化学课题1 金刚石、石墨和C60教案设计

这是一份化学课题1 金刚石、石墨和C60教案设计，共9页。教案主要包含了碳的单质，交流认识金刚石的性质和用途，交流探究石墨的性质和用途，认识金刚石与石墨性质，认识木炭，认识碳单质的发展等内容，欢迎下载使用。

本课题内容主要分为两部分：碳的单质和碳的化学性质。碳的单质部分主要包括：碳单质的种类（包括金刚石、石墨、C60和无定形碳）、结构、物理性质和由物理性质所决定的各类碳单质的用途；单质碳的化学性质部分主要研究了碳与氧气和金属氧化物的反应这两点主要化学性质，以及由单质碳的化学性质所决定的用途。


由此可见，通过本课题的学习需要教师帮助学生初步建立起“结构──性质──用途”三者间的关系，这也是化学学习的一种核心思想，这一思想对学生未来化学的学习会有很大帮助，尤其在建构元素化合物的知识体系上能够起到更大的作用。


一、碳的单质


1．金刚石、石墨的物理性质、用途和结构的比较


这一内容的核心知识如下表：


由于学生在生活中对金刚石、石墨制品多有认识，所以这一部分内容在教学中应该尽可能基于学生的生活经验进行教学，可以通过师生共同列举生活中的制品（即金刚石、石墨的用途），根据这些制品（即用途）推测金刚石、石墨的性质，帮助学生认识用途是性质的体现，性质决定着物质的用途。然后再分析性质的不同是由结构的不同所造成的──由于金刚石和石墨晶体中碳原子的排列方式不同，致使两种物质的物理性质有很大差异。从而建立“用途──性质──结构”三者间的关系。


2．木炭、焦炭、活性炭和炭黑等几种碳单质


第一，认识这些物质都是碳单质的存在形式，并且其“结构与石墨类似”。


第二，由于木炭和活性炭均具有疏松多孔的结构，所以它们均具有吸附性，可以吸附色素和有异味的物质；且活性炭的吸附性比木炭还强。可以应用于食品脱色、冰箱除味、防毒面具、净水滤芯、吸附房屋装修后（或新车内）的有毒有害气体等。


对于木炭和活性炭，学生在第四单元课题2《水的净化》中已经有所认识，可以通过“温故知新”、“举一反三”的方式进行教学，而且要继续强化“性质是由结构决定的，用途是由性质决定的”这一学科思想。


第三，对“碳”与“炭”的认识。“碳”“炭”混淆是学生学习中的一个易错点，在此需要帮助学生进行辨析：


辨析的目的是帮助学生正确使用化学的语言来描述问题。


3．碳单质的新进展


（1）了解C60、碳纳米管的一些基本知识。


（2）帮助学生认识到，随着科学技术的不断进步，人类对自然界的认识也在不断的发展，知识也在日益更新，所以创新精神是未来人才所必需的品质。


（3）通过了解金刚石、石墨、C60等都是碳的不同形式的单质这一概念，帮助学生进一步认识物质分类中的“单质”的含义，由同种元素组成的纯净物叫单质，但只含一种元素的物质不一定是单质。教学中需要注意的是，可以帮助学生建立同种元素可以形成不同种单质的概念，但是不要出现“同素异形体”的概念。


教学片段一 生活中的碳单质


环节一、引入新课


【师】出示金刚石、石墨制品的几张图片。


【提出问题】你知道这些物质的主要成分都是什么吗？


【师生讨论】都是碳的单质，一种是金刚石，一种是石墨。今天我们就先来认识与我们生活密切相关的这两种碳单质。


环节二、交流认识金刚石的性质和用途


【师】请同学们联系生活实际，交流金刚石有哪些用途，这些用途体现了金刚石有什么性质？性质和用途之间有什么联系？（讨论交流）


【生】金刚石用在玻璃刀刀头裁割玻璃，钻探机的钻头开凿坚硬的岩石，说明金刚石很坚硬；金刚石经仔细琢磨后成为璀璨夺目的装饰品──钻石。


【师】有些不法商贩以玻璃制品冒充钻石饰品，牟取暴利。在购买钻石饰品时，鉴别真伪有什么简单方法？小组同学讨论后回答。大家想想都用了金刚石的哪些性质。


【生】 A．用铁锤捶 B．用火烧 C．在玻璃上划


【小结】得出金刚石是天然存在的最硬的物质的结论。


环节三、交流探究石墨的性质和用途


【师】从铅笔芯在纸上划过，留下深灰色痕迹的事实，说明石墨很软，是天然存在的最软的矿物之一。


【活动探究】


1．学习小组按照下图装置把一根软铅笔芯与灯泡、导线串联，接通电源后，观察并描述现象，说明石墨具有什么性质。


现象：灯泡发光。


结论：石墨有良好的导电性。


2．请同学们用手指在铅笔芯上研磨几下后，你有什么感觉？说明石墨有什么性质?


思考：自行车淋雨后，车锁常会出现不易打开的现象。如果在锁内注油润滑，开锁后的钥匙上沾满油污，不便携带。你有什么更好的方法吗？


3．下图是现代城市交通中无轨电车图片，请同学们讨论：电车与高压线接触手臂顶端的石墨电刷，有哪些作用，都利用了石墨哪些性质。用金属代替是否可行（小组讨论交流后归纳总结）。


学生交流后回答：有学生回答出了利用石墨的导电性，还有学生补充了利用石墨的润滑性可以降低摩擦损耗；学生多数知道用金属代替石墨不好，但由于不熟悉金属的性质，所以原因可能不好回答，教师可以帮助学生分析，金属与导线之间摩擦较大，产生的高温会使金属与氧气发生反应，使接触点导电能力下降，甚至不导电；同时石墨的高熔点也不会使接触点在高温下融化。石墨电刷的使用利用了石墨的多个性质。


环节四、认识金刚石与石墨性质、用途、结构的关系


【师】通过以上的活动探究，大家谈一谈物质的用途和它们的性质之间有什么联系？并举例说明。


【生】物质的性质决定了物质的用途，物质的用途是性质的体现。如石墨用作电极，电池内部的碳棒等都利用了石墨的导电性。石墨在高速运转的机械中作润滑剂利用了石墨的润滑性和耐高温的性质。


【师】那金刚石、石墨都是碳的单质，而在性质上又有很大差异呢？你们认为是什么原因造成的呢？


【生】可能是它们的结构不同，但具体情况不清楚。


【师】利用金刚石、石墨晶体的结构示意图讲解性质与结构的关系。


环节五、认识木炭、焦炭、活性炭和炭黑等其他几种碳单质


【师】除了金刚石、石墨之外，你听说过木炭、焦炭、活性炭和炭黑这些物质吗？你认为它们是碳单质吗？


【生讨论】都是碳单质。


【师】我们在前面的学习中曾经使用过其中一种物质，你还能回想起来我们使用的是哪一种物质？使用该物质做什么？利用了它的什么性质？它又为什么具有这样的性质？


【生讨论】木炭（活性炭），吸附性、因为具有很大的表面积。


【师】它们的吸附性都可以吸附哪些物质？利用它们的吸附性，你认为它们还可以有哪些用途？


【生讨论】吸附色素和有异味的物质。并列举其它用途。


【师讲述】炭黑的用途，焦炭的主要性质将在下一节课学习。


【提出问题】你们有没有发现我们今天出现了两个同音字“碳”和“炭”，你们能比较一下它们有什么区别吗？我们在使用过程怎么才能正确使用这两个字而不犯错误呢？


【生讨论】得出结论：


环节六、认识碳单质的发展


【师】阅读教材P108—P110第一段结束。并从教材中提炼出你发现的碳的新单质及其结构特点、性质和用途。


【生】阅读，然后交流（略）。


二、碳的化学性质


1．碳的稳定性


常温下，碳的化学性质不活泼，与空气、水、酸、碱接触，都不易发生化学变化。


2．碳与氧气的反应


当木炭充分燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，同时放出大量的热。


C＋ O2点燃 CO2


当碳燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，同时放出热。


2C＋O2点燃 2CO


前面的学习中学生已经知道木炭能够在氧气中燃烧生成二氧化碳，本节课在此基础上学习碳在氧气中不完全燃烧的情况，生活中的煤气中毒事件告诉我们碳在氧气（空气）中燃烧时，氧气的量不足时还会生成有毒气体一氧化碳。通过这些事实帮助学生建立起物质化学性质的活泼与稳定是相对的、有条件的，在不同条件下发生反应的产物可能不同的学科思想。


3．碳与某些氧化物的反应


（1）碳与金属氧化物的反应。


木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳：2CuO＋C高温2Cu＋CO2↑


焦炭可以把铁从它的氧化物里还原出来：2Fe2O3＋3C 高温4Fe＋3CO2↑


（2）在高温条件下，碳能使二氧化碳转变成一氧化碳。


CO2＋C 高温2CO


教学中，教师应该想办法完成“木炭还原氧化铜”的实验，如果没有条件进行学生分组（或教师演示）实验，可以利用视频资料让学生观察实验现象，并对实验现象进行分析，得出相关结论和实验中应该注意的事项。如果没有实验，只是看课本讲实验，学生脑子中留下的只是考试的考点，而不是实验的过程、现象，也得不到分析问题的能力。


如果利用视频治疗完成这一实验的话，建议教师将视频进行“消音”、“消字幕”的处理后使用，这样处理过的视频治疗可以相当于教师演示实验，还能给学生留有观察、思考、分析的空间。


教学片段二 探究碳的还原性


环节一、创设情境，认识碳的稳定性


【师】出示资料：（1）我国考古学者在挖掘出的古墓中发现棺木周围埋了足有一米厚的木炭，千年后木炭仍无变化。（2）古代字画历经千年不褪色。


【提出问题】这说明了碳的什么性质？


【生讨论】说明碳与空气、水、酸、碱等不发生反应，化学性质稳定。


环节二、交流讨论碳与氧气的反应


【问题】碳的化学性质稳定，是不是什么时候都不能与其他物质发生反应呢？请举例说明。


【生】不是，以前学过木炭可以在空气中燃烧生成二氧化碳。


【师】在黑板上用化学方程式进行记录C ＋ O2 点燃 CO2，并讲解：由此说明碳的稳定性是相对的，应该指明在“常温下”。


【师】对于碳燃烧的产物，同学还有不同意见吗？


【生】还可以生成一氧化碳。


【师】在黑板上用化学方程式进行记录2C＋O2 点燃 2CO，同时提出问题：请说明你的依据。


【生】煤气中毒就是由于碳不完全燃烧产生一氧化碳。


【师】总结：碳与空气在不同条件下，燃烧的产物不同。


环节三、探究碳与某些氧化物的反应


【师】演示实验


师生讨论如下问题：


（1）装置中的酒精灯有什么特别之处？这样做的目的是什么？


（2）实验中我们观察到哪些现象？根据实验现象分析反应的产物，并写出反应的化学方程式。


石灰水变浑浊，这是二氧化碳与石灰水的特征反应，说明碳和氧化铜反应生成了二氧化碳气体。黑色粉末变成红色物质，说明有铜生成。理由有二：一是铜为红色金属，该反应中只有一种金属元素；二是根据质量守恒定律可知，元素的种类在化学反应前后不变，所以另一种产物只可能是铜。


（3）为什么实验完毕后要先撤出导气管？


（4）为什么要待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上观察？


【师讲述】像氧化铜这种含氧化合物里氧被夺去的反应，叫做还原反应。氧化铜因失去氧变成铜，我们就说氧化铜被还原。是木炭使氧化铜失去了氧，木炭是使氧化铜还原为铜的物质，我们就说木炭是还原剂，具有还原性。氧化铜为碳提供了氧，我们叫氧化铜为氧化剂，具有氧化性。


【师讲述】利用碳的还原性，在工业上，可以用它来冶炼金属，即将金属氧化物里的金属还原出来，例如：焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。请大家写出该反应的化学方程式。


【生讨论】2Fe2O3＋3C高温4Fe＋3CO2↑


【师讲述】在高温条件下，碳还能使二氧化碳转变成一氧化碳。


CO2＋C高温2CO


环节四、课堂小结（略）


结构模型
物理性质
用途
金刚石
无色透明、正八面体形状的固体，加工后光彩夺目；
制作装饰品；
自然界中硬度最大；
切割玻璃、大理石等


钻探机的钻头。
熔点很高。
石墨
深灰色细鳞片状固体、有金属光泽、不透明；
──
质软、滑；
铅笔芯、润滑剂；
熔点高；
石墨坩埚；
导电性良好。
电极、电刷。
含义
举例
碳
是指碳元素（即核电行数为6的一类原子的总称），用来描述物质的组成。
如二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙等。
炭
是指具体物质。
如木炭、炭黑、焦炭和活性炭等。
结构
性质
用途
发现
C60
稳定。
应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
1985年
碳纳米管
机械强度高、导电性好。
应用于材料、催化、信息等诸多领域中。
1991年
单层石墨片
优异的导电、导热性。
用途广泛。
2004年
含义
举例
碳
是指碳元素（即核电行数为6的一类原子的总称），用来描述物质的组成。
如二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙等。
炭
是指具体物质。
如木炭、炭黑、焦炭和活性炭等。