/課題1碳單質(zhì)的多樣性第1課時(shí)碳的單質(zhì)一、知識(shí)目標(biāo)1．了解金剛石、石墨和C60的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及主要用途。2．認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，知道物質(zhì)既有天然存在的也有人工創(chuàng)造的。3．能舉例說明物質(zhì)性質(zhì)的廣泛應(yīng)用及性質(zhì)與用途的關(guān)系。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1．宏觀辨識(shí)與微觀探析：從宏觀上認(rèn)識(shí)金剛石、石墨和C60的不同外觀和用途，從微觀上理解它們碳原子排列方式不同導(dǎo)致性質(zhì)差異。2．證據(jù)推理與模型認(rèn)知：通過對(duì)不同碳單質(zhì)性質(zhì)和用途的分析，建立結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途的化學(xué)思維模型。3．科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：了解我國(guó)在人造金剛石等方面的成就，增強(qiáng)民族自豪感，認(rèn)識(shí)到發(fā)揮物質(zhì)優(yōu)勢(shì)造福社會(huì)的重要性。一、學(xué)習(xí)重點(diǎn)金剛石、石墨和C60的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途，以及性質(zhì)與用途的關(guān)系。二、學(xué)習(xí)難點(diǎn)理解金剛石、石墨和C60物理性質(zhì)差異的原因，判斷石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸淖兓愋汀?．透明的金剛石、灰黑色的石墨和分子結(jié)構(gòu)與足球相似的C60都是由碳元素組成的單質(zhì)，但是它們的原子排列方式不同，物理性質(zhì)存在著明顯差異。2．金剛石是天然存的最硬的物質(zhì)。3．木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，因此它具有吸附能力。4．每個(gè)C60分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成。一、新課導(dǎo)入問題探究1：假如你是“賣碳翁”網(wǎng)店店主，要在直播中介紹“碳”產(chǎn)品，你會(huì)從哪些方面介紹？答案：可以從碳產(chǎn)品的外觀、特點(diǎn)、用途、優(yōu)勢(shì)等方面進(jìn)行介紹。比如介紹金剛石時(shí)，可以說它外觀璀璨奪目，是天然存在最硬的物質(zhì)，可用于裁玻璃、作裝飾品等；介紹石墨時(shí)，可以說它是灰黑色固體，質(zhì)軟且導(dǎo)電性好，能用于制鉛筆芯、作電極等。問題探究2：為什么同樣是由碳元素組成的單質(zhì)，金剛石、石墨和C60卻有著截然不同的外觀和性質(zhì)？答案：這是因?yàn)樗鼈兲荚拥呐帕蟹绞讲煌?。不同的排列方式?dǎo)致它們的結(jié)構(gòu)不同，而結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，所以它們的物理性質(zhì)有很大差異。碳單質(zhì)的多樣性活動(dòng)一：金剛石的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途問題探究1：金剛石在生活和工業(yè)中有哪些具體的應(yīng)用，這些應(yīng)用分別利用了它的什么性質(zhì)？答案：金剛石可用于裁玻璃、切割大理石、作鉆機(jī)的鉆頭，這是利用了它硬度大的性質(zhì)；可作裝飾品，是因?yàn)樗鼰o色透明，加工后璀璨奪目；金剛石薄膜可作透鏡等光學(xué)儀器的涂層、集成電路基板散熱，利用了其透光性好、導(dǎo)熱性好的特點(diǎn)。問題探究2：查閱資料，了解我國(guó)在人造金剛石領(lǐng)域取得了哪些成就？答案：我國(guó)在人造金剛石領(lǐng)域取得了顯著成就，例如在產(chǎn)量上位居世界前列，掌握了先進(jìn)的高溫高壓合成技術(shù)，合成的人造金剛石質(zhì)量不斷提高，在工業(yè)切割、磨削等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。問題思考：金剛石由什么粒子構(gòu)成？它能導(dǎo)電嗎？為什么？答案：金剛石由碳原子直接構(gòu)成。它不能導(dǎo)電，因?yàn)榻饎偸刑荚又g通過共價(jià)鍵形成了穩(wěn)定的正四面體結(jié)構(gòu)，沒有自由移動(dòng)的電子，所以不能導(dǎo)電。歸納總結(jié)：總結(jié)金剛石的物理性質(zhì)和用途，并說明性質(zhì)與用途的關(guān)系。答案：物理性質(zhì)：外觀為無色透明固體，加工后璀璨奪目；硬度是天然存在最硬；不導(dǎo)電；金剛石薄膜透光性好、導(dǎo)熱性好。用途：作裝飾品、裁玻璃、切割大理石、作鉆機(jī)的鉆頭、作透鏡等光學(xué)儀器的涂層、集成電路基板散熱。性質(zhì)與用途的關(guān)系：金剛石硬度大決定了它可用于裁玻璃、切割大理石等；外觀璀璨決定了它可作裝飾品；透光性好、導(dǎo)熱性好決定了它可用于光學(xué)儀器涂層和集成電路基板散熱等。活動(dòng)二：石墨的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途問題探究1：石墨在生活和工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，請(qǐng)列舉至少三種應(yīng)用，并說明利用了它的什么性質(zhì)？答案：石墨可制鉛筆芯，利用了它質(zhì)軟的性質(zhì)；可作電極、制高鐵列車的受電弓滑板，利用了它導(dǎo)電性好的性質(zhì)；航天飛機(jī)表面覆蓋石墨瓦起隔熱和保護(hù)作用，利用了它熔點(diǎn)高、耐高溫的性質(zhì)。問題探究2：木炭和活性炭的吸附性在環(huán)保領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？答案：在環(huán)保領(lǐng)域，木炭和活性炭可用于凈化空氣，去除空氣中的有害氣體和異味；可用于污水處理，吸附水中的色素、異味和有害物質(zhì)等。問題思考：石墨和金剛石都是由碳元素組成的，為什么它們的物理性質(zhì)差異很大？答案：雖然石墨和金剛石都是由碳元素組成，但它們碳原子的排列方式不同。金剛石中碳原子形成正四面體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊密，所以硬度大；而石墨中碳原子呈層狀排列，層與層之間作用力較弱，所以質(zhì)軟且具有良好的導(dǎo)電性。歸納總結(jié)：總結(jié)石墨的物理性質(zhì)、用途以及類似石墨物質(zhì)的特點(diǎn)和用途。答案：石墨的物理性質(zhì)：外觀為灰黑色固體，有金屬光澤，很軟，導(dǎo)電性優(yōu)良。用途：制鉛筆芯、作電極、制高鐵列車受電弓滑板。類似物質(zhì)：木炭、活性炭：具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，有吸附性，可用于防毒面具、冰箱除臭劑、環(huán)?；钚蕴堪取Ｌ亢冢嚎芍谱魈妓啬?、輪胎、鞋油。焦炭：主要用于冶煉金屬?；顒?dòng)三：C60的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途問題探究1：C60獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了它有哪些特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)？在哪些領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值？答案：C60分子形似足球，是封閉籠狀結(jié)構(gòu)。其特殊性質(zhì)使其在超導(dǎo)、催化、能源及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用價(jià)值。例如在超導(dǎo)領(lǐng)域，C60可能具有超導(dǎo)性能；在催化領(lǐng)域，可作為催化劑提高化學(xué)反應(yīng)速率；在能源領(lǐng)域，有望用于新型電池等；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可能用于藥物輸送等。問題探究2：查閱資料，了解碳納米管和石墨烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用前景。答案：在環(huán)保領(lǐng)域，木炭和活性炭可用于凈化空氣，去除空氣中的有害氣體和異味；可用于污水處理，吸附水中的色素、異味和有害物質(zhì)等。問題思考：C60是由什么構(gòu)成的？它屬于化合物嗎？為什么？答案：C60由C60分子構(gòu)成，它不屬于化合物，屬于單質(zhì)。因?yàn)榛衔锸怯刹煌N元素組成的純凈物，而C60僅由碳元素組成，所以是單質(zhì)。歸納總結(jié)：總結(jié)C60的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。答案：結(jié)構(gòu)：形似足球，由60個(gè)碳原子構(gòu)成。性質(zhì)：具有一些特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)。用途：在超導(dǎo)、催化、能源及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有應(yīng)用?；顒?dòng)四：典例精講典例1：下列關(guān)于金剛石的說法中，錯(cuò)誤的是（）A．金剛石是由碳原子直接構(gòu)成的B．金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)C．金剛石可用于制作鉆探機(jī)的鉆頭D．金剛石有優(yōu)良的導(dǎo)電性答案：D金剛石不導(dǎo)電，所以說法錯(cuò)誤的選D。典例2：航天飛機(jī)在飛行中與空氣摩擦?xí)a(chǎn)生高溫，表面覆蓋石墨瓦可以起隔熱和保護(hù)作用，這主要是因?yàn)槭ǎ〢．能導(dǎo)電B．密度小C．有潤(rùn)滑作用D．熔點(diǎn)高、耐高溫答案：D航天飛機(jī)與空氣摩擦?xí)r產(chǎn)生極端高溫，石墨瓦需具備極高的熔點(diǎn)和熱穩(wěn)定性以保護(hù)機(jī)體，所以選D。1．下列有關(guān)金剛石、石墨和C60的說法正確的是（）A．硬度都很大B．元素組成不同C．碳原子的排列方式不同D．都有良好的導(dǎo)電性【答案】C【解析】金剛石硬度大，石墨質(zhì)軟，C60硬度也不大，A錯(cuò)誤；它們都由碳元素組成，元素組成相同，B錯(cuò)誤；它們物理性質(zhì)不同是因?yàn)樘荚拥呐帕蟹绞讲煌?，C正確；金剛石不導(dǎo)電，D錯(cuò)誤。2．下列有關(guān)“碳家族”成員的說法中，正確的是（）A．金剛石硬度大，因此可用作裝飾品B．石墨質(zhì)軟，因此可制成電極C．活性炭具有吸附性，因此可用于凈水D．C60用途廣泛，是一種新型化合物【答案】C【解析】金剛石用作裝飾品是因?yàn)槠錈o色透明、加工后璀璨奪目，A錯(cuò)誤；石墨制成電極是因?yàn)槠鋵?dǎo)電性好，B錯(cuò)誤；活性炭具有吸附性，能吸附水中的雜質(zhì)，可用于凈水，C正確；C60是單質(zhì)，不是化合物，D錯(cuò)誤。3．判斷下列說法是否正確：（1）同種元素組成的物質(zhì)一定是單質(zhì)。 （2）一種元素可以組成多種物質(zhì)。 （3）石墨有金屬光澤，有導(dǎo)電性，所以是一種金屬。（4）金剛石、石墨和C60都是由碳原子直接構(gòu)成的。【答案】（1）錯(cuò)誤（2）正確（3）錯(cuò)誤（4）錯(cuò)誤【解析】（1）錯(cuò)誤。同種元素組成的物質(zhì)不一定是單質(zhì)，也可能是混合物，如金剛石和石墨的混合物，只由碳元素組成，但不是單質(zhì)。正確。例如碳元素可以組成金剛石、石墨、C60等多種物質(zhì)。錯(cuò)誤。石墨雖然有金屬光澤和導(dǎo)電性，但它是由碳元素組成的單質(zhì)，屬于非金屬，不是金屬。錯(cuò)誤。金剛石和石墨是由碳原子直接構(gòu)成的，而C60是由C60分子構(gòu)成的。一、金剛石1．性質(zhì)：無色透明的固體，硬度大，不導(dǎo)電。2．用途：作裝飾品、裁玻璃、作鉆頭等。二、石墨1．性質(zhì)：灰黑色固體、有金屬光澤、質(zhì)軟、有滑膩感，優(yōu)良的導(dǎo)電性。2．用途：制鉛筆芯、作電極等。三、C601．結(jié)構(gòu)：每個(gè)C60分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成。2．用途：用于超導(dǎo)、催化、能源及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?？键c(diǎn)1碳的單質(zhì)閱讀下列資料，完成下面小題。透明的金剛石、灰黑色的石墨和足球狀、空心球體結(jié)構(gòu)的C60都是由碳元素組成的單質(zhì)；碳原子核外電子數(shù)為6，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。金剛石可用來切割大理石、加工堅(jiān)硬的金屬。石墨很軟，有滑膩感。C60常溫下為固體，能與K等金屬反應(yīng)生成超導(dǎo)材料，如圖所示的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使之有可能在催化、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。1．下列關(guān)于C60的說法中不正確的是（）A．分子具有空心球體結(jié)構(gòu) B．是一種新型化合物C．每個(gè)分子由60個(gè)碳原子構(gòu)成 D．有可能在催化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用2．下列敘述中，屬于化學(xué)性質(zhì)的是（）A．金剛石硬度大 B．石墨能導(dǎo)電 C．石墨很軟 D．C60能與K等金屬反應(yīng)3．金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì)，它們?cè)谖锢硇再|(zhì)差異顯著，其原因是構(gòu)成它們的原子（）A．種類不同 B．排列方式不同 C．質(zhì)量不同 D．大小不同【答案】1．B2．D3．B【解析】1．A、根據(jù)題目的C60的分子結(jié)構(gòu)，C60分子具有空心球體結(jié)構(gòu)，故A正確；B、C60是由一種元素組成的純凈物，是單質(zhì)，不是化合物，故B錯(cuò)誤；C、元素符號(hào)的右下角表示一個(gè)分子中含有的原子數(shù)，每個(gè)C60分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的，故C正確；D、根據(jù)題目敘述，C60有可能在催化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，故D正確；故選：B2．A、金剛石硬度