《课题1碳单质的多样性》第1课时教学设计
课题 碳单质的多样性第1课时 单元 第六单元 学科 化学 年级 九年级
教材分析 本节课是在前五单元已初步学习化学实验基本操作和基础理论知识的基础上，从最简单的碳的单质入手，系统的从结构决定性质，性质决定用途等角度仔细的研究碳的单质，对随后学习复杂的碳的氧化物起到承上启下的作用。
核心素养目标 化学观念：掌握金刚石，石墨的物理性质和用途，了解C60的相关信息。 科学思维：通过情景设置、小组讨论及多媒体展示使学生认识物质的结构、性质和用途的关系。 科学探究与实践：通过小组实验探究展示使学生了解木炭，活性炭的吸附性能。 科学态度与责任：通过分组实验探究，提高学生试验操作技能增强团队合作意识，提高化学学习的兴趣。认识碳单质在日常生活和科技发展中的重要性，增强学习化学的兴趣和责任感。
重点 了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途，知道C60分子的结构特点。知道活性炭和木炭的吸附性。
难点 了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途，知道C60分子的结构特点。知道活性炭和木炭的吸附性。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 提问：你知道丰富多彩的物质世界是由什么组成的吗？ 丰富多彩的物质世界是由元素组成的。 不同的元素能组成不同的物质。 提问：由同种元素组成的纯净物叫单质，同种元素可以组成不同的单质吗？ 展示:氧气O2和臭氧O3 这说明同一种元素可以组成不同的物质吗？今天我们一起来认识最常见元素C所组成的不同单质。引入新课。 思考讨论 通过创设情景，激发学生兴趣。明确学习内容。
讲授新课 一、金刚石的物理性质和用途 1.无色透明、折光率很高，具有强色散性。经仔细琢磨后，成为装饰品—钻石。 2.天然存在的最硬的物质，刻划玻璃、切割大理石加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。 3.导热性好，用于集成电路基板散热，提高芯片性能。 4.透光性好，硬度大，用作光学窗口和透镜的涂层。 思考讨论 对比金刚石性质完成表格，加深对金刚石物理性质和用途的理解。
二、石墨的物理性质和用途 物理性质用途深灰色、不透明、细鳞片状固体；质软滑腻制铅笔芯良好的润滑性润滑剂，如打开锈锁良好的导电性电极材料耐高温耐热材料
【讲解】金刚石和石墨的物理性质和用途同样体现了物质的性质很大程度上决定了物质的用途。 【学生活动】（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）用铅笔在白纸上划，观察颜色。 【总结】小刀能将铅笔芯很容易地刮下来，说明石墨质软；触摸铅笔芯粉末，能感觉到滑腻感，说明石墨有良好的润滑性；用铅笔在纸上画，也能感觉到铅笔的顺滑感，颜色为黑色。 【学生活动】观看视频或教师演示实验，观察石墨的导电性。 【总结】通过实验可以看到，接通电源后，灯泡发亮，断开石墨电极后，灯泡不亮，连接上石墨电极后，灯泡重新亮起了。说明石墨具有良好的导电性，所以石墨可以用作电极材料，如电池中会有石墨电极。 【学生活动】交流讨论：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？ 【总结】因为金刚石和石墨中碳原子排列方式不同。金刚石中，每个碳原子都与4个碳原子相连，构成正四面体，以这个骨架无限延伸构成立体网状结构，这种结构很稳定，导致金刚石的硬度非常大。而石墨是层状的结构，每一层内的碳原子以平面正六边形的形式连接并无限延伸，形成了石墨单层。层与层之间有作用力，这种作用力较弱，可以滑动，所以石墨质软，且由滑腻感。 【讲解】物质的结构与性质之间的关系：物质的结构决定了物质的物理性质，而物理性质又可以体现物质的结构。 比较金刚石和石墨的性质和用途 【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？ 【总结】石墨在一定条件下变成金刚石，则物质的结构发生了变化，说明在此过程中有新物质生成，属于化学变化。我国石墨转化为金刚石技术发展非常迅速，现已成为人造金刚石生产大国，人造金刚石亦被广泛应用于各种工业和工艺行业。 【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，而它们的结构则与石墨类似，这些含碳物质统称为无定形碳，活性炭大家并不陌生，在水的净化的学习中我们已经了解了它具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味，下面，我们再通过实验来验证一下活性炭的性质吧！ 【学生活动】观看实验视频或教师演示实验或学生动手实验，观察并分析实验现象。 【总结】 现象液体颜色有红色逐渐变浅， 最后褪为无色分析活性炭有吸附性，吸附了水中的色素， 水的颜色逐渐变浅直至无色
【讲解】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。 【知识拓展】 木炭、活性炭的吸附性是物理性质，吸附中发生的是物理变化。 活性炭结构孔内表面积比木炭大，吸附能力比木炭强。 吸附能力与物质的表面积有关，表面积越大，吸附能力越强。 【总结】 （1）木炭是自然界中最常见的物质，它同具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。利用木炭的这个性质可以来吸附一些食品和工业产品的色素，也可以用来吸附有异味的物质。 （2）活性炭是常用的吸附剂，它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。人们还常用它来吸附装修过程中产生的有害气体和水的净化处理等。 （3）焦炭是烟煤在隔绝空气的条件下，加强热得到的一种固体，常用于高炉炼铁等。 （4）炭黑是一种轻而极细的黑色粉末，是一些含碳化合物在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的。可用于制造黑色染料、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。 【思考与讨论】结合金刚石、石墨、木炭及活性炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间有什么关系。 比较填空 对比石墨性质完成表格，加深对石墨物理性质和用途的理解。
三、C60 教师展示图片，学生自学回答问题： （1）每个C60的分子是由____个碳原子构成。C60是由______构成的,金刚石、石墨由_____构成。 （2）C60属于______（填“单质”或“化合物”） （3）C60主要用途：_____________________ 碳单质的不同结构： 金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，为什么物理性质会相差这么远呢？ 物理性质不同的原因：碳原子的排列方式不同。 碳单质的研究进展。 【讲解】另外还有很多的碳单质在科学家的不断探索中被发现，如石墨烯，碳纳米管等。 【补充1】石墨烯：英国曼彻斯特大学的海姆和他的同事用类似于胶带粘、撕的方法从石墨中分离出仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯，他们也因此而获得诺贝尔物理学奖。石墨烯因为厚度与一个碳原子的直径相当，仅为3.35×10-10m，是目前人工制得的最薄的材料。而石墨烯的这种单层结构决定了它有优异的导电、导热和其他奇特性能，激励科学家们不断探索。2019年我国科学家首次实现世界上最小尺寸的石墨烯折叠，折叠后，因为结构变化，使它很多性质被优化，或者具备原先不具备的性能。科学家预测，如果电动车使用石墨烯电池，可能花两三分钟就可以把电充满。广阔的应用前景为我们的生活提供便利。 观看科学前沿石墨烯视频 【补充2】碳纳米管：是由石墨薄层卷曲而成的碳管，直径在几纳米到几十纳米之间，由于它的独特结构，柔韧性异常的好，可用于制备高强度材料 资料：新形态的碳单质 思考阅读填空。 通过介绍科技前沿，增强学生学习兴趣。
课堂练习 1.下列物质中最硬的单质是 ( ) A.木炭 B.C60 C.金刚石 D.二氧化碳 2.关于金刚石和石墨，下列说法中错误的是( ) A．都是碳的单质 B．都由碳元素组成 C．物理性质相同 D．碳原子排列方式不同 3.高铁被誉为中国“新四大发明”之一。高铁动车与电路连接的是石墨电刷，它没有体现出石墨具有的性质是 （ ） A．导电性 B．滑腻感 C．可燃性 D．稳定性 4.木炭和活性炭具有很强的吸附性，是由于 （ ） A．主要成分是碳单质 B．它们的密度小 C．疏松多孔，表面积大 D．含有少量杂质 5.C60在能源、医学等领域有着广阔的应用前景。关于C60， 下列说法中错误的是（ ） A．该物质由C60分子构成 B．该物质由60个碳原子构成 C．其相对分子质量为720 D．C60和C70是两种物质 6.下列关于碳单质的说法，错误的是( ) A. 金刚石、石墨充分燃烧的产物都是二氧化碳 B. 金刚石、石墨和C60都是由原子构成的 C. 金刚石转化为石墨是化学变化 D. 书写档案用碳素墨水是因为常温下碳的化学性质不活泼 7.石墨烯是一种由碳原子构成的物质，我国科学家成功制备出高质量单层石墨烯，以其制作的量子电阻可以在更小磁场、更高温度和更大电流下工作。下列说法不正确的是 （ ） A．石墨烯是非金属单质 B．石墨烯和石墨是相同物质 C．石墨烯具有导电性 D．石墨烯具有导热性
课堂小结 通过上述学习，你知道碳有那些化学性质？ 1.碳单质:(金刚石、石墨、C60） 2.结构决定性质，性质决定用途。
板书
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必须要重启PPT，字体
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【注意】字体安装之后
也必须重启PPT。
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“下载了字体，安装也成功了，电脑也重启了，但PPT内却
找不到这款字体了？！”
一般这种情况出现在有多种字重的情况（例：阿里巴巴普惠
体），部分字体隐藏了。字重：可以理解为改款字体的不同粗细呈现
最直接的方法是 完毕后，
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前提是确保完成一下操作：①字体安装后重启PPT； ②把这款字体整个系列（全部字重）都已下载(共35张PPT)
初中化学/人教版上册
第六单元：碳和碳的氧化物
课题1
碳单质的多样性
第1课时 碳的单质
学习目标
理解碳元素在自然界中的存在形式及碳单质的多样性，掌握金刚石、石墨和C60等碳单质的物理性质及其差异。
通过对比金刚石、石墨和C60的物理性质，培养分类与比较的科学思维方法。
通过实验观察，探究不同碳单质的物理性质，提高实验操作能力和观察分析能力。
认识到碳单质在日常生活和科技发展中的重要性，增强学习化学的兴趣和责任感。
新课导入
主要含C、H、O
主要含Ca、C、O
主要含
Na、 Ca、Si、O
你知道丰富多彩的物质世界是由什么组成的吗？
丰富多彩的物质世界是由元素组成的。
不同的元素能组成不同的物质。
新课导入
由同种元素组成的纯净物叫单质，同种元素可以组成不同的单质吗？
P
白磷
红磷
O
氧气O2
臭氧O3
这说明同一种元素可以组成______________。
不同的单质
氧气（O2）和臭氧（O3）
新课导入
这些物质都含有同一种元素，你知道是什么吗？
钻石
碳素墨水
铅笔芯
碳元素
一、碳的单质
1、金刚石
( 化学式：C )
空间立体结构
这些璀璨夺目的钻石都是碳的一种单质——金刚石
一、碳的单质
1、金刚石
( 化学式：C )
阅读教材P128—P129“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、折光率很高，具有强色散性。
经仔细琢磨后，成为装饰品—钻石。
天然存在的最硬的物质。
刻划玻璃、切割大理石加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。
导热性好
用于集成电路基板散热，提高芯片性能。
透光性好，硬度大
用作光学窗口和透镜的涂层
金
刚
石
金刚石的用途
钻石
切割大理石
裁玻璃
钻探机的钻头
一、碳的单质
2、石墨
( 化学式：C )
实验活动一
（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）用铅笔在白纸上划，观察颜色。
石墨：质软滑腻
一、碳的单质
石墨具有良好的
导电性
实验活动二
石墨的导电性实验
一、碳的单质
2、石墨
( 化学式：C )
通过实验活动并阅读材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途：
石墨 物理性质 用途
深灰、质软
润滑剂
导电性
耐高温
润滑性
铅笔芯
电极、石墨电刷
耐热材料
注意： 铅笔芯不含铅，是石墨
石墨的用途：
石墨电极
火箭的通风管
作铅笔芯
高铁的受电弓滑板
思考：石墨为什么润滑？
碳原子的排列结构是一层一层的，是平面层状的结构，层与层之间作用力很小，容易滑动。故石墨很软，有滑腻感。
比较金刚石和石墨的性质和用途
金刚石（C）
无色透明正八面体状晶体
加工琢磨后有夺目光泽
自然界最硬物质
无
良好
钻头、切刀、刻刀、装饰品等。
石墨（C）
深灰色鳞片状固体
略有金属光泽
很软
良好
良好
电极、铅笔芯、润滑剂等。
外观
光泽
硬度
导电性
导热性
用途
比较金刚石和石墨的性质和用途
交流讨论
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？
金刚石：立体网状结构
石墨：层状结构
微
观
结
构
组成、结构
决定
性质
因为碳原子排列方式不同
比较金刚石和石墨的性质和用途
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？
人造金刚石
化学变化：通过改变物质结构实现物质的转化
石墨和金刚石不是同一种物质
木炭、焦炭、活性炭、炭黑
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
人造金刚石
活性炭
焦炭
炭黑
吸附性
无定形碳
活性炭的用途
防毒面具
冰箱除味剂
环保活性炭包
净水
活性炭的用途
实验活动三
学生分组实验：探究木炭（或活性炭）的吸附性
在盛有半杯水的烧杯中加入一滴红墨水，投入少量木炭（或活性炭），搅拌后，静置
实验步骤
红色褪去，溶液变成无色
实验现象
木炭（或活性炭）有_____ 能力，此变化属于______变化。
实验步骤
吸附
物理
为什么木炭会具有吸附性呢？
显微镜下的木炭的结构
疏松多孔的结构
木炭、焦炭、活性炭、炭黑的用途
木炭 吸附一些食品和工业产品里的色素、有异味的物质
活性炭 吸附能力比木炭强，可用于吸附毒气、制糖工业中脱色制白糖
炭黑 制造油墨、油漆、鞋油、颜料、橡胶工业的填充剂等
焦炭 冶炼金属
思考与讨论
结合金刚石、石墨、木炭及活性炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间有什么关系。
结构 性质 用途
决 定
推 知
决 定
推 知
一、碳的单质
C60
C60 的分子结构
（1）每个C60的分子是由 _____个碳原子构成。C60是由______构成的,金刚石、石墨由_____构成。
（2）C60属于______（填“单质”或“化合物”）
（3）C60主要用途： __________________
思考如下问题：
60
分子
原子
单质
材料科学、超导体
资料：碳纳米管
20世纪90年代，一些以新的形态存在的碳单质相继被发现，如碳纳米管，其直径一般在几纳米(nm)到几十纳米，独特的碳管结构受到人们的广泛关注。
结构 物理性质 用途
决 定
体 现
决 定
体 现
可应用于材料、催化、信息等领域
碳管
尺寸小
机械强度高
导电性好
资料：新形态的碳单质
科学家成功的从石墨中分离出单层的石墨片，证实它在室温下可以单独稳定存在。
2004
我国科学家合成了石墨炔
2010
中外科学家联合合成了T-碳
2017
我国科学家首次实现世界上最小尺寸的石墨烯折叠。
2019
石墨烯的结构
科学前沿石墨烯
碳单质的研究进展
使用了石墨烯发热材料的用品应用于北京冬奥会
课堂小结
金刚石
无色透明、强折光性硬度大
石墨
质软，有滑腻感，有良好的导电性
C60
一个C60分子由60个碳原子构成
无定形碳
结构与石墨类似
其他碳单质
石墨烯、碳纳米管等
碳的单质
物理性质不同原因：碳原子的排列方式不同
课堂练习
A．C60
C．石墨
B．活性炭
D．金刚石
下列物质中，硬度最大的是( )
1.
A．都是碳的单质
C．物理性质相同
B．都由碳元素组成
D．碳原子排列方式不同
关于金刚石和石墨，下列说法中错误的是( )
2.
D
C
课堂练习
A．导电性
B．滑腻感
高铁被誉为中国“新四大发明”之一。高铁动车与电路连接的是石墨电刷，它没有体现出石墨具有的性质是 ( )
3.
C
C．可燃性
D．稳定性
课堂练习
A．主要成分是碳单质
B．它们的密度小
C．疏松多孔，表面积大
D．含有少量杂质
木炭和活性炭具有很强的吸附性，是由于 ( )
4.
C
课堂练习
A．该物质由C60分子构成
B．该物质由60个碳原子构成
C60在能源、医学等领域有着广阔的应用前景。关于C60，下列说法中错误的是( )
5.
B
C．其相对分子质量为720
D．C60和C70是两种物质
课堂练习
A. 金刚石、石墨充分燃烧的产物都是二氧化碳
B. 金刚石、石墨和C60都是由原子构成的
C. 金刚石转化为石墨是化学变化
D. 书写档案用碳素墨水是因为常温下碳的化学性质不活泼
下列关于碳单质的说法，错误的是( )
6.
B
课堂练习
A．石墨烯是非金属单质
B．石墨烯和石墨是相同物质
石墨烯是一种由碳原子构成的物质，我国科学家成功制备出高质量单层石墨烯，以其制作的量子电阻可以在更小磁场、更高温度和更大电流下工作。下列说法不正确的是 ( )
7.
B
C．石墨烯具有导电性
D．石墨烯具有导热性
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