石墨和C60教学设计第二课时

课题1 金刚石、石墨和C60

第课时

1.了解金刚石和石墨的物理性质及主要用途; 2.知道木炭和活性炭具有吸附性; 3.知道不同元素可以组成不同的物质,同一种元素也可以组成不同的物质.

1.通过对金刚石、石墨和C60中碳原子排列方式及空间结构的分析,知道物质结构、性质和用途之间的相互关系; 2.通过木炭(或活性炭)吸附作用演示实验的探究,让学生知道对比实验是研究问题的常用方法.

1.以发展的观点看待碳的单质. 2.树立物质的性质决定用途的观点.

【重点】

物质的结构、性质和用途之间的相互关系. 【难点】

理解碳单质的微观结构与它们物理性质之间的关系.

【教师准备】

石墨、C60分子模型、玻璃刀、6B铅笔芯、干电池、石墨电极、投影仪、电视媒体、防毒面具、导线、灯泡. 【学生准备】

(1)仪器:小锥形瓶、试管(大小各1个)、铁架台、酒精灯、网罩、带导管的塞子. (2)药品:红墨水、烘烤过的木炭(活性炭)、木炭粉、CuO粉末、澄清石灰水.

导入一:

【教师】

我们先来看一段发生在玻璃店里的小品. 【学生表演】

两个学生分别扮演老板和顾客,走到讲台前表演. “顾客”:“老板”,我要配一块玻璃. “老板”:好啊. “顾客”:我自己有一把很锋利的刀,我想自己来划. “老板”:你自己想划,行啊,那你试试. (“顾客”用刀划玻璃没有成功.) “老板”:还是我来吧. (“老板”用玻璃刀很容易地把玻璃裁下来.) “顾客”:你的玻璃刀什么做的?这么厉害! “老板”:我的玻璃刀上镶了一小块金刚石,它的硬度很高,给你看看. “顾客”:哇,只有圆珠笔头这么大,真厉害.谢谢老板! “老板”:不客气.

[设计意图]

从生活走向化学——以角色扮演的形式,创设生动活泼的真实情境,让学生置身于这样的情境中,给学生以鲜明的感观刺激,留下了深刻的印象.简短的几句对白,亲自“操刀”(划玻璃)的感受,使学生在不知不觉、轻松愉快的气氛中领悟了金刚石的“坚硬”性.这样的有意安排,有利于激发学生的学习愿望和参与动机. 导入二:

【提问】

同学们认为最昂贵的物质是什么? 【展示】

金刚石“库利南”图片.

【讲解】

钻石也叫金刚石,观看最大的金刚石“库利南”以及南非最大的金刚石“南非之星”.说一说它的主要成分是什么.

[过渡语] 金刚石如此坚硬耐磨,而且美丽动人,金刚石有个“孪生兄弟”叫石墨.相比起金刚石的坚硬耐磨,石墨的质地却很软,又是一副黑黑的模样.既然金刚石和石墨的性质有如此大的差异,为什么把它俩称为“孪生兄弟”.其原因在哪里呢? 一、金刚石

思路

【展示】

玻璃刀上的金刚石.

【教师】

金刚石还有其他的性质吗?课前布置了大家到网上或书籍中查找有关碳单质的一些资料,先说说有关金刚石的一些资料. 【学生】

金刚石的化学成分是碳,它是正八面体结构,它的结晶发生在高温、高压条件下,是岩浆作用的产物.金刚石无色透明或带蓝、黄、褐和黑色,有光泽;硬度为10,是自然界硬度最大的物质;密度为3.52 g/cm3;折光率为2.42,具有强色散性.可以用来制作首饰、高硬度的切割材料、高温导体材料等. 【教师】

谁还有不同资料要补充的吗? 【学生】

早在罗马时代,就有人把金刚石雕刻成印章,这是最早的金刚石的“工业用途”.事实上,人们从自然界里开采出来的绝大多数金刚石是用于工业的.长期以来,金刚石大多数的工业用途是利用了它坚硬、不易磨损的特性.金刚石可以用于切割玻璃,制作钻头用于地质勘探、开采石油和打井等,还可以切割水泥,甚至切割大理石等建筑材料.至今,只有用金刚石车刀才能加工超硬的陶瓷,尚无其他代用品.金刚石还是优质的磨料,金刚石砂轮用来磨削硬质合金,比碳化硅耐用一万倍. 【教师】

金刚石可以做装饰品——钻石,大家在商店里应该看过吧,纯净的金刚石是无色透明的、正八面体形状的固体,经仔细研磨后,成为装饰品——钻石,它还是自然界中存在的最硬物质,可以裁玻璃、切割大理石等. 【投影】

金刚石的性质和用途.

性质

无色透明、正八面体形状金

的固体,具有强色散性

刚

裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属,石

自然界中存在的最硬物质

装在钻探机的钻头上钻凿坚硬的岩层等

[过渡语] 金刚石是碳单质家族中最璀璨夺目的、最稀有和昂贵的,同为碳元素组成的石墨和金刚石相比,外表要暗淡许多,我们可以看一下课本提供的石墨的图片(学生看书).同学们有关于石墨的资料吗? 经仔细研磨后,成为装饰品——钻石

用途

二、石墨

思路一

【学生】

石墨的化学成分是碳,它是层状结构,灰色,有滑感,易污手;具有导电性.由于熔点高,具有抗腐蚀性等特点,用于高温制坩埚;由于具有滑感,用于机械工业的润滑剂;由于其具有导电性,又可制作电极. 【补充】

跟金刚石相反,石墨是自然界最软的矿物之一.用石墨在纸上划过,会留下深灰色的痕迹.铅笔芯就是用石墨粉和黏土混合制成的.由于石墨的熔点高,所以石墨润滑剂可以在不适宜用普通润滑剂的高温下使用. 【教师】

石墨是深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体,很软,具有优良的导电性,很滑腻.石墨的这些性质决定它有哪些用途呢? 【学生1】

石墨很软,可以做铅笔芯. 【学生2】

石墨能导电,可以做电极. 【学生3】

石墨可以做润滑剂,因为它很滑腻. 【投影展示】

性质

深灰色、有金属光泽、不

透明的细鳞片状固体

石

很软

墨

能导电

滑腻

电极

润滑剂

铅笔芯

用途

【教师】

铅笔是我们最熟悉的学习用品,铅笔里面其实不含铅,是由石墨和黏土混合制成的,画画用的铅笔常用“6B”的,写字用的铅笔常用“HB”的,制图用的铅笔常常是“6H”的,6B最软,颜色最深,6H最硬,HB软硬

适中.“H”代表Hard,坚硬的;“B”代表Black,黑的.由于石墨太软,只用石墨做铅笔芯,易断又易磨损,所以加入黏土.我们看看不同型号铅笔的笔迹. [设计意图]

作为学生必备的学习用品——铅笔,其中蕴含着丰富的化学知识.课堂上教师只有紧密联系学生的生活实际,学生活中的化学,学身边的化学,才能让学生更好地体会到化学的无处不在:“生活处处皆化学”. 【展示】

一幅用6B铅笔画的人物头像素描. 【教师】

石墨除了做铅笔芯,还可以做电池的电极.我们取废旧电池中的碳棒来做一个导电的实验.请两位同学到讲台上来做这个实验. 【学生实验】

石墨的导电性.把一根石墨电极和导线连接在一起,接通电源后,观察灯泡发亮,证明石墨具有导电性. 【教师】

铅笔芯的成分里含有石墨,铅笔芯有没有导电性?想不想试一下? 【学生】

想!(学生很有兴趣) 【教师】

你们的铅笔盒里有铅笔芯吗?自己上来做这个实验.(多个学生轮流做这个实验) 【学生实验】

自己的铅笔芯接通电源后,也可以使灯泡发亮. 【教师】

如果有一把长期不用而生锈的铁锁.怎样轻易打开它呢?想一想. 【学生】

把铅笔芯的粉末放到锁孔里.因为铅笔芯的成分里有石墨,石墨具有润滑性,可以做润滑剂. 【教师】

好,这个实验留给同学们回家去做.学习了金刚石和石墨,它们的性质和用途一样吗? 【学生】

不一样. 【投影】

比较金刚石和石墨的性质和用途.

外观

光泽

金刚石

无色透明的正八面体状晶体

加工研磨后有夺目的光泽

石墨

深灰色细鳞片状固体

略有金属光泽

硬度

导电性

导热性

用途

最硬

无

良好

钻探机钻头、刻刀、装饰品等

较软

良好

良好

电极、铅笔芯、润滑剂等

【教师】

金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质,物理性质为什么有这么大的差异呢? 【展示】

金刚石和石墨的原子排列结构模型.

【教师】

金刚石的碳原子在空间构成连续、坚固的骨架结构,所以坚硬.石墨的碳原子呈平面层状结构,层与层之间的作用力小,所以很软,能导电,有滑感. 【补充】

除了金刚石和石墨以外,生活中我们还常常用到木炭、活性炭、炭黑、焦炭等,它们主要由石墨的微小晶体和少量杂质构成.谁查到了有关木炭和活性炭的资料,请告诉我们. 【学生1】

木炭是一种黑色多孔的固体.在隔绝空气的条件下加热木材,可以制得木炭.因为木炭具有疏松多孔的结构,表面积很大,能把气体或溶液中的一些物质吸附在它的表面,可做吸附剂. 【学生2】

活性炭是黑色粉末状和颗粒状的固体.把木炭在隔绝空气的情况下加强热,并不断通入水蒸气,便可得到活性炭.活性炭具有比木炭更优良的吸附性,可用来净化各种气体或液体.例如,活性炭可用作电冰箱的去味剂和制糖工业的脱色剂.防毒面具的滤毒罐里装的活性炭,可吸附毒气,而使纯净的空气通过. 【教师】

同学们资料中提到的吸附性,我们在水的净化里提到过,我们今天做一个活性炭吸附有色物质的实验,来证明一下它的吸附性. 【学生实验】

在盛有半杯水的小烧杯里,加入一滴红墨水,使水略显红色.放入活性炭,轻轻振荡. 【教师】

由于黑色的活性炭悬浮于溶液中,现象不明显,可以用过滤的方法使溶液和活性炭充分接触.

【学生实验】

过滤. 【教师】

看到什么现象了? 【学生】

红色消失,液体变无色. 【教师】

根据以前学过的知识,我们知道,过滤只能除去不溶性物质,所以红墨水颜色的褪去是因为活性炭具有吸附性,防毒面具就是利用活性炭来吸附毒气的. 【展示】

防毒面具(滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的).

【教师】

炭黑是一种黑色的极细粉末,由含碳的有机化合物不完全燃烧或加强热分解制得.蜡烛就是一种含碳的有机物,让它不完全燃烧,能不能制得炭黑呢? 【学生实验】

收集炭黑.点燃一支蜡烛,把冷碟子放在火焰的上方. [设计意图]

变教师演示实验为学生主动参与实验,使学生在亲身体验的过程中理解石墨的“导电性”、活性炭的“吸附性”,并亲手制得炭黑.充分体现了新课标的理念:自主、合作、探究,也让学生体验实验的乐趣. 【教师】

看到什么现象? 【学生】

有黑色物质生成. 【教师】

这就是炭黑,可用于制造油墨、油漆、鞋油、颜料以及橡胶轮胎的填料.大家回去后也可做这个实验.焦炭的主要用途是冶炼金属,是工业上冶炼生铁的一种原料,我们在后面的学习中将会学到它. 【教师】

现在,我们小结一下刚才学过的几种含碳的物质. 【展示】

吸附一些食品和工业产品的色素,吸附有木炭

异味的物质

吸附能力比木炭强,吸附毒气、制糖工业里活性炭

脱色制白糖

制造墨、油墨、油漆、鞋油和颜料,还可以炭黑

增加轮胎制品的耐磨性

焦炭

冶炼金属

【教师】

结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途,总结物质的结构、性质和用途之间有什么关系? 【学生】

结构

思路二

性质用途(学生一边回答,教师一边写板书). 教师活动

学生活动

设计说明

培养学生【交流】

学生的阅读能观察,形象理解力和自主其存在差异的【展示】

金刚石和石墨的有关性质: 原因

力,学会【回答】

结构用比较法不同

分析问题

学习能

【活动】

对比思考,石墨和金刚石都是由碳元素组成的碳的单质,为什么它们的物理性质存在着很大的差异

【展示并投影】

金刚石和石墨的碳原子排列结构模型

【交流】

分析【讨论】

通过学习金刚石和石墨的例子,物质的结构、差异原因,理解性质、用途三者的关系如何? 物质的结构决定了它的性质,性质又决定了它的用途

结构决定性质,性质决定用途

回顾活性炭的吸附作用

引导学生学会总结

【展示】

无定形碳包括:木炭、活性炭、焦炭、炭黑等

学生恍然大悟,【提问】

2003年齐齐哈尔发生芥子气中毒事件,中毒者被送往当地医院接受治疗.事件造成了43人中毒,一人是因为防毒面具中有活性炭

死亡.而当时处理事故戴上防毒面具的消防人员却无人中毒,大家知道为什么吗? 【展示】

防毒面具

【提问】

如果水被红墨水污染了,如何进行水的净化

【回答】

“过【演示】

实验6 - 1:将教材中的一个锥形瓶改成A、B滤”

两个锥形瓶,加入相同的略显红色的水,分别向A、B两个【交流】

观察锥形瓶中加入适量的木炭粉和活性炭,并提出以下问题: 现象,分组讨论、①A、B两个锥形瓶中现象有何不同?说明了木炭、活性代表发言:活性炭具有什么性质? 炭和木炭都具②请你与其他同学一起讨论分析产生不同现象的本质原有吸附能力,活因是什么? 性炭的吸附能③你们知道这一性质有什么实际用途吗?哪种物质效果力更强

更好? 的关系

用途三者构、性质、步深化结构,进一多孔的结炭有疏松是因为木吸附能力木炭具有三、C60

思路一

【教师】

科学家发现,除了金刚石、石墨外,还有一些新的以单质形式存在的碳,其中,发现较早并在研究中取得重要进展的是C60分子.大家看书,C60的分子结构和什么相似? 【学生】

和足球相似. 【教师】

这种足球结构的碳分子很稳定.C60中60表示什么? 【学生】

一个C60分子中含有60个碳原子. 【教师】

C60是单质还是化合物?为什么? 【学生】

是单质,C60只由一种元素组成,而且是纯净物.

【教师】

目前,人们正在进一步研究C60分子的结构和性质,以及在材料科学、超导体等方面的应用.C60具有广泛的应用前景,谁能说说这方面的信息吗? 【学生】

除了超导领域外,C60在以下几个方面也具有广泛的应用前景:①气体贮存;②有感觉功能的传感器;③增强金属的强度;④新型的催化剂;⑤光学应用;⑥对癌细胞具有杀伤效应等医疗功能. 【教师】

20世纪90年代初,科学家又致力于一种新型的纳米材料——碳纳米管的研究,我们一起来看一下它的结构图. 【展示】

碳纳米管的结构图.

【教师】

谁说说关于碳纳米管的性质? 【学生1】

这是一种非常奇特的材料,它是石墨中一层或几层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”,内部是空的,外部直径只有几纳米到几十纳米.这样的材料很轻,很结实.它的密度是钢的1/6,而强度却是钢的100倍.用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是再好不过的了. 【学生2】

如果用碳纳米管做绳索,是唯一可以从月球挂到地球表面,而不会被自身质量所拉断的绳索.如果用它做成从地球到月球的载人电梯,人们在月球定居就可能实现了. 【教师】

随着科学技术的发展,碳单质不断被发现,碳单质的用途也将不断扩大.学了这节课,大家有什么感受和反思吗? 【学生1】

我觉得化学是一门与生活联系非常紧密的科学,例如铅笔芯、无轨电车、防毒面具等.化学使我们的世界变得更加绚丽多彩. 【学生2】

化学以实验探究为手段,是一门不断向前发展的科学,化学新技术使我们的生活变得更加美好.

【学生3】

物质的结构决定性质,性质又决定用途. 思路二

【展示】

C60分子模型.

【介绍】

这是一个C60分子,它由60个碳原子构成,分子形似足球,又名足球烯.单纯由碳元素结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个面为正五边形,20个面为正六边形,整个分子形似足球. C60有着无数优异的性质,它本身是半导体,掺杂后可变成临界温度很高的超导体,由它所衍生出来的碳微管比相同直径的金属强度高100万倍.C60具有金属光泽,有许多优异性能,如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀,在光、电、磁等领域有潜在的应用前景. 【设问】

上面我们认识了几种碳的单质,它们的性质类似吗? 【学生回答】

性质各不相同. 【总结并板书】

不同元素可以组成不同的物质,同一种元素也可以组成不同的物质.如金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质,但它们的物理性质各不相同,是因为碳原子排列方式不同. 【教师】

通过学习,我们应该知道:①不同种元素可以组成不同的物质,同一种元素也可以组成不同的物质,如金刚石、石墨和C60等都是由碳元素组成的单质;②木炭和活性炭具有吸附性. [知识拓展] 石墨变成金刚石是物理变化还是化学变化? 化学变化的实质是原子之间的重新组合.金刚石是由碳原子连接形成的“正四面体空间网状结构”的“晶体”,石墨是一种形成“正六边形层状结构”的“晶体”.金刚石是硬度最大的物质、不能导电,而石墨的硬度较小、层之间可以相对滑动、导电性好,化学性质较金刚石活泼,所以石墨和金刚石是结构不同的两类物质,石墨变为金刚石属于化学变化.红磷和白磷、氧气和臭氧之间的变化都是化学变化.

金刚石、石墨和C60的比较:

金刚

石

物理性质

对应的主要用途

①无色透明、正八面体形状的固体

①装饰品——钻石

②天然存在的最硬物质

①深灰色、有金属光泽、不透明、细鳞片状固体

①制造铅笔芯,做润滑剂

②石墨电极

②玻璃刀、钻头等

石墨

②很软,有滑腻感

③优良的导电性

C60

特殊的物理性质,如超导

用于超导领域

差异的原因:就在于它们的原子排列方式不同