人教版九年级化学上册
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性（第一课时） 导学案
【学习目标】
1. 知道金刚石、石墨等碳单质的一些重要物理性质及其在生活中的用途；
2. 了解金刚石、石墨和C60物理性质存在明显差异的原因，初步建立结构、性质与用途之间的关系。
3. 知道同一种元素也可以组成不同的物质，形成认识物质的多样性的视角。
4. 了解碳单质的多样性，体会物质组成的神奇和人类对物质组成与结构的探索是不断发展的。
【学习重点】
碳单质的结构、性质与用途之间的关系。
【学习难点】
石墨和金刚石物理性质上差异大是微粒空间排布不同造成的。
【知识回顾】
1. 单质的定义：____________________________________
2. 说出下列物质的元素组成并对物质类别进行分类。
O2 H2 H2O CO2
O3 P H2O2 CO
3. 碳元素可以组成不同的物质吗？属于物质类别中的哪一类？
金刚石
物理性质 用 途
金刚石 ______色透明、_________形状的固体 做_________
硬度______（自然界存在的______的物质） ①用来______、切割大理石、加工坚硬的金属； ②装在钻探机钻头上钻凿坚硬的岩层等。
【思考】性质和用途之间是什么关系？
石墨
物理性质 用途
石墨 外观 ______色不透明______状固体，有金属光泽 铅笔芯
硬度 质_________
导电性 _________
手感 _________
【思考】1.金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质差别却很大？
2.结构和性质之间是什么关系？
3.石墨转化为金刚石是属于什么变化？
无定形碳
在日常生活中，还有一些物质如__________________________________等的主要成分也是碳的单质，由 的微小晶体和少量杂质构成，而它们的结构与 类似。
【实验】木炭吸附色素
实验现象
实验结论
【思考】吸附性质由谁决定？
活性炭、木炭都具有 的结构，表面积很大，具有较强的 性，能吸附水中的色素。
四、C60
C60分子结构
1.C60是一种___________；
2.每个C60的分子是由______________________构成；
3.分子结构形似足球，非常____________；
4.C60独特的结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于___________、催化、材料、医学和生物学等领域。
【课堂总结】
课时作业
【基础题】
下列物质中，硬度最大的是
A. C60 B. 活性炭 C. 石墨 D. 金刚石
下列物质的性质与用途具有对应关系的是
A．金刚石无色透明，可用于划玻璃 B．石墨有导电性，可用于生产铅笔芯
C．活性炭有吸附性，可用于净水 D．碳酸钙难溶于水，可用作补钙剂
3. 下列有关金刚石、石墨、足球烯说法正确的是
A．它们都是由原子直接构成的
B．构成它们的原子的种类和大小都不同
C．构成它们的原子种类相同，但原子的排列方式不同
D．只有石墨和足球烯能在氧气中燃烧，金刚石不能燃烧
4. 石墨烯是一种非常优良的纳米材料，由碳元素组成，化学性质和石墨相似，还具有超强导电、导热的性能。关于石墨烯的认识错误的是
A．可作散热材料 B．是一种新型化合物
C．常温下化学性质稳定 D．可作新型电池的电极
5. 阅读科普短文并回答下列问题。
C60在常温下为固体，密度为1.68g/cm3，熔点高于280℃，可溶于苯和甲苯等溶剂。C60分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。由于具有这种独特的分子结构，C60在气体储存、新型催化剂和超导材料的研制，以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，C60与K等金属反应生成的化合物是超导体。
(1)下列叙述中，属于C60的物理性质的是 (填字母)。
a.可溶于苯和甲苯 b.密度为1.68 g/cm3
c.熔点高于280℃ d.C60可与K等金属反应
(2)请举例说明C60可能的应用：
【创新题】
在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列，高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是
A．稳定性 B．滑腻感 C．还原性 D．导电性
7. 氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似。下列说法错误的是
A．氮化硼由分子构成
B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼属于化合物
D．氮化硼可用于切割玻璃
8. 阅读下列短文，回答问题：
石墨、石墨烯、碳纳米管都是碳单质。1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有非同寻常的导电性，强度能超出钢铁数十倍，有极好的透光性。石墨烯将成为硅的替代品，用来生产超级计算机和新能源电池。
（1）石墨烯可用于制作新能源电池，利用石墨烯的______性。
（2）石墨、石墨烯、碳纳米管物理性质差异较大，原因是__________________。
（3）由碳元素组成的单质还有______（写一种）。
（4）下列说法正确的是______（填字母）。
A．石墨烯与硅的性质完全相同
B．石墨烯在常温下化学性质稳定
C．1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯，说明碳原子很小
【答案】
1.D 2.C 3.C 4.B 5.abc；制造超导体 6.C 7.A 8.导电 碳原子的排列方式不同 金刚石或C60（写一种即可） BC人教版九年级化学上册
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性（第一课时） 教学设计
一、课标分析
《义务教育化学课程标准（2022年版）》在学习主题二《物质的性质与应用》的内容要求中指出：认识物质是多样性的，知道物质具有独特的物理性质和化学性质，同类物质在性质上具有一定的相似性，知道物质的性质决定用途（2.1物质的多样性）；知道可以从物质的存在、组成、变化和用途等视角认识物质的性质（2.3认识物质性质的思路与方法）。此外在本学习主题的学业要求5中还指出：能基于物质的性质和用途，从辩证的角度，初步分析和评价物质的实际应用。
本节选自人教版初中化学九年级上册第六单元《碳和碳的氧化物》的课题一《碳单质的多样性》，旨在以金刚石、石墨等碳的同素异形体为载体，通过对性质的研究学习，达成从多角度认识物质并建立结构、性质和用途之间关系的核心素养的培养。
二、教学目标
1．通过实验探究认识金刚石和石墨的物理性质，初步形成性质决定用途的意识。
2. 通过模型知道金刚石和石墨物理性质存在明显差异的原因，初步形成结构决定性质的意识。
3. 基于多种碳单质的学习，知道同一种元素也可以组成不同的物质，形成认识物质的多样性的视角。
4. 通过了解C60、石墨烯等其他碳单质，体会物质组成的神奇，了解人类对物质组成与结构的探索是不断发展的。
三、学习重难点
重点：金刚石、石墨的元素组成和微粒构成；金刚石和石墨的主要物理性质及用途；结构、性质与用途之间的关系。
难点：碳的不同单质在物理性质上差异是微粒空间排布的不同造成的。
四、教法与学法
教法：探究法、实验法
学法：合作讨论、自主学习
教学准备
课件
教学用品：小刀、玻璃刀、玻璃片、铅笔、金刚石球棍模型、石墨球棍模型、C60球棍模型、锥形瓶、吸管、红墨水、水、木炭
教学过程
【创设情境】元素组成丰富多彩的物质世界
【提出问题】不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素可以组成不同的物质吗？
【讲解】以氧元素为例介绍氧气和臭氧。
【提出问题】1.碳元素可以组成哪些不同的物质呢？
2.由碳元素组成的不同物质属于物质类别中的哪一类？
【小组活动】1.分别用小刀和玻璃刀刻画玻璃，感受金刚石的硬度。
2.阅读教材，总结金刚石的物理性质和用途，填写表格。
【学生汇报】金刚石的主要物理性质及用途。
【提出问题】用途和性质之间是什么关系？
【学生活动】总结性质与用途之间的关系：性质决定用途，用途体现性质。
【过渡】你知道铅笔芯的主要成分是什么吗？它又有什么性质呢？
【小组活动】1.用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度。
2.触摸铅笔芯粉末，仔细体会手感。
3.阅读教材，总结石墨的物理性质和用途，填写表格。
【学生汇报】石墨的主要物理性质及用途。
【提出问题】金刚石和石墨均由碳元素组成的碳单质，为什么物理性质却有很大差异呢？
【模型展示】从键长、构型、稳定性角度进行讲解。
【总结】是由碳原子的排列方式不同造成的，即结构决定性质，性质体现结构。
【提出问题】金刚石、石墨之间的转化是属于什么变化？
【学生思考】有新物质生成，是化学变化。
【过渡】在日常生活中，还有一些物质如：木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分也是碳的单质，它们由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，而结构与石墨类似。
【提出问题】在前面的学习中我们知道活性炭具有吸附性，那木炭是否也有吸附性？
【教师活动】演示木炭吸附实验。
【学生活动】观察现象并得出结论，木炭具有吸附性。
【提出问题】吸附的性质由谁决定？
【学生思考】结构决定性质。
【讲解】展示结构图片，介绍疏松多孔结构。
【提出问题】具有吸附性的物质有什么用途？
【交流汇报】除味剂、净水器、防毒面具……
【讲解】介绍焦炭和炭黑的用途。
【过渡】随着科学的发展，一些新的以单质形式存在的碳不断的被人们发现，如C60。
【提出问题】C60是由什么构成的？
【学生回答】分子。
【讲解】C60的性质及其应用领域。
【过渡】另外还有很多的碳单质在科学家的不断探索中被发现，如碳纳米管、石墨烯等，这些材料在我们未来的科技发展中将发挥很大的作用。
【课堂总结】师生互评，总结收获。
【课堂练习】(共25张PPT)
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性
第一课时
元素组成丰富多彩的物质世界
主要含C、H、O
主要含Na、 Ca、Si、O
主要含Ca、C、O
交流讨论：不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素可以组成不同的物质吗？
氧气O2 臭氧O3
O
交流讨论：不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素可以组成不同的物质吗？
C
……
交流讨论：由碳元素组成的不同物质属于物质类别中的哪一类？
碳的单质
金刚石
活动一：
（1）分别用小刀和玻璃刀刻画玻璃，感受金刚石的硬度。
（2）阅读教材，总结金刚石的物理性质和用途，填写表格。
物理性质 用途
碳的单质
金刚石
决定
体现
用途
性质
碳的单质
石
墨
活动二：
（1）用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度。
（2）触摸铅笔芯粉末，仔细体会手感。
（3）阅读教材，总结石墨的物理性质和用途，填写表格。
物理性质 用途
碳的单质
石
墨
决定
体现
用途
性质
交流讨论：金刚石和石墨均由碳元素组成的碳单质，为什么物理性质却有很大差异呢？
立体网状结构
层状结构
因为碳原子排列方式不同
金刚石
石
墨
决定
体现
性质
结构
物质结构、性质与用途的关系
决定
体现
用途
性质
决定
体现
结构
思考：石墨在一定条件下能够变成金刚石，这属于物理变化还是化学变化？
化学变化
通过改变物质结构实现物质的转化
人造金刚石
木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分是碳单质，结构与石墨类似。
木炭
焦炭
活性炭
炭黑
无定形碳
活动三：
在盛有半瓶水的小锥形瓶里，滴入一滴红墨水，投入几块刚烘烤过的木炭，震荡观察现象，填写表格。
无定形碳
现象
结论
思考：这种性质由谁决定？
活性炭、木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大，具有较强的吸附性，能吸附水中的色素。
显微镜下木炭的结构
无定形碳
决定
体现
性质
结构
防毒面具
冰箱除味剂
环保活性炭包
无定形碳
交流讨论：具有吸附性的物质有哪些用途？
活性炭净水器
决定
体现
用途
性质
无定形碳
焦炭常用于冶炼金属。
炭黑用于制作墨汁，还可加入轮胎中增强其耐磨性；
C60
（1）每个C60分子由60个碳原子构成。
（2）分子结构形似足球。
（3）由于C60独特的结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
碳的单质
碳家族的其他成员
——石墨烯
电动车
用途
决定
体现
导热性
导电性
……
结构
物理性质
厚度3.35×10-10 m
单层碳
决定
体现
碳家族的其他成员
——碳纳米管
高强度材料
用途
决定
体现
柔韧性
结构
物理性质
碳管
决定
体现
课堂小结
性质
决定
体现
结构
决定
体现
用途
金刚石 空间立体网状 硬度大、熔点高 玻璃刀、钻头
石墨 层状 软，有滑腻感，导电 干电池、铅笔
木炭活性炭 疏松多孔 吸附性 净水器、吸附剂
C60
石墨烯
碳纳米管
……
课堂练习
1.将下列物质与其物理性质及用途连线。
金刚石 质软、深灰色 用作冰箱除臭剂
有吸附性 作电极
石墨 硬度大 用作装饰品
导电性良好 镶嵌在玻璃刀头裁玻璃
活性炭 打磨后璀璨夺目 制铅笔芯
物理性质
用 途
物 质
课堂练习
2.金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如图，下列说法正确的是 （ ）
A. 构成金刚石和石墨的原子大小不同
B. 金刚石和石墨中原子排列方式相同
C. 1g金刚石和1g石墨所含原子数相同
D. 金刚石和石墨在氧气中都不能燃烧
C
课堂练习
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
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
BD
D
课堂练习
5. 如图依次是 C60、石墨、金刚石、碳纳米管的结构示意图，下列说法不正确的是 （ ）
A. C60的分子结构和足球相类似，分子很稳定
B. 金刚石是天然存在最硬的物质
C. 这四种物质都能与氧气反应生成CO2
D. 这四种物质碳原子的排列方式相同
D
