金剛石、石墨和C60

1、PAGE PAGE 9第六單元 碳和碳的氧化物課題1 金剛石、石墨和C60從容說課本課題包括兩部分。第一部分介紹碳單質(zhì)，主要介紹了金剛石、石墨的重要物理性質(zhì)和C60分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在介紹石墨的同時(shí)又穿插介紹了木炭、活性炭的吸附性及其用途，使學(xué)生樹立性質(zhì)決定用途，用途體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)。第二部分通過學(xué)生回顧復(fù)習(xí)引出碳的一個(gè)重要化學(xué)性質(zhì)在加熱條件下與氧氣反應(yīng)，又通過活動(dòng)探究理解了碳能與某些氧化物反應(yīng)，并能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象書寫化學(xué)方程式，分析化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)后又總結(jié)出了還原反應(yīng)的概念。教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能(1)了解金剛石和石墨的物理性質(zhì)和用途。(2)知道碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。(3)知道不同元素可以組成不同的物質(zhì)，

2、同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)。2過程與方法(1)會(huì)對(duì)展示或演示的資料分析、歸納。(2)能認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并會(huì)對(duì)現(xiàn)象分析歸納，總結(jié)出重要的知識(shí)點(diǎn)。3情感態(tài)度與價(jià)值觀(1)以發(fā)展的觀點(diǎn)看待碳的單質(zhì)。(2)樹立物質(zhì)的性質(zhì)決定用途的觀點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。教學(xué)難點(diǎn)碳跟某些氧化物的反應(yīng)。教學(xué)方法觀察分析總結(jié)。實(shí)驗(yàn)探究分析歸納。教具準(zhǔn)備教師用具：金剛石、石墨、C60分子模型、玻璃刀、6B鉛筆芯、干電池、石墨電極、投影儀、電視媒體、防毒面具、導(dǎo)線、燈泡。學(xué)生用具：(1)儀器：小錐形瓶、試管(大小各1個(gè))、鐵架臺(tái)、酒精燈、網(wǎng)罩、帶導(dǎo)管的塞子；(2)藥品：紅墨水、烘烤過的木炭(活性炭)、木炭粉、Cu

3、O粉末、澄清石灰水。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程板書課題1 金剛石、石墨和C60引言我們知道不同元素可以組成不同物質(zhì)，那么，同種元素可以組成不同物質(zhì)嗎?展示金剛石，石墨、C60分子模型介紹金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質(zhì)。教師你能得到什么結(jié)論?學(xué)生總結(jié)同種元素可以組成不同的物質(zhì)。引導(dǎo)觀察金剛石樣品，試描述有關(guān)物理性質(zhì)。學(xué)生觀察、討論、總結(jié)無色透明、正八面體形狀。展示玻璃刀介紹刀頭上鑲有金剛石，用它來裁玻璃。設(shè)問你想到了什么?學(xué)生發(fā)言金剛石很硬，所以可用來裁玻璃。板書一、碳的單質(zhì)1金屬石很硬，可用來切割玻璃。介紹金剛石經(jīng)仔細(xì)琢磨后，可以成為璀璨奪目的裝飾品鉆石，它的價(jià)格比金剛石還高，現(xiàn)在帶鉆

4、戒的人越來越多，說明人們的生活水平越來越高。引導(dǎo)觀察石墨樣品，試描述有關(guān)物理性質(zhì)。學(xué)生觀察描述深灰色、有金屬光澤、不透明、細(xì)鱗片狀固體。引導(dǎo)用手觸摸一下石墨，有何感覺?學(xué)生石墨很軟、有滑膩感。介紹由于石墨很軟，所以常用石墨作鉛筆芯，但由于太軟，光用石墨作筆芯，既易斷又易磨損，因此生產(chǎn)上常在石墨粉末中摻進(jìn)一些粘土粉以增加硬度。最軟的鉛筆是6B，最硬的鉛筆是6H，HB鉛筆則軟硬適中。演示實(shí)驗(yàn)把一根6B的鉛筆芯和導(dǎo)線連接在一起，接上電池和燈泡，接通電源后，觀察燈泡是否發(fā)亮。學(xué)生觀察燈泡發(fā)亮。設(shè)問看到這個(gè)現(xiàn)象，你想到了什么?學(xué)生討論回答石墨有良好的導(dǎo)電性。展示干電池中的石墨電極。教師石墨有良好的導(dǎo)電性

5、，所以在生活中用途很廣。試總結(jié)石墨的重要性質(zhì)。學(xué)生石墨很軟、有良好的導(dǎo)電性。板書2石墨很軟、有良好的導(dǎo)電性。介紹生活中常接觸到的木炭、活性炭、焦炭、炭黑，這些都是由石墨微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成的。其中木炭、活性炭用途很廣，你想知道它們有什么性質(zhì)嗎?活動(dòng)探究在盛有半瓶水的小錐形瓶里，加入一滴紅墨水，使水略顯紅色。投入幾塊烘烤過的木炭(或活性炭)，輕輕振蕩，觀察現(xiàn)象。學(xué)生活動(dòng)交流我們可以看到淡紅色的水顏色褪去。教師木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，表面積大，具有較強(qiáng)的吸附性。另外活性炭的吸附性更強(qiáng)。板書3木炭、活性炭有強(qiáng)吸附性。設(shè)問利用這一性質(zhì)，活性炭會(huì)有什么用途?學(xué)生發(fā)言1防毒面具里的濾毒罐就是利用活性炭來

6、吸附毒氣的；2冰箱的除味劑；3制糖工業(yè)的脫色劑。展示防毒面具討論結(jié)合金剛石、石墨和木炭的性質(zhì)和用途，討論物質(zhì)的性質(zhì)和用途之間有什么關(guān)系。結(jié)論并板書4性質(zhì)用途教師隨著科技的發(fā)展，新形態(tài)的碳單質(zhì)逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，其中取得重要進(jìn)展的是C60分子，另外還有碳管。展示C60分子模型投影介紹這是一個(gè)C60分子，它由60個(gè)碳原子構(gòu)成，分子形似足球，又名足球烯。設(shè)問上面我們認(rèn)識(shí)了三種碳的單質(zhì)，它們的性質(zhì)類似嗎?學(xué)生回答性質(zhì)各不相同。總結(jié)并板書5不同元素可以組成不同的物質(zhì)，同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)。如：金剛石、石墨、C60都是由碳元素組成的單質(zhì)，但它們的物理性質(zhì)各不相同，是因?yàn)樘荚优帕蟹绞讲煌?。過渡在了解

7、了單質(zhì)碳物理性質(zhì)后，本節(jié)課重點(diǎn)了解碳的化學(xué)性質(zhì)。板書二、碳的化學(xué)性質(zhì)投影資料：我國古代一些書法家、畫家用墨書寫或繪制的字畫能保存很長時(shí)間而不變色。設(shè)問這說明了什么?學(xué)生討論回答常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。板書1常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。設(shè)問若升高溫度，又如何呢?回顧提問寫出木炭在氧氣中充分燃燒時(shí)的化學(xué)方程式。學(xué)生板演C+O2CO2介紹當(dāng)碳不充分燃燒時(shí)，生成一氧化碳?？偨Y(jié)板書2高溫下，碳能跟多種物質(zhì)反應(yīng)。(1)跟氧氣反應(yīng)：C+O2CO2(充分燃燒)2C+O22CO(不充分燃燒)引導(dǎo)碳在高溫時(shí)還有重要的性質(zhì)?；顒?dòng)與探究把經(jīng)過烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進(jìn)試管，并將試管固定在鐵架

8、臺(tái)上。試管口裝有通入澄清石灰水的導(dǎo)管(如圖)，用酒精燈(可加網(wǎng)罩以使火焰集中并提高溫度)加熱混合物幾分鐘。然后先撤出導(dǎo)氣管，待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現(xiàn)象并分析。學(xué)生活動(dòng) 交流現(xiàn)象：澄清石灰水變渾濁，試管粉末中有紅色物質(zhì)。分析得產(chǎn)物為二氧化碳、銅。設(shè)問上述反應(yīng)的反應(yīng)物、生成物、條件都已確定，你能寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎?學(xué)生板演板書(2)跟某些氧化物反應(yīng)2CuO+C2Cu+CO2分析從分子組成上看CuO轉(zhuǎn)變?yōu)镃u，發(fā)生了什么變化?是誰導(dǎo)致了這種變化?討論回答CuO轉(zhuǎn)變?yōu)镃u失去了氧，是碳奪走了CuO中的氧。講解并板書3還原反應(yīng)：含氧化合物里的氧被奪去的反應(yīng)。還原性：能奪走含氧化合

9、物里氧的物質(zhì)具有還原性。練習(xí)焦炭在工業(yè)上可用來煉鐵：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2請(qǐng)問：這個(gè)反應(yīng)是否是還原反應(yīng)?若屬于還原反應(yīng)，哪種物質(zhì)具有還原性?回答此反應(yīng)是還原反應(yīng)，其中碳具有還原性。介紹工業(yè)上常利用碳的還原性，制取多種金屬。反思通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有何收獲?小結(jié)本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了碳的單質(zhì)。首先認(rèn)識(shí)了幾種不同的碳單質(zhì)，并了解了它們重要的物理性質(zhì)和用途。然后重點(diǎn)分析總結(jié)了碳的化學(xué)性質(zhì)，最后總結(jié)出了還原反應(yīng)及還原性的概念。作業(yè)習(xí)題2、3、4，家庭實(shí)驗(yàn)2。板書設(shè)計(jì)課題1 金剛石、石墨和C60一、碳的單質(zhì)1金剛石很硬，可用來切割玻璃。2石墨很軟，有良好的導(dǎo)電性。3木炭、活性炭有強(qiáng)吸附性。4性質(zhì)用

10、途二、碳的化學(xué)性質(zhì)1常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。2高溫下，碳能跟多種物質(zhì)反應(yīng)。(1)跟氧氣反應(yīng)：C+O2CO2(充分燃燒)2C+O22CO(不充分燃燒)(2)跟某些氧化物反應(yīng)，2CuO+C2Cu+CO23還原反應(yīng)：含氧化合物內(nèi)的氧被奪去的反應(yīng)。還原性：能奪走含氧化合物里氧的物質(zhì)具有還原性?？碱}回顧1碳的單質(zhì)中，質(zhì)地較軟，常用作電極的是( )A金剛石 B活性炭 C. 炭黑 D石墨2金剛石、石墨、C60都是碳元素組成的單質(zhì)，關(guān)于它們的說法正確的是( )碳原子的排列不同 化學(xué)性質(zhì)相似 物理性質(zhì)相似 是同一種物質(zhì) 完全燃燒都生成二氧化碳 都是黑色固體3 “依靠科學(xué)，戰(zhàn)勝非典”，佩戴一種含有活性炭的口罩

11、可以預(yù)防“非典”，這是利用了活性炭的_作用。4我國的黑白山水畫用的墨汁主要成分為炭黑的微粒，用這種墨汁畫的國畫千百年都不易褪色，這是因?yàn)槟械奶?( )A具有氧化性 B. 具有還原性C. 具有吸附性 D常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定5金剛石和石墨的性質(zhì)有很大差異的原因是( )A金剛石和石墨是由不同種元素組成的B. 金剛石是單質(zhì)，而石墨是化合物C. 金剛石和石墨里碳原子的排列不同D金剛石不含雜質(zhì)，而石墨含雜質(zhì)答案：1D 2 3. 吸附 4D 5C備課資料1C60的結(jié)構(gòu)C60以60個(gè)碳原子作為頂點(diǎn)，組成一個(gè)32面體。其中12個(gè)面是五邊形，20個(gè)面是六邊形，正好是一個(gè)削20面體的每個(gè)頂點(diǎn)，像足球一樣的多邊形體

12、，在這樣的分子中，每個(gè)碳原子都滿足sp2雜化軌道的要求，與其他三個(gè)碳原子相連，等價(jià)地組成一個(gè)五元環(huán)和兩個(gè)六元環(huán)。由于它具有這種特殊結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)在更形象地稱它為足球烯(footballene，soccerballene)。2硬度計(jì)鑒定礦物相對(duì)硬度的標(biāo)準(zhǔn)摩氏硬度計(jì)，由德國礦物學(xué)家摩氏(Friedrich Mohs，17731839)在1822年提出，故名。它是由十種常見的礦物組成，按其本身硬度依次(從小到大)排列：(1)滑石；(2)石膏；(3)方解石；(4)螢石；(5)磷灰石；(6)長石；(7)石英，(8)黃玉，(9)剛玉；(10)金剛石。鑒定時(shí)可在未知礦物上選一平滑面，用上列已知礦物的一種加以刻

13、畫。如果在未知礦物面上留下刻痕，則表示已知硬度比未知礦物高；如相反，則未知礦物在已知礦物面上留下刻痕。如此依次試驗(yàn)，即可求得未知礦物的相對(duì)硬度。如果把十種礦物名稱做些簡(jiǎn)化，并斷成三句韻語如：“滑、膏、方，螢、磷、長，石英、黃玉、剛、金剛。”這樣整理后，念起來上口，便于記憶。3防毒面具防毒面具主要分面罩、呼吸管和濾毒罐三部分。面罩是橡皮和橡皮布制成的，上有眼鏡，在鼻口處有二通道，一接吸氣管，受入氣活瓣的控制(只能吸氣不能呼氣)；另一通道呼出氣體，受吐氣活瓣控制(只能排氣不能進(jìn)氣)。濾毒罐里起主要作用的有活性炭層、化學(xué)吸收劑層和防煙濾層，在不同濾毒罐里各層排列順序不盡相同。4碳的發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)人：不詳。

14、發(fā)現(xiàn)年代：不詳。發(fā)現(xiàn)過程：古代即被發(fā)現(xiàn)。元素描述：碳可以形成數(shù)量極多的同素異形體和化合物，它的同素異形體主要有結(jié)晶形的石墨、金剛石和無定形碳(微晶形碳)；由它形成的有機(jī)物數(shù)量龐大，是形成動(dòng)植物的重要元素之一。單質(zhì)碳是一種相當(dāng)惰性的物質(zhì)，不溶于水、稀酸、稀堿和有機(jī)溶劑。但加熱時(shí)，可以與氧生成一氧化碳或二氧化碳；熱的氧化劑如濃硝酸和濃H2SO4可將碳氧化。高溫時(shí)，許多金屬和碳能發(fā)生作用，生成金屬碳化物；是鋼鐵和某些其他合金中的重要組成部分；鹵素中只有氟能與單質(zhì)碳作用。元素來源：在天然氣和石油中，碳以烴類化合物存在；在大氣中以CO2形式出現(xiàn)；動(dòng)植物體中都含碳元素；巖石礦物中以碳酸鹽的形式存在，如石灰

15、石(CaCO3)和孔雀石CuCO3Cu(OH)2等。元素用途：是化工、冶金工業(yè)方面的重要的原料。元素輔助資料：碳是自然界中分布相當(dāng)廣泛的元素之一。 自然界中以游離狀態(tài)存在的碳有金剛石、石墨和煤，各種形態(tài)的煤在自然界中分布很廣。煤中含碳可達(dá)99。碳的化合物更是多種多樣，從空氣中的二氧化碳和巖石，土壤中的各種碳酸鹽，到動(dòng)植物組織中的有機(jī)化合物，碳元素扮演著主要角色，可以說沒有碳元素就沒有生機(jī)盎然的地球。人們還可以輕易地取得碳的一些游離狀態(tài)的產(chǎn)物，如木炭、黑碳、炭黑等等。這就決定了碳在人類有史以前很早很早就被發(fā)現(xiàn)和利用了。由石器時(shí)代進(jìn)入青銅時(shí)代的過程中，木炭不僅被人們用作燃料，而且還被用作還原劑(參

16、見銅元素)。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，人們尋找比木炭更廉價(jià)的燃料和還原劑，這樣，人們找到了煤。英國到13世紀(jì)才建礦采煤，比我國晚了有一千多年，而歐洲在18世紀(jì)初才知煉焦，這也比我國晚約一個(gè)世紀(jì)。碳的同素異形體石墨在我國古代文獻(xiàn)也是煤的別名。它在16世紀(jì)間被歐洲人發(fā)現(xiàn)，曾被誤認(rèn)為是含鉛的物質(zhì)，而被稱為“繪畫的鉛”。直到1779年，瑞典化學(xué)家舍勒指出將石墨與硝酸鉀共溶后產(chǎn)生二氧化碳?xì)?，確定它是一種礦物木炭。碳的另一種同素異形體金剛石，在古代印度的著述中常常提到。印度出產(chǎn)金剛石，南美洲巴西和非洲南非也先后發(fā)現(xiàn)金剛石。早在1722年，法國化學(xué)家拉瓦錫進(jìn)行了燃燒金剛石的實(shí)驗(yàn)，把金剛石放置在玻璃鐘罩內(nèi)，用取火鏡

17、把日光聚焦在金剛石上，使金剛石燃燒，得到無色的氣體，將該氣體通入澄清的石灰水中，得到白色碳酸鈣沉淀，正如燃燒木炭所得到的結(jié)果一樣。他作出結(jié)論：在金剛石和木炭中含有相同的“基礎(chǔ)”，命名為carbone(法文，英文在1789年間采用，去掉詞尾E，稱為carbon)。這一詞來自拉丁文CARBO(煤，木炭)，我們稱為碳。碳的拉丁名稱carbonium也由此而來，它的元素符號(hào)C就是采用它拉丁名稱的第一個(gè)字母。正是拉瓦錫，首先把碳列入1789年發(fā)表的化學(xué)元素表中。5富勒烯的應(yīng)用富勒烯的應(yīng)用眾所周知，碳元素有兩種同素異形體金剛石，石墨。1970年，日本科學(xué)家小澤預(yù)言，自然界中碳元素還應(yīng)該有第三種同素異形體存

18、在。1985年美國Rice大學(xué)的Kroto等人在激光汽化石墨實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)含有60個(gè)碳原子的原子簇，命名為C60；含有7o個(gè)碳原子的原子簇也已被發(fā)現(xiàn)，命名為C70。C60及C70均具有籠形結(jié)構(gòu)，在物理及化學(xué)性質(zhì)上可看作三維的芳香化合物，分子立體構(gòu)型具有D5h點(diǎn)群對(duì)稱性。C60中20個(gè)正六邊形和12個(gè)正五邊形構(gòu)成圓球形結(jié)構(gòu)，共有60個(gè)頂點(diǎn)，分別由60個(gè)碳原子所占有，經(jīng)證實(shí)它們屬于碳的第三種同素異形體，命名為富勒烯(Fullerene)。以后又相繼發(fā)現(xiàn)了C44、C50、C76、C80、C90、C94、C120、C180、C180、C540等純碳組成的分子，它們均屬于富勒烯家族，其中C60的豐度約為50%。由于特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，C60在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化、材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，得到廣泛的應(yīng)用。特別是1990年以來Kratschmer和Huffman等人制備出克量級(jí)的C60，使C60的應(yīng)用研究更加全面、活躍。超導(dǎo)體C60分子本身是不導(dǎo)電的絕緣體，但當(dāng)堿金屬嵌入C60分子之間的空隙后，C60