金刚石和石墨

教学准备

1. 教学目标

1．了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途。

2．知道碳单质的化学性质。

3．知道不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素可以组成不同的物质。用发展

的观点看待碳的单质。

2. 教学重点/难点

1．紧密联系学生的生活实际，了解金刚石和石墨的性质及用途。

2．要引导学生用发展的观点看待碳的单质。

3．木炭与氧化铜的化学反应。

3. 教学用具

木炭、铅笔芯、石墨、金刚石等挂图、探究碳的化学性质实验所用仪器等。

4. 标签

教学过程

一、提出问题

师：碳元素在自然界中的含量不是最多的，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》。

师：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单质，不同种元素可以组成不同种单质，试讨论：同一种元素可以组成不同的单质吗？（大家讨论，结合前面已学过的物质）

生：可以。比如，我们已学过的氧元素(O)，可以组成02和03磷元素(P)可以组成白磷和红磷。

师：回答得好！碳元素能否组成不同的单质？研究表明：金刚石、石墨和C。o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这三种物质。二、阅读探究

1．金刚石

[投影]

资料一：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、

高压备件下，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1 0，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。、

资料二：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：根据以上二则资料试讨论一下金刚石的性质和用途？（组织学生阅读材料，然后讨论金刚石的性质和用途。）

[投影]金刚石的性质和用途。

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━┓

┃┃性

质┃用

途┃

┃┃

┃．┃

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━┫

┃┃无色透明、正八面体形状的固┃经仔细切割后，成为装饰

品┃

┃┃体，折光率为2. 42，具有强色

┃一石。┃

┃金┃散

性。┃

┃

┃刚┃┃

┃

┃┣━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━┫

┃石┃天然界中存在的晟硬物质┃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。┃

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[实物投影]金刚石、钻石、玻璃刀上的金刚石

师：金刚石是碳单质家庭中最璀璨夺目的、最稀有和昂贵的，而同为碳元素组成的石和金刚石相比，外表却要黯淡许多，不信我们看一下课本提供的石墨的图片。（同学们看书）阅读下列有关材料。

2．石墨

资料三：石墨的化学成分是碳，它是层状结构，灰色，半金属光泽，硬度为1～2，比重为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。

与金刚石相反，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高温下使用口

师：石墨是深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体，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？

（组织学生阅读材料与教材，讨论石墨的性质和用途.）

[投影]石墨的性质和用途。

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┃┃性

质

┃用途┃

┣━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━┫

┃┃深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固

体┃┃

┃┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━┫

┃石┃很

软

┃铅笔芯。┃

┃┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━┫

┃墨┃能导

电

┃电极┃

┃┣━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━┫

┃┃滑

腻

┃润滑剂┃

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。

[小结]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。

师：生活中我们常常用到的木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成。它具有疏松多孔的结构，这样的结构该具有什么样的性质呢？请看下面一个实验。

[学生实验]内容见教材第1 0 9页中[实验6-1]。

[现象]红色逐渐消失，液体变无色。

组织学生讨论红墨水褪色的原因。

[小结]由于木炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。活性炭的吸附作用比木炭还要强，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。

师：结合以上所讲的金刚石、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？

生：结构决定用途决定性质

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重要进展的是C60分子，请同学们看书，了解一下C60分子的结构。

3．C60

[投影lC60的分子结构模型。

师：分析C60的分子结构，观寨到一个有趣的现象就是它与足球相似，所以又称“足球烯”，这种“足球”结构的碳分子很稳定，一个C60分子中含有60个碳原子，它是一种单质。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，请同学回去查找一下有关C60的应用前景的有关材料。

三、实验探究

师：前面分析了金刚石、石墨、木炭，由于它们内部结构的碳原子排列不同决定它们的物理性质各有差异；虽然它们都是由碳元素组成的单质，却具有相同的化学性质。下面将通过实验探究碳的化学性质。

（组织学生阅读教材第1 11页第一段，看图6-6“古画’’。举例说明碳在高温下稳定。）

师：随着温度的升高，碳的活动性大大增强，在高温下，它能和许多物质起反应。

1．碳跟氧气的反应。

[复习]木炭在氧气中燃烧的现象及其化学方程式。

[学生活动]练习写出碳充分燃烧的化学方程式。

师：在氧气或在空气中，当氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳；如果氧气不充足，则燃烧不充分生成一氧化碳，其化学方程式分别为：（板书）

C+02——CO2 2C+02——2CO

（注意联系生活实际，以煤燃烧的火炉为例加以说明，并指出这两个反应中有放热现彖）

2．碳跟某些氧化物的反应。

[教师活动]

(1)演示[实验6-2]

(2)指导学生观察思考：试管中澄清的石灰水发生什么变化？大试管中的粉末发生了什么变化？在反应中生成了什么物质？

[学生活动]

(1)在教师的指导下，认真观察实验，并分析发生现象的原因。

(2)练习写出这个反应的化学方程式。

[教师提问]

在反应式中，2CuO+C童堡2CU+C02个属于什么反应类型？

组织学生从该反应的反应物、生成物中得失氧的角度来考虑它的反应类型，最后教师讲解、小结。

[讲解]在这个反应中，木炭夺取氧化铜中的氧结合生成二氧化碳，木炭具有还原性；氧化铜失去氧变成单质铜，这种含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。

师：大家还能举些有关还原反应的例子吗？

生：例如工业中炼铁利用到焦炭。2Fe2 O3 +3CO=4Fe+3C02等。

课堂小结

师：学完本课题你应该知道：

1．化学是一门与生活联系密切的科学，例如铅笔芯、无轨电车、防毒面具等。

2．通过实验探究，可以推知生成物的元素组成，物质的性质在很大程度上决定物质的用途。例如，利用煤、木炭燃烧放出的热量用来做饭、烧菜；利用碳的还原性，在工业上可以用来冶炼金属。

3．不同的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分子等都是由碳元素组成的单质。

4．木炭和活性炭具有吸附性。

课后习题

1．金刚石、石墨和C60都是由元素组成的单质。

2．根据下列物质的性质，写出其对应的一种或几种用途：

(l)石墨的导电性能好

(2)金刚石的硬度很大：____

(3)活性炭的吸附性强：____

(4)单质碳其有还原性：____

(5)常温下碳的化学性质不活泼：____

(6)碳燃烧时放出大量的热：____

板书

课题1 金刚石、石墨和C60

一、碳的单质。

1．金刚石。

金刚石的性质和用途。（见投影）

2．石墨。

石墨的性质和用途。（见投影）

3．木炭的性质和用途。（见投影）

木炭的吸附作用。（实验）

4．C60的分子结构模型。（见投影）

二、金刚石、石墨的物理性质有很大差异的原因：由于碳原子排列不同。

三、碳的化学性质。

1．在常温下稳定，不易分解，性质不活泼。

2．在一定温度下，碳跟氧气反应：

3．碳跟某些氧化物的反应。

2该反应也叫还原反应。