课题3 结构多样的碳单质 第1课时（教学设计）化学沪科版五四学制2024八年级全一册

该初中化学教学设计聚焦碳单质的结构、性质与用途，通过提问“碳元素如何组成多样碳单质”导入，衔接物质基本概念，为后续化合物学习奠基，借助实验与模型搭建学习支架。 特色在于实验探究与模型认知结合，如石墨导电实验让学生直观感受性质，结构模型对比助理解性质差异，体现科学探究与实践、科学思维。对应训练巩固知识，拓展问题培养创新意识，提升学生探究能力，方便教师实施教学。

课题3 结构多样的碳单质 第1课时 碳元素何以组成多样的碳单质 一、知识目标 1.了解金刚石、石墨和的结构、性质及主要用途。 2.认识物质的多样性，明确物质既有天然存在的，也有人工创造的。 3.能举例说明物质性质的广泛应用以及性质与用途的关系。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识金刚石、石墨和的不同性质和用途，从微观上理解碳原子排列方式对其物理性质的影响。 2.证据推理与模型认知：通过对不同碳单质性质和用途的分析，建立物质性质决定用途的认知模型。 3.科学探究与创新意识：通过实验探究石墨的导电性和活性炭的吸附性，培养学生的科学探究能力和创新思维。 一、教学重点 金刚石、石墨和的结构、性质和用途，以及物质性质与用途的关系。 二、教学难点 理解碳单质物理性质差异大的原因是碳原子的排列方式不同。 本节教学内容源于化学沪科版五四制2024八年级全一册专题5《物质的微观构成》课题3第1课时《碳元素何以组成多样的碳单质》。碳单质是初中化学学习中接触到的重要物质，它在化学学科知识体系中具有承上启下的作用，是对之前所学物质知识的拓展与深化，也为后续学习其他元素及其化合物知识奠定基础。 本课时聚焦于金刚石、石墨和C₆₀等碳单质，详细介绍了它们的结构、性质及主要用途。教材通过图文并茂的方式，如展示金刚石、石墨的外观图片，呈现C60的分子结构模型，让学生直观感受不同碳单质的特点。同时，安排了多个实验和思考问题，如石墨导电实验、活性炭吸附实验等，引导学生通过自主探究和思考，深入理解碳单质的性质与用途之间的关系。此外，教材还介绍了碳纳米管、石墨烯等新型碳单质，拓宽了学生的视野，体现了化学学科的时代性。 教学对象是八年级学生，他们正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，好奇心强，对新鲜事物充满兴趣，但逻辑思维能力和自主探究能力还有待提高。在知识储备方面，学生在之前的化学学习中已经对物质的基本概念有了一定的了解，但对于物质的微观结构和性质之间的关系认识还比较模糊。 在学习本课时内容时，学生可能会对不同碳单质具有相似的组成元素却有截然不同的物理性质感到困惑。同时，对于一些微观结构的概念，如碳原子的排列方式，理解起来可能存在一定困难。因此，在教学过程中，教师应充分利用图片、模型、实验等直观手段，帮助学生建立起微观结构与宏观性质之间的联系。此外，教师还应引导学生通过比较、分析、归纳等方法，自主总结出碳单质性质与用途的关系，培养学生的逻辑思维能力和科学探究能力。可以结合生活实际，如金刚石用于切割玻璃、石墨用于制作铅笔芯等，让学生感受到化学知识与生活的紧密联系，提高学生的学习兴趣和学习积极性。 教学环节一 新课导入 【引入】同学们，在物质的微观结构层面，有一个很有趣的问题，那就是碳元素是怎样组成结构多样的碳单质的呢？就像同样是碳原子，却能形成截然不同的物质，这其中蕴含着怎样的奥秘呢？今天我们就一起来探究这个问题。 【设计意图】通过提出问题，引发学生的好奇心和求知欲，自然地引入本节课的主题。 教学环节二 金刚石 【问题】同学们，我们先来了解一下金刚石。大家想象一下，在你们的认知中，金刚石是什么样子的呢？它可能有哪些性质和用途呢？ 【学生思考】学生们可能会回答金刚石是透明的、很坚硬，能用来做首饰等。 【教师讲解】大家说得很对。下面我们详细来看看金刚石的物理性质。金刚石是无色透明的固体，加工后璀璨夺目，它是天然存在的最硬的物质，而且不导电。 【展示】展示金刚石的图片和一些用金刚石制作的物品，如钻石首饰、金刚石钻头等。 【讲解】由于金刚石加工后璀璨夺目，所以可以作装饰品；它硬度大，能裁玻璃、切割大理石、作钻机的钻头等；金刚石薄膜透光性好，可作透镜等光学仪器的涂层；其导热性好，用于集成电路基板散热，提高芯片性能。这体现了物质的用途是由其性质决定的，而性质又由结构决定。 【对应训练1】下列关于金刚石的说法中，错误的是（ ） A．金刚石是由碳原子直接构成的 B．金刚石是天然存在的最硬的物质 C．金刚石可用于制作钻探机的钻头 D．金刚石有优良的导电性 【答案】D 【解析】金刚石由碳原子直接构成，硬度大，可用于制作钻探机的钻头，但是它不导电，所以选项D错误。 【对应训练2】金刚石常被用于切割玻璃，这是因为（ ） A．金刚石的硬度大 B．金刚石的导电性好 C．金刚石的熔点高 D．金刚石的导热性好 【答案】A 【解析】金刚石能切割玻璃是因为其硬度大，与导电性、熔点和导热性无关，所以选A。 【设计意图】通过提问引导学生思考，结合展示和讲解让学生全面了解金刚石的性质和用途，再通过对应训练巩固所学知识。 教学环节三 石墨 【问题】接下来我们看看石墨。大家在生活中有没有接触过和石墨有关的东西呢？比如铅笔。那大家思考一下，为什么石墨可以用来制作铅笔芯呢？ 【学生思考】学生可能会回答因为石墨软，能留下痕迹等。 【教师讲解】非常好。石墨是灰黑色的固体，有金属光泽，很软，而且具有优良的导电性。它很软、有滑腻感，且为灰黑色，所以可以作铅笔芯；导电性好、有滑腻感、熔点高，可制高铁列车的受电弓滑板；导电性好，能作电极。 【实验演示】进行石墨导电实验。在一张白纸上用6B铅笔（6B表示笔芯很软）画两条宽度约1cm的不相交的线，两条线的首尾端分别形成相距约1cm的两个开口。将发光二极管用胶带粘在一个开口处，再将9V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，观察发光情况。然后移去电池，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，并观察发光情况。 【现象记录】步骤（2）中，电池正、负极接触两条石墨线时，LED灯发光；步骤（3）中，擦除其中一条石墨线后，电池接上时LED灯不发光。 【实验结论】石墨具有导电性（步骤2中石墨线形成通路使灯发光）；且电路需要完整通路才能工作（步骤3中石墨线被擦除，电路断开，灯不发光）。 【问题】还有，拉链不顺滑，用铅笔涂一涂就可以轻松拉上，这是为什么呢？ 【学生思考并回答】因为石墨有滑腻感。 【教师讲解】对，石墨的层状结构让它具有天然的滑腻感，是良好的固体润滑剂。涂在拉链的缝隙处，能减少拉链金属齿之间的摩擦力，让拉动时更顺畅。另外，石墨还可以制成模具来铸造金属，这是因为石墨具有耐高温的性质，能承受金属熔化时的高温（熔点约3652°C），不会轻易熔化或变形，同时它化学性质稳定，高温下不易与金属发生反应，能保证铸件的纯度和模具的重复使用。 【对应训练1】航天飞机在飞行中与空气摩擦会产生高温，表面覆盖石墨瓦可以起隔热和保护作用，这主要是因为石墨（ ） A．能导电 B．密度小 C．有润滑作用 D．熔点高、耐高温 【答案】D 【解析】航天飞机表面覆盖石墨瓦起隔热和保护作用，是因为石墨熔点高、耐高温，与导电性、密度和润滑作用无关，所以选D。 【对应训练2】木炭、活性炭都具有吸附性，是因为它们（ ） A．都是黑色固体 B．密度都很小 C．都具有疏松多孔的结构 D．主要成分都是碳单质 【答案】C 【解析】木炭、活性炭具有吸附性是因为它们具有疏松多孔的结构，与颜色、密度和主要成分关系不大，所以选C。 【设计意图】通过生活实例引发学生思考，结合实验让学生直观感受石墨的性质，再通过讲解和对应训练加深学生对石墨性质和用途的理解。 教学环节三 C60 【展示】展示的分子结构模型或图片。 【讲解】同学们，这就是的分子结构，它的分子结构和足球相似，每个分子由60个碳原子构成，是形似足球的封闭笼状结构，又名足球烯。 【问题】大家思考一下，是由什么构成的？它属于单质还是化合物呢？它可能有哪些用途？ 【学生思考并回答】是由分子构成的，属于单质，可能在材料科学等方面有应用。 【教师讲解】非常棒。主要用于材料科学、超导体等领域。除了，还有碳纳米管和石墨烯。碳纳米管尺寸小、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；石墨烯是世界上人工制得的最薄的材料，厚度仅为0.335nm。 【对比】展示金刚石、石墨、的结构模型或图片。 【问题】金刚石、石墨、都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质会相差这么远呢？ 【学生思考并回答】可能是碳原子的排列方式不同。 【教师讲解】对，物理性质不同的原因就是碳原子的排列方式不同。这再次体现了结构决定性质，性质决定用途的关系。 【对应训练1】科学家发现的碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，下列关于碳纳米管的说法错误的是（ ） A．碳纳米管是一种新型碳单质 B．碳纳米管在一定条件下能燃烧 C．碳纳米管的物理性质与金刚石相同 D．碳纳米管可应用于材料、催化等领域 【答案】C 【解析】碳纳米管是新型碳单质，能燃烧，可应用于材料、催化等领域，但它和金刚石的物理性质不同，所以选项C错误。 【对应训练2】下列关于的说法中，正确的是（ ） A．是一种新型化合物 B．分子由60个碳原子构成 C．的相对分子质量为720g D．不能燃烧 【答案】B 【解析】是单质，分子由60个碳原子构成，相对分子质量为720，单位不是g，能燃烧，所以选B。 【设计意图】通过展示和讲解让学生了解、碳纳米管和石墨烯的结构和用途，通过对比和提问引导学生理解结构决定性质的原理，再通过对应训练巩固知识。 【总结】引导学生回顾金刚石、石墨、的性质、结构和用途，强调物质的性质与用途之间的关系以及结构对性质的影响。 【拓展问题】由石墨制金刚石，从组成元素角度分析，你认为可能吗？ 【学生思考并回答】可能，因为石墨和金刚石都是碳单质，组成元素均为碳元素，区别仅在于碳原子的排列方式。 【教师讲解】非常正确。通过改变反应条件（如高温高压），可实现碳原子排列方式的改变，从而由石墨转化为金刚石。 【对应训练】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，是一种良好的绝缘材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质）。下列关于“碳海绵”性质的推测不正确的是( ) A．“碳海绵”能浮在水面上 B．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 C．“碳海绵”不易导电 D．“碳海绵”易溶解于水 【答案】D 【解析】“碳海绵”密度小，能浮在水面上；主要成分是碳单质，燃烧会产生二氧化碳；是良好的绝缘材料，不易导电；碳单质一般不溶于水，所以“碳海绵”不易溶解于水，选项D错误。 【设计意图】通过总结巩固所学知识，拓展问题培养学生的思维能力，最后通过对应训练检验学生对知识的综合运用能力。 课题3 结构多样的碳单质 第1课时 碳元素何以组成多样的碳单质 一、金刚石 1. 物理性质 外观：无色透明固体；光泽：加工后璀璨夺目；硬度：天然最硬；导电性：不导电 1. 用途 装饰品；裁玻璃、切割大理石、钻头；光学仪器涂层；集成电路基板散热 二、石墨 1. 物理性质 外观：灰黑色固体；光泽：有金属光泽；硬度：很软；电性：优良 1. 用途 铅笔芯；电极；高铁列车受电弓滑板；铸造模具 1. 类似物质（炭黑、活性炭、焦炭、木炭）——吸附性 三、C60 1. 结构：形似足球，由60个碳原子构成 1. 用途：超导、催化、能源及医学等 四、性质差异原因 碳原子排列方式不同 五、性质与用途关系 性质决定用途 1.“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，是一种良好的绝缘材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质）。下列关于“碳海绵”性质的推测不正确的是( ) A．“碳海绵”能浮在水面上 B．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 C．“碳海绵”不易导电 D．“碳海绵”易溶解于水 【答案】D 【解析】A. “碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度小，能浮在水面上，A选项正确；B. 其主要成分是碳单质，碳燃烧会产生二氧化碳，B选项正确；C. “碳海绵”是良好的绝缘材料，不易导电，C选项正确；D. 碳单质一般难溶于水，“碳海绵”主要成分是碳单质，不易溶解于水，D选项错误。 2.如图为碳单质在生产、生活中的应用，下列说法中正确的是( ) A．①体现了金刚石的熔点高 B．②是碳纳米管的实际应用 C．③体现了石墨的绝缘性好 D．④体现了活性炭疏松多孔的结构 【答案】D 【解析】A. ①中金刚石用于切割玻璃，体现的是金刚石硬度大，而非熔点高，A选项错误；B. ②图未明确体现是碳纳米管的实际应用，B选项错误；C. ③中石墨用作电极，体现的是石墨导电性好，而非绝缘性好，C选项错误；D. ④中活性炭用于吸附异味，体现了活性炭疏松多孔的结构，具有吸附性，D选项正确。 3.单层墨称为石墨烯，石墨烯是一种革命性材料，具有优异的光学、电学和力学特性。下列说法正确的是( ) ①石墨烯是一种新型化合物 ②石墨在一定条件下转变为金刚石是物理变化 ③金刚石和石墨烯分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同 ④金刚石和石墨烯是组成相同但结构不同的两种物质 ⑤金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的 A．①② B．④⑤ C．②③ D．③④ 【答案】D 【解析】①石墨烯是由碳元素组成的单质，不是化合物，①错误；②石墨和金刚石是不同的物质，石墨在一定条件下转变为金刚石有新物质生成，是化学变化，②错误；③金刚石和石墨烯都是由碳元素组成的单质，在足量的氧气中完全燃烧的产物都是二氧化碳，③正确；④金刚石和石墨烯都是由碳元素组成，但碳原子排列方式不同，是组成相同但结构不同的两种物质，④正确；⑤C60是由C60分子构成的，不是由碳原子直接构成，⑤错误。 在本节课的教学中，通过展示多种碳单质的实物、图片和实验，学生对金刚石、石墨和C60等碳单质的结构、性质和用途有了较为清晰的认识。实验环节如石墨导电实验和活性炭吸附实验，激发了学生的学习兴趣，提高了他们的观察和分析能力。但在教学过程中，也发现部分学生对碳原子排列方式影响物质性质的理解存在困难，后续可通过模型展示或动画演示等方式，帮助学生更好地掌握这一抽象概念。此外，在引导学生讨论物质性质与用途关系时，学生的参与度有待提高，今后需设计更具启发性的问题，鼓励学生积极思考和发言。 9 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $