2019-2020年中考化學總復習教學案 第六單元課題1　金剛石、石墨和C60.doc

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2019-2020年中考化學總復習教學案 第六單元課題1　金剛石、石墨和C60 金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質，但由于碳原子的排列方式不同，因此它們的物理性質有很大差異。 一、碳的單質 1.金剛石 無色透明，正八面體形狀，可作裝飾品——鉆石，它是天然存在的最硬的物質。 2.石墨 石墨是一種深灰色的有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體，很軟，有滑膩感，有優(yōu)良的導電性能。 要點提示 　　石墨很軟，在紙上劃過會留下痕跡，因而常用于制鉛筆芯。以干電池用石墨為例，說明石墨具有優(yōu)良的導電性能。另外石墨的結構是分層的，每一層內每個碳原子和其他三個碳原子結合，形成正六邊形，每層之間的連接不牢固，可以滑動。 3.木炭、活性炭、炭黑 木炭主要是由石墨的微小晶體和少量雜質構成的，它具有疏松多孔的結構。這種疏松多孔的結構使木炭具有吸附能力。 木炭、活性炭、炭黑、焦炭的比較 木炭 吸附一些食品和工業(yè)產品的色素，吸附有異味的物質 活性炭 吸附能力比木炭強，吸附毒氣，制糖工業(yè)里脫色制白糖 炭黑 制造墨、油墨、油漆、鞋油和顏料，還可以增加輪胎制品的耐磨性 焦炭 冶煉金屬 4.C60分子 C60是一種新的以單質形式存在的碳，是一種由60個碳原子構成的分子，它 形似足球，很穩(wěn)定。 要點提示 　　C60分子結構與足球相似，所以又稱“足球烯”，這種“足球”結構的碳分子很穩(wěn)定，一個C60分子中含有60個碳原子，每個碳原子都和其他三個碳原子結合形成正六邊形，這樣C60有30個六邊形組成。 5.金剛石、石墨和C60的物理性質和用途 金剛石 石墨 物 理 性 質 外觀 無色透明正八面體形狀的固體 深灰色細鱗片狀固體 光澤 加工琢磨后有奪目光澤 有金屬光澤 硬度 最硬（天然存在） 很軟 導電性 不導電 優(yōu)良的導電性 用途 刻刀、鉆石、鉆頭 鉛筆芯、電極、潤滑劑 要點提示 　?、俳饎偸奶荚釉诳臻g構成連續(xù)、堅固的骨架結構，所以堅硬。石墨的碳原子呈平面層狀結構，層與層之間的作用力小，所以很軟，能導電，有滑膩感。除了金剛石和石墨以外，生活中我們還常常用到木炭、活性炭、炭黑、焦炭等，它們主要由石墨的微小晶體和少量雜質構成。 ②物質的組成結構決定體現物質的性質決定體現物質的用途 二、碳的化學性質 在常溫下，碳的化學性質不活潑。常溫下，碳受日光照射或跟空氣、水分接觸，都不容易發(fā)生變化。 1.碳跟氧氣的反應 單質碳可以在氧氣里燃燒，放出熱量，燃燒充分時，生成二氧化碳氣體；燃燒不充分時，產生一氧化碳氣體?；瘜W方程式為： 氧氣充足時：C+O2CO2 氧氣不足時：2C+O22CO 2.碳跟某些氧化物的反應 （1）木炭和氧化銅反應，生成銅和二氧化碳： 2CuO+C2Cu+CO2↑ ［實驗探究］木炭還原氧化銅 原理：C+2CuO2Cu+CO2↑ 裝置：鐵架臺、大試管、酒精燈（用高錳酸鉀制氧氣的裝置）。 實驗步驟：①按(上圖)從下到上安裝好儀器，試管口略向下傾斜。②將木炭粉和黑色氧化銅分別充分烘干后，按一定的質量比稱取兩種黑色粉末。放入研缽中反復研碎、混勻。③用藥匙或小紙槽將黑色混合物放進試管底部，塞上帶有橡皮塞的直角玻璃導管，玻璃導管的另一端插入另一支盛有澄清石灰水的試管中。④點燃酒精燈，先預熱試管，然后集中在盛有混合粉末處加強熱。幾分鐘后，可觀察到澄清石灰水變渾濁。⑤拔下橡皮塞，熄滅酒精燈，待試管自然冷卻后，將試管中的混合物倒在一張白紙上。⑥混合粉末中有紅色的單質銅生成。 現象：黑色粉末變成紅色固體，放出的氣體能使澄清石灰水變渾濁。 要點提示 　　①試管口略向下傾斜。 ②實驗結束先從澄清石灰水中拿出導管再停止加熱。 ③待試管冷卻后再把試管中的紅色固體倒出來，防止生成的銅再被氧化； ④用酒精燈加熱時可用網罩提升溫度，也可用酒精噴燈加熱。 氧化銅與碳的配比：由化學方程式計算，氧化銅與碳的質量比應當是13∶1，在實際操作中，氧化銅粉與炭粉的質量比控制在(9～13)∶1的范圍內效果較好。 （2）木炭還原氧化鐵 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑ 三、還原反應 含氧化合物里的氧被奪去的反應叫做還原反應。含氧化合物提供氧的性質叫做氧化性，含氧化合物是氧化劑；奪取含氧化合物中氧的物質是還原劑，它的這種性質叫做還原性。用于冶金工業(yè)，如3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ 要點提示 　?、傺趸瘎┖秃瓦€原劑描述的對象是反應物，還原反應和氧化反應描述的是反應過程，氧化劑具有氧化性，還原劑具有還原性。如：反應2CuO+C2Cu+CO2↑。 氧化銅失去氧而變成單質銅，氧化銅被還原發(fā)生了還原反應。木碳得到氧變成二氧化碳，木碳被氧化發(fā)生了氧化反應。木炭使氧化銅還原為銅，木炭具有還原性，是一種還原劑。氧化銅能使木炭氧化為二氧化碳，那么氧化銅具有氧化性，在這個反應中是還原劑。 關于氧化反應、還原反應、氧化劑、還原劑的判斷，可以根據下面的韻語： 得氧氧化，失氧還原；要是問劑，恰恰相反。 ②氧化反應和還原反應同時發(fā)生，不可能在一個反應中，只有物質發(fā)生氧化反應，沒有物質發(fā)生還原反應。也就是說在同一反應中，有氧化劑，也有還原劑。 問題思路探究  問題1：吸附（作用）是物理變化還是化學變化？ 思路:吸附是各種固體表面都有的性質。一定質量的吸附劑，吸附能力的大小決定于其表面積的大小，表面積越大，吸附能力越強。被吸附的氣體物質的分子越大（半徑越大）——相對分子質量越大，沸點越高，越易被吸附。 探究:木炭和活性炭的吸附是將被吸附物（有色液體、氣體、有毒氣體等）吸在表面（細管道內），這個變化并沒有新物質生成，因此是物理變化。由于活性炭是將木炭在隔絕空氣的條件下，通過水蒸氣氣流加強熱得到的，所以管道更為疏通，因而吸附性強于木炭。 問題2：同一種元素可以組成不同的單質嗎？ 思路：由于同一種元素可以組成不同種單質，元素已經發(fā)現了109種，那么單質的種類就要更多了。注意元素和單質是不同的概念，單質一定是由同一種元素組成的，但一種元素不一定只形成一種單質。 探究：同一種元素不僅能夠組成一種單質，有的還能組成多種單質，如碳元素可組成金剛石、石墨、C60等幾種單質；磷元素可組成紅磷、白磷等單質；氧元素可組成氧氣、臭氧等單質。 典題熱題新題 例1：碳元素有金剛石、石墨和無定形碳等多種單質，下列關于碳單質的敘述正確的是（　?。? A.都是黑色固體 B.碳原子的排列方式都相同 C.在氧氣中充分燃燒時都生成二氧化碳 D.都能使紅墨水褪色 思路解析：金剛石是無色透明的，所以A選項不對；這幾種物質正是因為碳原子排列方式不同所以結構不同，是不同的物質，所以B選項錯；金剛石、石墨和無定形碳都是碳元素形成的單質，其燃燒產物相同，都是二氧化碳；這三種物質中，只有無定形碳是疏松多孔的物質，具有吸附性，能使紅墨水褪色，所以D選項錯。 答案：C 深化升華 該題考查了對同種元素可以組成不同單質的理解，進一步提高了對組成結構決定性質、性質決定用途基本原理的認識。金剛石、石墨和無定形碳等單質都是由碳元素組成的，雖組成元素完全一樣，但因結構不同,又是完全不同的幾種物質，性質差別很大。如金剛石無色透明、硬度極大、不導電，石墨呈灰黑色、質軟、具有良好的導電性，木炭、活性炭有較強的吸附性等，用途也各不相同。 例2：1985年科學家發(fā)現的C60分子是由60個碳原子構成的，它的形狀像足球（圖C），因此又叫足球烯。1991年科學家又發(fā)現一種碳的單質——碳納米管，它是由六邊環(huán)形的碳原子構成的管狀大分子（圖D）。圖A、圖B分別是金剛石和石墨的結構示意圖，圖中小黑點均代表碳原子。 思路解析：由于碳原子排列方式的不同，導致它們的物理性質有較大差異。金剛石、石墨、足球烯、碳納米管都是由碳原子構成的碳單質，它們的化學性質（常溫下穩(wěn)定性、可燃性、還原性）是相同的，而且由于碳原子的最外層電子數為4，常溫下不易得失電子，決定了這些碳單質在常溫下性質穩(wěn)定。證明足球烯和碳鈉米管都是由碳元素組成的，首先利用其可燃性說明其含有碳元素，其次通過定量測定證明其只含碳元素。 答案：（1）碳原子的排列方式不同。（2）不活潑，因為碳原子的最外層電子數為4，常溫下不易得失電子。（3）將足球烯放在充滿氧氣的密閉容器里使之燃燒，測定其生成物是二氧化碳，且二氧化碳里所含碳的質量等于燃燒前后足球烯減少的質量。 　　分析題目時應將足球烯和碳納米管的結構、性質與金剛石和石墨的結構、性質相聯系。例3：據《美國化學雜志》報道，中國科學家以二氧化碳為碳源，金屬鈉為還原劑，在470 ℃、80 MPa下合成出金剛石，具有深遠意義。下列說法不正確的是 …（　?。┆? A.由二氧化碳合成金剛石是化學變化 B.金剛石是碳的一種同位素 C.鈉被氧化最終生成碳酸鈉 D.金剛石中只含有非極性共價鍵 思路解析：判斷過程屬于物理變化還是化學變化的關鍵是看是否產生新的物質，由二氧化碳合成金剛石產生新的物質屬于化學變化，金剛石是一種單質而不是元素。 答案：B 深化升華 　　此題綜合性較強，考查的知識點較多，既有概念方面的問題，又有化學性質方面的問題，如鈉被氧化最終生成碳酸鈉，還有理論方面的問題，如共價鍵。只要這些基本知識比較扎實，此問題不難解決。 例4：水煤氣廠生產煤氣，將水加熱成蒸氣，通過赤熱的碳，得到氫氣和一氧化碳。王老師為了說明其化學原理，畫出了如圖所示的卡通片，其中A圖表示　　　　　　（物質），是　　　　　　劑；B圖表示　　　　　?。ㄎ镔|），是　　　　　　劑；寫出該反應的化學方程式　　　　　　　　　。 A　　　　　B 　　思路解析：根據氧化還原反應的原理，氧化劑給出氧原子，還原劑得到氧原子，從反應H2O+CH2+CO可看出，H2O給出氧原子，是氧化劑；碳得到氧原子，是還原劑。 答案：H2O　氧化　C　還原　H2O+CH2+CO 深化升華 　　本題首先要學會讀圖片，根據圖片提供的信息，給出氧原子的應該是水，得到氧原子的應該是碳。