第一节 认识碳单质（教学课件）化学鲁教版五四学制2024八年级全一册

该初中化学课件聚焦碳单质的物理性质（金刚石、石墨、C₆₀等）与化学性质，以钻石、铅笔、防毒面具滤芯的对比导入，通过实验探究（硬度、导电性、触感）、微观结构分析及表格归纳，构建“结构决定性质，性质决定用途”的知识脉络。 其亮点在于融合化学观念与科学探究，通过金刚石和石墨的硬度对比实验，引导学生基于现象推理结构差异，结合活性炭吸附、CO中毒预防等实例培养科学态度与责任。教学方法注重实验与生活联系，帮助学生提升探究能力和学科兴趣，为教师提供结构化教学资源。

第六单元 碳和碳的氧化物 第一节 认识碳单质 八年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 学习内容导览 碳单质的化学性质 2 碳单质的物理性质 1 2 明·学习目标 1.能说出金刚石、石墨、C60的物理性质及用途，理解结构决定性质，性质决定用途的关系，知道活性炭的吸附性及实际应用。 2.通过参与“对比实验设计→操作→现象分析”的完整流程，学会用控制变量法研究物质性质掌握碳单质的化学性质，能书写相关化学方程式，解释对应的化学现象。 3.通过碳单质在生活、科技中的应用实例，感受化学与生活的紧密联系，激发学习化学的兴趣；了解碳材料的发展对社会进步的意义，增强化学学科认同感。 3 引·新课导入 钻石璀璨昂贵，是奢华饰品；铅笔朴素廉价，是书写工具；防毒面具滤芯貌不惊人，却能守护安全。 但神奇的是，它们的核心成分都是碳元素！同样是碳组成的单质，为何硬度、用途天差地别？碳单质还有哪些特别性质？今天，我们就通过实验探究碳单质的物理性质与化学性质，解锁“结构→性质→用途”的化学密码。 4 碳单质的物理性质 01 探·知识奥秘 二、碳单质的物理性质 常见的碳单质 还记得金刚石和石墨吗?它们都是由碳原子构成的单质，但其性质和用途却差异巨大。你可能还想不到，烧火用的木炭、冰箱中用来除异味的活性炭、有时用酒精灯加热试管时熏染在试管外壁上的炭黑，主要成分都是碳单质。这些不同的碳单质在性质和用途上有哪些差异?又是否存在着共性呢? 金刚石 纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体，熔点为3550℃,不导电，是天然存在的最坚硬的物质。金刚石用途广泛，如工业上用来制作切割工具、钻头等；经过精雕细琢后的金刚石璀璨夺目，可用于制作装饰品、工艺品等。 金刚石的微观结构 6 探·知识奥秘 二、碳单质的物理性质 常见的碳单质 石墨 石墨是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的鳞片状固体，熔点为3652℃。它质地柔软、有滑腻感，具有良好的导电性能。石墨可用作抗磨剂、润滑剂，还可用于制造铅笔芯、石墨纤维、电极等。高纯度石墨可用作原子反应堆的中子减速剂。 石墨的微观结构 C60 C60是由60个碳原子构成的形似足球的分子。由这种分子构成的碳单质是有金属光泽、能发出微弱荧光的固体，室温下呈紫红色，能导电。C60分子的独特结构决定了它特殊的物理和化学性质，使其在超导、催化、材料、医学及生物等领域具有广泛的应用前景。 C60的微观结构 7 探·知识奥秘 常见的碳单质 二、碳单质的物理性质 实验探究金刚石和石墨的物理性质差异 任务1硬度对比：用小刀分别划玻璃片、用金刚石样品划玻璃片，用不同型号铅笔芯在纸上写字，观察字迹深浅与铅笔芯硬度的关系。 任务2（导电性检验）：用导线连接“干电池→开关→小灯泡→电极”回路，分别将电极替换为铅笔芯、金刚石样品，闭合开关观察灯泡是否发光。 从不同的现象中，你能得到哪些结论？ 金刚石的硬度比石墨大 石墨能导电，金刚石不导电 8 探·知识奥秘 常见的碳单质 二、碳单质的物理性质 实验探究金刚石和石墨的物理性质差异 任务3（触感体验）：用铅笔芯在纸上反复涂抹，收集少量粉末，用手指轻捻，感受触感。 石墨粉末的物理特性：质地细腻、滑腻 金刚石和石墨都是碳单质，它们的化学式都是C，化学性质一致，为何物理性质有较大差异？ 金刚石的 微观结构 石墨的 微观结构 金刚石和石墨都是碳单质，但碳原子排列方式不同。金刚石中碳原子呈正四面体立体网状紧密结合，结构坚固，故硬度极大、不导电；石墨中碳原子呈平面六边形层状排列，层间易滑动，因此硬度小、有滑腻感且能导电。二者物理性质的显著差异，根源正是这种微观结构的不同。 9 探·知识奥秘 常见的碳单质 二、碳单质的物理性质 在自然界中，大量碳元素是以化合态的形式存在于化石燃料中，而以单质形式存在的有金刚石、石墨等。C60也是常见的碳单质，小组讨论，归纳总结它们的结构、性质、用途等信息。 碳单质 金刚石 石墨 C60 化学式 C C C60 构成微粒 由 构成 由 构成 由 构成 结构       物理性质 无色透明的的固体。天然存在的最硬的物质。特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、 大；没有 。 灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的 。  有特殊的物理性质 碳原子 碳原子 C60分子 导电性 导电性 硬度 10 探·知识奥秘 常见的碳单质 二、碳单质的物理性质 金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但其结构不同，导致性质差异巨大。金刚石是天然存在最硬的物质，而石墨则很软、有滑腻感，还具有优良的导电性能。 由于天然金刚石资源稀少，价格昂贵，人工制造金刚石成了人们的梦想。直至20世纪30年代，在高温高压催化剂的条件下，人们实现了将石墨转化为金刚石，开启了人造金刚石的工业化生产之路。 化学变化 用途 制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、 ； 金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 作电极或电刷、制 、做坩埚，作机械高温润滑剂 用于超导、催化、材料科学等领域 物理性质不同的原因 金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因： 裁玻璃 铅笔芯 原子的排列方式不同 结构 性质 用途 决定 决定 11 探·知识奥秘 常见的碳单质 二、碳单质的物理性质 木炭 活性炭 焦炭 焦炭、木炭、活性炭和炭黑主要成分也是 ，结构与石墨类似。 木炭、活性炭有 的结构，因此有 ，活性炭的吸附作用比木炭强。 活性炭的应用：可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。 碳单质 疏松多孔 吸附性 结构 性质 用途 决定 决定 12 探·知识奥秘 拓展阅读 二、碳单质的物理性质 “撕”出来的石墨烯 石墨晶体中的碳原子是分层排布的。如果将石墨晶体沿纵向一层层揭开来，每一层都是由多个正六边形排列而成的(称为石墨烯，如右图所示),最薄的就是厚度等于一个碳原子直径(相当于头发丝直径的二十万分之一)的单层石墨片。这么薄的石墨片不要说肉眼看不见，即使用高倍的显微镜也无法“看清”其真容，获得一张单层石墨烯薄片真是太难了。然而这样一个世界性的难题竟然通过撕胶带的办法 解决了。科学家用胶带将石墨片的两面粘住，然后再把胶带撕开，这样反复地粘起来、再撕开，最终就撕出了只有一个碳原子厚的最薄石墨片。科学家因此获得了2010年度诺贝尔物理学奖。 听起来，创造性解决问题的思路来自平凡的生活经验，然而，能用平凡的经验解决世界性难题却弥足珍贵。 单层石墨烯结构示意图 13 探·知识奥秘 拓展阅读 二、碳单质的物理性质 “神奇薄膜”石墨烯 一张比头发丝细二十万倍的“碳薄膜”，却藏着改变世界的力量，它就是石墨烯。2004年，科学家用胶带反复撕剥石墨，意外得到了这种仅一个碳原子厚的材料，凭此斩获诺贝尔奖。 石墨烯的特性堪称“全能”：它是目前最薄的材料，却比钢铁坚硬200倍，还能像塑料一样弯曲；导电速度是硅的100倍，远超铜银，导热能力更是金刚石的两倍。这些优势让它从实验室走进我们的生活。 如今，石墨烯已用于制作可折叠手机屏幕，让设备轻薄又耐摔；加入锂电池后，充电速度大幅提升，十几分钟就能充满电；在医疗领域，它制成的生物传感器能精准检测疾病，药物载体可实现靶向给药。未来，它还将助力超轻航空材料、高效污水处理等领域，让这位“碳家族明星”持续书写奇迹。 C60的发现过程给了你什么启示？ 14 理·核心要点 碳单质 金刚石 石墨 C60 化学式 C C C60 构成微粒 由碳原子构成 由碳原子构成 由C60分子构成 结构       物理性质 无色透明的的固体。天然存在的最硬的物质。 特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。 灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的导电性。   有特殊的物理性质 用途 制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃； 金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 用于超导、催化、材料科学等领域 物理性质不同的原因 金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因： 原子的排列方式不同 15 1．下列关于金刚石和石墨的描述，说法错误的是（ ） A．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属 B．一定条件下，石墨可以转化为金刚石 C．两者性质差异较大，因为它们的原子排列方式不同 D．石墨很软，可用作干电池电极材料 析·典型范例 D 2．“碳家族”的成员很多，用途很广，下列有关说法正确的是（ ） A．蜡烛火焰上方放置冷碟子会有炭黑产生 B．碳的单质都是由碳原子直接构成的 C．木炭可用作燃料，因为木炭能支持燃烧 D．制糖工业用炭黑来吸附有色物质 析·典型范例 A 碳单质的化学性质 02 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧气的反应 《清明上河图》以细腻笔触描绘了北宋都城汴京的繁华市井：汴河上舟楫往来，街巷中商铺林立、行人络绎，兼具写实性与艺术张力。这幅古画能跨越千年依旧色彩鲜活，核心源于墨汁中的碳。碳的化学性质稳定，在常温下，碳不与氧气、水等物质发生反应，即便历经岁月侵蚀，墨色也不易氧化、分解。正是碳的这种稳定性，让画作中的市井百态得以完整留存，成为见证历史的 “活化石”。 碳单质在常温下化学性质不活泼。但在加热或高温时，碳单质能与氧气、某些金属氧化物及非金属氧化物发生化学反应。 19 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧气的反应 常用燃料的主要组成元素是碳。在氧气供给充足，碳充分燃烧，生成二氧化碳，并放出大量的热。 C+O2（充足）=== CO2 点燃 2C+O2（不充足）=== 2CO 点燃 在氧气供给不充足，碳不充分燃烧，生成一氧化碳，同时放出热。 随着冬季的到来，天气日渐寒冷，我们可以选择烧炭取暖，烧炭时要注意开窗通风，不能在封闭的房间里进行，你知道是为什么吗？ 20 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧气的反应 正常情况下，血红蛋白会与氧气结合（形成氧合血红蛋白 HbO₂），将氧气输送到全身各组织器官（尤其是大脑和心脏）。 CO 与血红蛋白的结合能力是氧气的200-300 倍，且结合后形成的 “碳氧血红蛋白（HbCO）” 极难解离（解离速度仅为氧合血红蛋白的 1/3600）。 这会导致血红蛋白失去运输氧气的能力，使全身组织器官（尤其是对缺氧最敏感的大脑和心脏）因缺氧而功能障碍，严重时引发细胞坏死。 什么情况易发生CO中毒？ 环境封闭 通风极差 炭用量大，燃烧时间长 炉子、炭盆无排烟装置 夜间睡眠时感知力下降 21 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧气的反应 “闻气味辨 CO” 的说法对不对？ 因为一氧化碳极难溶于水（常温常压下，1 体积水仅能溶解约 0.02 体积的 CO），用水吸收 CO 的效率极低，完全无法起到降低室内 CO 浓度的作用。 日常生活中，水无法作为 CO 的吸收剂，试图用水来防止 CO 中毒是无效且危险的做法。 “用水吸收 CO” 的说法对不对？ 因为一氧化碳是一种无色、无味、无刺激性的气体，人体的鼻子无法闻到其气味。 小明所谓的 “闻到气味”，可能是炭燃烧时产生的其他少量杂质（如煤焦油挥发物）的气味，而非 CO 本身的气味。 当他能闻到其他气味时，CO 可能已在室内积累到中毒浓度，此时再搬炉子已存在风险，甚至可能因活动增加耗氧量，加速中毒反应。 煤炉、煤气灶及燃气热水器的使用一定要保持良好的通风和有效的排气。 22 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧化物的反应 高温下，碳能与氧化铜等金属氧化物发生反应。 C+2CuO===2Cu+CO2↑ 高温 木炭还原氧化铜实验 实验用品：铁架台、试管、导管、胶塞、弹簧夹、酒精灯（含铁丝网罩或使用酒精喷灯）、木炭粉、氧化铜、澄清石灰水。 实验步骤： 把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，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。 23 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧化物的反应 实验现象：导管口 逸出， 粉末逐渐变 ，澄清石灰水变 。 有气泡 黑色 红 浑浊 实验结论及解释： 高温下，碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。开始加热时，试管中的空气因受热膨胀而逸出；加热一段时间后，生成的铜为红色固体，生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 在上述反应中，碳夺去了氧化铜中的氧，使化合物中的铜元素被还原为单质铜。这种含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫作还原反应。碳使氧化铜发生了还原反应，因此碳具有还原性。碳的还原性广泛应用于冶金工业，例如将焦炭与铁矿石焙烧，碳可将铁从它的氧化物矿石中还原出来。 3C+2Fe2O3===4Fe+3CO2↑ 高温 碳还原铁矿石 24 探·知识奥秘 一、碳单质的化学性质 碳与氧化物的反应 碳不仅能还原金属氧化物，也能还原某些非金属氧化物。 C+CO2=== 2CO 高温 一氧化碳具有可燃性，能与氧气反应，点燃产生淡蓝色火焰，生成二氧化碳。 2CO+O2===2 CO2 点燃 一氧化碳也具有还原性，能与金属氧化物反应，如与氧化铜反应生成铜和二氧化碳 CO+CuO===Cu+CO2 一氧化碳是一种无色、无味、无刺激性的气体，难溶于水。谨防一氧化碳中毒，保持室内良好的通风 25 理·核心要点 碳与氧气反应 碳与氧化物反应 一氧 化碳 一氧化碳具有可燃性，点燃产生淡蓝色火焰，生成二氧化碳。 一氧化碳也具有还原性，能与金属氧化物反应，如与氧化铜反应生成铜和二氧化碳 碳单质的化学性质 在氧气供给充足，碳充分燃烧，生成二氧化碳，并放出大量的热。 C+O2（充足）== CO2 点燃 在氧气供给不充足，碳不充分燃烧，生成一氧化碳。 2C+O2（不充足）== 2CO 点燃 高温下，碳能与氧化铜等金属氧化物发生反应。 C+2CuO===2Cu+CO2↑ 高温 木炭还原氧化铜实验： 实验现象：导管口有气泡逸出，黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊。 实验结论：高温下，碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。 还原反应的概念：含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫作还原反应 3C+2Fe2O3===4Fe+3CO2↑ 高温 碳还原氧化铁： 碳还原某些非金属氧化物： C+CO2=== 2CO 高温 2CO+O2===2 CO2 点燃 CO+CuO===Cu+CO2 一氧化碳是一种无色、无味、无刺激性的气体，难溶于水谨防一氧化碳中毒，保持室内良好的通风。 26 1．实验小组利用如图装置进行木炭还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是（ ） A．装置①中固体变为红色，说明有铜生成 B．装置②可用来收集二氧化碳 C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始 D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度 析·典型范例 B 2．物质的性质决定用途。下列有关碳及其化合物的性质与其用途具有对应关系的是（ ） A．一氧化碳能冶炼金属——一氧化碳具有可燃性 B．金刚石可用于切割玻璃——金刚石是无色透明的固体 C．石墨常作电池的电极材料——石墨质软且有滑腻感 D．书法家用墨书写的字画能保存很长时间而不变色——常温下碳的化学性质不活泼 析·典型范例 D 理·核心要点 认识碳单质 碳单质的化学性质 碳单质的物理性质 金刚石中碳原子呈正四面体立体网状紧密结合，结构坚固，故硬度极大、不导电 石墨中碳原子呈平面六边形层状排列，层间易滑动，因此硬度小、有滑腻感且能导电。 金刚石、石墨都是碳单质，物理性质有明显差异的原因：原子的排列方式不同 碳与氧气反应 在氧气供给充足，碳充分燃烧，生成二氧化碳，并放出大量的热。 C+O2（充足）== CO2 点燃 在氧气供给不充足，碳不充分燃烧，生成一氧化碳。 2C+O2（不充足）== 2CO 点燃 高温下，碳能与氧化铜等金属氧化物发生反应。 C+2CuO===2Cu+CO2↑ 高温 碳与氧化物反应 3C+2Fe2O3===4Fe+3CO2↑ 高温 碳还原氧化铁： 碳还原某些非金属氧化物： C+CO2=== 2CO 高温 一氧化碳具有可燃性，点燃产生淡蓝色火焰，生成二氧化碳。 一氧化碳也具有还原性，能与金属氧化物反应，如与氧化铜反应生成铜和二氧化碳 2CO+O2===2 CO2 点燃 CO+CuO===Cu+CO2 一氧 化碳 29 1．下列有关碳和碳的氧化物说法中，正确的是（ ） A．CO和CO2都有还原性，都可以和氧化铜反应 B．CO和CO2都能溶于水，可以在屋中放盆水防止CO中毒 C．CO和C都有可燃性，充分燃烧的产物都是CO2 D．CO和CO2都有毒，都是大气污染物 析·典型范例 C 2．已知反应：C＋2CuO==2Cu＋CO2↑。如图表示一定质量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中，某变量y随加热时间的变化趋势，其中纵坐标y表示（ ） A．固体的质量 B．固体中铜元素的质量分数 C．二氧化碳的质量 D．固体中氧化铜的质量 析·典型范例 B 高温 THANKS! 谢谢观看 八年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $