课题1 金刚石、石墨和C60精品学案

课题1 金刚石、石墨和C60

一、教材分析

本课题是初中化学第六单元课题一。碳是重要的化学元素，在生活中有着广泛的应用。前面学习了物质构成的奥秘，使本单元的高度上升了一个新台阶。本课题包括两部分内容：一部分介绍碳单质，主要介绍了金刚石、石墨、C60、木炭及活性炭的重要物理性质、结构特点和用途；另一部分介绍碳的化学性质，常温下稳定，加热或高温下可以和氧气及某些氧化物等物质起反应。

[教学目标] 1．知识与技能

了解金刚石、石墨和C60的微观构成、物理性质和用途。

2．过程与方法

(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、性质和用途三者之间的相互关系；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；

(2)能用变化发展的观点认识碳的单质。 (3))初步学会运用比较、归纳等方法对获取的信息进行加工。

3．情感态度与价值观

(1)提高学习化学的兴趣,确定学习化学的志向。

(2)增强学生热爱祖国的情感。 [教学重点] 碳单质的物理性质差异很大的原因。

[教学难点] 碳单质的物理性质差异很大的原因。

二、教学理念

本课题注重教学情景的创设，联系学生生活实际，体现出学化学是为了用化学；采用体验学习和探究学习的方式，图文并茂，使知识活动化、游戏化，给学生营造自由、宽松、有趣的学习氛围，充分调动学生的积极性；本节课教师作为组织者和协助者，对学生加以引导、启发、肯定和鼓励。

课程资源】

1、《人教版〈义务教育课程标准实验教科书

化学〉（九年级上）

第六单元

碳和碳的氧化物

编写说明》：乔国才，《中小学教材教学》（中学理科）2003.3。也可登录人教网查阅：http://www.pep.com.cn

2、关于本课题的扩展资料请登录教育资源中心网站：

【教具准备】

1、教科书P105[实验6-1]、P107[实验6-2]、P108家庭小实验药品和器材，铜丝或铜片，酒精灯。红墨水、锥形瓶、木炭、活性炭（提前烘烤）铅笔、导电装置一套，烧杯、蜡烛，U型管装好活性炭，

2、实物：玻璃刀，电池里的碳棒，金刚石、石墨和碳60的原子排列结构模型

【课时安排】2课时。第1课时：碳的单质；第2课时：碳的化学性质。

三、课时：2课时

第一课时

教学过程：

[情景设置]

谜语：一家兄弟三人，大哥硬度最大，老二层层软滑，三弟前途远大。

师：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很多的。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

师：碳元素能否组成不同的单质？

讨论：

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。

展示：玻璃。提出问题。我需要一块小的，你怎么办？

师：由于金刚石非常坚硬，所以可以用来裁割玻璃。

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，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3然界硬度最大的物质；密度为3.52克/厘米；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。

师：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。

师：金刚石可以做装饰品——钻石，大家在商店里应该看过吧。

师：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，它还是开然界中存在的最硬物质，可以划玻璃、切割大理石等。

[板书]金刚石的性质和用途

金

刚

石

性质

开然界中存在的最硬物质

用途

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

无色透明、正八面体形状的固体， 经仔细琢磨后，成为装饰品——钻石

师：金刚石是碳单质家庭中最璀璨的夺目的、最稀有和昂贵的，面是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？

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；密度2.21~2.263克/厘米；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。用石墨在纸上画过，会留下深灰色的痕迹。铅多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普通润滑剂的高温下使用。

师：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。

[板书] 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

铅笔芯

电极

润滑剂

用 途

师：铅笔是我们最熟悉的学习用品，铅笔里面其实不含铅，是石墨和黏土混合而成的，画画用的铅笔学用“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。

[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

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。

[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。

师：铅笔芯的成分里含有石墨，铅笔芯没有导电性？想不想试验一下？

生：想！（学生很有兴趣。）

师：你们的铅笔盒里有铅笔芯吗？自己上来做这个实验。学生自己的铅笔芯接通电源后，也可以使灯泡发亮。

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。

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。

师：好，这个试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？生：不一样。

[投影]比较金刚石和石墨的性质和用途

金刚石

外观

光泽

硬度

导电性

导热性

用途

无

良好

钻探机钻头、刻刀、装饰品等

无色透明正八面体状晶体

加工琢磨后有夺目光泽

最硬

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

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

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。

木炭是一种黑色多孔的固体。在隔绝空气条件下加热木材，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。

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能，可用来净化各种气体或液体。例如，活性炭可用做电冰箱的去味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。

师：同学们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]在盛有半杯水的锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。放入活性炭，轻轻振荡。

师：由于黑色的活性炭悬浮于溶液中，现象不明显，可以用过滤的方法除去活性炭。

[学生实验] 过滤。

师：看到什么现象了？

生：红色消失，液体变无色。

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，防毒面具就是利用活性炭来吸附毒气的。

[看书]防毒面具（滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的）。

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，把烧杯放在火焰的上方。

师：看到什么现象？

生：有黑色物质生成。

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

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

生：结构）

性质用途（学生一边回答，教师一边板书。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最重要进展的是C60分子。大家看书，C60的分子结构和什么相似？

生：和足球相似。

师：这种足球结构的碳分子很稳定。C60中60表示什么？

生：一个C60分子中含有60个碳原子。

师：C60是单质还是化合物？

生：是单质。

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？

生：除了超导领域外，C60在以下几个方面的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。

师：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弄的纳米材料——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

师：谁说说关于纳米碳管的性质？

生：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。

生：如果用纳米碳管做绳索，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。如果用它做成地球——月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。

师：随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，碳单持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？

决定决定

1．化学一是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。

2．化学与实验探究为手段，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。

3．今天这节课让我认识到物质的一切外在表现都是由其内在因素决定的，物质的结构决定性质，性质又决定用途，我觉得化学很有意思，我很喜欢它。

师：如果其他同学还有想法，我们谭后接着交流。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。

师：现在做课后练习来巩固一下今天所学的内容。

[学生练习]练习后当堂订正。

师：回去后阅读“化学·技术·社会”中的“人造金刚石和金刚石薄膜”。