第六单元课题1碳单质的多样性-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 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 钻石是地球上最坚硬的天然矿物 一颗钻坯看起来并不起眼,必须经过仔细的切磨、加工,才会成为我们所惯见的闪烁生辉的钻石。 金刚石：C 石墨 金刚石 石墨：C 金刚石：C 富勒烯：C60 纯净的、单质状态的碳有金刚石、石墨 和 C60 (又称富勒烯或足球烯)，此外，还有C36、C70、C84、C240、C540、碳纳米管等。它们是碳的同素异形体。 而作为混合物的碳单质无定形碳，有木炭、焦炭、活性炭、炭黑、骨炭和糖炭等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。 富勒烯：C60 石墨：C 金刚石：C 课题1 碳单质的多样性 我们知道，丰富多彩的物质世界是由元素组成的。例如，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？ 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 C60 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。 氧元素：O 磷元素：P O2、O3 P(红磷)、P4(白磷) 一、碳的单质 1、金刚石 纯净的金刚石是无色透明的固体。天然采集的金刚石经过仔细琢磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品--钻石。金刚石可用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。根据金刚石的用途可以推测金刚石一定很硬。事实上，它是天然存在的最硬的物质。在特殊条件下制备的金刚石薄膜，其透光性好、硬度大，可用于透镜等光学仪器的涂层；其导热性好，可用于集成电路基板散热，提高芯片性能。 课题1 碳单质的多样性 正四面体结构 化学式：C 一、碳的单质 1、金刚石：C 结构：正四面体结构（碳原子排列方式）。 用途：裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属、钻头；首饰。 性质：无色透明、外形为正八面体形状的固体，硬度大。 2、石墨 石墨是一种灰黑色、有金属光泽的固体。石墨很软，有滑腻感。石墨的熔点高，具有优良的导电性能。 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，它们的结构与石墨类似。 正六边形层状结构 化学式：C 2、石墨：C 结构：正六边形层状结构（碳原子排列方式）。 用途：铅笔芯、石墨电刷、石墨电极。 性质：灰黑色、有金属光泽的固体，质软，有滑腻感，熔点高，具有优良的导电性。 实验6-1 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭)，轻轻振荡锥形瓶，观察现象。 现象 分析 液体颜色由红色逐渐变浅，最终褪为无色 木炭具有吸附性，吸附了液体中的色素。色素减少，液体的颜色变浅直至无色。 木炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。可以利用木炭的这个性质来吸附一些食品和工业产品里的色素，也可以用它来吸附有异味的物质。活性炭的吸附作用比木炭的还要强，防毒面具里滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的，制糖工业中利用活性炭脱色生产白糖。随着社会的发展，活性炭的应用范围不断扩大，如城市污水、工业废水和饮用水在深度净化处理时都要用到活性炭，人们还利用活性炭来吸附室内装修产生的对人体有害的气体，等等。 3、木炭（活性炭） 结构：具有疏松多孔的结构。 用途：吸附剂、防毒面具里的滤毒罐、白糖脱色、净水。 性质：具有吸附能力。 思考与讨论 结合金刚石、石墨、木炭及活性炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间有什么关系。 碳单质 性质 用途 金刚石 无色透明、外形为正八面体形状的固体，硬度大 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属、钻头；首饰 石墨 灰黑色、有金属光泽的固体，质软，有滑腻感，熔点高，具有优良的导电性 铅笔芯、石墨电刷、石墨电极 木炭 具有吸附能力 吸附剂 活性炭 具有吸附能力 吸附剂、防毒面具里的滤毒罐、白糖脱色、净水 物质的性质决定物质的用途。 4、富勒烯 科学家发现，除了金刚石、石墨，还有一些以单质形式存在的碳。其中，发现较早的是C60。 每个C60分子是由60个碳原子构成的，C60的分子结构形似足球。C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界。C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，可应用于超导、催化、能源及医学等领域。目前，人类对C60的研究正在不断深入。我国的科研机构在C60的制备和分离、性质和应用等方面的研究已取得不少成就，在国际上产生了重要影响。 结构：由12个正五边形和20个正六边形镶嵌而组成的形似足球的结构。 化学式：C60 富勒烯的化学性质非常稳定，具有很高的电子亲和力和强化学活性。 结构：每个C60分子是由60个碳原子构成的。由12个正五边形和20个正六边形镶嵌 而组成的形似足球的结构。 用途：广泛应用于超导、催化、能源及医学等领域。 4、富勒烯：C60 性质：化学性质非常稳定，具有很高的电子亲和力和强化学活性。 纯净的、单质状态的碳有金刚石、石墨 和 C60 (又称富勒烯或足球烯)，此外，还有C36、C70、C84、C240、C540、碳纳米管等。它们是碳的同素异形体。 而作为混合物的碳单质无定形碳，有木炭、焦炭、活性炭、炭黑、骨炭和糖炭等。除骨炭含碳在10%左右以外，其余主要成分都是单质碳。 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 C60 都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的原子排列方式不同，物理性质存在着明显差异。 归纳 不同的元素组成不同的单质，同一种元素也可以组成不同的单质。 总结 同一种元素组成的不同单质，它们的物理性质存在着明显差异，但其化学性质基本相同。如碳单质都具有可燃性。 同一种元素组成的不同单质，在一定条件下可以相互转化，如石墨在一定条件下可转化为金刚石，此变化属于化学变化，而不是物理变化。 二、单质碳的化学性质 墨是我国传统文房用具之一，用炭黑等材料制成。我国制墨具有悠久的历史。墨的制造和使用，促进了中华文化的传承与发展。 我国古代书法家、画家用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢？ 在常温下，碳单质的化学性质不活泼。碳单质受日光照射或空气、水接触，都不容易发生变化。如果温度升高，碳单质的活泼性又如何呢？ 1. 碳单质与氧气反应 -- 可燃性 你还记得木炭在氧气中燃烧的现象吗？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。 当木炭燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，同时放出热。 氧气充足 氧气不足 CO有毒 2、碳单质与某些氧化物反应 实验6-2 把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中。打开弹簧夹，用酒精灯（可加网罩使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）加热混合物几分钟。然后先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。 使火焰集中并提高温度 碳 粉：黑色粉末 氧化铜：黑色粉末 2、碳单质与某些氧化物的反应 -- 还原性 原理： 现象 分析 开始加热时，导管口处有无色气泡溢出； 过一会，黑色粉末变为红色，且澄清石灰水变浑浊。 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊。 在这个反应里，氧化铜失去氧而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。上述反应说明，在高温下木炭能使氧化铜还原为铜。碳单质与某些氧化物的反应可用于冶金工业。例如，利用焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。 还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。 还原性 还原剂 2、碳单质与某些氧化物的反应 -- 还原性 在这个反应里，氧化铜失去氧而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。上述反应说明，在高温下木炭能使氧化铜还原为铜。碳单质与某些氧化物的反应可用于冶金工业。例如，利用焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。 还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。 还原性 还原剂 氧化反应：物质与氧气发生的反应。 氧化性 氧化剂 2、碳单质与某些氧化物的反应 -- 还原性 在这个反应里，氧化铜失去氧而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。上述反应说明，在高温下木炭能使氧化铜还原为铜。碳单质与某些氧化物的反应可用于冶金工业。例如，利用焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。 此外，在高温条件下，碳单质还能使二氧化碳转变成一氧化碳。 二、单质碳的化学性质 在常温下，碳的化学性质不活泼。 2、碳单质与氧气的反应 -- 碳单质的可燃性 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。 当木炭燃烧不充分时，生成一氧化碳，同时放出热。 总结 1、碳单质的稳定性 氧气充足 氧气不足 CO有毒 3、碳单质与某些氧化物的反应 -- 碳单质的还原性 还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。 还原性 还原剂 $$