课题1 金刚石、石墨和C60名师课堂实录

第2课时 单质碳的化学性质 教学目标

1．了解碳的各种单质具有相同的化学稳定性和化学活动性。

2．学生通过对实验现象的观察分析，掌握碳的可燃性和还原性。

3．初步了解化学反应中的能量变化。

4. 培养学生科学的实验态度。

重点和难点

1．重点：碳的可燃性和还原性。

2．难点：碳与氧化铜、二氧化碳的反应。

教学方法

学生自学、实验、分析讲解相结合

教学过程

[引言] 我们在第一节学习了碳的几种单质，知道它们的物理性质差异很大，那么它们的化学性质怎样呢？

[板书] 第二节

单质碳的化学性质

[提问] 碳的几种单质化学性质是否相同？为什么？

[讲解] 碳的单质都由碳原子构成，因此，它们具有相同的化学性质。

[组织讨论] 根据碳原子的结构简图，分析碳单质的化学活动性。

[共同分析] 元素的化学性质主要决定于其原子的最外层电子数，碳原子最外层电子数为4，得到或失去4个电子成为稳定结构都比较困难，故常温下单质碳的化学性质较稳定。（联系生活实际，以我国古代字画墨迹及焦炭、木炭等具有稳定性为例进行讨论。）

碳原子的最外层电子结构毕竟不是稳定结构，升高温度时，单质碳的化学活动性增强，可与许多物质反应。

1

[板书] 一、碳与氧气的反应──可燃性

[提问] 写出碳与氧气反应的化学方程式。

[板书]

[讲解] 氧气不充足时，碳燃烧不充分生成一氧化碳，也放出热量。

[板书]

[讲解] 煤的主要成份是碳，煤在空气充足和不充足时燃烧，分别生成二氧化碳和一氧化碳，放出热量。煤是常用的燃料。

[讨论] 用什么方法可证明金刚石和石墨都是碳的单质？

[学生阅读] 课本金刚石元素组成发现史。

[引导讲解] 将金刚石或石墨放在纯氧中燃烧，生成唯一的产物——二氧化碳，则说明金刚石、石墨是碳元素组成的单质。

[引入] 碳与氢气一样，也具有还原性。

[板书] 二、碳与某些氧化物的反应──还原性

[演示实验] 氧化铜与木炭混合加热

1．边操作边讨论：气密性的检查、药品的取用、仪器的装配顺序及装配要点等。

2．引导学生比较碳还原氧化铜与氢气还原氧化铜装置的异同。

3．提示学生观察的重点：①反应物颜色的改变；②石灰水是否变化。

4．实验完成后，向学生展示实验结果。

[提问] 根据实验现象，分析反应产物是什么？

[板书] 实验：氧化铜与木炭混合加热。

2

现象：黑色粉末变红，石灰水变浑浊。

结论：反应生成铜和二氧化碳。

[练习] 写出上述反应的化学方程式。

指定学生到黑板上书写，教师检查后强调方程式书写要点。

[板书] 2CuO+C2Cu+CO2↑

[提问] 什么是还原反应？对上述反应进行分析。

[共同讨论] 还原反应是含氧化合物中的氧被夺去的反应。上述反应中，氧化铜中的氧被碳夺走而还原成铜，碳是这个反应中的还原剂。

[板书] 氧化铜失去氧，被还原；碳得到氧，是还原剂──具有还原性。

[讲解] 工业上，常利用碳的还原性，将金属从其氧化物矿石中还原出来。

[练习] 写出用碳还原赤铁矿（主要成份是Fe2O3）的化学方程式。

教师注意检查学生书写情况。

[板书] 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑

利用碳的还原性，可以冶炼金属。

[设疑] 煤炉中的煤燃烧很旺时生成二氧化碳，加上一些新煤后温度反而会降低，并伴随有一些一氧化碳生成，为什么呢？

教师略作启发，学生充分讨论。

[共同分析] 煤炉中生成的二氧化碳与新加的碳发生反应，碳夺取了二氧化碳中的氧生成一氧化碳，二氧化碳被还原，也生成一氧化碳。温度降低，说明发生该反应要吸收热量。

[板书] C+CO22CO

吸收热量

[讲解] 碳还原二氧化碳的反应要吸热，而碳、镁带、氢气等燃烧时则放热。化学反应中通常伴随有吸热现象和放热现象。

3

化学反应放出的热量是一种重要能源，可以供人们取暖、加热，或转变成电能、动能等。

[设问] 假如没有化学反应放出的热量，世界将是什么样子？

[共同讨论] 假如没有化学反应放出的热能，我们将无法取暖、无法煮熟食物，汽车无法开动，工厂无法生产……我们的生活将黯然失色，世界将失去其勃勃生机。

[小结] 用小黑板出示下面比较表，将氢气与碳的化学性质进行比较，要求学生主要能写出化学方程式。

[补充讲解] 碳与氢气虽然有一些相似的化学性质，但它们的化学活动性还是有所区别的，如氢气遇火立即可在氧气或空气中燃烧，而单质碳燃烧所需温度高一些；氢气还原金属氧化物比碳还原金属氧化物的温度要低一些；单质碳反应后生成的化合物中碳呈可变化合价，而氢气反应生成的化合物中氢元素通常只显+1价，所以我们看待任何事物都要一分为二，既看到它们之间的相互联系，又要看到它们之间的相互区别，不能绝对化。

[作业] 略。

4

第二节

单质碳的化学性质

教案之二

教学目标

1．认识金刚石、石墨及无定形碳由于组成元素相同，具有相同的化学性质。

2．从碳原子的结构认识并掌握碳的化学性质。

3．了解热化学概念。

教学重点、难点

碳的化学性质

教学用品

木炭粉、氧化铜粉末、澄清石灰水、铁架台、试管、导管（带胶塞）、酒精灯

[引言] 请同学在黑板上写出碳的原子结构示意图。

从碳的原子结构可以看出，最外层只有4个电子，在化学反应中既不容易得电子，也不容易失电子。所以在通常状况下，碳的化学性质很稳定。利用这个性质，可以用墨汁或碳素墨水书写或绘制字画，年深日久都不会褪色。但随着温度的升高，碳的化学活动性大大增强。

[板书] 一、碳的可燃性

[讲解] 煤的主要成份是碳，炉火着得旺时，正是碳在氧气里燃烧，产生大量热和二氧化碳的过程。

[讨论] 煤的燃烧过程是怎样的？火焰旺时是什么颜色？添加新煤后，又变成什么颜色？炉温有什么变化？

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[投影] 煤炉中的化学反应

[讲解] 在鼓风处碳和氧气充分反应生成二氧化碳，在中间层里，二氧化碳和炽热的碳反应生成一氧化碳，产生的蓝色火焰是一氧化碳燃烧产生的。火焰旺时火焰呈红色，碳和氧气反应后直接生成二氧化碳。加新煤后，炉温降低，火焰呈蓝色，碳和氧气反应生成一氧化碳。也就是说，碳和氧气反应有两种情况。

[板书] C+O2CO22（氧气充足）

2C+O22CO（氧气不足）

[讲解] 煤气中毒实际上是因为碳和氧气反应时碳的不完全燃烧生成一氧化碳所致，故在烧煤时一定要注意通风。

碳在高温时可夺取某些金属氧化物的氧元素，生成金属单质和二氧化碳，即碳具有还原性。

[板书] 二、碳的还原性

[演示] 碳和氧化铜的反应。（边实验边引导学生思考实验步骤及装置中的注意事项）

[现象] 加热片刻，看到试管内的黑色粉末逐渐变红，右边试管内澄清石灰水变浑浊。

[结论] 白色浑浊物质是碳酸钙(CaCO3)，红色粉末是单质铜。

[板书] C+2CuO2Cu+CO2↑

[小结] 碳能从氧化铜中将氧夺过来，说明碳具有还原性，其中碳是还原剂，氧化铜是氧化剂。同样，碳还可和别的氧化物反应，生成单质和二氧化碳。练习：

3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑

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在本节课一开始，曾提到过炉中中间层的碳和二氧化碳反应生成一氧化碳的反应，这也表现了碳的还原性，它将二氧化碳中的部分氧夺取了。这个反应需要吸收热量，使得炉温降低。

[板书] CO2+C2CO

吸热

[讲解] 这个反应生成的一氧化碳再继续燃烧，产生蓝色火焰，放出大量热。

[板书] 2CO+O22CO2

放热

[讲解] 由上述各反应可以看出，有的反应过程中放出热量，有的反应却要吸收热量，说明化学反应总是伴随着热量的变化。

[小结] 碳的原子结构决定碳在常温下化学性质稳定，随着温度的升高，化学活动性大大增强，具有可燃性和还原性。重点掌握碳的还原性及有关实验装置。

[作业] 略。

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第一节单质碳的化学性质

教学目的

1．使学生了解金刚石、石墨和木炭等碳的单质的物理性质和用途。

2．通过金刚石与石墨组成元素相同而性质不同的分析，使学生加深理解结构与性质的关系。

3．培养学生阅读自学能力。

重点和难点

金刚石、石墨在物理性质方面的特性与用途的对应关系

教学方法

自学与讲解相结合

教学过程

[引言]

种类有限的元素构成数不清的物质，你们知道哪种元素形成的物质种类最多吗？这种元素是第六号元素──碳，碳和碳的化合物不仅同我们的日常生活有着紧密的联系，而且它们在国民经济中也占有相当重要的地位。为此本章将学习碳和碳的化合物。

[板书]

碳和碳的化合物

[实验] 1．用铅笔在玻璃上划一下，然后用布擦一下。

2．用玻璃刀裁玻璃。

[引言]

从实验可见，铅笔芯的主要成份──石墨与玻璃刀上的金刚石不光“长相”不同，它们的“脾气”也不一样，表面上看石墨和金刚石是两种不相干的物质，然而它们的组成元素却是相同的，都是由碳元素组成的单质。

[板书] 第一节

碳的几种单质

[说明] 本节课阅读自学，提出阅读要求、范围，并用小黑板写明自学思考题。

1．金刚石的外形、硬度如何？有何用途？

8

2．石墨的外形、硬度如何？导电性能如何？有哪些用途？

3．无定形碳包括哪些物质？它们在结构上相似于金刚石还是石墨？各自的主要用途是什么？

[阅读] 学生阅读课本。

[讲述] 学生围绕思考题做阅读汇报，教师讲评补充并板书

[板书] 1．金刚石与石墨比较

[提问] 1．什么事实说明金刚石很硬？石墨很软？

2．生锈的铁锁难以打开，把少许铅笔芯粉末放进锁眼，钥匙转动几下即可打开，说明石墨有何性质？这与它的结构是否相关？与什么结构有关？

3．高温下工作的机器，常用石墨粉末作润滑剂，这都利用了石墨的哪些性质？

[实验] 1．用玻璃刀刻玻璃。

2．学生自己刮一点铅笔芯，用手捻一下。

[提问] 上面的实验说明什么？根据这个性质可在哪些方面应用？

[讨论] 根据已学过的知识，试设计一个实验方案，用来证实金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质。

学生讨论，教师引导分析得出结果。

[设问] 金刚石、石墨都是碳元素组成的单质，为什么两种物质在物理性质方面有那么大的差异呢？

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[讲解] 我们知道结构决定性质，性质不同结构显然不同，它们在结构上的不同，是由于碳原子排列的方式不同，就好比用同样的砖块可以建造不同风格的建筑物。至于碳原子怎样排列形成的就是金刚石，怎样排列就形成石墨将在今后的学习中再研究。

[引言] 碳元素形成的单质除了金刚石、石墨外，还有一类无定形碳，在小结这部分知识前，先来观察两个实验。

[实验] 1．木炭吸附二氧化氮

2．木炭吸附红色颜料

[提问] 红棕色的二氧化氮和红色颜料到哪去了？木炭为什么可吸附这些物质？吸附时是否发生了化学变化？

[引言] 通过实验我们知道了木炭有吸附性能，木炭是无定形碳中的一种，别的物质是否也具有吸附性？除吸附性外，还有什么性质？各自的主要用途是什么？请一名同学来小结。

[说明] 学生小结时，教师板书

[板书]

[小结] 学生谈对本节课的收获

[练习] 1．把性质与所决定的用途用直线连起来

2．选择

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(1)金刚石是（

）

A．单质

B．化合物

C．纯净物

D．混合物

(2)金刚石粉末与石墨粉末混合在一起，对所得物质描述正确的是（

）

A．所得物质因为是由同种元素组成的，所以是纯净物。

B．它们是两种不同的物质，各自保持自己的性质，所以是混合物。

C．它们是混合物，所以元素种类不止一种。

D．把它们共同灼烧，所得产物只有二氧化碳。

[作业] 略。

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第二节

碳的几种单质

教案之二

教学目标

1．使学生了解金刚石、石墨及木炭的物理特性。

2．使学生进一步了解金刚石、石墨及木炭的用途，物质的性质决定物质的用途这一辩证关系。

教学重点和难点

物质性质及用途的关系。

教学用品

投影片

教学过程

[提问] 我们都见过晶莹璀灿的金刚石，也经常使用铅笔、碳棒，冬日里还可用木炭取暖，可你们知道它们各是由什么成份组成的？它们有什么联系吗？

（学生讨论后，老师加以指正和说明）

[讲解] 铅笔芯、碳棒的主要成份是石墨，金刚石、石墨、木炭，还有活性炭、焦炭等都是由碳元素组成的不同单质。这节课主要学习金刚石、石墨及木炭的物理性质和用途。

[阅读] 课本金刚石和石墨的物理性质。

[投影板书]

一、金刚石和石墨的成份、物理性质及用途

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（在讲述石墨导电性时穿插导电实验）

[讲解] 金刚石和石墨物理性质上的差异决定了用途上的差异。

1．利用金刚石硬度大、耐高温可做钻探机的钻头；利用硬度大，可做玻璃刀；由于金刚石对光有折射散射作用，可做装饰品。

2．利用石墨质软可做铅笔芯；利用石墨滑腻、耐高温，可做耐高温的润滑剂。

3．石墨可导电，可以做电极，又耐高温可做高温电炉的电极。

4．利用石墨传热性能好，并在温度骤然升高时不易炸裂，可做石墨坩埚。

5．利用石墨耐酸碱的耐腐蚀性强，可做化工管道，耐酸槽、耐碱槽等。

[小结] 金刚石和石墨都是由碳元素组成的不同单质，性质上有如此大的差异是由于二者中碳原子的排列顺序不同，即结构决定性质，性质决定用途。

[讲解] 在碳元素组成的单质中，还有一类单质是无定形碳，包括木炭、焦炭、活性炭及炭黑等。（交待：“炭”与“碳”的不同写法）

下面着重介绍木炭。

[演示] 1．将一个装有半瓶带浅红色水的锥形瓶，配上胶塞。把两块木炭放入带红色的水中后，塞上塞子再摇动锥形瓶，注意观察带红色的水中颜色的变化。

2．把木炭放入盛满NO2气体的锥形瓶，塞好塞子，摇动片刻，观察现象。再加热锥形瓶，红棕色气体NO2又重出现，说明什么问题。

（讨论实验后，得出结论）

[小结] 木炭能吸附红色和棕红色物质，说明木炭具有吸附性，能把大量气体或染料小微粒吸附在其表面。加热后，红棕色又出现，说明以上过程属于物理变化。

[投影板书] 二、无定形碳（以木炭为例）

1．物理性质：灰黑色多孔物质，具有吸附性。能够吸附大量气体和小微粒。

2．吸附作用：气体或液体里的物质被吸附到固体表面的作用。

3．吸附原理：（引导学生阅读课本有关内容。）

4．用途：木炭可作燃料、黑火药、制铅笔和做吸附剂等。

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[小结] 金刚石、石墨和无定形碳都是由碳元素组成的不同单质，性质和用途上存在着很大差别，这是由于它们的结构不同所造成的。

[讨论] 怎样证明金刚石和石墨是由同一种元素组成的不同单质？

[作业] 略。

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第一节

碳的几种单质

教案之三

教学目的

知识：了解金刚石、石墨、木炭等的物理性质，并联系性质了解它们的主要用途。能力：通过碳单质的性质学习有关实验，培养学生的观察能力和思维能力。思想教育：通过对金刚石、石墨和常见炭的学习，对学生进行共性、个性关系的认识和学习方法的培养与教育。

重点难点

金刚石、石墨的重要物性和用途；金刚石和石墨物性差异很大的原因。

教学方法

观察法、讨论法。

教学用品

仪器：铁架台、烧杯、漏斗、直玻璃管，带导管单孔塞。药品：木炭、活性炭、红墨水（或红糖水）。

教学过程

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附1：课堂练习一

1.自然界里存在的碳单质有__和__。在天然物质里硬度最大的是____，它可以做____等。____是最软的矿物之一，可用于制作__等。

2.金刚石和石墨在氧气里燃烧后，生成的产物都是____，说明它们都是由____元素组成的____。但它们的物理性质却有很大的____，这是由于它们的晶体中____而造成的。

3.下列物质中，不属于碳单质的一组物质是（

）

A．金刚石和石墨 B．木炭和焦炭

C．活性炭和炭黑 D．一氧化碳和二氧化碳

4.下列说法正确的是（

）

A．一种元素只能形成一种单质

B．一种元素可能形成几种单质

C．同种元素组成的不同种单质性质相同

D．由碳元素形成的单质都是黑色的

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附2：课堂练习二

5.木炭可用来脱色、除臭味，这是利用了它的（

）

A．可燃烧 B．稳定性

C．还原性 D．吸附性

6.木炭具有很强的吸附性，这是因为（

）

A．木炭比木材轻

B．木炭不溶于水

C．木炭具有疏松多孔的结构

D．木炭不易跟其它物质发生化学反应7.将下面碳的单质与它的用途用短线联接起来：

碳单质

用途

木炭

切割玻璃

活性炭

防毒面具

石墨

制作电极

焦炭

制黑火药

金刚石

冶金

炭黑

制油墨

附3：课堂练习答案

1.金刚石

石墨

金刚石

钻石、钻头等

石墨

铅笔芯和电极等

2.二氧化碳

碳

单质

差异

碳原子排列方式不同

3.D 4.B 5.D 6.C 7.

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附4：随堂检测

1.金刚石和石墨都是由____元素组成的__，但是它们的物理性质差异很大，这是因为它们的晶体结构中____而引起的。

2.木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，所以它们可以____。

3.试举出金刚石、石墨、木炭、焦炭、活性炭、炭黑每种物质的一种主要用途。

第二节

单质碳的化学性质

练习

1．在试管里盛有少量黑色粉末，加强热后，有红色固体生成，同时产生使澄清石灰水变浑浊的气体，该黑色粉末是（

）

A．氧化铜和四氧化三铁的混合物

B．氧化铜和炭粉的混合物

C．二氧化锰和炭粉的混合物

D．炭粉和四氧化三铁的混合物

2．两份质量相同的碳单质分别燃烧生成二氧化碳和一氧化碳时，消耗氧气的质量比是（

）

A．1∶1

B．1∶2

C．2∶1

D．3∶2 3．下列反应中，既属于还原反应，又属于置换反应的是（

）

A．C+2ZnO2Zn+CO2↑

B．CO+CuOCu+CO2

C．C+CO22CO

D．2C2H2+5O22H2O+4CO2

4．1.6 g某物质完全燃烧后生成4.4 g二氧化碳和3.6 g水，该物质的组成中一定含有的元素是（

）

A．碳、氢、氧三种元素

B．碳、氧两种元素

C．碳、氢两种元素

D．只含碳元素

5．氢气与木炭都具有的性质是（

）

A．都具有可燃性

B．都是无色气体

C．都具有还原性

D．都可做氧化剂

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6．对化学反应C+CO22CO叙述错误的是（

）

A．碳发生了氧化反应

B．碳置换了氧，是置换反应

C．二氧化碳发生了还原反应

D．碳是还原剂

7．在下列化学反应中，属于氧化还原反应的是（

）

A．①②③④

B．①②③

C．②④

D．①③④

8．两份质量相同的碳，分别生成二氧化碳和一氧化碳时，消耗氧气的质量比是（

）

A．1∶1

B．2∶1

C．11∶7

D．7∶11 9．用木炭还原氧化铜的实验中，当给试管加热到一段时间后，观察到盛石灰水中的试管发生的变化是______，实验完毕将试管中粉末倒在纸上，可以看到______，这是因为______，化学方程式是______。

10．在密闭容器里盛有4 g碳和8 g氧气，加热使之充分反应，最后容器里得到______气体。

11．氧化铜与足量的木炭充分还原后，得到铜32 g，求参加反应的氧化铜多少克？

12．含杂质10%的木炭100 g，完全燃烧后可生成二氧化碳多少克？

参考答案

第二节

单质碳的化学性质

练习

参考答案

1．(B) 2．(C) 3．(A) 4．(C) 5．(AC) 6．(B) 7．(A) 8．(B) 9．变浑浊

黑色粉末变红

木炭具有还原性

2CuO+C2Cu+CO2↑

10．一氧化碳和二氧化碳

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11．设：参加反应的氧化铜质量为x。

2CuO + C2Cu + CO2↑

160

128

x

32

g

160:x=128:32 g

x=40 g 答：参加反应的氧化铜的质量为40 g。

12．设生成二氧化碳的质量为x

C + O2CO2

12

100 g·10%

x=330g 答：完全燃烧后生成330 g CO2。

第一节

碳的几种单质

练习

1．下列关于金刚石和石墨的说法正确的是（

）

A．金刚石和石墨都是电的良导体

B．金刚石和石墨里碳原子排列相同

C．金刚石和石墨的燃烧产物都是二氧化碳

D．金刚石和石墨的熔点相同

2．制造普通铅笔芯的物质是（

）

A．铅

B．铅粉和石墨粉的混合物

C．石墨

D．石墨粉和粘土粉的混合物

3．在工业上和日常生活上广泛应用石墨。但不能用于（

）

44 x

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A．作润滑剂

B．制造干电池

C．制铅笔芯

D．防毒面具

4．下列几种物质中除一种外都是无定形碳，这种是（

）

A．石墨 B．木炭

C．烟炱

D．焦炭

5．活性炭用于（

）

A．制黑色鞋油

B．防毒面具

C．汽车轮胎

D．油墨

6．下列说法正确的是（

）

A．一种元素不一定只组成一种物质

B．一种单质可以由几种元素组成

C．同种元素组成不同的单质性质是完全相同的

D．由碳元素组成的单质都是黑色的

7．用墨汁书写的字多年不褪色，因为墨汁中的主要成分碳在常温下（

）

A．具有氧化性

B．具有还原性

C．化学性质不活泼

D．以上说法都不对

8．古代字画年深日久不变色，其中说明了碳在常温下性质______。

9．金刚石坚硬耐磨，可作______，______，______。

10．炭黑可用作______的填料，可以增强其制品的强度和耐磨性。

11．石墨经加压转化成金刚石是______变化，液氧遇热后直接转化为气体是______变化。

12．气体或溶液里的物质被吸在固体表面上的现象叫做______。

参考答案

1．(C) 2．(D) 3．(D) 4．(A)5．(B) 6．(A) 7．(C)

8．稳定

9．玻璃刀

切割大理石

钻头

10．橡胶

11．化学物理

12．吸附

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