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
1.了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途。
2．知道不同的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。
1．物质的结构、性质和用途之间的关系。
2．金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质和用途。
我们知道物质都是由元素组成的，不同的元素可以组成不同的物质，那么同种元素能否组成不同的物质呢?我们知道木炭的主要成分是碳，那你们知道作装饰品的钻石和制铅笔芯的石墨是由什么元素组成的吗?今天我们来学习由碳元素组成的单质。
1.碳元素组成的单质有金刚石、石墨和C60。它们的性质有很大的差异是由于它们的碳原子排列方式不同。
2.纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。它是天然存在的最硬的物质，可以用作切割玻璃的玻璃刀等；石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状的固体，它很软，有滑腻感，导电性好（填“好”或“不好”），它可以用作电极、制铅笔芯和润滑剂等；Ｃ６０是由分子（填“分子”或“原子”）构成的，每６０个碳原子构成一个Ｃ６０分子，形状像足球，Ｃ６０化学性质很稳定。
（一）碳的几种单质
小组讨论
1.比较几种碳单质
2.同种元素组成的物质一定是单质吗?
3.如何证明金刚石、石墨和C60是由碳元素组成的单质?
教师点拨
同种元素组成的物质可能是单质，如O2；也可能是混合物，如O2和O3混在一起；但一定不可能是化合物。
把金刚石、石墨和C60放在纯氧中燃烧，证明它们燃烧后的唯一产物是二氧化碳就行了。
强化训练
1．以美国为首的北约曾用“石墨炸弹”使南联盟的高压输电线短路,这是因为石墨(C)
A.质软 B．耐高温 C．具有导电性 D.具有润滑性
2．下列说法中正确的是(C)
A．由一种元素组成的物质，一定是纯净物
B.吸附是化学变化
C．在一定条件下，石墨可转化为人造金刚石，这个变化是化学变化
D.一种元素只能形成一种单质
3．下列物质的用途主要由其化学性质决定的是(B)
A.用金刚石做玻璃刀的刀头
B.用碳酸氢钠治疗胃酸过多症
C．用石墨做铅笔芯写字
D．用钨做电灯泡里的灯丝
4．金刚石、石墨在氧气中充分燃烧都生成唯一的产物CO2，且这一产物里所含氧的质量等于参加反应的氧气的质量，由此证明它们是由碳元素组成的不同单质。
5．在石墨、活性炭和金刚石等碳的单质中，硬度最大的是金刚石；软而滑腻的是石墨；导电性能好的是石墨；能使集气瓶中红棕色的二氧化氮颜色消失的是活性炭，发生的变化是物理(填“物理”或“化学”)变化。
（二）木炭、焦炭、活性炭、炭黑
小组讨论
展示木炭、焦炭、炭黑及活性炭的性质及工农业生产中应用影像。
1.木炭、焦炭、活性炭、炭黑主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。它们具有疏松多孔的结构，因此它们都具有吸附性。活性炭用作冰箱除味剂，炭黑用作制墨汁，焦炭用于冶金工业，活性炭用来除去食品和工业产品里的色素，活性炭用于制造防毒面具里的滤毒罐，炭黑加入到橡胶里增强轮胎的耐磨性。在这四种物质中，活性炭的吸附能力最强。
2．小组实验，完成实验6-1，填写实验现象。木炭吸附色素是物理变化。
3．请同学们说一说木炭、焦炭、活性炭、炭黑它们各自有什么用途?
4.碳和炭有什么区别？
教师点拨
碳指碳元素；而炭指由碳元素组成且含有少量杂质的具体物质，因此书写时一定要注意。
典例精析
例题 下列关于碳单质的几种单质的描述中，正确的是（）
A.璀璨夺目的钻石是由碳元素构成的
B.铅笔芯主要由铅和少量的碳粉制成的
C.活性碳可以做防毒面具的滤毒剂
D.难以开启的铁锁可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末做润滑剂
解析 钻石是由金刚石加工而来，金刚石是由碳元素组成的单质，而不是构成。“碳”指元素，“炭”指物质。应该是“活性炭”而不是“活性碳”。铅笔芯不含铅，是由石墨和黏土混合制成的。石墨具有滑腻感，因此可以做润滑剂。
答案 D
强化训练
1．碳和炭这两个字表示的意义不同。下面关于这两个字的具体用法中，正确的是①②③⑤(填序号)。
①碳单质②木炭粉③活性炭④一氧化炭⑤碳酸钠
2．在下列各种碳单质的用途中，利用其化学性质的是(B)
A.石墨用作电极
B.焦炭用于金属的冶炼
C.活性炭用于某些气体或液体的净化
D.炭黑用于制造油墨、鞋油和颜料
在本节课的教学过程中，我利用多媒体先向同学们展示各种碳单质的用途，让学生根据用途分析归纳出不同碳单质的性质，这样不仅使学生能掌握相应知识，而且能进一步理解性质与用途之间的关系。教学中设置一环扣一环的问题，让学生讨论，达到质疑激趣的目的，体现了学生的主体作用。但学生对元素与物质种类之间的关系还存在一些理解上的困难，应在今后的教学中加以解答。
第2课时 碳的化学性质
1.知道碳单质的化学性质。
2.了解还原反应的概念。
1.碳的化学性质。
2.理解碳与其他氧化物反应表现出的还原性。
同学们回忆我们以前写作业用的蓝色墨水和用碳素墨水写的字，会发现，蓝色墨水写的字已经褪色，而碳素墨水写的字清晰如新，这是为什么呢？今天我们就一起来研究碳的化学性质。
1.在常温下，碳的化学性质不活泼。
2.在高温条件下，碳的化学性质很活泼，能与许多物质发生反应。
(1)可燃性：
①当氧气充足时，碳在氧气中充分燃烧生成CO2，化学方程式为C+O2点燃CO2；
②当氧气不足时，碳燃烧不充分，生成CO，化学方程式为2C+O2点燃2CO。
(2)还原性：
碳与氧化铜反应的实验现象是黑色粉末变成红色、澄清的石灰水变浑浊，碳还原氧化铜的化学方程式为C+2CuO高温2Cu+CO2↑。
3.还原反应是指含氧化合物中的氧被夺去的反应，在碳还原氧化铜的反应中，碳得到氧，被氧化，发生氧化反应，具有还原性；氧化铜失去氧，被还原，发生还原反应，具有氧化性。
小组讨论
演示实验6-2
(1)木炭还原氧化铜的实验中，CuO是黑色的，木炭是黑色的。此实验的反应物是固体，反应条件需要加热，该反应的发生装置是固固加热型。酒精灯加网罩的目的是集中火焰，提高温度。做该实验时因为有气体生成，所以必须先检查装置的气密性。反应结束后先撤导气管，再把试管里的粉末倒在纸上。
(2)分小组实验，在实验中看到黑色的氧化铜变成了红色，澄清的石灰水变浑浊。红色的固体是铜，澄清的石灰水变浑浊说明有二氧化碳生成。写出该反应的化学方程式：C+2CuO高温2Cu+CO2↑。
（一）碳与氧气的反应
小组讨论
1．碳和氧气的质量比是多少时会生成CO2?
2．碳和氧气的质量比是多少时会生成CO?
3．如果生成CO，为防止CO污染空气，尾气应如何处理?
教师点拨
碳和氧气的质量比是3∶8时或碳和氧气的质量比小于3∶8时，生成物是CO2；碳和氧气的质量比是3∶4时或碳和氧气的质量比大于3∶4时，生成物是CO；当碳和氧气的质量比大于3∶8而小于3∶4时，得到的是CO2和CO的混合物。
跟踪练习
1．古代的字画经久不变色，其原因是(C)
A.颜料质量好
B.字画保存得好
C．碳的化学性质在常温下很稳定
D.因为是黑色的
2．下列符号，既能表示一种元素，又能表示该元素的一个原子，还能表示一种单质的是(D)
A.O2 B.N C．2H D．C
3．常温下，碳的化学性质稳定，随着温度的升高，碳的活动性增强。
4．碳燃烧可以生成两种氧化物，二氧化碳和一氧化碳；其中碳元素的化合价分别为+4和+2。
（二）氧化还原反应
小组讨论
1．指出下列反应中的还原剂与氧化剂，谁被氧化?谁被还原?谁提供氧?谁得到氧?C发生了什么反应?三氧化二铁发生了什么反应?
2Fe2O3＋3C高温4Fe+3CO2↑
2．该反应使用什么方法配平?(观察法)
教师点拨
反应中如果存在得氧必定存在失氧，即氧化反应、还原反应必定同时存在。
典例精析
例题 有关2CuO+C高温2Cu+CO2↑的反应，说法正确的是（）
A.CuO具有氧化性
B.C发生了还原反应
C.反应前后氧元素的化合价没有改变
D.反应前后固体的质量不变
解析 有关氧化—还原反应记住“获得了氧的反应物具有还原性，发生氧化反应；失去了氧的反应物具有氧化性，发生还原反应”。反应前的固体是氧化铜和碳，反应后的固体是铜，固体的质量肯定减小。化合价有变化的是Cu、C两种元素。
答案AC
拓展练习
已知木炭粉和Fe2O3反应的化学方程式为：2Fe2O3+3C高温4Fe+3CO2↑。某同学设计一个实验，证明氧化铁中含有氧元素，并测定氧化铁中氧元素的质量分数，实验装置如图。
(1)实验中，盛放澄清石灰水的烧杯中出现的现象是澄清石灰水变浑浊，原因是石灰水与二氧化碳反应生成碳酸钙。
(2)实验中通入的气体是纯净干燥的N2，写出不用空气的主要理由空气中含有O2，能与碳反应生成CO2，会影响实验的准确性。
(3)如用氧化铁与木炭粉的混合物充分反应，反应后用磁铁吸引铁粉并称得Fe的质量为2.24g，余下为红色粉末，测得澄清石灰水增重1.32g(假设气体全部吸收完全)，则氧化铁中氧元素的质量分数为30％。
本课是通过实验探究了碳单质的化学性质，以古代字画为切入点导出常温下碳的化学性质不活泼，以回忆碳的燃烧为转折点导出碳不仅可以燃烧成CO2也可以生成CO，并进一步过渡到碳的还原性，各知识点过渡自然，水到渠成。设计各种巧妙问题，把课堂让给学生，使学生在质疑、讨论、交流、归纳中不自觉的掌握相关知识。但学生对还原剂、氧化剂、还原反应与氧化反应，被氧化、被还原等对应关系掌握不准，有待在后期教学中加强训练。
