2019九年级化学上册 第六单元 碳和碳的化合物 6碳和碳的氧化物 7页

第六单元　 碳和碳的氧化物 课题1　金刚石、石墨和C60‎ 第1课时　碳的单质 ‎ 素材一 新课导入 ‎ ‎[情景导入] [师] 我们知道不同元素可以组成不同物质，那么，同种元素可以组成不同物质吗？‎ ‎(教师播放金刚石、石墨、C60分子结构模型图片)‎ ‎[师] 金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质。‎ 通过观察图片，你们能得到什么结论？‎ ‎[生] (齐答)同种元素可以组成不同物质。‎ ‎[师] 同学们回答得很好，这一节课我们就来学习碳元素组成单质的物理性质及用途。‎ ‎[问题导入] 通过前面的学习我们知道，目前已发现的一百多种元素能构成几千万种物质，但是你们知道哪种元素形成的物质种类最多吗？是碳元素。碳在地壳中的含量只占0.087%，但含碳元素的单质和化合物达到90%以上，以碳元素为主要成分的煤和石油，仍然是人类社会最主要的燃料。因此研究碳和碳的化合物有很重要的意义。今天我们就来认识一些碳的单质。‎ ‎[复习导入] [复习提问] 由同种元素组成的纯净物叫作什么？ 同种元素可以组成不同的单质吗？氧元素能组成氧气和臭氧，磷元素能组成红磷和白磷，碳元素也可以组成不同的单质。‎ ‎[展示] 金刚石、石墨、C60分子的结构模型。‎ ‎ 素材二 教学建言 ‎ ‎[建言1] 有关金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质和用途的处理策略 问题1：同学们，你们知道金刚石、石墨和C60吗？它们在生活中有哪些用途？(学生观看视频资料并结合教材回答问题)‎ 问题2：通过观看视频资料观看，总结一下金刚石、石墨和C60的物理性质和用途，并认真填写下表：‎ 物理性质 用途 组成元素 颜色 形状 硬度 导电性 金刚石 石墨 C60‎ 问题3：同学们，为什么家庭冰箱中要放一小包活性炭？阅读教材107，想一想活性炭在生产、生活中有哪些用途，木炭和活性炭为什么具有吸附性，谁的吸附性较强一些？‎ ‎[建言2] 有关物质的结构与性质、性质与用途的处理方法 ‎(1)观察下列图片，总结结构与性质的关系。‎ 7‎ ‎(2)石墨为什么能作干电池的电极？石墨为什么可制铅笔芯？用金刚石制玻璃刀利用了它的什么性质？‎ ‎(3)通过对问题(2)的理解，请你总结一下物质的性质和用途的关系。‎ ‎(4)你知道为什么食品包装用氮气作保护气，金属铜能作导线，H2O和H2O2的组成元素相同而性质却不同吗？‎ ‎ 素材四　 板书设计 ‎ ‎ ‎[设计1]‎ 一、 碳的几种单质 ‎1．金刚石、石墨和C60‎ 物理性质 用途 组成元素 颜色 形状 硬度 导电性 金刚石 无色透明 正八面体 最硬 不导电 钻探机的钻头，‎ 裁玻璃 碳 石墨 深灰色 不透明 细鳞片 状固体 质软 导电 润滑剂、铅笔芯、‎ 电极等 碳 C60‎ 足球状 质脆 不导电 材料科学、‎ 超导体 碳 ‎2.其他含杂质的碳单质 木炭：疏松多孔，具有吸附能力，可作燃料和吸附剂等 焦炭：冶炼金属 活性炭：吸附性比木炭的还要强，可用于净化气体和液体，制作防毒面具里的滤毒罐等 ‎ 炭黑：黑鞋油、墨汁等 二、 结构、性质与用途的关系 结构性质用途 ‎ 素材五　课后“练习与应用”变式题 ‎ ‎ 7‎ ‎1．[2题(1)(2)(3)变式] 多彩的“碳”，多姿的生活，让我们一起走进“碳”的世界。根据表中提供的信息，填写有关含碳物质的对应特性。‎ 物质用途 金刚石切割玻璃 石墨作电极 活性炭净水 对应特性 ‎①________‎ ‎②________‎ ‎③________‎ ‎[答案] ①硬度大　②导电性　③具有吸附性 ‎2．[2题(2)(4)变式]根据“性质决定用途，用途体现性质”，请回答下列问题：‎ ‎(1)焦炭可冶炼生铁，体现了焦炭的________性。‎ ‎(2)石墨可作电极，是利用了石墨的________性。‎ ‎[答案] (1)还原　(2)导电 ‎3．[2题(4)(5)变式] 在一定条件下，下列物质中不能与单质碳发生化学反应的是(　　)‎ A．CO　　　　　B．CO‎2　‎　　　　C．O2　　　　　D．CuO ‎[答案] A ‎4．[3题变式] 下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图，下列说法正确的是(　　)‎ A．这三种物质都很软，可作润滑剂 B．这三种物质碳原子的排列方式相同 C．这三种物质完全燃烧后的产物都是CO2‎ D．这三种物质的结构中都是每个碳原子连接3个碳原子 ‎[答案] C ‎5．[4题变式] 2014年邵阳市中考实行网上阅卷，考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡。2B铅笔芯的主要成分是(　　)‎ A．木炭　　　　　B．石墨　　　　　C．焦炭　　　　　D．铅 ‎[答案] B ‎6．[5题变式] 在书写具有保存价值的档案时，最好使用(　　)‎ A．铅笔 B．纯蓝墨水笔 C．碳素墨水笔 D．圆珠笔 ‎[答案] C ‎7．[6题变式] 如右图，向盛有NO2气体(红棕色)的集气瓶内投入若干小木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到的现象是____________________________________________，原因是____________________________________________________________________________________。‎ ‎[答案] 集气瓶内红棕色的气体逐渐变浅，‎ 7‎ 甚至消失；漏斗内的液面上升　木炭具有吸附性，将有色气体(NO2)吸附到木炭表面，所以瓶内气体颜色变浅，甚至消失；外界大气压大于集气瓶内气体压强，使漏斗内液面上升 ‎ 素材六　教材参考答案 ‎ ‎[教材P107实验6－1·参考答案]‎ ‎ 现象 液体颜色由红色逐渐变浅，最终褪为无色 分析 木炭具有吸附性，吸附了水中的色素。色素减少，水的颜色变浅直至无色 ‎　　[教材P108讨论·参考答案] ‎ ‎[教材P110实验6－2·参考答案]‎ 现象 开始加热时，导管口有无色气泡逸出；过一会儿，黑色粉末变为红色且澄清石灰水变浑浊 分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊 ‎　　[教材P112课外实验·参考答案]‎ ‎1．灯泡发光，此实验说明石墨具有导电性。‎ ‎2．蜡烛的成分中含有碳元素，用冷的碟子放在蜡烛火焰上方，会造成火焰附近空气中的氧气含量降低，且不易得到补充，碳元素因不完全燃烧而生成炭黑。用冷碟子可以给新制得的炭黑降温，防止其因温度过高而继续燃烧。这个实验说明，在氧气不足的条件下可以用含碳元素的物质制得炭黑。‎ ‎[教材P112练习与应用·参考答案] ‎ ‎1．碳 ‎2．(1)作钻头等　(2)作电极　(3)作冰箱除臭剂或防毒面具　(4)冶炼金属 ‎(5)制墨　(6)取暖 ‎3．D　　4.铅笔芯的主要成分石墨很软且为深灰色。‎ ‎5．碳素墨水中含有的碳元素在常温下化学性质稳定。‎ ‎6．木炭具有疏松多孔的结构，可以吸附二氧化氮，因此集气瓶中的红棕色会消失。‎ ‎7．C＋2CuO2Cu＋CO2↑‎ 解：设要使‎80 g CuO完全还原，至少需要碳的质量为x。‎ C＋2CuO2Cu＋CO2↑‎ ‎12　160‎ x　 ‎‎80 g 7‎ ＝　 x＝‎‎6 g 答：需要碳的质量至少是‎6 g。‎ 素材七　化学与生活 ‎ ‎ 石墨炸弹 这种炸弹在‎500米高空爆炸，其有效范围可以达到1~3平方千米。每枚炸弹中有50个像汽水罐大小的小盒子，起到绝缘的作用，每个小盒子中有一个小降落伞，在电网的上空如同飞舞的雪花。当它们碰到电线时，小盒子就会爆炸，爆炸后果是石墨的高级碳纤维就会迸出，落到电线上切断供电。‎ ‎ “炸”出来的金刚石 ‎1989年9月22日‎，《日本工业新闻》报道了一条用炸药和碳粉炸出金刚石的消息，引起了许多人的兴趣，认为这种方法很新鲜。用爆炸法生产金刚石是日本工业技术院化学研究所发明的。因为在炸药爆炸的瞬间，可以产生40万个大气压的超高压和‎5000℃‎的超高温。按以往用石墨在‎2000℃‎加2万个大气压就能“压”出金刚石的情况，爆炸时产生的超高压和超高温条件应该说完全可以“压”出金刚石。科研人员把装有炸药和碳粉的钢制敞口容器，沉入到一个直径‎8米、深约‎5米的混凝土制成的水槽内。这样在爆炸时，其中的碳粉就基本上处于缺氧的条件下(深水中当然也有少量的氧，但微不足道)，不会使碳燃烧成二氧化碳或一氧化碳。操作员一按电钮，只听水槽内轰的一声闷响，爆炸就算完成了。然后，将容器里的水取出来静置，让炸出的金刚石自然沉淀。‎ 金刚石在工业上的用途很大，可以做研磨剂和切削工具的涂层等，因此用爆炸方法生产金刚石粉的技术受到许多国家的重视。‎ 素材八　 能力培优 ‎ ‎ ‎【培优训练题】‎ ‎1．（黑龙江初赛）化学上把同种元素组成的不同单质互称为同素导形体,例如白磷和红磷,下列各组物质互为同素异形体的是（ ）‎ A．CO和CO2 B．金刚石和石墨 C．冰和干冰 D．液氧和氧气 ‎2．（全国复赛）一定量的木炭在盛有氮气和氧气混合气体的密闭容器中燃烧后生成CO和CO2，且测得反应后所得CO、CO2、N2的混合气体中碳元素的质量分数为24％，则其中氮气的质量分数可能为（ ）‎ A．10％ B．30％ C．50％ D．70％‎ ‎3．（全国复赛）某同学为了探究木炭还原氧化铜所生成的气体产物是什么，提出了以下猜想：a.可能是二氧化碳；b.可能是一氧化碳。并设计如下图所示装置进行实验，预期的实验现象及结论如下：‎ ‎① 若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳；‎ ‎② 若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。‎ 请你回答：‎ 7‎ ‎（1）该同学的猜想是否严谨？若不严谨，请作补充。‎ ‎ 。‎ ‎（2）请你对该实验装置予以评价。 。‎ ‎【情景创新题】‎ ‎4．（原创题）《日本工业新闻》报道了一条用炸药和碳粉炸出金刚石的消息，引起了许多人的兴趣，认为这种方法很新鲜。用爆炸法生产金刚石是日本工业技术院化学研究所发明的。因为在炸药爆炸的瞬间，可以产生40万个大气压的超高压和‎5000℃‎的超高温。按以往用石墨在‎2000℃‎加2万个大气压就能“压”出金刚石的情况，爆炸时产生的超高压和超高温条件应该说完全可以“压”出金刚石。科研人员把装有炸药和碳粉的钢制敞口容器，沉入到一个直径‎8 m、深约‎5 m的混凝土制成的水槽内。这样在爆炸时，其中的碳粉就基本上处于缺氧的条件下（深水中当然也有少量的氧，但微不足道），不会使碳燃烧成二氧化碳或一氧化碳。操作员一按电钮，只听水槽内轰的一声闷响，爆炸就算完成了。然后，将容器里的水取出来静置，让炸出的金刚石自然沉淀。请同学们结合上述材料回答下列有关问题：‎ ‎（1）下列叙述不属于金刚石用途的是 。‎ A．用来裁玻璃 B．琢磨成璀璨夺目的钻石 ‎ C．润滑剂 D．用作钻探机钻头 ‎（2）日本科研人员用来制金刚石的原料是 （填“碳粉”或“石墨”），所发生的变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。‎ ‎（3）我们知道单质碳在高温下极易与氧气反应生成CO2或CO，不可能制出金刚石，请根据上述资料说说科研人员是怎样克服这一问题的。 。‎ ‎（4）中国科学技术大学化学家在‎440℃‎和高压下，利用金属钠与二氧化碳作用得到了金刚石和碳酸钠，且金刚石的颗粒有望达到宝石级大小，它将给天然金刚石开采业带来极大挑战。请写出这一反应化学方程式 。‎ 参考答案 ‎1．B 解析：CO和CO2虽然组成元素相同，但它们不是单质；冰和干冰组成元素不同，且均是化合物，不是单质；液氧和氧气虽然是同种元素组成单质，但它们是同一种物质，只是状态不同而已。‎ ‎2．B 解析：假设混合气体是CO2和N2，则说明24%的碳元素均来自CO2，求得混合气体中二氧化碳的质量分数为：24% ÷ ×100%=88%，推知氮气的质量分数为12%；假设混合气体是CO和N2，则说明24%的碳元素均来自CO，求得混合气体中二氧化碳的质量分数为：24%÷×100%=56%，推知氮气的质量分数为44%。因混合气体是CO、CO2、N2三种物质组成的，故混合气体中氮气质量分数应该在12% ~ 44%之间。‎ ‎3．（1）不严谨 还可能是二氧化碳和一氧化碳的混合气体 ‎ ‎（2）该装置的缺陷是：若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染 解析：‎ 7‎ 本题对生成气体只作出两种猜想，遗漏了生成气体还可能是一氧化碳和二氧化碳混合气这一猜想，导致题给装置无法验证CO存在，再有从环保角度思考，该装置对反应产生的有毒的CO气体，没有作燃烧处理，会对环境造成影响。‎ ‎4．（1）C （2）碳粉 化学 （3）使碳粉在缺氧条件下合成金刚石 ‎ ‎（4）4Na+3CO2 C（金刚石）+2Na2CO3 ‎ 解析：金刚石最大用途体现在它的硬度大，可用作钻探机钻头和裁玻璃，又因其璀璨夺目常温下性质稳定常用作装饰品钻石；根据资料可知日本科研人员用来制金刚石的原料是碳粉，因碳粉和金刚石的结构（既碳原子排列方式）不同，它们属于两种不同碳单质，因此用碳粉制造金刚石变化属于化学变化。问题（3）科研人员是在缺氧条件将碳粉“炸”成金刚石的，因没有氧气，碳粉无法变成CO或CO2。问题（4）该反应的反应物是钠和二氧化碳，生成物是金刚石（碳）和碳酸钠，并根据化学方程式书写步骤完成书写和配平。‎ 7‎