6.1碳单质的多样性(第1课时）-2024-2025学年九年级化学人教版2024上册

课题1 碳单质的多样性 人教版九年级化学同步教学课件 第六单元 碳和碳的氧化物 第1课时 碳的单质 学习目标： 1.知道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，感受物质的多样性。 2.了解金刚石和石墨在结构上的差异性，了解它们的物理性质和主要用途，初步形成“性质决定用途”的化学观念。 3.在了解碳单质的研究进程中，认识到科学探索无止境。 导入新课 咏 煤 炭 【明】于谦  凿开混沌得乌金，蓄藏阳和意最深。 爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉。 鼎彝元赖生成力，铁石犹存死后心。 但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林。 ☆丰富多彩的物质世界是由元素组成的，于谦赞赏的煤炭的主要构成元素就是碳元素，研究表明，碳这种元素，由于碳原子的排列方式不同，能组成不同的物质。 1.不同的元素可以组成不同的物质 氧气是由氧元素组成的，氢气是由氢元素组成的，水是由氢、氧两种元素组成的。不同的元素组成不同的物质。那么，在物质世界中，有没有同一种元素组成不同物质的例子呢? 2.同一种元素也能组成不同物质 研究表明，透明的金刚石、灰黑色的石墨和分子结构与足球相似的C。都是由碳元素组成的单质，但是它们的原子排列方式不同，物理性质存在着明显差异。 一、碳的单质 1、金刚石 探究：观察天然纯净的金刚石，说说它的特征。 金刚石diamond 纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。 问题：金刚石为什么会有这种外观特征？ 因为，在微观上构成金刚石的碳原子是立体网状结构排列。 利用这种外观特征，仔细研磨后，制成璀璨夺目的装饰品—钻石。 碳原子的这种排列方式，使得金刚石的硬度大。可以作为切割工具使用。 金刚石的用途 物 理 性 质 用 途 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。 划玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，装在钻探机的钻头钻凿坚硬的岩层。 自然界中存在的最硬物质。 金刚石物理性质性与用途小结： 在特殊条件下制备的金刚石薄膜，其透光性好、硬度大。 作光学窗口和透镜的涂层。 导热性好。 用于集成电路基板散热，提高芯片性能。 2. 石墨 探究：观察石墨，说说它的特征。 石墨是一种灰黑色、有金属光泽的固体。 问题：石墨为什么会有这 种外观特征？ 因为，在微观上构石墨的碳原子是平面层状结构排列。 石墨的用途 碳原子的这种排列方式，使得石墨很软、有滑腻感、有导电性。 石墨电刷。 铅笔芯 石墨电极。 物理性质 用 途 质地很软 制作铅笔芯。 制作石墨电刷。 有滑腻感。 石墨的性质与用途小结： 制作石墨电极。 熔点高有导电性。 在日常生活和工农业生产中，我们常常要用到木炭、焦炭、活性炭和炭黑等。这些物质的主要成分也是碳单质，而它们的结构则与石墨类似。 3、木炭、焦炭、活性炭和炭黑 生活中，还有一些物质的主要成分也是碳单质，它们是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。 焦炭 活性炭 炭黑 木炭 （1）、探究木炭、活性炭的吸附性 实验步骤： ①在盛有水的烧杯里加入一滴红墨水，使水显红色。 ②在烧杯中投入几块烤过的木炭（或活性炭）。 ③用玻璃棒轻轻搅动液体。 ④将液体过滤，观察水的颜色变化。 现象 分析 红色褪去，溶液变成无色 木炭（或活性炭）有吸附 能力，此变化属于物理变化。 木炭、活性炭具有吸附性(即吸附能力)，这是什么原因呢? 木炭与活性炭，哪个吸附能力更强？ 由于木炭与活性炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。活性炭的吸附能力更强。 显微镜下看到的木炭的结构如图所示： （2）、木炭、焦炭、活性炭和炭黑 木炭 吸附一些食品和工业产品的色素，吸附有异味的物质 活性炭 吸附能力比木炭强，吸附色素毒气、制糖工业里脱色制白糖 炭黑 制造墨、油墨、油漆和颜料，还可以增加轮胎制品的耐磨性 焦炭 冶炼金属 4、C60 用途：材料科学、医学、超导体等。 科学家发现，除金刚石、石墨外，还有一类新的以单质形式存在的碳，其中发现较早并以取得重要进展的是C60. C60 单质 C60 的分子结构和足球相似 金刚石、石墨、C60的构成元素与构成木炭和活性炭的主要元素都是C，为什么性质会相差这么远呢？ 物质的结构 物质的性质 物质的用途 决定 决定 反映 反映 碳原子排列方式不同 讨论 金刚石原子的立体网状结构 石墨原子的平面层次结构 结构和足球相似 碳单质的研究进展 20世纪90年代，一些以新的形态存在的碳单质相继被发现，如碳纳米管。碳纳米管的直径一般在几纳米(符号为nm)到几十纳米之间，它独特的结构(如图)和性质受到人们的广泛关注。碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，可应用于材料、催化、信息等诸多领域。 2004年，科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨证实它在室温下可以单独稳定存在(过去一直认为这是不可能的)。这是目前世界上人工制得的最薄的材料-厚度仅为0.335nm。这一成果震惊了科学界，相关科学家获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯优异的导电、导热性和其他奇特性质正激励着科学家不断去探索(如图)。 资料卡片 经典例题 例1.在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列．高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是(　　) A. 稳定性 B. 滑腻感 C. 还原性 D. 导电性 【解析】石墨电刷利用了石墨的导电性，电刷在运动的过程中为了减少摩擦，利用到滑腻感，同时互相摩擦产生大量的热量，要求石墨的化学性质稳定，故选C。 C 【解析】金刚石和石墨均是由碳元素组成，但物理性质却有很大差异，其原因是构成它们的碳原子的排列方式不同，故选A。 A　 例3.活性炭能净水，主要是因为它具有( ) A. 难溶性 B. 稳定性 C. 吸附性 D. 可燃性 【解析】活性炭结构疏松多孔，有吸附性，能吸附色素和异味，故选C。 例2.金刚石和石墨物理性质有很大差异的原因是( ) A. 原子排列方式不同 B. 原子大小不同 C. 原子种类不同 D. 原子数目不同 C　 例4.在化学上，把由同种元素组成的不同种单质互称为“同素异形体”。下列各组物质不属于同素异形体的是（ ） A. 红磷和白磷 B. 金刚石和石墨 C. 氧气和臭氧（O3） D. 二氧化硫和三氧化硫 【解析】A、红磷和白磷都是由磷元素形成的不同物质，都是单质，互为同素异形体，不符合题意；B、金刚石和石墨都是由碳元素形成的不同物质，都是单质，互为同素异形体，不符合题意；C、氧气与臭氧（O3）都是由氧元素形成的不同物质，都是单质，互为同素异形体，不符合题意；D、二氧化硫和三氧化硫都是化合物，不是单质，不属于同素异形体，符合题意；故选D。 D 例5.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要的地位。 (1)金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质却相差很大，原因是它们的原子______不同。 (2)活性炭具有很强的吸附能力，是因为它有________________的结构。 (3)我国在可燃冰开采技术的领域率先取得了重大突破，截至2017年5月18日，利用降压法连续产气12万立方米。可燃冰主要由甲烷分子和水分子组成，储量巨大，是未来的新能源。甲烷的化学式为__________，甲烷燃烧是将________能转化成热能。 (4)科学家利用太阳能可将二氧化碳和水转化成合成气(CO和H2)，再将CO和H2合成甲醇(CH3OH)。在合成甲醇的反应中，CO和H2的分子数之比是________。 【答案】(1). 排列方式  (2). 疏松多孔  (3). CH4  . 化学  (4). 1：2 【解析】（1）金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质却相差很大，原因是它们的原子之间的排列方式不同；（2）活性炭具有很强的吸附能力，是因为它有疏松多孔的结构；（3）甲烷的化学式为CH4，甲烷燃烧放出大量的热，是将化学能转化成热能； （4） CO和H2合成甲醇(CH3OH)，反应方程式为： ,在合成甲醇的反应中，CO和H2的分子数之比是1：2。 23 1.学习了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，感受物质的多样性。 2.学习了金刚石，石墨和成C60在结构上的差异性，了解它们的物理性质和主要用途，初步形成“性质决定用途”的化学观念。 课堂小结 随堂练习 1．现在中考实行网上阅卷，考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡。2B铅笔芯的主要成分是(　　) A.木炭　　　　B.石墨　　　　C.焦炭　　　　D.铅 D 【解析】铅笔芯是石墨和泥沙的混合物，而不是铅制的，此题迷惑性较大 2.下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图。它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异，其原因是(　　) A.构成它们的原子大小不同 B.金刚石、石墨、C60由不同种原子构成 C.构成它们的原子数目不同 D.金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同 【解析】根据图示可知金刚石、石墨、C60的原子排列方式不同，这是造成金刚石、石墨、C60的物理性质有很大差异的主要原因。 D　 3.下列说法正确的是(　　) A.目前人们已经发现的元素数量与其组成的单质数量相同 B.只含有一种元素的物质一定是纯净物 C.金刚石、石墨和C60都是由碳原子构成的 D.金刚石和石墨都是碳元素组成的单质 【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的，所以同种元素可以组成不同的单质，A、B的说法都不正确，D说法正确；金刚石、石墨是由碳原子构成的，而C60是由分子构成的，C说法不正确。 D　 27 【解析】A．金刚石是天然存在最坚硬的物质，说法正确； B．C60是由一种元素组成的纯净物，属于单质，说法错误； C．活性炭吸附色素过程中没有生成新物质，属于物理变化，说法正确；D．由化学式可知，一个C60分子是由60个碳原子构成的，说法正确。 B　 4．下列说法不正确的是（　　） A．金刚石是天然存在最坚硬的物质 B．C60是一种新型化合物 C．活性炭吸附色素属于物理变化 D．一个C60分子是由60个碳原子构成的 28 5.如图所示，向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块木炭，最终观察到红棕色________(填“变深”“不变”或“变浅”)，漏斗中液面________(填“上升”“下降”或“不变”)。其原因为木炭具有________作用， 使瓶中气体压强________外界大气压。 【解析】由于木炭具有吸附性，会吸附红棕色的二氧化氮气体，气体的颜色会变浅，同时由于气体被吸附，瓶中的压强会减小，在大气压的作用下，漏斗中的液面会上升。 【答案】变浅　上升　吸附　小于 6.用爆炸法生产金刚石是某工业技术院化学研究所发明的。因为在炸药爆炸的瞬间，可以产生40万个大气压的超高压和5 000℃的超高温，爆炸时产生的超高压和超高温条件应该说完全可以“压”出金刚石。科研人员把装有炸药和碳粉的钢制敞口容器，沉入一个直径8 m、深约5 m的混凝土制成的水槽内，在爆炸时，其中的碳粉就基本上处于缺氧的条件下，让炸出的金刚石自然沉淀。请同学们结合上述材料回答下列有关问题： (1)下列叙述不属于金刚石用途的是________。 A.用来裁玻璃 B.琢磨成璀璨夺目的钻石 C.作润滑剂 D.用作钻探机钻头 (2)该研究所科研人员用来制金刚石的原料是________(填“碳粉”或“石墨”)，所发生的变化属于________(填“物理”或“化学”)变化。 (3)为什么科学家使碳粉处于缺氧的条件下发生转化？__________。 (4)中国科学技术大学的化学家在440℃和高压下，利用金属钠与二氧化碳作用得到了金刚石和碳酸钠，且金刚石的颗粒有望达到宝石级大小。请写出这一反应的化学方程式：__________________。 【答案】(1)C　(2)碳粉　化学 (3)单质碳在高温下极易与氧气反应生成CO2或CO，不可能制出金刚石 (4)4Na+3CO2 C(金刚石)+2Na2CO3   【解析】(1)金刚石的最大用途体现在它的硬度大，可用作钻探机钻头和裁玻璃，又因其璀璨夺目且常温下性质稳定常用作装饰品钻石。(2)根据资料可知科研人员用来制金刚石的原料是碳粉，因碳粉和金刚石的结构(即碳原子排列方式)不同，它们属于两种不同碳单质，因此用碳粉制造金刚石属于化学变化。(3)科研人员是在缺氧条件将碳粉“炸”成金刚石的，因没有氧气，碳粉无法变成CO2或CO。(4)该反应的反应物是钠和二氧化碳，生成物是金刚石(碳)和碳酸钠，根据化学方程式书写步骤完成书写并配平。 化学就象你头顶上的果实， 只要肯稍作努力，成功的 甜蜜就属于你！ 祝你成功！ See You $$