课题1 金刚石、石墨和C60教案和学案内容

教案

岔科中学王丽菊

教学目标

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.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. 【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. 教学准备:(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. 教学过程 导入:我们先来看一段发生在玻璃店里的视频,通过电子白板播放玻璃店老板划玻璃的视频,让学生观察划玻璃的刀引入新课. 【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. 一、金刚石

【展示】

玻璃刀上的金刚石介绍金刚石

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.

金

刚

石

性质

无色透明、正八面体形状的固体,具有强色散性

自然界中存在的最硬物质

用途

经仔细研磨后,成为装饰品——钻石

裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属,装在钻探机的钻头上钻凿坚硬的岩层等

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? 二、石墨

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请【展示】

一幅用6B铅笔画的人物头像素描. ,展示石墨相关图片,讲解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.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. 提问:

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、不石

墨

透明的细鳞片状固体

很软

能导电

滑腻

【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】

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

硬度

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

最硬

石墨

深灰色细鳞片状固体

略有金属光泽

较软

良好

良好

电极、铅笔芯、润滑剂等

用途

铅笔芯

电极

润滑剂

导电性

无

导热性

良好

用途

钻探机钻头、刻刀、装饰品等

【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.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:

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:

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】

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. 【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. 【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. 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】

木炭

活性炭

炭黑

吸附一些食品和工业产品的色素,吸附有异味的物质

吸附能力比木炭强,吸附毒气、制糖工业里脱色制白糖

制造墨、油墨、油漆、鞋油和颜料,还可以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?

小结:结构

三、C60

性质用途(学生一边回答,教师一边写板书).

【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.

【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. 提问: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: 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.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.

思考: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. 课堂小结

金刚石、石墨和C60的比较:

金刚

石

物理性质

②天然存在的最硬物质

①深灰色、有金属光泽、不透明、石墨

细鳞片状固体

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

练习巩固

1.碳的单质中,质地较软,常用作电极的是

A.金刚石

B.石墨

C.炭黑

为B. 2.2014年邵阳市中考实行网上阅卷,考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡.2B铅笔芯的主要成分是

(

)

A.木炭

故答案为B. 3.“碳”的世界丰富多彩. (1)根据表中提供的信息,回答问题.

金刚石

石墨

C60

B.石墨

C.焦炭

D.铅

解析:2B铅笔芯的主要成分是石墨,铅笔芯是由石墨和黏土按照一定比例混合制成的,不含焦炭、金属铅.D.活性炭

解析:在碳的单质金刚石、石墨、活性炭、炭黑中,由于石墨具有优良的导电性,可用作电极材料.故答案(

)

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

①制造铅笔芯,做润滑剂

②石墨电极

对应的主要用途

②玻璃刀、钻头等

①无色透明、正八面体形状的固体

①装饰品——钻石

结构

用途

相应的

性质

硬度大

作电极材料

作超导体材料

/

表中几种物质均是由碳元素组成的

(单质、化合物、混合物).

(2)“碳海绵”是已知最轻的固体材料,其主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质),具备高弹性和疏松多孔的结构,“碳海绵”的特性是

.

解析:①由于金刚石的硬度大,可以切割玻璃、大理石等,石墨有导电性,可以作电极材料,金刚石、石墨、C60几种物质均是由碳元素组成的单质;②由题意,“碳海绵”具有疏松多孔的结构,具有吸附性.故答案为:(1)切割玻璃;导电;单质

(2)吸附性

板书

课题1

金刚石、石墨和C60

第1课时

一、碳的几种单质

1.碳的几种单质的结构、性质和用途比较. 碳单质

金刚石

石墨

木炭

活性炭

C60

小结

结构

网状结构

层状结构

每个分子由60个碳原子构成的球状结构

结构性质性质

硬度大

导电性

质软

吸附性

吸附性

超导和稳定性

用途

作玻璃刀、钻探机的钻头

作电池电极等

制铅笔芯等

食品和工业产品中吸附色素和异味等

防毒面具、制糖工业等

用于超导等领域

用途

2.木炭、活性炭、焦炭、炭黑的用途. 3.木炭与活性炭的结构及性质. 作业

教材第112页练习与应用的第1题、第4题.. 【基础巩固】

1.下列关于金刚石和石墨的说法中不正确的是

(

)

A.它们都是由碳元素组成的单质

B.它们都是电的良导体

C.金刚石质硬、石墨质软

D.它们的碳原子排列方式不同

2.“碳海绵”是已知最轻的固体材料,主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质),具有疏松多孔的结构.下列关于“碳海绵”性质的推测一定有错误的是

A.碳海绵有吸附作用

B.碳海绵是灰黑色固体

C.碳海绵易溶解于水

D.碳海绵燃烧会产生二氧化碳

3.如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图,下列说法正确的是

(

)

(

)

A.这四种物质都很软,可作润滑剂

B.这四种物质碳原子的排列方式相同

C.这四种物质组成元素都是碳元素

D.这四种物质的结构中都是每个碳原子连接3个碳原子

【能力提升】

4.实验测得某物质中只含有碳元素,则这种物质

(

)

A.一定是金刚石或石墨中的一种

B.一定是木炭或活性炭中的一种

C.一定是碳元素的一种单质

D.可能是一种碳单质,也可能是几种碳单质组成的混合物

5.日前,一种集观赏与空气净化于一体的工艺品炭雕(如图所示,主要成分是木炭)成为了家装的新宠.炭雕之所以能用于空气净化是源于它具有

(性质).

【拓展探究】

6.根据所学知识回答:

(1)图①为碳原子的结构示意图,碳原子最外层电子数为

.

(2)图②、③、④对应三种碳单质,图②单质的名称是

,图③单质的名称是

,图④单质的化学式是

.

(3)C为+4价,Cl为-1价,由C和Cl组成的化合物的化学式为

.