第一节 碳的单质课时教案

课题1

金刚石、石墨和C60

教学目标

1、了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途；了解木炭和活性炭具有吸附性；知道碳单质的化学性质；

2、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、性质和用途三者之间的相互关系。

教学过程 碳元素在自然界里的含量不是最多的，但它形成物质的种类却是最多的。我们今天开始学习第六单元“碳和碳的氧化物”。请同学们把书翻开。

[板书］第六单元──碳和碳的氧化物

我们已经知道，物质由元素组成，由同种元素组成的纯净物叫做什么？

由同种元素组成的纯净物叫单质。

不同种元素可以组成不同种单质，同一种元素可以组成不同的单质吗？大家讨论。

能举例说明吗？

我们学过氧元素就能组成氧气和臭氧两种单质。

磷元素可以组成白磷和红磷。

［

板书］同种元素可以组成不同的单质

碳元素能否组成不同的单质？研究表明：金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。今天，我们就来学习金刚石、石墨和C60。

［板书］课题1 金刚石、石墨和C60

我们先来看一段发生在玻璃店里的小品。

[学生表演]2名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，我想我自己来划玻璃。

老板；你自己想划，行啊，那你试试。（顾客用刀切玻璃没有成功）

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：你的玻璃刀用什么做的，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。

谢谢这两位同学的表演（大家鼓掌），由于金刚石非常坚硬，所以可以用来刻划玻璃。我们大家也看一下玻璃刀上镶嵌的金刚石吧。

［实物投影〕玻璃刀上的金刚石

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，不知你们查到没有？谁先说说有关金刚石的一些资料。

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；比重为3.52；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、高温半导体材料等。

谁还有不同资料要补充的吗？

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它特别硬，不易磨损的特性。金刚石可以用于切割玻璃，制作钻头用于地质钻探、开

采石油和打井等，还可以切割水泥，甚至大理石等建筑材料。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。

哪位同学的母亲有钻石戒指？

金刚石可以做装饰品──钻石，大家在商店里应该看过吧，出示图片

纯净的金刚石是无色透明的、正八面体形状的固体，经仔细琢磨后，成为装饰品──钻石，它还是天然界中存在的最硬物质，可以划玻璃、切割大理石等。

[投影]金刚石的性质和用途

性质 无色透明、正八面体形状的固体，折光率

2.42，金刚具有强色散性 石

自然界中存在的最硬物质

用途

经仔细琢磨后，成为装饰品──钻石

划玻璃、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

金刚石是碳单质家庭中最难理夺目的、最稀有和昂贵的，而同为碳元素组成的石墨和金刚石相比外表要暗淡许多，不信我们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？

石墨的化学成分是碳，它是层状结构，灰色，半金属光泽，硬度1～2；比重2.21～2.26；有滑感，易污手；具有导电性。由于熔点高，抗腐蚀性等特点，用于高温增润；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粘土混合制成的。由于石墨的熔点高，所以石墨润滑剂可以在不适宜普通润滑剂的高温下使用。

石墨是深灰色、有金属光泽、不透明的细磷片状固体，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？

石墨很软，可以做铅笔芯。

石墨能导电，可以做电极。

石墨可以做润滑剂，因为它很滑腻。

[投影]石墨的性质和用途

性质

深灰色、有金属光泽、不透明的细磷片状固体

石墨

很软

能导电

滑腻

用途

铅笔芯

电极

润滑剂

铅笔是我们最熟悉的学习用品，铅笔里面其实不含铅，是石墨和粘土混合而成的。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，所以加入粘土。我们看看不同型号铅笔的笔迹。

[实物投影]6B、HB、6H铅笔的笔迹

［展示]一幅用6B铅笔画的人物头像素描

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。

铅笔芯的成分里含有石墨，铅笔芯有没有导电性？想不想试验一下？

想！（学生很有兴趣）

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。

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？

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。

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？

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

导电性

导热性

用途

金刚石

无色透明正八面体状晶体

加工琢磨后有夺目光泽

最硬

无

良好

钻探机钻头、刻刀、装饰品等

石墨

深灰色鳞片状固体

略有金属光泽

较软

良好

良好

电极、铅笔芯、润滑剂等

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

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吗？请告诉我们。

同学的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。

由于黑色的活性炭悬浮于溶液中，现象不明显，可以用过滤的方法除去活性炭。

[学生实验]过滤。

看到什么现象了？

红色消失，液体变无色。

根据以前学过的知识，我们知道，过滤只能除去不溶性物质，所以红墨水颜色的退去是因为活性炭的吸附作用。活性炭不仅能吸附色素，还能吸附气体，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）

炭黑是一种黑色的极细粉末，由合碳的有机化合物不完全燃烧或强热分解制得。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。

看到什么现象？

有黑色物质生成。

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，我们在后面的单元里将会学到它。

现在，我们小结一下刚才学过的几种含碳的物质。

[投影] 木炭

活性炭

炭黑

焦炭

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

冶炼金属

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

结构决定性质，性质又决定用途（学生一边回答，教师一边板书）

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？

和足球相似。

这种足球结构的碳分子很稳定。C60中60表示什么？

一个C60分子中含有60个碳原子。

C60是单质还是化合物？

是单质。

目前，人们正在进一步地研究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？

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气体的贮存；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。

除C60外，一些新的单质碳也相继被发现，如：C70、C240、C540等。

（一边说，一边投影C70、C240、C540等的结构图）

20世纪90年代初，科学家又致力于一种新型的纳米材料──纳米碳管的研究，我们一起来看一下它的结构图。

[实物投影]纳米碳管的结构图

谁说说关于纳米碳管的性质？

如果其他同学还有想法，我们课后接着交流。学完这堂课，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。

回去后阅读“化学·技术·社会”中的“人造金刚石和金刚石薄膜”。