课题1 碳单质的多样性（第1课时）导学案(含答案) 2024-2025学年人教版九年级化学上册

课题1 碳单质的多样性
第1课时 碳的单质
一、学习目标
1.知道不同种元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同的物质，感受物质的多样性。
2.了解金刚石和石墨在结构上的差异性，了解它们的物理性质和主要用途，初步形成“性质决定用途”的化学观念。
3.了解碳单质的研究进展，感受科学发展是无止境的。
二、学习重难点
重点：1.物质的性质和用途之间的关系。
2.金刚石与石墨物理性质存在明显差异的原因。
难点：物质的多样性。
三、学习过程
【课前预习】
1.知识回顾：纯净物按其元素组成特点可以分为单质和化合物，简述单质和化合物的概念，并思考：只含一种元素的物质一定是单质吗？请举例说明。
2.查阅资料：物质是由元素组成的，其中碳元素是组成物质种类最多的元素，分别列举三种由碳元素组成的单质和含碳元素的物质。
【课堂探究】
任务一：阅读教材P128“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
无色透明、折光性好
天然存在的最硬物质
透光性好、硬度大
导热性好
任务二：动手活动
（1）用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度，小刀能否将铅笔芯容易地刮下来？
（2）触摸铅笔芯粉末，仔细体会手感，铅笔芯是由滑腻感的还是有较大的摩擦力？
（3）用铅笔在白纸上划，观察颜色。
任务三：阅读教材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
质软
有滑腻感
熔点高、良好的导电性
任务四：交流讨论
（1）结合教材以及金刚石和石墨的微观结构分析，金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢？
（2）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？
任务五：阅读教材P130，并结合实验探究，说明活性炭和木炭具有较强吸附性的原因。并举例说明活性炭的用途。
任务六：阅读教材P131“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。
【课堂检测】
1.如图是金刚石、石墨的结构示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．它们的化学式都可以用“C”表示 B．石墨转化成金刚石是物理变化
C．金刚石与石墨的原子排列方式不同 D．石墨很软，有滑腻感
2.阅读下列材料，完成下面小题。
金刚石、石墨、石墨烯和C60都是由碳元素组成的物质；石墨烯是由一层碳原子构成的晶体，其与碳纳米管可制备出一种世界上最轻的材料——“碳海绵”；C60常温下为固体，在催化、医学等领域具有广泛应用。
（1）下列关于石墨和金刚石的说法不正确的是（ ）
A．它们均由碳原子构成 B．它们的组成和性质相同
C．都能在氧气中燃烧 D．它们碳原子的排列方式不同
（2）下列关于石墨烯和C60的说法不正确的是（ ）
A．C60是一种新型的化合物 B．石墨烯的透光率可能较好
C．每个C60分子由60个碳原子构成 D．“碳海绵”可能应用于航天领域
3.科普短文题：阅读下面科技短文，回答问题。
石墨和金刚石一样，是碳元素的一种存在形式。金刚石是自然界中最坚硬的物质，石墨则是最软的矿物之一，常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的，它只由一层碳原子在平面上构成。可以说，石墨烯的特点之一就是薄，堪称目前世界上最薄的材料，厚的石墨大约包含300万层石墨烯。同时，它又能导电，电子在石墨烯中的运动速度达1000千米/秒，是光速的。目前世界上最薄、最轻的全新材料石墨烯，其硬度比最硬的钢铁还要强100倍。
(1)石墨烯作为一种新材料，它 （选填“是”或“不是”）优良的导体。
(2)金刚石的物理性质 （一条即可）。石墨用于制作电池是利用其 性。
(3)金刚石、石墨和石墨烯都是由碳元素组成的碳单质，下列关于三种碳单质的叙述不正确的是__________（填字母）。
A．金刚石、石墨和石墨烯都是黑色固体
B．金刚石做钻石是因为它具有特殊的光学性质
C．将石墨剥离制成石墨烯发生了物理变化
D．石墨很软，但剥离出来的石墨烯很硬
(4)金刚石和石墨的物理性质差异大的原因是 。
答案和解析
一、学习目标
1.知道不同种元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同的物质，感受物质的多样性。
2.了解金刚石和石墨在结构上的差异性，了解它们的物理性质和主要用途，初步形成“性质决定用途”的化学观念。
3.了解碳单质的研究进展，感受科学发展是无止境的。
二、学习重难点
重点：1.物质的性质和用途之间的关系。
2.金刚石与石墨物理性质存在明显差异的原因。
难点：物质的多样性。
三、学习过程
【课前预习】
1.知识回顾：纯净物按其元素组成特点可以分为单质和化合物，简述单质和化合物的概念，并思考：只含一种元素的物质一定是单质吗？请举例说明。
【答案】单质：由一种元素组成纯净物；化合物：由两种或两种以上元素组成的纯净物。
只含一种元素的物质不一定是单质，如O2和O3组成的物质中只含氧元素，此物质属于混合物。
2.查阅资料：物质是由元素组成的，其中碳元素是组成物质种类最多的元素，分别列举三种由碳元素组成的单质和含碳元素的物质。
【答案】由碳元素组成的单质：金刚石、石墨、C60、石墨烯、碳纳米管等；含碳元素的物质：C、CO2、CO 、CaCO3等。
【课堂探究】
任务一：阅读教材P128“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
无色透明、折光性好
天然存在的最硬物质
透光性好、硬度大
导热性好
【答案】
物理性质 用途
无色透明、折光性好 装饰品——钻石
天然存在的最硬物质 钻头、裁玻璃等
透光性好、硬度大 透镜等光学仪器的涂层
导热性好 集成电路基板散热
任务二：动手活动
（1）用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度，小刀能否将铅笔芯容易地刮下来？
（2）触摸铅笔芯粉末，仔细体会手感，铅笔芯是由滑腻感的还是有较大的摩擦力？
（3）用铅笔在白纸上划，观察颜色。
【答案】小刀能将铅笔芯很容易地刮下来；触摸铅笔芯粉末，能感觉到滑腻感；用铅笔在纸上画，也能感觉到铅笔的顺滑感，颜色为灰黑色。
任务三：阅读教材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
质软
有滑腻感
熔点高、良好的导电性
【答案】
物理性质 用途
质软 制铅笔芯、作润滑剂
有滑腻感
熔点高、良好的导电性 电极材料
任务四：交流讨论
（1）结合教材以及金刚石和石墨的微观结构分析，金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢？
（2）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？
【答案】（1）金刚石和石墨中碳原子排列方式不同。（2）化学变化。
任务五：阅读教材P130，并结合实验探究，说明活性炭和木炭具有较强吸附性的原因。并举例说明活性炭的用途。
【答案】原因：活性炭和木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大。活性炭的用途：净水、冰箱除臭等。
任务六：阅读教材P131“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。
【答案】C60（又称碳60），每个C60分子是由60个碳原子构成的，因形似足球又称足球烯，分子结构稳定。C60的独特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。
【课堂检测】
1.如图是金刚石、石墨的结构示意图，下列说法不正确的是（ ）
A．它们的化学式都可以用“C”表示 B．石墨转化成金刚石是物理变化
C．金刚石与石墨的原子排列方式不同 D．石墨很软，有滑腻感
【答案】B
【解析】A、金刚石和石墨都为碳单质，化学式为C，该选项说法正确；
B、石墨和金刚石为不同的物质，则石墨转化成金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化，该选项说法不正确；
C、金刚石中碳原子排列成立体结构，石墨中碳原子排列成平面层状结构，则它们的原子排列方式不同，该选项说法正确；
D、石墨很软，有滑腻感，该选项说法正确。
故选B。
2.阅读下列材料，完成下面小题。
金刚石、石墨、石墨烯和C60都是由碳元素组成的物质；石墨烯是由一层碳原子构成的晶体，其与碳纳米管可制备出一种世界上最轻的材料——“碳海绵”；C60常温下为固体，在催化、医学等领域具有广泛应用。
（1）下列关于石墨和金刚石的说法不正确的是（ ）
A．它们均由碳原子构成 B．它们的组成和性质相同
C．都能在氧气中燃烧 D．它们碳原子的排列方式不同
（2）下列关于石墨烯和C60的说法不正确的是（ ）
A．C60是一种新型的化合物 B．石墨烯的透光率可能较好
C．每个C60分子由60个碳原子构成 D．“碳海绵”可能应用于航天领域
【答案】（1）B （2）A
【解析】（1）A、金刚石和石墨均是由碳原子构成，不符合题意；
B、金刚石和石墨均是由碳原子构成，化学性质相同，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，符合题意；
C、金刚石和石墨均是碳单质，均能在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，不符合题意；
D、金刚石和石墨均是由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，不符合题意。
故选B；
（2）A、C60是由碳元素组成的纯净物，属于单质，符合题意；
B、石墨烯是由一层碳原子构成的晶体，故石墨烯的透光率可能较好，不符合题意；
C、由化学式可知，每个C60分子由60个碳原子构成，不符合题意；
D、“碳海绵”是一种世界上最轻的材料，可能应用于航天领域，不符合题意。
故选A。
3.科普短文题：阅读下面科技短文，回答问题。
石墨和金刚石一样，是碳元素的一种存在形式。金刚石是自然界中最坚硬的物质，石墨则是最软的矿物之一，常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的，它只由一层碳原子在平面上构成。可以说，石墨烯的特点之一就是薄，堪称目前世界上最薄的材料，厚的石墨大约包含300万层石墨烯。同时，它又能导电，电子在石墨烯中的运动速度达1000千米/秒，是光速的。目前世界上最薄、最轻的全新材料石墨烯，其硬度比最硬的钢铁还要强100倍。
(1)石墨烯作为一种新材料，它 （选填“是”或“不是”）优良的导体。
(2)金刚石的物理性质 （一条即可）。石墨用于制作电池是利用其 性。
(3)金刚石、石墨和石墨烯都是由碳元素组成的碳单质，下列关于三种碳单质的叙述不正确的是__________（填字母）。
A．金刚石、石墨和石墨烯都是黑色固体
B．金刚石做钻石是因为它具有特殊的光学性质
C．将石墨剥离制成石墨烯发生了物理变化
D．石墨很软，但剥离出来的石墨烯很硬
(4)金刚石和石墨的物理性质差异大的原因是 。
【答案】(1)是
(2)高硬度（答案合理即可） 导电
(3)AC
(4)碳原子的排列方式不同
【解析】（1）石墨烯作为一种新材料，它是优良的导体，故填：是。
（2） 金刚石的物理性质包括其高硬度、高熔点、高密度、良好的导热性和光学性质。
石墨可用于制作电池，因为石墨具有较好的导电性。
（3）A、纯净的金刚石是无色透明的，说法错误；
B、金刚石是无色透明的晶体，做钻石是具有特殊的光学性质，说法正确；
C、石墨和石墨烯是由同种元素组成的不同单质，所以将石墨剥离制成石墨烯，有新物质生成，发生了化学变化，说法错误；
D、根据材料可知，石墨很软，但剥离出来的石墨烯很硬，说法正确。
故选AC。
（4）金刚石和石墨虽然都是由碳元素组成的，但它们的物理性质差异主要是由于碳原子的排列方式不同所导致的。