课题 1 金刚石、石墨与C60（课件69页）

(共68张PPT)
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1:金刚石、石墨和 C60
学习目标
1. 熟悉碳的主要单质。
2.了解金刚石、石墨、 C60的结构。
学习定位
由同种元素组成的纯净物叫做什么
---单质
同种元素可以组成不同的单质吗
---可以!
例如:
氧元素组成氧气O2和臭氧O3,
磷元素组成红磷P和白磷P.
指由同样的单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质。
同素异形体:
金刚石( C )
石墨( C )
金刚石、石墨、 C60都是由碳元素组成的单质
C60(足球烯)
碳元素也可以组成不同的单质!
南非之星
(Starof South Africa)
钻石恒久远
一颗永流传
一、碳单质的种类
1、金刚石（C）
世界最大的宝石金刚石:库利南
金刚石的碳原子在空间构成连续的，坚固的骨架的结构，所以坚硬。
纯净的金刚石是一种无色透明的、正八面体形状的固体，经过仔细的琢磨就会成为璀璨夺目的装饰品——钻石
天然金刚石
含有杂质的金刚石带有颜色
钻石装饰品
打磨后金刚石
金刚石的性质与用途
坚硬是金刚石最重要的性质。利用这个性质，可用金刚石划玻璃。
金刚石可用于切割大理石或加工坚硬的金属等。
金刚石是天然最硬的物质
玻璃刀
钻头
金刚石 物理性质 用途 结构
①无色透明、正八面体形状的固体。
②自然界中存在的最硬物质。
①经仔细琢磨后，成为装饰品——钻石。
②划玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，装在钻探机的钻头钻凿坚硬的岩层。
金刚石(C)
小结
2、石墨（C）
石墨的碳原子呈平面层状结构,层与层之间作用力小，所以质软，有滑感。
石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨质软，有滑腻感，可作润滑剂。
石墨是最软的矿物之一
石墨的性质与用途
用石墨做电极
石墨还具有优良的导电性能
在纸上画过能留下深灰色的痕迹。
铅笔芯是石墨和粘土粉末混合而成的。
硬 Hard
黑 Black
铅笔芯颜色依次加深
硬度依次减少
石墨含量依次增加
铅笔芯不含铅，
主要成分是 石墨 和 黏土。
小知识：
石墨耐高温，可以制成坩埚来熔炼金属。
石墨炸弹是美国制造的一种可使供电系统短路而导致瘫痪的新式炸弹。石墨炸弹实际上是集束炸弹的变种，它在目标上空爆炸，释放出无数“易拉罐”大小的小炸弹，这些内装碳纤维的小炸弹随即在更大的区域爆炸，形成大范围的碳纤维云，这些碳纤维可使供电系统短路而瘫痪。
开眼了！
如果有一把长期不用而生锈的铁锁，怎样可以轻易打开？
可以把铅笔芯的粉末放到锁孔里，因为铅笔芯的成分中有石墨，石墨具有润滑性，可以做润滑剂。
石墨 物理性质 用途 结构
石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨很软，有滑腻感，是电的良导体。
①用石墨和粘土混合制作铅笔芯。
②做电极。
③石墨耐高温，可以制成坩埚来熔炼金属。
4.润滑剂
石墨(C)
小结
色态
硬度
熔点
导电性
用途
金刚石（ C ）
石墨（ C ）
无色透明、正八面形状的固体
深灰色、有金属色泽，细鳞片状固体
自然界存在的最硬的物质(质坚硬)
最软的矿物之一、滑、在纸上可留下痕迹
很高
高、耐高温
不导电
导电
钻石、刻划玻璃、切割大理石
润滑剂、铅笔芯、作电极
小结
金刚石和石墨都是由C元素组成的，为什么物理性质会相差这么远呢？
物质的结构
物质的性质
物质的用途
决定
决定
反映
反映
碳原子排列方式不同
正八面体
平面网状结构
交流讨论
将石墨转化成金刚石，虽然其元素没有变化，但其内部原子结构发生了改变，因此这一转变过程中产生了新的物质，是化学变化
1.石墨在5-6万大气压（（5-6）×10 MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石，是物理变化还是化学变化，理由？
3
　2.怎样证明纯净的金刚石和石墨都是由碳元素组成的？
答：高温下将纯净的金刚石和石墨燃烧，得到的唯一产物都是CO2。证明纯净的金刚石和石墨都是由碳元素组成的。
3、无定形 碳（C)
活性 炭
炭 黑
焦 炭
无定形碳包括：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。它们主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。
木 炭
“炭”：指由碳元素组成的具体物质。
如：木炭
“碳”：指物质中的元素。如：二氧化碳
指二氧化碳中含有的碳元素
知识点拨
①、木炭、活性炭
木炭：是一种灰黑色的多孔性固体，燃烧时，产生很少的烟，火焰很小。
活性炭:是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳，也有排列规整的晶体碳。
木炭转化成活性炭
可以用木炭工业化生产活性炭，但是成本比较高，和煤比没有价格优势，但是如果用于家居产品，反而需要用木炭类材质生产活性炭，而且是用高温蒸汽来活化碳。高温加热木炭，红热的时候通入水蒸气，使木炭形成大量开放气孔，形成具有吸附能力的活性炭。
显微镜下看到的木炭、活性炭的结构如图所示：
疏松多孔结构
因而具有吸附能力，且活性炭的吸附能力比木炭强。
：木炭（或活性炭）的吸附性
实验步骤 实验现象 结论
在盛有品红溶液的烧杯中加入少量木炭（或活性炭），搅拌后，过滤 木炭（或活性炭）有
能力，此变化
属于 变化。
吸附
物理
红色褪去，溶液变成无色
活动与探究
如何用实验证明：活性炭的吸附性比木炭强？
活性炭冰箱去味剂
食品脱色
活性炭防毒面具
活性炭
防毒面具
滤毒罐
辅助
材料
活性炭的吸附作用比木炭还要强，防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的，
如下图所示，中盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块活性炭，最终观察到红棕色 (填“变深”或“消失”或“不变”)，漏斗中液面 (填“上升”或“下降”或“不变”)。其原因为：活性炭具有 作用，使瓶中气体压强 外界大气压。
消失
上升
吸附
小于
中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候，人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰，用来调制墨和黑色颜料 。
②、炭黑
轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大, 按炭黑性能区分有:
收集炭黑
色素用炭黑、橡胶用炭黑、导电炭黑
③、焦炭
烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。
物性：呈银灰色，具金属光泽，质硬而多孔。
用途：主要用于冶炼钢铁或其他金属，亦可用作制造水煤气、气化和化学工业等的原料
几种无定形碳的比较
颜色、状态 制法 用途
木炭
活性炭
焦炭
炭黑
小结
灰黑色的多孔性固体
木材隔绝空气加强热
作燃料、冶炼金属、制活性炭、有吸附作用
灰黑色多孔颗粒状固体
冶炼金属
木炭在高温下用水蒸气处理
净化多种气体和液体、做防毒面具
制油墨、油漆、鞋油、颜料等，橡胶制品的填料
烟煤隔绝空气加强热
浅灰色多孔性固体
含碳物质不完全燃烧
极细的黑色粉末
4、新的以单质形式存在的碳单质C60
C60
（1）C60是单质，是由C60分子构成
（2）每个C60的分子是由60个碳原子构成。
（3）C60分子的结构形似足球，因此又名足球烯。
C60的平面图
C60的立体图
广泛的应用前景：
可以进行气体储存；制造有感觉功能的传感器；增强金属材料的强度；新型高效催化剂；有特殊的光学特性；对癌细胞具有杀伤效应和清除人体内自由基的功效。
C70
更新的碳单质：
C240
C540
纳米碳管
石墨烯
它们是碳单质，不是化合物。
碳单质的不同结构
金刚石
石墨
碳60
原因是：虽都是由碳元素组成的单质，但碳原子的排列方式不同。
金刚石、石墨和C60分子的物理性质差异较大的原因：
可见：不同种元素可以组成不同物质，而同一种元素也
可以组成不同的物质。
【课堂小结】
物 质 性 质 用 途
碳的单质 纯净物 由______ 构成 金刚石
石 墨
由______ 构成 C60 每个C60的分子是由 个碳原子构成。 无定型碳 混合物 石墨的微小晶体和少量杂质构成的 木 炭 吸附性 较强
活性炭 炭 黑
焦 炭
原子
分子
无色透明、硬度大
质软、导电性、
润滑性
60
活性炭
钻石、刻刀、钻头
铅笔芯、电极、润滑剂
制糖、净水、防毒面具、除异味
墨汁、轮胎
冶炼金属
1、将以下左例和右例有关项目用线连接起来。
石墨 冰箱去味剂、防毒面具
炭黑 导电
金刚石 新型催化剂
C60 制油墨
活性炭 切割坚硬金属
2、填写下列空白
由碳元素所形成的单质主要有
石墨、金刚石、C60 、 活性炭
巩固练习
3.继发现C60后C70也已经制得,下列有关C70
的说法正确的是( )
A. 它是一种化合物
B. 它是一种单质，并且它是有C70分子
构成的。
C. 它是一种混合物
D. 它的相对分子质量是840
B、D
4、下列现象中属于化学变化的是（ ）
A. 活性炭吸附有色、有毒的气体
B. 铅笔把字迹留在纸上
C. 用金刚石切割玻璃
D. 石墨在空气中燃烧
D
钻石恒久远 一颗永流传
中国古字画
郑板桥
请您欣赏
王
羲
之
书
法
炭
黑
制
成
的
墨
清明上河图
张择端
用碳笔画的古画
两幅明清时代祖先的古画(见上图)。
古画高2米，宽1米，用天然碳素粉墨画成，线条勾勒清晰。
距今约有300多年的历史，是当今同类古画保存比较好的两幅.
我国古代一些书法家、画家用墨（用炭黑等制成）书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢？
稳定性
（绘制书画）
碳原子结构：
决定
结论：结构决定性质，性质决定用途。
这是因为在常温下，碳的化学性质不活泼，碳受日光照射或与空气、水分接触，都不容易起变化的缘故。
常温下，最外层是4个电子，很难得失电子。
1、常温下化学性质不活泼（稳定性）
二、碳（单质）的化学性质：
应用1：碳素墨水笔书写档案资料。
应用2：把木制的电线杆在埋入地下前，将其表面烧焦，其目的就是为了让电线杆不易腐烂，可以保存久些。
①、碳与氧气的反应（可燃性）
回忆木炭在氧气中充分燃烧，现象：
发出白光，放出热量， 生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体
化学方程式：
C + O2=== CO2
点燃
木炭在氧气中不充分燃烧时，生成一氧化碳
化学方程式：
2C + O2 === 2CO
点燃
2、点燃、高温下化学性质活泼
（O2充足）
（O2不充足）
燃烧条件 化学方程式 结论1 结论2 启示
在氧气中充分燃烧
燃烧不充分 空
气
中
O2中
O2不
足
条件不同
，燃烧产物也不相同
。
书写方程式一定要注明反应条件，冬天用煤(木炭)取暖一定要注意通风。
用途：
作燃料
碳具有可燃性，氧气的浓度不同，现象不同。
C + O2=== CO2
点燃
2C + O2 === 2CO
点燃
反应装置：固+固加热型
②.碳与某些氧化物的反应（还原性）
实验现象 结论
生成CO2
生成Cu
反应化学方程式：
2CuO + C 2Cu + CO2↑
2.澄清石灰水变浑浊
1.黑色粉末变亮红色
实验6-2：木炭与氧化铜反应
装置：
1.试管为什么要略向下倾斜？
防止冷凝的水流到热的试管底部使试管炸裂；
2.火焰上罩网罩的作用是什么？
最好用酒精喷灯。
集中火焰，提高温度
3.实验结束时，为什么要先从石灰水中取出导气管再熄灭酒精灯？
防止石灰水倒吸入热的试管使试管炸裂。
4.为会么要待试管冷却后再观察试管中物体？
防止热的铜与氧气反应，生成氧化铜（防氧化）。
注意事项：
氧化铜失（提供）氧，具有氧化性，是氧化剂，
碳得（夺取）氧，具有还原性，是还原剂，
还原性：
还原反应：
分析
被还原，发生还原反应。
氧化反应：
物质跟氧发生（物质得到氧）的反应
氧化性：
含氧化合物内的氧失去的反应
能得（夺取）氧的性质
能失（提供）氧的性质
C + 2CuO 2Cu + CO2↑
被氧化，发生氧化反应。
氧化剂：
还原剂：
反应中提供氧的物质
得到氧的物质
提醒：还原反应和
氧化反应都不属于
基本反应类型。
冶炼金属
用途：
2WO3 + 3C 2W＋3CO2
高温
碳可以还原其它金属氧物：
2Fe2O3+ 3C 4Fe + 3CO2 ↑
高温
Fe2O3发生__________反应，有___________性,作________剂
碳发生__________反应有___________性,作________剂
氧化铁失去 变成 ， 得到氧变成 。
氧
Fe
碳
CO2
还原
氧化
氧化
还原
还原
氧化
焦炭炼铁
新鲜动物血清
C与CO2的反应
化学方程式：
C + CO2 2CO
高温
（1）.一种元素可以形成多种单质。
（2）.木炭和活性炭具有吸附性。
（3）.碳的几种单质由于原子的排列方式不同，物理性质有很大的差异，但化学性质没有差异。
（4）.碳的化学性质：稳定性，可燃性，还原性。
①.可燃性
②.还原性：
碳的化学性质
C + O2=== CO2
点燃
2C + O2 === 2CO
点燃
C + 2CuO 2Cu + CO2↑
2WO3 + 3C 2W＋3CO2
高温
2Fe2O3+ 3C 4Fe + 3CO2 ↑
高温
C + CO2 2CO
高温
冶炼金属
用途：
作燃料
1、年底江苏省考古专家对“泗水王陵”进行
保护性挖掘，在考古的过程中发现在棺室外围
的土层中有厚厚的一层一千多年前的木炭，这
表明木炭具有（ 　）
练习
A . 可燃性　　　　　B . 还原性
C . 稳定性　　　　　D . 吸附性
C
2.把8g的 C 和16g的 O2放在密闭容器里，在一定条件下充分反应，最终容器里有（ ）
C
A. CO2
B. CO
C. CO和CO2
D. O2和CO2
3.某小组利用如图装置进行创新实验。实验时，先加热炭粉，
一段时间后将酒精灯移至CuO处加热。下列说法错误的是（ ）A. 酒精灯加网罩是为了提高火焰温度
B. 气球可以收集尾气，防止污染空气
C. 反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
D. 装置中发生反应：
D
C + 2CuO 2Cu + CO2↑
高温
（1）.木炭与氧化铜反应的化学方程式是__________________________。
（2）.木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与CuO粉末混合均匀后使用。这样处理的目的是_____________________________________________。
增大木炭与氧化铜粉末的接触面积，使反应充分
（3）.酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是 ___________________________。
（4）.为了提高成功率，某研究小组设计如图Ⅱ方案进行实验。
使火焰集中，提高酒精灯温度
【装置改进】
　　稳定的高温是本实验成功的关键因素之一，实验装置也会影响加热的效率。图Ⅱ装置将卧式装置改为直立式装置。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部。你认为该设计是否更好？___（填“是”或“否”）；理由是___________________________。
是
有利于集中加热，获得持续高温
【实验研究】
　　分别称取2g木炭与CuO的混合物，按每种比例重复实验3次。实验记录如下表：
由实验数据分析，影响实验的另一因素是
__________________；从产物分析，该反应混合物的最佳比例范围是_________________________________。
比例 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10~1:11 1:12 1:13
加热时间 1′51″ 1′43″ 1′57″ 2′21″ 2′00″ 1′53″ 4′
实验现象 红热，产生大量气泡，石灰水变浑浊 偶尔红热，气泡较少 实验 结果 表层铜珠较大，出现未完全反应的黑色木炭粉末，且木炭含量越高黑色粉末越多 反应较完全，生成亮红色网状铜块 部分生成Cu2O 主要产物是Cu2O
木炭与CuO的混合物比例
木炭与CuO质量比为1:10~1:11