“零作业”课堂教学之导学案——课题1 金刚石、石墨和C60

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“零作业”课堂教学之导学案
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课题1金刚石、石墨和C60 吕书生 新授
一、自主导学目标：
【知识与技能】
（1）了解金刚石、石墨和C60等碳的单质的物理性质和用途；
（2）通过分析金刚石、石墨是由碳元素组成的两种不同单质，进一步理解元素和单质这两个基本概念的区别和联系。
（3）了解木炭与活性炭的吸附性，及与此相关的一些用途；
【过程与方法】
（1）通过三种单质用途的学习，继续深化“结构决定性质”思路，培养对比思维能力；
（2）通过古人用碳或墨作的字画久不褪色的事实，和升高温度碳也能发生化学反应的实验探究，使学生明白物质化学性质的活泼与稳定都是相对的。
【情感态度与价值观】
（1）通过碳单质的学习，知道一种元素可以组成多种单质，体会物质的多样性,提高学习化学兴趣；
（2） 通过C60的学习，拓展课堂学习，开阔学生视野，了解化学与社会。
模块（一）金刚石、石墨和C60
1、问题情境导学：
　金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们的结构、物理性质和用途各如何呢？是否相同？为什么？
2、金刚石、石墨和C60的组成、结构、物理性质及用途的比较
物质 金刚石 石墨 C60
组成 都是由 元素组成的单质
结构 图示
碳原子排列方式 体网状排列 排列 个碳原子构成1球状分子
物理性质 外观 色透明的 体形状的固体 色 状固体，有 光泽、有 感 分子为 状
硬度 最 （天然存在） 很 质脆
导电性 不导电
导热性 不良 不良
用途 钻头、刻刀、装饰品等 电极、铅笔芯、润滑剂 材料科学、超导体
模块（二）木炭、活性炭、焦炭、炭黑
1、构成：木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由 的微小晶体和少量杂质构成的，具有 的结构。
2、实验探究：木炭或活性炭的吸附实验
【实验操作】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡，观察现象。
【实验现象】水的红色 。
【实验分析】由于木炭（或活性炭）有吸附性，将水中色素吸附。
3、应用：
（1）利用木炭的吸附性来吸附一些食品哈工业产品里的 ，也可以用它来吸附有 的物质。
（2）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 的，制糖工业中也是利用活性炭来 以制白糖。
4、想一想议一议：
结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间的关系。
模块（三）碳的化学性质
1、问题情境导学：
我国古代一些书法家、画家用墨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？
2、碳的化学性质及用途
碳的化学性质 常温下 稳定性 化学性质 书写或绘制的字画、填写档案
高温时 碳跟氧气（ ） 充分燃烧：C+O2CO2 作
不充分燃烧：2C+O22CO 煤气中毒的原因
碳跟氧化物（ ） 2CuO+C2Cu+CO2↑ 冶炼
2Fe2O3+C4Fe+3CO2↑
模块（四）木炭还原氧化铜实验
【实验用品】木炭粉（黑色）、氧化铜（黑色粉末）
【实验装置】
【实验步骤】
（1）检查装置气密性：
（2）装药品：（3）固定装置
（4）集中加热（5）观察现象
【实验现象】：黑色粉末中有 色固体生成；生成能使澄清石灰水 的气体。
注意事项：
（1）在酒精灯火焰上加网罩目的是使火焰集中并提高温度（2）试管口略向下倾斜，防止试管中有水倒流回到试管底部，使试管炸裂（3）实验结束后，应先将导管撤出再熄灭酒精灯，以防石灰水倒流回热的试管底部，使试管炸裂。(4)待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，以防热的铜又被氧化。
模块（五）氧化反应和还原反应
2CuO+C2Cu+CO2↑
氧化铜失去氧变成单质铜，发生了 ，是氧化剂，具有氧化性；
碳得到氧变成二氧化碳，发生了 ，是还原剂，具有还原性。
关系：一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应。
当堂达标练习
一、巩固练习：
1．金刚石、石墨、C60都是碳元素组成的单质，关于它们的说法正确的是 ( )
①碳原子的排列不同 ②化学性质相似 ③物理性质相似 ④是同一种物质 ⑤完全燃烧都生成二氧化碳 ⑥都是黑色固体
A、①②③④ B、①③④⑥ C、①②⑤ D、③④⑤
2．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( )
A. 质软 B. 耐高温 C. 具有导电性 D. 具有润滑性
3．我国的黑白山水画用的墨汁主要成分为炭黑的微粒，用这种墨汁画的国画千百年都不易褪色，这是因为墨汁中的炭( )
A．具有氧化性 B. 具有还原性 C. 具有吸附性 D．常温下化学性质稳定
4．金刚石和石墨的性质有很大差异的原因是 ( )
A．金刚石和石墨是由不同种元素组成的 B. 金刚石是单质，而石墨是化合物
C. 金刚石和石墨里碳原子的排列不同 D．金刚石不含杂质，而石墨含杂质
5.下列对碳元素的几种单质的描述错误的是（ ）
A.金刚石是天然存在的最硬的物质 B.石墨是最软的矿物之一 C.金刚石可制钻探机的钻头 D.石墨是优良的绝缘材料
6．用墨书写的字或绘的画能保存多年不褪色，是由于常温下碳( )
A. 化学性质不活泼 B. 具有吸附性
C. 具有还原性 D. 具有氧化性
7．化学中把同种元素组成的不同单质互称为同素异形体。例如白磷和红磷，下列各组物质互称为同素异形体的是（ ）
A、CO2 和CO B、金刚石和石墨 C、冰和水 D、液氧和氧气
8.有关碳的化学性质的叙述错误的是( )
A. 碳和氧气反应时，产物可以是CO2也可以是CO
B. 碳和氧气的反应无论产物是什么，都是吸热反应
C. 碳和氧气的反应无论产物是什么，都是放热反应
D. 灼热的碳能还原二氧化碳
9. 下列物质中，既有可燃性，又有还原性的固体单质是( )
A. 氢气 B. 二氧化碳 C. 木炭 D. 二氧化硫
二、拓展提高：
1、参考下列物质的微观结构图示，其中由阴，阳离子构成的物质是
A．铜 B．干冰 C．氯化钠 D．金刚石
2、金刚石、石墨、木炭单质，下列关于碳的单质的叙述正确的是（ ）
A． 都是黑色固体 B．在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳
C． 碳原子的排列方式相同 D．一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化
3、科学家利用精密的仪器把石墨拆成只有一个或几个原子层厚的“碳片”(示意图如下)，碳片是世界上最薄的材料。下列说法错误的是（ ）
A．碳片是一种单质 B．碳片和C60是同一种物质
C．在一定条件下，碳片可还原氧化铁 D．碳片在氧气中完全燃烧的产物是CO2
4、轻轨电车是一种快速便捷的交通工具，当轻轨电车开动时，轻轨电车与架空电线的接触点由于高速摩擦会产生高温，因此接触点上的材料应该具有耐高温，不易氧化，能导电的性质，你认为接触点上的材料应选用（ ）
A．金刚石 B．石墨 C．铝 D．锡
5、点燃一支蜡烛，把一个冷碟子放在蜡烛火焰的上方（如下图所示），过一会儿后，在冷碟子的底部会收集到新制的炭黑。这个实验说明了（ ）
A．由于氧气不足蜡烛不完全燃烧而生成了炭黑
B．挥发的蜡烛遇冷后凝结而成炭黑
C．蜡烛的燃烧可以不需要氧气参与
D．蜡烛中本身不含有碳元素，但燃烧后生成了碳单质
6、规范操作是实验成功的保证。下列操作正确的是（ ）
A．熄灭酒精灯用嘴吹灭
B．木炭还原氧化铜的实验结束时。先熄灭酒精灯
C．实验室用高锰酸钾制氧气，在试管口附近放一团疏松的棉花
D．称取一定量的食盐时，将砝码放在天平的左盘
7、碳和碳的化合物都是非常重要的物质。
（1）碳原子的结构示意为 ，碳原子的核电荷数为 。
（2）碳的单质有多种，具有下列结构的碳单质中，由分子构成的是 。
8、梧州市某中学化学兴趣小组按照课本实验方法（如图甲），做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，却往往有暗红色固体出现。他们决定对这个实验进行探究和改进。
甲 乙
【提出问题】暗红色的固体是什么？如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验现象更明显？
【查阅资料】铜有+1和+2两种化合价，通常情况下，氧的化合价为-2，碳的化合价为+4或-4。
【猜想与假设】
（1）同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为 。
（2）同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比，以及反应装置，可以使该实验现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。
【分析与交流】
（1）小吴建议用超细炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是 。
（2）小周建议用如图的乙装置替代甲装置。与甲相比较，乙装置中将试管直立放
置的作用是 。
（3）对下列三种氧化铜和碳的质量比例，小施建议选择 (填选项序号)的比例。
A. 32︰3 B. 40︰3 C. 48︰3
你认为小施这样选择的理由是 。
【实验与结论】
同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检验了乙装置的 后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， （填“可以”或“不能”）确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是 （填“吸”或“放”）热反应。
待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。
待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。
三、中考链接：
1．（2011.娄底市）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，这是因为单质碳具有 （ ）
A．可燃性 B．还原性 C．在常温下，化学性质不活泼 D．吸附性
2.（2011.百色市）下列说法中，正确的是 （ ）
A. 金刚石、石墨都是由碳原子构成的，都很硬 B. 单质碳具有还原性
C. 用活性碳可除去硬水中的氯化钙杂质 D. 木炭燃烧时吸收大量的热
3.（2011．日照市）2010年诺贝尔物理奖授予发现石墨烯的开创性研究者。以石墨为原料，先制备氧化石墨, 再经过热还原制备石墨烯。石墨烯硬度大，导电性能好，有韧性，可弯曲。下列关于金刚石、石墨、C60和石墨烯四种单质的叙述错误的是 （ ）
A．将石墨变成石墨烯发生了化学变化 B．四种物质碳原子的排列方式不同
C．四种物质完全燃烧后的产物都是CO2 D．石墨烯是一种新型的有机物　
4.（2011．襄阳市）金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，下列说法正确的是：（ ）
A．它们是同一种物质 B．它们碳原子的排列方式不同
C．它们的化学性质不同 D．它们的物理性质不同
5.(7分)Cu可以形成化台价为+2和+1的化合物。其中+1价化合物称为亚铜化合物。
(1)写出下列物质的化学式：氢氧化铜________，氧化亚铜___________
(2)高温时，氧化铜可被木炭还原为铜，反应的化学方程式是__________________________
(3)氧化亚铜是一种红色粉末。加热时，氧化亚铜能与氧气发生化合反应，反应的化学方程式是___________；利用这一性质可检验氮气中是否含有氧气（装置如图所示），判断氮中含有氧气的现象是________________________。
参考答案：
模块（一）金刚石、石墨和C60
1、问题情境导学：
　金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们的结构、物理性质和用途各如何呢？是否相同？为什么？
2、金刚石、石墨和C60的组成、结构、物理性质及用途的比较
物质 金刚石 石墨 C60
组成 都是由碳元素组成的单质
结构 图示
碳原子排列方式 正四面体网状排列 层状排列 60个碳原子构成1个球状分子
物理性质 外观 无色透明的正八面体形状的固体 深灰色细鳞片状固体，有金属光泽、有滑腻感 分子为足球状
硬度 最硬（天然存在） 很软 质脆
导电性 不导电 良好 不导电
导热性 不良 良好 不良
用途 钻头、刻刀、装饰品等 电极、铅笔芯、润滑剂 材料科学、超导体
模块（二）木炭、活性炭、焦炭、炭黑
1、构成：木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，具有疏松多孔的结构。
2、实验探究：木炭或活性炭的吸附实验
【实验操作】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡，观察现象。
【实验现象】水的红色消失。
【实验分析】由于木炭（或活性炭）有吸附性，将水中色素吸附。
3、应用：
（1）利用木炭的吸附性来吸附一些食品哈工业产品里的色素，也可以用它来吸附有异味的物质。
（2）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，制糖工业中也是利用活性炭来脱色以制白糖。
4、想一想议一议：
结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间的关系。
结构决定性质
模块（三）碳的化学性质
1、问题情境导学：
我国古代一些书法家、画家用墨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？
2、碳的化学性质及用途
碳的化学性质 常温下 稳定性 化学性质不活泼 书写或绘制的字画、填写档案
高温时 碳跟氧气（可燃性） 充分燃烧：C+O2CO2 作燃料
不充分燃烧：2C+O22CO 煤气中毒的原因
碳跟氧化物（还原性） 2CuO+C2Cu+CO2↑ 冶炼金属
2Fe2O3+C4Fe+3CO2↑
模块（四）木炭还原氧化铜实验
【实验用品】木炭粉（黑色）、氧化铜（黑色粉末）
【实验装置】
【实验步骤】
（1）检查装置气密性：
（2）装药品：（3）固定装置
（4）集中加热（5）观察现象
【实验现象】：黑色粉末中有红色固体生成；生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
注意事项：
（1）在酒精灯火焰上加网罩目的是使 火焰集中并提高温度（2）试管口略向下倾斜，防止试管中有水倒流回到试管底部，使试管炸裂（3）实验结束后，应先将导管撤出再熄灭酒精灯，以防石灰水倒流回热的试管底部，使试管炸裂。(4)待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，以防热的铜又被氧化。
模块（五）氧化反应和还原反应
2CuO+C2Cu+CO2↑
氧化铜失去氧变成单质铜，发生了还原反应，是氧化剂，具有氧化性；
碳得到氧变成二氧化碳，发生了氧化反应，是还原剂，具有还原性。
关系：一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应。
当堂达标练习
一、巩固练习：
1、C 2、C 3、D 4、C 5、D 6、A 7、B 8、B 9、C
二、拓展提高：
1、C 2、B 3、B 4、B 5、A 6、C 7、(1)6（2）C
8、
【猜想与假设】
Cu2O （Cu4C、Cu2C等其他合理答案同样给分）
【分析与交流】
（1）这是固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增加表面积，有利于反应
的进行。
（2）有利于集中加热，获得持续高温。
（3） A 反应中炭粉会与试管内的氧气反应而部分消耗，故稍过量的炭粉有利于反应
的进行。
【实验与结论】
气密性 不能 放 空气会进入反应的试管中，使生成的依然灼热的铜重新被氧化。
三、中考链接：
1、C 2、B 3、D 4、B
5、
⑴ Cu(OH)2 Cu2O
⑵C+2CuO2Cu+CO2↑
⑶ 2Cu2O + O24 CuO 红色粉末变成黑色
止水夹
澄清的
石灰水
C+CuO
C+CuO
澄清的
石灰水
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