四十七團中學《課題

1碳單質(zhì)的多樣性》目錄認識碳單質(zhì)的多樣性探究無定形碳與新型碳材料理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的基本觀念探索碳單質(zhì)的化學性質(zhì)深化還原反應與工業(yè)應用總結(jié)提升與科學展望01020304050601認識多樣碳元素的奇妙變身外觀特征金剛石●外觀形態(tài)：無色透明固體，呈正八面體晶體●常見狀態(tài)：經(jīng)打磨后成為璀璨的鉆石飾品石墨●外觀形態(tài)：灰黑色固體，有金屬光澤●常見狀態(tài)：質(zhì)地柔軟，易留下深色痕跡，如鉛筆芯C??●外觀形態(tài)：分子結(jié)構(gòu)形似足球，球狀排列●常見狀態(tài)：常溫下為固態(tài)，具有高度對稱性，被稱為足球烯金剛石性質(zhì)■物理特性：①硬度：天然最硬物質(zhì)②透光性：優(yōu)良，可用于光學元件■主要用途：●切割工具→玻璃刀、鉆頭●裝飾領域→鉆石首飾●高科技應用→集成電路散熱層石墨用途石墨的性質(zhì)與用途物理性質(zhì)灰黑色固體金屬光澤質(zhì)軟滑膩導電性好主要用途鉛筆芯→利用其質(zhì)軟和滑膩感電極材料→利用其優(yōu)良導電性潤滑劑→利用其層狀結(jié)構(gòu)滑動性坩堝→利用其高熔點和穩(wěn)定性02探究新形態(tài)走進多孔與納米世界多孔吸附■結(jié)構(gòu)特征：●木炭和活性炭具有疏松多孔的微觀結(jié)構(gòu)●巨大的比表面積增強了吸附能力■生活應用：?利用其吸附性去除冰箱、衣柜中的異味?凈水器中用于吸附雜質(zhì)和有害物質(zhì)實驗與應用吸附實驗■實驗過程：●在紅色水中加入烘烤過的活性炭●輕輕振蕩錐形瓶觀察顏色變化■現(xiàn)象分析：?紅色逐漸變淺直至接近無色?說明活性炭吸附了溶液中的色素分子工業(yè)用途■防毒防護：●防毒面具濾毒罐利用活性炭吸附有毒氣體■食品工業(yè)：?制糖工業(yè)用活性炭進行脫色處理?提高白糖純度與外觀品質(zhì)前沿碳材碳納米管■結(jié)構(gòu)特點：●直徑幾到幾十納米的中空管狀結(jié)構(gòu)●具有極高的機械強度和導電性能■應用前景：?新型復合材料增強體?微納電子器件導線石墨烯■結(jié)構(gòu)特點：●單層碳原子構(gòu)成的二維蜂窩晶格●當前最薄、最堅硬的納米材料■應用前景：?高效導熱散熱薄膜?柔性顯示屏與傳感器03結(jié)構(gòu)之謎解碼物質(zhì)的內(nèi)在密碼結(jié)構(gòu)差異解析金剛石：立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)★原子排列：每個碳原子與周圍4個碳原子形成共價鍵，構(gòu)成正四面體結(jié)構(gòu)?！鼋Y(jié)構(gòu)特點→空間三維網(wǎng)絡，極為穩(wěn)定且致密?！裥再|(zhì)體現(xiàn)：→極高的硬度→不導電→高熔點石墨：層狀結(jié)構(gòu)★原子排列：碳原子以六邊形層狀排列，層間作用力弱。■結(jié)構(gòu)特點→層與層之間易滑動，存在自由電子?！裥再|(zhì)體現(xiàn)：→質(zhì)軟、有滑膩感→可導電→熔點高但易剝離12

結(jié)構(gòu)決定一切金剛石：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)→高硬度●原子排列：三維共價網(wǎng)絡●物理性質(zhì)：天然最硬、不導電●應用方向：切割工具、鉆頭、珠寶石墨：層狀結(jié)構(gòu)→導電潤滑●原子排列：六邊形層疊，層間松散●物理性質(zhì)：軟、導電、耐高溫●應用方向：電極、鉛筆芯、潤滑劑

●原子排列：足球狀空心分子●物理性質(zhì)：可溶、具反應活性●應用方向：超導材料、藥物載體、納米技術(shù)04探索化學性質(zhì)從穩(wěn)定到活躍的轉(zhuǎn)變化學穩(wěn)定性■常溫穩(wěn)定：碳單質(zhì)在常溫下不易與空氣、水等物質(zhì)發(fā)生反應化學性質(zhì)不活潑，因此能長期保持原有狀態(tài)■應用實例：我國古代書畫使用墨汁書寫或繪制，歷經(jīng)千年仍清晰如初這得益于碳的穩(wěn)定性，使其不易被氧化或分解可燃性分析充分燃燒不充分燃燒05深化還原反應從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)反應過程解析■實驗現(xiàn)象：①黑色粉末逐漸變?yōu)榧t色固體②澄清石灰水變渾濁，證明生成CO?■反應本質(zhì)：●木炭在高溫下奪取氧化銅中的氧→發(fā)生還原反應●氧化銅失去氧變成單質(zhì)銅，碳得到氧生成二氧化碳工業(yè)冶煉探秘工業(yè)流程知識要點■條件差異：實驗室用酒精燈加熱→工業(yè)采用高溫高爐■材料選擇：工業(yè)使用成本更低的焦炭而非木炭■產(chǎn)物利用：生成的液態(tài)鐵水可直接用于煉鋼12規(guī)范操作清單正確步驟①先撤出導管→防止液體倒吸②再停止加熱→避免空氣進入試管③待試管冷卻后取出產(chǎn)物→保證安全科學依據(jù)常見后果●先熄火后撤管→石灰水倒吸入試管→引起試管炸裂●未冷卻即取出→紅熱銅粉接觸空氣→劇烈氧化放熱06總結(jié)提升科學展望發(fā)展歷程

生活應用應用場景①鉛筆芯書寫?利用石墨質(zhì)軟、有滑膩感②電池電極材料?依賴石墨優(yōu)良的導電性③冰箱除味劑?借助活性炭疏松多孔的吸附性④鉆石飾品裝飾?源于金剛石無色透明與璀璨光澤對應性質(zhì)①潤滑性使書寫順滑流暢②導電性