文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評與關(guān)注！文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評與關(guān)注！PAGEPAGE9/9初中化學(xué)“碳及其化合物”教學(xué)研究與案例評析謝勁松（北京市第五十中學(xué)，中學(xué)高級）一、該主題學(xué)科知識的深層次理解該主題知識結(jié)構(gòu)本主題知識包括碳單質(zhì)(金剛石、石墨C60(CO、CO2酸鹽（CaCO3）的性質(zhì)及用途。該主題知識在整個中學(xué)課程體系中的地位和作用本主題知識在整個中學(xué)課程體系中的地位和作用。本主題知識打通了初三碳及其化合物、高一化學(xué)常見碳酸鹽、高二有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)，利于學(xué)生掌握生產(chǎn)、生活中常見含碳元素物質(zhì)性質(zhì)、用途的學(xué)習(xí)。本主題知識拓展碳循環(huán)——地球上的幾個碳庫地球上最大的兩個碳庫是巖石圈和化石燃料，含碳量約占地球上碳總量99.9%三個碳庫——大氣圈庫、水圈庫和生物庫。這三個庫中的碳在生物和無機(jī)環(huán)境之間迅速交換，容量小而活躍，實際上起著交換庫的作用。碳在巖石圈中主要以碳酸鹽的形式存在,總量為2.7×1016化碳的形式存在，總量有2×1012中，則存在著幾百種被生物合成的有機(jī)物。這些物質(zhì)的存在形式受到各種因素的調(diào)節(jié)。在大氣中，二氧化碳是含碳的主要氣體，也是碳參與物質(zhì)循環(huán)的主型的兩倍。森林又是生物庫中碳的主要貯存者,貯存量大約為4.82×噸，相當(dāng)于目前大氣含碳量的2/3。碳的地球化學(xué)循環(huán)碳的地球化學(xué)循環(huán)控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈及海洋之間的遷移,而且是對大氣二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。沉積物含有兩種形式的碳：干酪根和碳酸鹽。在風(fēng)化過程中，干酪根與氧反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，而碳酸鹽的風(fēng)化作用卻很復(fù)雜。含在白云石和方解石礦物中的碳酸鎂和碳酸鈣受到地下水的侵蝕，產(chǎn)生出可溶解于水的鈣離子、鎂離子和重碳酸根離子。它們由地下水最終帶入海洋。在海洋中，浮游生物和珊瑚之類的海生生物攝取鈣離子和重碳酸根離子來構(gòu)成碳酸鈣的骨骼和貝殼。這些生物死了之后，碳酸鈣就沉積在海底而最終被埋藏起來。二氧化碳可由大氣進(jìn)入海水，也可由海水進(jìn)入大氣。這種交換發(fā)生在氣和水的界面處，由于風(fēng)和波浪的作用而加強(qiáng)。這兩個方向流動的二氧化碳量大致相等，伴隨著大氣中二氧化碳量的增多或減少，海洋吸收的二氧化碳量也隨之增多或減少。碳的生物循環(huán)在碳的生物循環(huán)中,大氣中的二氧化碳被植物吸收后,通過光合作用轉(zhuǎn)變成有機(jī)物質(zhì)，然后通過生物呼吸作用和細(xì)菌分解作用又從有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)換為二氧化碳而進(jìn)入大氣。碳的生物循環(huán)包括了碳在動、植物及環(huán)境之間的遷移。綠色植物從空氣中獲得二氧化碳，經(jīng)過光合作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，再綜合成為植物體的碳化合物，經(jīng)過食物鏈的傳遞，成為動物體的碳化合物。植物和動物的呼吸作用把攝入體內(nèi)的一部分碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳釋放入大氣，另一部分則構(gòu)成生物的機(jī)體或在機(jī)體內(nèi)貯存。動、植物死后,殘體中的碳,通過微生物的分解作用也成為二氧化碳而最終排入大氣。大氣中的二氧化碳這樣循環(huán)一次約需20年。一部分（約千分之一）動、植物殘體在被分解之前即被沉積物所掩埋而成為有機(jī)沉積物。這些沉積物經(jīng)過悠長的年代，在熱能和壓力作用下轉(zhuǎn)變成礦物燃料——煤、石油和天然氣等。當(dāng)它們在風(fēng)化過程中或作為燃料燃燒時，其中的碳氧化成為二氧化碳排入大氣。如今，人類消耗大量礦物燃料對碳循環(huán)產(chǎn)生了重大影響。一方面沉積巖中的碳因自然和人為的各種化學(xué)作用分解后進(jìn)入大氣和海洋；另一方面生物體死亡以及其他各種含碳物質(zhì)又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構(gòu)成了全球碳循環(huán)的一部分。碳的生物循環(huán)雖然對地球的環(huán)境有著很大的影響，但是從以百萬年計的地質(zhì)時間上來看，緩慢變化的碳的地球化學(xué)大循環(huán)才是地球環(huán)境最主要的控制因素。二、該主題核心內(nèi)容的教學(xué)策略教學(xué)重點1:形態(tài)各異的碳單質(zhì)：了解金剛石和石墨的物理性質(zhì)和主要用途，體會結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途的科學(xué)方法。知道碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)：碳跟氧氣及某些氧化物的反應(yīng)。教學(xué)難點：金剛石石墨C60的結(jié)構(gòu)，碳跟某些氧化物的反應(yīng)。各教學(xué)環(huán)節(jié)的具體教學(xué)策略如下：環(huán)節(jié)一、聯(lián)想質(zhì)疑：大家對氧氣比較熟悉，臭氧也聽說過，其實它們是一家人，它們都是氧元素形成的單質(zhì)。一種元素形成幾種不同單質(zhì)的現(xiàn)象還有許多，如紅磷和白磷等等。提起碳的單質(zhì)，大家一定會想到煤、木炭這些黑呼呼的東西，其實，煤并不是碳的單質(zhì)，如果我說璀璨奪目的鉆石也是碳的單質(zhì)，大家一定會感到驚訝。高貴的鉆石怎么可能與木炭是一家人呢？環(huán)節(jié)二、交流思考：研究表明，透明的金剛石、灰色的石墨和足球狀的C60都是由碳元素組成的單質(zhì)。請你列舉金剛石和石墨的主要用途？推斷其物理性質(zhì)？教師引導(dǎo)學(xué)生完成下表：金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，純凈的金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體?？捎糜谥苽洳ＡУ?、鉆石、輪鋸、鉆頭等。石墨是深灰色有金屬光如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。由于木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，因此它具有吸附能力?；钚蕴康奈侥芰Ω鼜?qiáng)。能吸附毒氣、色素和有異味的物質(zhì)。用于制糖、食品、凈水，制防毒面具等。C60環(huán)節(jié)三、啟發(fā)講授：金剛石和石墨都由碳元素組成，元素是具有相同核電核數(shù)的同一類原子的總稱。金剛石和石墨都由碳原子構(gòu)成，你認(rèn)為它們的排列方式有多少種？發(fā)揮想象力，可以是線狀、層狀、或網(wǎng)絡(luò)狀、籠狀等多種可能的碳原子的排列方式。這種不同的排列會導(dǎo)致怎樣的后果？學(xué)生分組討論，并閱讀教材。因為構(gòu)成它們的碳原子的排列方式不同（結(jié)構(gòu)不同，從而導(dǎo)致金剛石、石C60性質(zhì)決定用途的學(xué)科思想。環(huán)節(jié)四、實驗演示：木炭跟氧化銅的反應(yīng)。該反應(yīng)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。實驗時，要引導(dǎo)學(xué)生著重觀察兩個問題：石灰水發(fā)生了什么變化？跟氧化銅反應(yīng)生成了什么物質(zhì)，教師加以指導(dǎo)寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。然后分析這個反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的關(guān)系，引出還原反應(yīng)。最后，小結(jié)：一種元素可以形成多種單質(zhì)。碳的幾種單質(zhì)由于原子的排列方式不同，物理性質(zhì)有很大的差異。碳的化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性，可燃性，還原性。教學(xué)重點2教學(xué)難點：二氧化碳與水、與石灰水的反應(yīng)。由二氧化碳用途推測其可能具有的性質(zhì)，并對性質(zhì)進(jìn)行分類。啟發(fā)講授二氧化碳的物理性質(zhì)。教師結(jié)合學(xué)生在上一個教學(xué)環(huán)節(jié)中抽提出的一部分二氧化碳的物理性質(zhì)，加以補充，教師指導(dǎo)學(xué)生完成如下學(xué)習(xí)筆記：1）2）密度比空（3）（4）有“三態(tài)”的變化。我們平時打開汽水或啤酒蓋時，常有大量的氣體產(chǎn)生，這是什么氣體呢？1體積的水大約能溶解1產(chǎn)汽水、可樂等碳酸型飲料就是利用了二氧化碳的這一性質(zhì)。實驗探究二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)。教師由生活情景引入二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的教學(xué)：檢驗可樂瓶中溢出的二氧化碳可用澄清石灰水。教師演示實驗：向澄清石灰水中通入二氧化碳，澄清石灰水變渾濁。分析：CO2與石灰水反應(yīng)生成白色沉淀，落實化學(xué)方程式。學(xué)以致用：日常生活中，為了裝飾我們的房子，我們給墻壁掃石灰水，當(dāng)石灰水變干時墻壁會被一白色的物質(zhì)覆蓋，變得很白。在這過程中，為了使效果更好，人們常在房中放一盆炭火，這是為什么呢？利用你所學(xué)到的知識解釋一下。因為二氧化碳可以與石灰水反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣，放一盆炭火可以使室內(nèi)的二氧化碳的濃度增大，而且室內(nèi)的溫度也會升高有利于反應(yīng)的進(jìn)行。由日常生活我們知道魚能在水中生存，是由于水中溶解有少量的氧氣，氧氣溶于水是物理變化還是化學(xué)變化呢？由上面的實驗探究我們得知 CO2也溶于水，那么它溶于水時究竟有沒有發(fā)生化學(xué)變化呢？二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變成紅色。CO2+H2O=H2CO3但是碳酸很不穩(wěn)定容易分解生成二氧化碳和水。H2CO3=H2O+CO2拓展講二氧化碳的用途：可做致冷劑，保存食品和人工降雨；可做滅火劑；可做氣體肥料，促進(jìn)光合作用；可做化工原料，制純堿、汽水。教學(xué)重點3：初步學(xué)習(xí)在實驗室制取二氧化碳：包括了解實驗室中制取二氧化碳的反應(yīng)原理、探究實驗室中制取二氧化碳的裝置、了解實驗室中制取氣體的思路和方法。教學(xué)難點：探究實驗室中制取二氧化碳的裝置。為了落實這些教學(xué)重點、突破難點，建議采取如下教學(xué)策略：主動思考實驗室中制取二氧化碳的反應(yīng)原理。教師可以應(yīng)用以下的教學(xué)情景，幫助學(xué)生思考什么化學(xué)反應(yīng)才最適合實驗室中制取二氧化碳。反應(yīng)物中有氣體導(dǎo)致和生成物的氣體混合在一起無法分離、反應(yīng)條件高溫在實驗室不好做到，最后只能選取碳酸鹽和酸反應(yīng)。教師追問：實驗室用哪種碳酸鹽和哪種酸制備二氧化碳比較好？提供藥品：碳酸鈉粉末、碳酸鈣粉末、塊狀大理石、稀鹽酸、稀硫酸。經(jīng)過對比實驗分析，發(fā)現(xiàn)只有塊狀大理石和稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳反應(yīng)速率適中，適合在實驗室制取二氧化碳。為什么不能用稀硫酸和碳酸鈣起反應(yīng)來制取二氧化碳？如果用稀硫酸跟碳酸鈣起反應(yīng)來制取二氧化碳，在反應(yīng)開始時生成不易溶解的硫酸鈣薄膜，會包住碳酸鈣，使它不能接觸到稀硫酸，因而反應(yīng)很難繼續(xù)進(jìn)行。探究實驗室中制取二氧化碳的裝置并自己制備二氧化碳。探究實驗室中制取二氧化碳的裝置時要體現(xiàn)開放性。教學(xué)時，可以將學(xué)生分成幾組，每組學(xué)生通過討論（甚至辯論置（可以不局限在教材中所列的儀器上討論裝置的優(yōu)缺點。教材中給出了一種制取二氧化碳的裝置，教學(xué)時切不可將它作為唯一的、標(biāo)準(zhǔn)的裝置，要鼓勵學(xué)生創(chuàng)新。學(xué)生首先需要確定氣體發(fā)生裝置和收集裝置的因素，然后從反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)條件、氣體密度與空氣的大小比較和是否與水反應(yīng)等方面來比較實驗室中制取二氧化碳和氧氣的異同。下圖列出了其他幾種制取二氧化碳的裝置。三、學(xué)生常見錯誤與問題的分析與解決策略“碳”和“炭”的含義和用法學(xué)生容易混為一談。學(xué)生在書寫物質(zhì)名稱時，對于“碳”和“炭”認(rèn)識不夠到位。“碳”是指碳元素，是核電荷數(shù)為6的一類原子的總稱，在描述物質(zhì)組成時用“碳”，例如碳原子、碳元素、碳單質(zhì)、碳的化合物。而“炭”是指具體的物質(zhì)，例如木炭、焦炭、活性炭、炭黑。學(xué)生誤認(rèn)為碳元素組成的物質(zhì)是純凈物。本章學(xué)習(xí)的金剛石和石墨混合在一起，雖然只含碳元素，但卻是不同的物質(zhì)，混合在一起就屬于混合物而非單質(zhì)。因此由同種元素組成的物質(zhì)可能是單質(zhì)也可能是混合物。學(xué)生對于純凈物的概念理解不夠透徹，純凈物是指只含一種物質(zhì)，有固定的組成。而學(xué)生往往錯誤地認(rèn)為由同種元素組成的物質(zhì)是純凈物，而忽略了由同種元素也可以組成不同的物質(zhì)。學(xué)生對于單質(zhì)的概念理解不夠透徹，學(xué)生認(rèn)為只要是一種元素組成的物質(zhì)在進(jìn)行歸類時就屬于單質(zhì)。而單質(zhì)的概念是由同種元素組成的純凈物，而只含有一種元素，但卻是混合物就不A臭氧（O3）BC僅含碳元素的物質(zhì)D（O3H2O或H2O2或兩種混存，可能是化合物，也可能是混合物。僅含碳元素的物質(zhì)可能是金剛C60，或幾種物質(zhì)混存。含碳氧兩種元素的物質(zhì)是CO或CO2或兩種物質(zhì)混存，所以可能是化合物，也可能是混合物。學(xué)生在組裝制取二氧化碳的裝置時容易出現(xiàn)以下幾處錯誤：（1）長頸漏斗下口沒有伸入液面下，會導(dǎo)致二氧化碳從長頸漏斗逸出。（2無法收集氣體，出氣導(dǎo)管管口應(yīng)在錐形瓶上方，略伸出膠塞部位。（3）集氣瓶瓶口應(yīng)向上，改用直形導(dǎo)管并把導(dǎo)管伸入錐形瓶底部。4．在制備氣體的實驗中混淆“檢驗”和“驗滿”兩種操作在制備氣體的實驗中，學(xué)生對于“檢驗”和“驗滿”的操作易混淆。檢驗只是選擇簡便的方法，利用明顯的現(xiàn)象證明氣體已集滿。用最簡便的方法確定氣體的成分，即檢驗氣體。首先根據(jù)C裝置中集氣瓶的放置可以知道氣體的密度比空氣大。而初中階段常見的比密度大的氣體是氧氣或二氧化碳。學(xué)生在