【正文】 學(xué)生用列表法總結(jié)金剛石、石墨和 C60的物理性質(zhì)和用途。 3．實(shí)驗(yàn)探究：動(dòng)手完成 “家庭小實(shí)驗(yàn) 2” ——石墨導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)和制作碳黑的實(shí)驗(yàn)。 [教師活動(dòng) ] 1．教師講述：學(xué)生圍繞思考題做閱讀匯報(bào)，教師講評(píng)補(bǔ)充并板書(shū) 2．教師投影：金剛石、石墨和 C60 的比較： 金剛石 石墨 C60 外 形 無(wú)色透明、正八面體形狀的固體 深灰色的有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體 C60 分子是一種由 60 個(gè)碳原子構(gòu)成的分子，形似足球 ,很穩(wěn)定 硬 度 最 硬 很軟 C60 的很多性質(zhì)的研究正在進(jìn)行中 導(dǎo)電性 不導(dǎo)電 導(dǎo)電 導(dǎo)熱性 不導(dǎo)熱 導(dǎo)熱 組成元素 C C C 3．教師提問(wèn)：（學(xué)生回答） ⑴ 什么事實(shí)說(shuō)明金剛石很硬？石墨很軟？ ⑵ 生銹的鐵鎖難以打開(kāi)，把少許鉛筆芯粉末放進(jìn)鎖眼，鑰匙轉(zhuǎn)動(dòng)幾下即可打開(kāi)，說(shuō)明石墨有何性質(zhì)？這與它的結(jié)構(gòu)是否相關(guān)？與什么結(jié)構(gòu)有關(guān)？ ⑶ 高溫下工作的機(jī)器，常用石墨粉末作潤(rùn)滑劑，這都利用了石墨的哪些性質(zhì)？ [學(xué)生活動(dòng) ] 交流討論：結(jié)合金剛石、石墨和木炭的性質(zhì)和用途，討論物質(zhì)的性質(zhì)和用途之間有什么關(guān)系？ [教師活動(dòng) ] 1．教師引導(dǎo)：物質(zhì)的性質(zhì)在很大程度上決定物質(zhì)的用途。至于碳原子怎樣排列形成的就是金剛石，怎樣排列就形成石墨，怎樣排列就形成 C60 將在今后的學(xué)習(xí)中再研究。所以，由同種元素組成的純凈物叫單質(zhì)。 5．教師引言：碳元素形成的單質(zhì)除了金剛石、石墨和 C60 外，還有一類(lèi)碳單質(zhì)，在小結(jié)這部分知識(shí)前，先來(lái)觀察兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。 2．交流討論： 出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因。 2．聯(lián)系生活實(shí)際舉例說(shuō)明它們的吸附性。） 3．閱讀教 材第 106 頁(yè)閱讀材料 “化學(xué) 社會(huì) ”：人造金剛石和金剛石薄膜，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索真理的欲望。那么化學(xué)性質(zhì)是否相同呢？為什么？ 2．講解 : 因?yàn)檫@些單質(zhì)都是由碳原子構(gòu)成的 ,所以有相同的化學(xué)性質(zhì)。 2．閱讀教材第 107 頁(yè) 4 段，并看插圖 66。） [教師活動(dòng) ] 1．板書(shū)：常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑 —— 穩(wěn)定性 2．講解：碳原子的最外層電子結(jié)構(gòu)畢竟不是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，升高溫度時(shí)，單質(zhì)碳的化學(xué)活動(dòng)性增強(qiáng)，可與許多物質(zhì)反應(yīng)。（讓學(xué)生板書(shū)） 2．講解：在氧氣或空氣中，當(dāng)氧氣充足時(shí)，碳燃燒生成二氧 化碳；如果氧氣不充足時(shí)，碳燃燒不充分生成一氧化碳。 [學(xué)生活動(dòng) ] 1．一學(xué)生板書(shū)兩個(gè)化學(xué)方程式： [板書(shū) ] C+O2 CO2 (充分燃燒 ) 2C+O2 2CO (不充分燃燒 ) 2．討論：根據(jù)已學(xué)過(guò)的知識(shí)，試設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，用來(lái)證實(shí)金剛石、石墨都是由碳元素組成的單質(zhì)。 （二）碳與某些氧化物的反應(yīng) ——還原性 [學(xué)生活動(dòng) ] 實(shí) 驗(yàn)探究 3：在教師指導(dǎo)下學(xué)生完成教材【實(shí)驗(yàn) 62】，并觀察現(xiàn)象。 ⑵ 引導(dǎo)學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)的先后順序。（現(xiàn)象：黑色粉末變紅，石灰水變渾濁。） 2．寫(xiě)出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式： 2CuO+C2Cu+CO2↑（讓學(xué)生板書(shū)） [教師活動(dòng) ] 1．指導(dǎo)學(xué)生閱讀第 108 頁(yè)第 3—6 行，回答：什么是還原反應(yīng)？對(duì)上述反應(yīng)進(jìn)行分析。上述反應(yīng)中，氧化銅中 的氧被碳奪走而還原成銅，碳是這個(gè)反應(yīng)中的還原劑。 碳 得到氧，被氧化 (成 CO2), 發(fā)生氧化反應(yīng) ；碳是還原劑 ——具有還原性。 [學(xué)生練習(xí) ] 寫(xiě)出用碳還原赤鐵礦（主要成份是 Fe2O3）的化學(xué)方程式。） 【知識(shí)整理】 學(xué)生談對(duì)本節(jié)課的收獲，教師補(bǔ)充完善（參見(jiàn)板書(shū)設(shè)計(jì)）。 [板書(shū)設(shè)計(jì) ] 三、學(xué)案 課題 1 金剛石、石墨和 C60 [學(xué)習(xí)目標(biāo) ] 1．了解金剛石、石墨的物理性質(zhì)和主要用途。 3．知道不同的元素 可以組成不同的物質(zhì)，同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)。 [ 學(xué)法指導(dǎo) ] 本節(jié)第一部分重點(diǎn)介 紹 金 剛課題 1 金剛石、石墨和 C60 物理性質(zhì) 常溫 ——穩(wěn)定性 （不同） 碳單質(zhì) ——化學(xué)性質(zhì) 點(diǎn)燃 ——可燃性 （相同） 用 途 高溫 ——還原性 石、石墨和 C60的性質(zhì)和用途，學(xué)習(xí)時(shí)可采用對(duì)比的方法，并注意圖文結(jié)合及聯(lián)系最新科技成就，即以發(fā)展的觀點(diǎn)看待碳單質(zhì)；在學(xué)習(xí)第二部分碳的化學(xué)性質(zhì)時(shí)要聯(lián)系自己的生活實(shí)際和已有的知識(shí)。 答案：略 【例 2】 如右圖，向盛有二氧化氮?dú)怏w (呈紅棕色 )的燒瓶里投入幾塊木炭，連接好裝置。 原因是 。二氧化氮?dú)怏w被吸附后，瓶?jī)?nèi)氣體的壓強(qiáng)變小了，燒杯內(nèi)的水被壓入燒瓶里。原因是：由于木炭具有吸附性，將紅棕色的二氧化氮?dú)怏w吸附到木炭表面，所以燒瓶?jī)?nèi)氣體顏色邊淺，甚至消失；外界的大氣 壓大于燒瓶?jī)?nèi)的氣體壓強(qiáng)，水就被壓入燒瓶?jī)?nèi)。 答案： B 【例 4】 試管里盛有黑色粉末，加熱后有紅色固體生成，同時(shí)產(chǎn)生沒(méi)有顏色、沒(méi)有氣味的氣體，此氣體能使澄清的石灰水變渾濁，這種黑色粉末可能是 ( ) A．氧化銅 B．氧化銅和木炭粉的混合物 C．木炭粉和銅的混合物 D．木炭粉 分析：本題考查碳跟氧化銅反應(yīng)的現(xiàn)象。 答案： B 【例 5】 如何證明金剛石和石墨都是碳元素組成的單質(zhì)？ 分析： 遠(yuǎn)在 17 世紀(jì)，意大利佛羅倫薩科學(xué)院的院士們，用取火鏡把日光聚焦在金剛石上，金剛石被燒紅，體積縮小但不熔化，最后消失了。后來(lái)拉瓦錫又在玻璃罩內(nèi)重復(fù)了燃燒金剛石的實(shí)驗(yàn)，并將得到的氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾了，與木炭燃燒結(jié)果一樣，證明金剛石的成分是碳。燃燒石墨的實(shí)驗(yàn)人人都可以做，同樣把燃燒產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾，也就證明了石墨也是由碳元素組成的碳單質(zhì)。 答案： 將金剛石、石墨在氧氣中充分燃燒都生成唯一的產(chǎn)物是二氧化碳，且這一產(chǎn)物里所含氧的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，由此證明它們是由碳元素組成的不同單質(zhì)。對(duì) C60有下列幾種說(shuō)法： ① C60 是一種新型的化合物； ② C60 和金剛石、石墨是由碳元素組成的三種不同的單質(zhì)； ③ C60用于制造良好的超導(dǎo)材料； ④ C60 的相對(duì)分子質(zhì)量是 720。 由定義可知：由同種元素組成的純凈物叫單質(zhì)，由不同種元素組成的純凈物叫化合物。 C60、金剛石、石墨都是僅由碳元素組成的單質(zhì)，但結(jié)構(gòu)不同： C60 有類(lèi)似足球的結(jié)構(gòu)，金剛石晶體是正四面體，石墨晶體則是層狀結(jié)構(gòu)。所以它們是由碳元素組成的不同單質(zhì)。 C60 是近年來(lái)科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)的一種奇特的大分子，在 C60 中摻以少量某些金屬后具有超導(dǎo)性，它可用于制造良好的超導(dǎo)材料。由此也啟示我們，不能只埋頭死記課本知識(shí)，應(yīng)該關(guān)心當(dāng)今飛速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)的新成就、新信息。 答案： C。 8．金剛石、石墨在氧氣中充分燃燒都生成唯一的產(chǎn)物是 ，且這一產(chǎn)物里所含氧的質(zhì)量等于參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量，由此證明它們都是由 元素組成的不同單質(zhì)。 10．我們知道金剛石和石墨都是由碳元素組成的單質(zhì)。請(qǐng)你分析形成黑雨的重要污染物是 ( ) A．炭黑 B．二 氧化碳 C．水蒸氣 D．石墨 12．科學(xué)家證實(shí)了一種有空心球狀結(jié)構(gòu)的分子 N60，以下不正確的是 ( ) A． N60 和 N2 都是氮元素的單質(zhì) B． N60 與 N2 應(yīng)具有不完全相同的性質(zhì) C． N60 的相對(duì)分子質(zhì)量是 840 D． N60 中含有 30 個(gè)氮分子 13．我國(guó)古代曾將爐甘石 (含 ZnCO3)、赤銅 (含 Cu2O)和木炭混合加熱而得到金光閃閃的 “藥金 ”。具有高吸附能力的炭稱(chēng) 為活性炭。具有吸附性質(zhì)的物質(zhì)叫吸附劑，被吸附的物質(zhì)叫吸附質(zhì)。吸附性能的大小是由吸附劑的性質(zhì)、吸附劑表面的大小、吸附質(zhì)的性質(zhì)和濃度的大小、溫度高低而決定的。一定重量物體表面積的大小決定于其粒子的粗細(xì)或其孔隙的多寡。活性炭由于孔性充分發(fā)展， 1g 中的 總面積可達(dá) 7000m2。 防毒面具主要分面罩、呼吸管和濾毒罐三部分。在不同濾毒罐里各層排列順序不盡相同。由于活性炭具有巨大的表面積，吸附能力很強(qiáng)，所以用于防毒面具。 石墨變成金剛石是物理變化還是化學(xué)變化？ 金剛石和石墨在一定條件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)化，這個(gè)轉(zhuǎn)化是物理變化還是化學(xué)變化呢？我們可從以下幾個(gè)方面的分析來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題?；瘜W(xué)變化是變化時(shí)都生成了其他物質(zhì)的變化。當(dāng)石墨這種由碳組成的單質(zhì)在一定的條件下變成金剛石時(shí)，雖然金剛石也是由碳組成的單質(zhì)，但金剛石的性質(zhì)和石墨大不相同（化學(xué)性質(zhì)石墨比金剛石活潑些）；它是碳的另一種單質(zhì)。有新物質(zhì)生成的變化，就 不是物理變化。即由石墨的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸恼拿骟w結(jié)構(gòu)。既然變化過(guò)程中由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)，就不是物理變化。 3．熱效應(yīng) 一個(gè)化學(xué)反應(yīng) 在進(jìn)行時(shí)，常伴有能量的變化，這個(gè)能量變化可以表現(xiàn)為光能、電能、機(jī)械能或熱能等形式，而常表現(xiàn)為熱能形式，有時(shí)要釋放熱量，有時(shí)則吸收熱量。說(shuō)明了在這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的能量轉(zhuǎn)化為熱的形式。因此，石墨在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸皇俏锢碜兓?。根?jù)催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率的原理，催化劑就不能改變物理變化的速率了。如果這一轉(zhuǎn)變是物理變化的話，使用催化劑不就失去了意義嗎？可見(jiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)變不是物理變化。凡是同素異形體在一定條件下的互變都是化學(xué)變化（由同種元素組成的不同單質(zhì)互稱(chēng)同素異形體）。 思考與實(shí)踐：你能 舉出其它的同素異形體嗎？它們之間的轉(zhuǎn)化是什么變化？ 參考答案：氧氣和臭氧；紅磷和白磷等。 四、參考資料 莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)， 1824 年由德國(guó)礦物學(xué)家莫斯 (Frederich Mohs)首先提出。 礦物 硬度 礦物 硬度 滑石 1 正長(zhǎng)石 6 石膏 2 石英 7 力解石 3 黃玉 8 螢石 4 剛玉 9 磷灰石 5 金剛石 10 碳纖維是一種纖維狀碳材料，它是將有機(jī)纖維跟塑料樹(shù)脂結(jié)合在一起，放在惰性氣氛中，在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱、碳化而成的。 用碳纖維與塑料制成的復(fù)合材料，可以代替鋁合金來(lái)制造飛機(jī)。用碳纖維制電子計(jì)算機(jī)的磁盤(pán)，能提高計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存量和運(yùn)算速度。 總之， 用碳纖維或碳纖維增強(qiáng)的塑料、玻璃、陶瓷和金屬等材料來(lái)代替鋼材和合金等，在化工、機(jī)電、造船，特別是飛機(jī)制造、宇航器材等部門(mén)中有廣泛的應(yīng)用。每個(gè)碳原子都以sp3雜化軌道與四個(gè)碳原子形成共價(jià)單鍵，鍵長(zhǎng)為 1010m，鍵角為 109176。每個(gè)碳原子位于正四面體的中心，周?chē)膫€(gè)碳原子位于四個(gè)頂點(diǎn)上，在 空間構(gòu)成連續(xù)的、堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)。由于 C—C鍵的鍵能 大 (為 347kJ/mol)，價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，使得晶體中沒(méi)有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的固體，熔點(diǎn)高達(dá) 3550℃ ，并且不導(dǎo)電。石墨中的碳原子用 sp2雜化軌道與相鄰的三個(gè)碳原子以 σ鍵結(jié)合，形成正六角形蜂巢狀的平面層狀結(jié)構(gòu)，而每個(gè)碳原子還有一個(gè) 2p 軌道，其中有一個(gè) 2p 電子。因而這些 π電子可以在整個(gè)碳原子平面上活動(dòng)，類(lèi)似金屬鍵的性質(zhì)。石墨有金屬光澤，在層平面方向有很好的導(dǎo)電性質(zhì)。 5. C60 (1) C60 的發(fā)現(xiàn) 1985 年，英國(guó)科學(xué)家克羅托 (. Kroto)等用質(zhì)譜儀，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，得到以 C60為主的質(zhì)譜圖。富勒 (Buckminster Fuller)設(shè)計(jì)的球形薄殼建筑結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，克羅托等提出 C60 是由 60 個(gè)碳原子構(gòu)成的球形 32 面體，即由 12 個(gè)五邊形和20 個(gè)六邊形構(gòu)成。每個(gè)碳原子以 sp2 雜化軌道和相鄰的 3 個(gè)碳原子相連，剩余的 p 軌道在 C60分子的外圍和內(nèi)腔形成鍵。 (2) C60 的超導(dǎo)性 1991 年，赫巴德 (Hebard)等首先提出摻鉀 C60具有超導(dǎo)性，超導(dǎo)起始溫度為 18K，打破了有機(jī)超導(dǎo)體 (Et)2 Cu[N(CN)2]Cl 超導(dǎo)起始溫度為 的紀(jì)錄。表 6－ 1 列出了已合成的各種摻雜 C60 的超導(dǎo)體和超導(dǎo)起始溫度，說(shuō)明摻雜 C60 的超導(dǎo)體已進(jìn)入高溫超導(dǎo)體的行列。有科學(xué)工作者預(yù)言，如果摻雜 C240 和摻雜 C540，有可能合成出具有更高超導(dǎo)起始溫度的超導(dǎo)體。富勒 (Buckminster Fuller)的姓名加上一個(gè)詞尾 ene 來(lái)命名 C60。 為什么要在 Fuller 的后面加上一個(gè)詞尾 ene 呢？這是考慮到 C60 分子和苯及其衍生物一樣，都具有芳香族的結(jié)構(gòu)，具有不飽和性，而在英文中，對(duì)具有不飽和性的化合物的命名常常帶有詞尾 ene，于是便產(chǎn)生了 Fullerene 這個(gè)名稱(chēng)，中譯名里對(duì)帶詞尾 ene 的化合物常被譯成烯，于是， Fullerene 的中譯名 就是富勒烯。還有人用富勒的名字 (Buckminster)的詞頭 Buck 來(lái)命名，稱(chēng)為 Buckyball，中譯名為 “布基球 ”。因此，有些化學(xué)家不同意使用富勒烯這個(gè)名稱(chēng)。 有人建議稱(chēng) C60 及其一系列碳原子簇為 “球碳 ”，理由是它們是由碳元素組成的球形分子；有人建議稱(chēng)為 “籠碳 ”，理由是它們是一種中空的籠形分