5.3 结构多样的碳单质（教学课件）化学新教材沪科版五四学制八年级全一册）

沪科版五四学制八年级全一册 专题5 物质的组成与结构 课题3 结构多样的碳单质 1 碳单质的“化学舞台” 2 碳单质的“物理大观园” 1 学习内容导览 2 1.通过观察金刚石、石墨等实物与微观结构模型，认识碳单质物理性质差异的原因，初步建立“结构决定性质”的学科观念。 2.通过对比木炭燃烧的现象，掌握碳单质在常温下的稳定性和高温下的可燃性，体会反应条件对化学变化的重要影响。 3.通过探究木炭还原氧化铜的实验，掌握碳的还原性，提升观察记录实验现象以及基于证据进行推理的能力。 重点：金刚石、石墨和C60的物理性质及用途；碳单质的化学性质 难点：认识“结构决定性质、性质决定用途”的学科思想；木炭还原氧化铜的实验探究与现象分析。 素养锚定·课标定位 关注生活 从“三角形”到“碳单质”的启示 划重点 在物质世界里，结构决定性质，性质决定用途。 结构 性质 用途 决定 决定 情境导入·问题启思 碳单质的 “物理大观园” 01 5 一、碳单质的“物理大观园” 问题一 碳元素能组成哪些单质？ 金刚石 石墨 富勒烯 足球烯 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题二 金刚石为何如此璀璨且坚硬？ 钻石饰品 经加工打磨后 天然金刚石 纯净的金刚石一般为无色透明、正八面体形状的固体。 金刚石是天然存在的最硬的物质。 钻探机钻头 玻璃刀 削磨金属 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题三 视频：金刚石的性质与用途 金刚石的微观结构 金刚石的结构、性质与用途 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题三 金刚石的结构、性质与用途 不导电 强折光性 硬度大 无色透明固体 性质 结构 用途 装饰品 光学仪器 切割玻璃 钻探机钻头 决定 决定 反映 反映 金刚石的微观结构 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题四 石墨为何既能写字又能导电？ 与黏土混合加工 铅笔芯 石墨是一种深灰色、有金属光泽的细鳞片状固体，质软。 石墨 石墨耐高温、具有良好的导电性、导热性和润滑性。 石墨电极 石墨坩埚 固体润滑剂 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题五 石墨的结构、性质与用途 视频：石墨的性质与用途 石墨的微观结构 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 实验探究 石墨导电 （1）在一张白纸上用 6B 铅笔画两条宽度约 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，如图所示，观察灯泡是否发光。 （3）移去电池，用橡皮擦断其中任意一条线，再将电池重新接上，并观察灯泡是否发光。 【操作步骤】 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 实验探究 石墨导电 【实验现象】 用铅笔所画的线断开时，灯泡不亮；补全铅笔画线后，灯泡发光。 【实验结论】 石墨能导电。 视频：石墨导电 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题五 石墨的结构、性质与用途 石墨的微观结构 深灰色固体 质软 润滑性 导电性 导热性 熔点高 铅笔芯 固体润滑剂 电极 石墨坩埚 性质 结构 用途 决定 决定 反映 反映 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题六 金刚石与石墨的物理性质为何差异巨大？ 石墨的层状结构模型 金刚石的立体网状结构模型 金刚石和石墨都是由碳元素组成的不同单质。 物理性质差异很大的根本原因是：碳原子的排列方式不同。 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题七 C60是一种怎样的物质？ 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。 每个 C60 分子由 60 个碳原子构成，分子结构酷似足球， 被称为足球烯。 命名为“富勒烯” 也叫做“足球烯” C60 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题八 足球烯（C60）及新型碳材料有何特殊之处？ 划重点 碳元素以其多样的微观结构，不断创造出具有特殊功能的新材料。 石墨烯纳米片（投射电镜照片） 碳纳米管（扫描电镜照片） 碳60（球棍模型） C60 在生物、环境、材料、能源等领域具有广阔的应用前景。 目前最薄、传导电子速度最快的材料，完全燃烧产物为CO2。 具有很高的机械强度和优异的电学特性，应用于材料、催化、信息等领域。 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题九 木炭和活性炭属于碳单质吗？ 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。 划重点 因此，严格地说，无定形碳不属于碳的单质。 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 问题十 活性炭为什么具有吸附性？ 性质 决定 用途 结构 决定 吸附性 疏松多孔 净水器滤芯 防毒面具 冰箱除味剂 分层研学·探理悟新 一、碳单质的“物理大观园” 实验探究 活性炭的吸附作用 操作 向盛有适量水的锥形瓶中，滴入几滴红墨水，再向其中加入一定量的活性炭，并充分振荡，一段时间后，观察并记录实验现象。 现象 液体颜色逐渐变浅，直至无色。 结论 活性炭具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性。 视频：活性炭的吸附性 分层研学·探理悟新 例1.金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如图所示。下列有关说法正确的是（ ） A．构成金刚石和石墨的原子种类不同 B．金刚石和石墨中原子排列方式相同 C．金刚石和石墨的物质分类不同 D．金刚石和石墨完全燃烧生成物相同 D 一、碳单质的“物理大观园” 典例剖析·逻辑释疑 【变式】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是（ ） A．石墨、石墨烯和石墨炔是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨烯和石墨炔都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 D 一、碳单质的“物理大观园” 典例剖析·逻辑释疑 碳单质的 “化学舞台” 02 23 二、碳单质的“化学舞台” 问题十一 古代字画为何能千年不褪色？？ 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。 桐煤制墨是指桐油燃烧产生的烟灰‌。桐油是一种从桐树种子中提取的油脂，燃烧时产生的烟灰被用于制墨。 松烟墨\桐油制墨 炭黑 墨汁 分层研学·探理悟新 问题十一 古代字画为何能千年不褪色？？ 秦代“九九乘法口诀表”简牍 古代字画（墨迹） 用墨（主要成分为炭黑）书写或绘制的字画 由于碳在常温下化学性质稳定 因此能够保存很长时间而不变色 划重点 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。 二、碳单质的“化学舞台” 分层研学·探理悟新 问题十二 碳与氧气反应会生成什么？ 二、碳单质的“化学舞台” 当氧气的量不足时 当氧气的量充足时 碳完全燃烧，生成二氧化碳气体，同时放出大量的热。 碳燃烧不充分，生成一氧化碳气体，同时放出大量的热。 划重点 在点燃的条件下，碳具有可燃性。 分层研学·探理悟新 问题十三 一氧化碳气体具有怎样的性质？ 二、碳单质的“化学舞台” 一氧化碳是一种无色、无气味、难溶于水的气体。 物理性质 一氧化碳能燃烧，燃烧时放出大量的热，火焰呈蓝色。 化学性质 一氧化碳有毒，它很容易与血液中的血红蛋白结合，造成生物体缺氧，严重时会危及生命。 毒性 分层研学·探理悟新 问题十四 如何预防并应对一氧化碳中毒？ 二、碳单质的“化学舞台” 视频：预防一氧化碳中毒 一氧化碳中毒的预防与急救 分层研学·探理悟新 实验探究 木炭与氧化铜反应 二、碳单质的“化学舞台” （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 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。 （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表中。 【操作步骤】 分层研学·探理悟新 实验探究 木炭与氧化铜反应 二、碳单质的“化学舞台” 视频：用木炭还原氧化铜 用木炭还原氧化铜装置图 分层研学·探理悟新 实验探究 木炭与氧化铜反应 二、碳单质的“化学舞台” 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 澄清、透明 产生白色沉淀 黑 无金属 红 有金属 分层研学·探理悟新 二、碳单质的“化学舞台” 在高温条件下，木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳。 【实验结论】 实验探究 木炭与氧化铜反应 黑色固体变为红色（铜）。 什么现象说明有铜生成？ 澄清石灰水变浑浊。 什么现象说明有二氧化碳产生？ 划重点 在高温的条件下，碳具有还原性。 分层研学·探理悟新 拓展视野 古法炼铜 二、碳单质的“化学舞台” 明代宋应星所著的《天工开物》中详细记载了“火法炼铜”的工艺：将铜矿石（如孔雀石，主要成分是碱式碳酸铜）与木炭混合，在高温下加热，即可得到金属铜。 孔雀石受热分解，生成氧化铜和水、二氧化碳。 第一步 木炭在高温下与氧化铜反应生成铜和二氧化碳。 第二步 分层研学·探理悟新 问题十五 在高温条件下，碳还可以与哪些物质发生反应？ 二、碳单质的“化学舞台” 在高温条件下，碳还可以与其他化合物反应。 碳 + 二氧化碳 一氧化碳 高温 C CO2 CO 工业生产“煤气” 碳 + 水 一氧化碳 + 氢气 高温 C H2O CO H2 水煤气是水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体，主要成分是一氧化碳，氢气，燃烧后排放水和二氧化碳。 分层研学·探理悟新 总结归纳 空气中含有哪些成分？氧气的含量是多少？ 二、碳单质的“化学舞台” 常温-稳定性 加热或点燃-可燃性 高温-还原性 完全燃烧 不完全燃烧 与某些金属氧化物反应 与某些非金属氧化物反应 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。 分层研学·探理悟新 例1.如图是木炭和氧化铜反应的实验装置图，下列说法正确的是（ ） A．实验结束后，应先停止加热，再将导管从澄清石灰水中撤出 B．实验过程中，酒精喷灯可以换成酒精灯 C．实验过程中，观察到试管A中红色固体逐渐变黑 D．该实验中的木炭粉可换成活性炭 D 二、碳单质的“化学舞台” 典例剖析·逻辑释疑 【变式】物质的性质和用途有紧密联系，一般物质的性质决定用途，而用途又反映其性质。下列物质的性质和用途对应关系错误的是（ ） A．干冰升华吸热——人工降雨 B．木炭具有还原性——可冶炼金属 C．金刚石硬度大——做钻头 D．石墨有优良的导电性——做铅笔芯 D 二、碳单质的“化学舞台” 典例剖析·逻辑释疑 结构多样 的碳单质 物理性质 与结构 金刚石：立体网状结构，硬度极大。 石墨：层状结构，质软且能导电。 C60：足球状分子结构，具特殊应用。 活性炭：疏松多孔，具强吸附性。 化学性质 常温稳定性：常温下化学性质不活泼。 可燃性：充分燃烧生成CO2，不充分燃烧生成CO。 还原性：高温下还原金属氧化物（如CuO）。 体系梳整·认知升华 1．“碳家族”的成员很多，用途很广。下列说法正确的是（ ） A．石墨不具有导电性 B．C60是由碳原子直接构成的 C．木炭疏松多孔具有吸附性 D．金刚石和石墨里碳原子的结构不同 C 当堂诊学·成效校验 2．幸福是由劳动创造出来的。下列劳动项目与所涉及的化学知识没有关联的是（      ） B 选项 劳动项目 化学知识 A 用活性炭净水 活性炭具有吸附性 B 用石墨制作铅笔芯 石墨具有导电性 C 用木炭生火烧烤 木炭具有可燃性 D 用金刚石切割大理石 金刚石的硬度大 当堂诊学·成效校验 3．木炭铜火锅是人们在冬季喜爱的一道美食，但在品尝美味时如果不注意通风，容易造成中毒，这是因为木炭燃烧生成了（ ） A．水 B．一氧化碳 C．烟尘 D．二氧化碳 B 当堂诊学·成效校验 4．下列有关单质碳和碳的氧化物的说法，错误的是（ ） A．金刚石、石墨、C60都是由碳原子直接构成的单质 B．一定条件下，石墨转化成金刚石是化学变化 C．二氧化碳与一氧化碳能相互转化 D．碳在空气中充分燃烧时生成CO2，不充分燃烧时生成CO A 当堂诊学·成效校验 5．实验室利用下图装置进行碳还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是（ ） A．装置①中固体变成红色，说明有单质铜生成 B．装置②用于收集CO2 C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始 D．装置③中刚开始不变浑浊， 一段时间后再开始变浑浊 B 当堂诊学·成效校验 6．用右图装置进行碳粉还原氧化铜的实验，说法正确的是（ ） A．当A中黑色粉末变红时，证明碳粉与氧化铜发生了反应 B．当B中开始出现气泡时，证明碳粉与氧化铜开始反应 C．结束反应时，将导管移出试管再熄灭酒精喷灯主要是为了防止热的铜 重新被氧化 D．结束反应时，A中固体全部变成红色，不可能 再有黑色固体存在 A 当堂诊学·成效校验 感谢观看 更多练习见分层作业 沪科版五四学制八年级全一册 45 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $