主题三专题5课题3结构多样的碳单质--2025--2026学年八年级化学沪科版（五四学制）全一册

该初中化学课件聚焦碳单质的多样性，围绕金刚石、石墨、C₆₀的结构、性质与用途展开，结合碳的化学性质（常温稳定性、可燃性、还原性），通过生活实例（钻石、铅笔芯、拉链润滑）导入，连接微观结构与宏观性质，构建“结构-性质-用途”的学习支架。 其亮点在于实验探究丰富，如石墨导电、活性炭吸附红墨水等实验，强化科学探究与实践；通过对比不同碳单质的结构与性质，深化“结构决定性质”的化学观念，讨论交流环节培养科学思维。学生能提升动手与推理能力，教师可借助结构化资源提高教学效率。

专题5　物质的微观构成 课题3　结构多样的碳单质 义务教育教科书（五·四学制） 化学 八年级 全一册 碳元素组成的单质，有的很早就开始被人们认识和利用了。金刚石、石墨、足球烯是三种典型碳单质，但它们的性质有很大差异，研究表明，这与碳原子在空间排列方式不同密切相关。我们将深入这些物质的微观结构层面，探究碳元素是怎样组成结构多样的碳单质的。 结构多样的碳单质 课题3 学习聚焦 结合碳单质的实例，认识物质结构决定性质。 通过实验探究，认识碳单质的重要化学性质。 基于结构多样的碳单质，体会研究物质的组成与结构对认识和创造物质的重要意义。 碳元素何以组成多样的碳单质 1. 金刚石 纯净的金刚石一般为无色透明、正八面体形状的固体， 天然金刚石经加工打磨后，就是璀璨夺目的钻石（图5.17）。 图5.17　金刚石及其结构 金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来制作钻探机的钻头，还可用于切割玻璃、削磨金属等（图5.18）。 图5.18　金刚石的常见用途 钻头 玻璃刀 为什么石墨可用于制铅笔芯，且书写起来也很方便？拉链不顺滑，为什么用铅笔涂一涂，就可以轻松拉上？石墨还可以制成模具来铸造金属。石墨的这些用途体现了它的哪些性质？ 观察与思考 2. 石墨 图5.19　石墨的常见用途 石墨是一种深灰色、有金属光泽的细鳞片状固体（图5.20），质软。石墨耐高温，具有良好的导电性、导热性和润滑性。 图5.20　石墨及其结构 （1）在一张白纸上用6B铅笔（6B表示笔芯很软）画两条宽度约1 cm的不相交的线，两条线的首尾端分别形成相距约1 cm的两个开口。 （2）将迷你灯泡的两根导线分别用胶带粘在一个开口处，再将9 V电池放在另一个开口处，使得电池的正、负极可以触碰到两条石墨线，如图5.21所示，观察灯泡是否发光。 石墨导电 实验探究 图5.21　石墨导电实验 （3） 移去电池，用橡皮擦断其中任意一条线（注意擦干净），再将电池重新接上，并观察灯泡是否发光。 现象记录：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 实验结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 木炭、活性炭、焦炭、炭黑等都是由微小的石墨晶体和少量杂质组成的，统称无定形碳。因此，严格地说，无定形碳不属于碳的单质。 木炭因其疏松多孔的结构而具有吸附能力，可以吸附一些食品或工业产品里的色素和异味。活性炭是经活化处理的无定形碳，木炭、焦炭等无定形碳都可以转化成活性炭。活性炭吸附作用比木炭更强，常被用于制作防护口罩、防毒面具，除味剂，净水器等， 也可被用于脱色制白糖（图5.22）。人们还利用活性炭来吸附因装修产生的对人体有害的气体。 图5.22　活性炭的常见用途 防护口罩、防毒面具 除味剂 净水器 脱色制白糖 向盛有100 mL水的烧杯中，滴入1滴红墨水，再向其中加入约2 g活性炭颗粒，并用玻璃棒充分搅拌，静置一段时间后，观察并记录实验现象。 现象记录：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 实验结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 活性炭的吸附作用 实验探究 3. 足球烯 20世纪80年代，科学家发现了一类新的以单质形式存在的碳——C60（图5.23）。每个C60分子由60个碳原子构成，分子结构酷似足球，如图5.24所示。因此，C60被称为足球烯。 图5.23　C60 图5.24　C60分子结构酷似足球 C60的独特结构决定了它具有一些特殊的性质。因此，C60在生物、环境、材料、能源等领域具有广阔的应用前景。1996年，诺贝尔化学奖授予三位发现C60的化学家。我国科学家也对C60的合成、结构及应用等进行了积极探索，并已取得不少成就，有力地推动了C60的研究与应用。在研究C60的基础上，科学家还发现了由单层或多层石墨形成的管状碳原子簇， 即碳纳米管（图5.25）。碳纳米管因其独特的结构而具有很高的机械强度和优异的电学特性，在材料、催化、信息等诸多领域中有广泛应用。例如，利用碳纳米管制备的导电浆料，能够极大地提升锂离子电池的容量。 总而言之，金刚石、石墨和足球烯等都是由碳元素组成的不同的单质，它们的物理性质之所以有很大差异，是因为碳原子的排列方式不同。 图5.25　碳纳米管结构 1. 结合以上几种碳单质的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间的关系。 2. 由石墨制金刚石，从组成元素角度分析，你认为可能吗？ 讨论与交流 我国古代以竹梃点漆而书，后磨石炭为汁，秦汉时期则多用松烟、桐煤制墨。如图5.26所示，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？ 观察与思考 碳有哪些重要的化学性质 图5.26　秦代“九九乘法口诀表”简牍 在常温下，碳的化学性质不活泼，受日光照射或与空气、水接触，都不容易发生化学变化。但若改变条件，碳也可以燃烧或与某些氧化物反应。 1. 碳与氧气的反应 碳可在氧气中反应，现象如图5.27所示。 图5.27　碳的燃烧 当氧气充足时，碳充分燃烧，生成二氧化碳，同时放出大量的热。 当氧气不足时，碳燃烧不充分，生成一氧化碳，同时放出热量。 点燃 碳 + 氧气　　　 二氧化碳  C 　 O2　　 　 CO2  点燃 碳 + 氧气　　　 一氧化碳  C 　 O2　　 　 CO  一氧化碳是一种无色、无气味、难溶于水的气体。一氧化碳有毒，它很容易与血液中的血红蛋白结合，从而阻碍血红蛋白与氧气结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。所以，在室内使用可能产生一氧化碳的装置时，要保证有充分的通风措施，防止一氧化碳中毒。如果发生一氧化碳中毒，轻度的应立即呼吸大量新鲜空气，严重的应立即送医治疗。 （1）将烘干的木炭粉末和氧化铜粉末放入研钵中充分研磨，观察研磨后的固体并将观察的结果记录于下表中。 （2）取研磨后的固体平铺于硬质试管底部，按图5.28所示搭建装置。将导管通入澄清石灰水中，用酒精喷灯对固体加热，观察硬质试管和澄清石灰水中的现象。 2. 碳与某些氧化物的反应 木炭与氧化铜反应 实验探究 图5.28　木炭与氧化铜反应 （3） 几分钟后，撤出导管，熄灭酒精喷灯，待装置冷却后，将试管中的固体倒在滤纸上，观察固体颜色、光泽的变化并将观察的结果记录于下表中。 实验结论：　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 性质与现象 反应前 反应后 固体物质的颜色、光泽 固体    色、    光泽 出现    色固体、     光泽 盛有澄清石灰水的试管中的现象 证据推理 什么现象说明固体加热后有铜生成？什么现象说明固体加热后有二氧化碳产生？ 在高温条件下，木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳。 在高温条件下，碳还可以与其他化合物反应，如碳能使二氧化碳转变为一氧化碳。 碳 + 氧化铜　　　 铜 + 二氧化碳  点燃 C　 CuO　 Cu　 CO2 碳 + 二氧化碳　　　 一氧化碳  点燃 C 　 CO2　　 CO  学习指南 归纳小结 碳元素可以组成结构不同的单质，常见的有    等。 在常温下，碳的化学性质    。在高温下，碳可以燃烧，也能与某些氧化物如氧化铜、二氧化碳反应。 通过金刚石、石墨和足球烯的比较学习，认识物质的 决定性质，而物质的性质又决定其用途。 例题导引 问题： 金刚石、石墨和C60的性质与组成、结构有关。 （1）这三种碳单质，都是由碳原子直接构成的吗？ （2）高温润滑剂在某些工业领域上有着重要应用，我们应选择金刚石还是石墨作为高温润滑剂？ （3）不同碳单质在氧气中充分燃烧都能生成二氧化碳，C60在足量氧气中燃烧前后，构成物质的微观粒子发生了哪些变化？ 分析： （1）物质是由分子、原子等微观粒子构成的。由图5.17、图5.20可以发现无数碳原子通过不同的连接方式直接构成了金刚石、石墨这两种不同的碳单质。而由图5.24可观察到60个碳原子构成了C60分子，C60分子可进一步构成C60这种碳单质。 （2）能作为高温润滑剂使用的物质应兼具耐高温和润滑性这两个特点，石墨耐高温且具有良好的润滑性，而金刚石硬度很大、不具有润滑性，因此，可选用石墨作为高温润滑剂。 （3）C60与足量氧气（O2）反应生成二氧化碳（CO2）。在化学反应中，分子发生变化，而原子不发生变化，所以，在该反应发生前后，构成物质的微观粒子减少的有C60分子和氧分子，增加的有二氧化碳分子。 练习巩固 1. 物质的组成与结构决定性质，而性质又决定用途。 （1）请将下列物质与对应的性质和用途用线连接起来。 玻璃刀 电极 防护口罩 戒指 铅笔芯 · · · ·· 优良导电性能 吸附性 天然存在的最硬物质 无色透明、正八面体形状 深灰色、质软、有润滑性 · · · ·· · · · ·· 金刚石 石墨 活性炭 · · · 物质 性质 用途 （2）金刚石、石墨和 C60都由碳元素组成，但它们的物理性质有较大差异，这是为什么？ 2. 根据足球烯的化学式是C60，可以得到的信息是 　 　　　　　。 3. 具有保存价值的档案必须使用碳素墨水书写，这是因为碳在常温时的化学性质 　　　 　　　。 4. 室内燃烧木炭用于取暖或烹煮食物时，为什么要开窗通风？ 5. 木炭与氧化铜反应的实验中，会生成一氧化碳吗？为什么？ 6. 活性炭常用作吸附剂。 （1）查阅资料，说明活性炭具有吸附作用的原因。 （2）某兴趣小组设计如下实验验证活性炭的吸附作用：向盛有10 mL水的大试管中滴入1滴红墨水，再加入约0.5 g活性炭粉末，然后缓慢推入一团棉花（确保活性炭粉末全部进入溶液中），静置片刻后，观察溶液颜色是否变浅。 该实验方案是否合理？说明理由。若不合理，请提出改进措施。 $$