6.1神秘的碳家族第2课时教学设计-2026-2027学年九年级化学仁爱科普版上册

课题1 神秘的碳家族（第二课时） 教案 仁爱科普版 初中化学 九年级上册 一、教材分析 本课题选自仁爱科普版九年级上册。第二课时紧承第一课时对碳单质物理性质及同素异形体的初步认识，聚焦碳单质的化学性质。教材以碳与氧气、碳与金属氧化物的反应为主线，引导学生从宏观现象、微观解释到实际应用逐步建构认识，为后续学习二氧化碳制取、燃料利用及金属冶炼奠定基础，兼具实验探究与理论联系实际的双重育人价值。 二、四维核心素养 化学观念：形成结构决定性质、性质决定用途的元素观与变化观，认识碳在常温下稳定、在点燃或高温条件下活泼的化学行为。 科学思维：通过对实验现象的分析推理反应本质，运用比较、归纳的方法建立碳单质化学性质的认知模型。 科学探究与实践：亲历木炭燃烧及木炭还原氧化铜等探究活动，学会观察、记录、描述现象并据此推断结论。 科学态度与责任：认识含碳燃料燃烧与空气质量、人身安全的密切关系，树立合理利用碳资源、安全用火的意识。 三、教学重难点 教学重点：碳单质的三条化学性质——常温下的稳定性、可燃性、还原性。 教学难点：从微观角度理解碳与氧化铜反应中碳夺取氧的本质，区分碳充分燃烧与不充分燃烧的条件及产物差异，并建立性质决定用途的认识链条。 四、新课导入 教师投影展示三幅画面：一是博物馆中历经千年仍墨色如新的古代书法名画；二是档案室里用碳素墨水填写的重要档案材料；三是把埋入地下前表面烧焦变黑的木桩。教师提问：同为碳单质，为何墨迹能千年不褪？为何木桩非要烧焦后再埋入地下？这些现象背后究竟隐藏着碳单质怎样的化学性格？由此制造认知冲突，自然引出本课探究主题。 五、上课过程设计意图 本课以“碳家族的化学性格研究员”为任务主线，把碳的三条化学性质拆解为层层递进的探究任务。从学生熟悉的古字画、碳素墨水等真实情境切入，让学生在观察讨论中自主建构碳在常温下稳定的认识；继而通过木炭在空气与氧气中燃烧的对比观察，引导学生从现象差异归纳充分燃烧与不充分燃烧的条件；再以木炭还原氧化铜的演示实验为核心证据，让学生在预测、观察、推理中理解还原性及其在冶金中的应用。任务设计遵循情境—问题—探究—归纳—应用的认知逻辑，把知识嵌入真实问题解决过程，使学生在做中学、用中学，既落实核心知识，又发展科学思维与探究实践能力。 六、教学过程 环节一 回顾旧知，任务启航 教师引导：上节课我们一起走进了神秘的碳家族，认识了几位性格迥异的成员——晶莹剔透、坚硬无比的金刚石，深灰色、质软滑腻的石墨，还有形似足球、结构精巧的C60。请大家回忆一下，为什么同样由碳元素组成的单质，外观和用途却千差万别？ 学生活动：同桌之间展开讨论，回顾上节课形成的“结构决定性质”观点，尝试从碳原子排列方式的不同来解释金刚石之所以坚硬、石墨之所以柔软滑腻的原因。有学生指出，金刚石中碳原子呈空间网状排列，彼此结合牢固，所以坚硬；石墨中碳原子呈层状排列，层与层之间容易滑动，所以质软。 教师肯定并追问：大家说得很好，结构决定了它们的物理性质。那么问题来了——在化学性质上，碳家族的这些成员是否“同宗同源”，表现出一致的化学行为呢？为什么金刚石和石墨在常温下都不怎么“活泼”，而在点燃或高温条件下却又变得很“热情”？这节课我们就一起揭开碳家族化学性格的神秘面纱。 教师出示本节课总任务：从今天起，每位同学都将担任“碳家族化学性质研究员”，需要依次完成三个探究任务，并在任务单上记录现象、填写结论，最终合作形成一份完整的《碳单质化学性质研究报告》。研究报告将作为评价大家本节课学习成果的重要依据。 环节二 任务一 解密“千年不褪”的秘密 任务情境：教师投影呈现四组材料——古人用墨书写的字画历经千年依然墨色清晰；重要档案要求用碳素墨水书写；铁路枕木和电线杆埋入地下前要把表面烧焦变黑；钻石戒指常年佩戴仍晶莹剔透。 驱动问题：这些现象看似毫不相干，背后却指向同一个问题：碳单质在常温下究竟有着怎样的化学性格？ 教师组织学生以四人小组为单位，围绕任务单上的三个小问题展开讨论。第一个问题：墨的主要成分是什么？为什么用墨书写的字画可以保存千年而不褪色？第二个问题：如果用普通蓝黑墨水书写同样的字画，经历几百年后可能会怎样？第三个问题：木桩埋入地下前为什么要把表面烧焦？烧焦之后在木头表面形成了一层什么物质？这层物质又能起到什么作用？ 学生小组讨论后交流。第一小组代表发言：墨的主要成分是炭黑，炭黑是由碳元素组成的单质，用它写在纸上，碳单质在常温下不容易和空气中的氧气、水以及其他物质发生反应，所以字迹能长久保存。第二小组补充：普通蓝黑墨水里面含有一些容易被氧化的物质，时间长了颜色会变浅、变淡甚至消失，不如碳素墨水耐久。第三小组结合生活经验谈到：木头烧焦之后，表面会形成一层致密的炭层，这层炭在常温下化学性质稳定，不容易腐烂，能保护里面的木头不被虫蛀、不被腐蚀，所以埋在地下可以用很多年。 教师倾听各组发言，适时点拨：大家的分析都抓住了一个共同的关键词——“常温下不与其他物质发生反应”。这说明碳单质在常温下化学性质不活泼，表现出稳定性。正是这种稳定性，使得碳单质成为书写重要档案、保存珍贵文物、延长木质构件使用寿命的理想材料。 教师进一步追问微观本质：为什么碳在常温下稳定？请大家回忆原子结构的相关知识，碳原子核外最外层有几个电子？要达到相对稳定结构，它倾向于得电子还是失电子？ 学生结合原子结构示意图思考后回答：碳原子最外层有四个电子，既不容易失去电子，也不容易得到电子，所以在常温下，碳原子之间、碳原子与其他原子之间都不容易发生重新组合，宏观上就表现为化学性质稳定。教师顺势把这一结论板书到“任务一结论”栏，并提醒学生把“常温稳定性”与“用途——书写档案、绘制古画、表面炭化防腐”对应起来，体会性质决定用途。 设计意图：本任务从学生可感知的真实素材出发，把抽象的“化学稳定性”还原为可观察、可解释的生活现象，再借助原子结构知识从微观层面找到原因，实现宏观现象与微观本质的对接，帮助学生形成结构决定性质、性质决定用途的化学观念。 环节三 任务二 探究“燃烧的两种命运” 任务情境：教师演示并播放视频：把一小块木炭分别放在空气中点燃和放进盛满氧气的集气瓶中燃烧。请学生仔细观察两次燃烧的剧烈程度有何不同，并思考：同样是碳在燃烧，为什么会出现不同的“命运”？ 驱动问题：碳在什么条件下能燃烧？燃烧的剧烈程度由什么决定？氧气的量不同，燃烧产物是否相同？ 教师引导学生先进行预测：根据第一课时对氧气性质的了解，木炭在氧气中燃烧和在空气中燃烧，现象会有什么不同？学生纷纷预测：在氧气中燃烧会更旺、更亮，可能发出白光；在空气中燃烧则相对平缓，只是红热。 教师进行演示实验，同时提醒学生按照“反应前—反应中—反应后”的顺序观察并记录现象。反应前：木炭是黑色固体；在空气中点燃后，木炭保持红热状态，火焰并不耀眼；把燃烧匙伸入盛有氧气的集气瓶后，木炭剧烈燃烧，发出明亮的白光，放出大量热；燃烧结束后，向集气瓶中倒入少量澄清石灰水并振荡，石灰水变浑浊。 学生分组记录现象并讨论。教师提问：石灰水变浑浊说明了什么？学生回答：这说明木炭燃烧生成了二氧化碳气体，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，这是检验二氧化碳的常用方法。 教师进一步提出关键问题：是不是碳在任何情况下燃烧都只生成二氧化碳？请大家联想生活中的两件事——冬天用煤炉取暖时，如果门窗紧闭、氧气不足，容易发生什么危险？厨师在炒菜时，为什么常说要用“旺火”、要让煤气充分燃烧？ 学生结合生活经验展开讨论。有学生谈到，冬天用煤炉取暖，如果屋子里空气不流通，煤炭燃烧不充分，会产生一种无色无味的气体，人吸入后会头晕、恶心，甚至危及生命，这种气体就是一氧化碳。也有学生联系家庭燃气灶的火焰颜色回答：火焰呈蓝色说明燃烧充分，如果火焰发黄、冒黑烟，就说明空气不足、燃烧不充分，既浪费燃料又产生有害气体。 教师在学生讨论基础上归纳：碳在氧气充足、燃烧充分时，与氧气反应主要生成二氧化碳，同时放出大量热，是清洁而高效的燃烧；当氧气不充足、燃烧不充分时，碳与氧气反应会生成一氧化碳，一氧化碳同样能燃烧，放出热量，但它是一种有毒气体，会造成污染甚至危及生命。教师特别强调，正因为含碳燃料的燃烧情况直接关系到能源利用与生命安全，所以无论是家庭用煤炉、燃气灶，还是工业上烧锅炉，都要注意通风，保证氧气供应充足。 教师引导学生填写任务单“任务二结论”：碳具有可燃性。氧气充足时充分燃烧，生成二氧化碳，放出大量热，可用作高效能源；氧气不充足时不充分燃烧，生成一氧化碳，既浪费燃料又危害健康与环境。学生由此体会到：同一个化学反应，条件不同，产物就可能不同，控制条件至关重要。 设计意图：本任务通过对比观察和生活联想，让学生在实验证据与生活经验之间建立联系，既落实碳的可燃性这一核心知识，又渗透“反应条件影响产物”的辩证思想，同时把安全用火、通风取暖等社会责任自然融入其中。 环节四 任务三 揭秘“点石成金”的还原剂 任务情境：教师播放一段古代冶炼青铜、现代工业炼铁的短片，提问：铁矿石本身是红色或黑色的氧化物，人类又是如何把其中的铁“夺”出来、炼出金属铁的呢？在这个过程中，碳家族扮演了什么角色？ 驱动问题：碳在高温下能否从金属氧化物中把金属“抢”出来？这种能力又叫什么？ 教师出示木炭与氧化铜混合加热的演示实验装置，并进行规范操作：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，将试管固定在铁架台上，试管口略向下倾斜，导管另一端通入盛有澄清石灰水的试管中。用酒精灯持续加热混合物，待现象明显后先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上观察。 教师在加热前先组织学生预测：如果碳在高温下能“夺走”氧化铜中的氧，那么反应过程中可能会出现哪些现象？请大家从三个角度预测——固体颜色可能怎样变化？澄清石灰水可能怎样变化？试管中是否可能有新物质生成？学生热烈讨论后形成预测：黑色粉末中可能出现红色物质；澄清石灰水可能变浑浊。 教师演示实验，学生仔细观察并如实记录。加热一段时间后，盛有澄清石灰水的试管中出现明显的白色浑浊；待冷却后把粉末倒在纸上，可以看到黑色粉末中出现了光亮的红色固体颗粒。学生兴奋地发现，预测与实验现象高度吻合。 教师组织学生讨论：这些现象分别说明了什么？第一组学生分析：澄清石灰水变浑浊，说明反应生成了二氧化碳。第二组学生分析：黑色粉末中出现红色光亮固体，说明生成了一种红色的新固体，结合学过的金属颜色知识，这种红色光亮固体很可能就是铜。第三组学生补充：整个过程中，碳把氧化铜中的氧“夺走”了，使铜从氧化物中被还原出来。 教师在学生分析基础上提炼概念：像这样，含氧化合物里的氧被夺去的反应，在化学上叫做还原反应。能夺取含氧化合物里氧的物质，就叫做还原剂。在这个反应中，碳夺取了氧化铜中的氧，把铜还原出来，所以碳表现出还原性，碳是还原剂。 教师继续追问：既然碳具有还原性，那么在工业生产中它可以派上什么用场？学生联系导入短片中的炼铁情境回答：工业上可以利用焦炭把铁矿石中的氧夺走，把铁从铁矿石里还原出来，这就是高炉炼铁的基本原理。教师进一步举例：除了炼铁，碳还可以用来冶炼铜、硅等金属和非金属材料，在冶金工业中是一种重要的还原剂。 教师引导学生从微观角度再次理解：在高温条件下，碳原子变得“活跃”，它有很强的“夺氧”倾向，能够把金属氧化物中的氧原子结合过来，使金属氧化物失去氧而变成金属单质，碳自身则结合氧变成二氧化碳。正是碳的这种还原性，使它在冶金工业中大显身手。 设计意图：本任务以“预测—观察—解释—归纳”的科学探究路径展开，把抽象的还原性概念建立在可见的实验现象之上，再通过工业炼铁的实例让学生体会化学知识的应用价值，突破“从微观理解夺氧本质”这一难点。 环节五 任务四 碳家族性质应用大比拼 任务情境：教师发放“碳家族应用任务卡”，每张卡片上写着一种生产生活中的实际情境，请各小组根据本节课所学的碳的化学性质，为该情境选择合适的应用方案，并说明理由。 卡片一：某地图书馆需要长期保存一批重要历史档案，要求墨水写下的字迹历经几十年甚至上百年不褪色。应选择什么墨水？依据是什么？ 卡片二：冬季来临，某单位准备在职工宿舍推广燃煤取暖。请从化学角度提醒大家至少两条安全注意事项，并说明理由。 卡片三：某炼钢厂需要把铁矿石中的铁还原出来。请结合本节课知识，指出在冶炼过程中应利用碳的哪一条化学性质，并说明还需要控制什么条件。 卡片四：考古队员发现一根埋在地下数百年的木质桩柱，柱体表面有一层黑色炭化层，而内部木质基本完好。请用今天所学知识解释这一现象。 学生以小组为单位抽卡讨论，并在任务单上写出方案与理由，然后派代表进行全班交流。针对卡片一，学生选择碳素墨水，理由是碳单质在常温下化学性质稳定，不易被氧化，字迹可以长久保存。针对卡片二，学生提出要保持室内通风，防止煤炭燃烧不充分产生一氧化碳而中毒；要安装烟囱把废气排到室外；睡前要检查炉火，避免夜间氧气不足。针对卡片三，学生指出应利用碳的还原性，在高温条件下用焦炭把铁矿石中的氧夺走，把铁还原出来；同时要保证足够的反应温度和合适的通风条件。针对卡片四，学生解释木桩表面事先经过烧焦处理，形成了一层稳定的炭层，这层炭在常温下不与水、土壤中的物质反应，能够防止木材腐烂，从而使整根桩柱得以长久保存。 教师对各组回答进行点评与补充，特别强调：所有这些应用，归根到底都对应着碳单质的三条化学性质——常温稳定性、可燃性、还原性。性质决定用途，用途反映性质，这是我们认识物质、利用物质的一把钥匙。 设计意图：本任务通过真实情境应用，把刚学完的知识迁移到不同场景中，既检验了学生对三条化学性质的理解，又训练了“用性质解释用途、用用途反推性质”的双向思维，落实科学态度与社会责任素养。 环节六 课堂小结与迁移 教师带领学生共同梳理本节课的认识脉络：从“千年不褪”看到碳在常温下的稳定性；从“燃烧的两种命运”看到碳在点燃条件下的可燃性；从“夺氧炼金”看到碳在高温下的还原性。三条性质，对应着三个应用方向——书写保存、燃料利用、冶金还原。 教师引导学生反思：学完这节课，你能不能用一句话概括碳单质的化学性格？学生用自己的话总结：碳单质在常温下“文静沉稳”，不轻易与其他物质反应；一旦条件到位，它又“热情奔放”——既能在氧气中燃烧放出热量，又能在高温下夺取金属氧化物中的氧，展现出很强的还原性。 教师布置课后探究任务：请同学们课后查阅资料，了解在现代工业中，除了碳之外，还有哪些物质也可以作还原剂；并思考：为什么在生活中我们常把“含碳燃料”与“空气污染”联系在一起，我们可以从哪些角度减少含碳燃料燃烧带来的环境问题？下节课分享交流。 七、板书设计 课题1 神秘的碳家族（第二课时）——碳单质的化学性质 一、常温下：化学性质稳定（不活泼） 　　应用：碳素墨水书写档案；古字画千年不褪色；木桩表面烧焦防腐 二、点燃时：具有可燃性 　　氧气充足——充分燃烧——生成二氧化碳——放出大量热（高效能源） 　　氧气不足——不充分燃烧——生成一氧化碳——有毒、污染（注意通风） 三、高温下：具有还原性 　　碳夺取氧化铜中的氧，使铜被还原出来（还原反应） 　　应用：工业冶金——炼铁、炼铜 　　核心观点：性质决定用途，用途反映性质 学科网（北京）股份有限公司 $