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初中化学教案:金刚石

更新时间:2011/5/25 19:46:13 教案来源:杨林中学 教案编写:王颖峰 【字体:

课题1 金刚石、石墨和C60
教学目标
1、知识与技能
(1)知道不同元素可以形成不同物质,同种元素也可以形成不同物质;了解金刚石、石墨和C60都是由碳元素形成的物质;
(2)了解木炭、活性炭的吸附性;
2、过程与方法
(1)通过课件展示,对金刚石、石墨和C60中碳原子排列方式的分析,懂得物质结构、性质和用途之间的关系;
(2)通过活性碳对红墨水的吸附及石墨的导电性实验,学会用实验的方法来研究实际问题;
3、情感、态度与价值观
(1)通过对C60、碳纳米管的发现及研究介绍,学会用发展的眼光看问题,提高学生的科学素养;
(2)通过对碳的不同单质有不同用途的讨论探究,体会物尽所用、人尽其才的道理。
教学重点难点
重点:对金刚石、石墨和C60中碳原子排列方式的分析,体会物质的结构、性质和用途之间的关系。
难点:物质的结构、性质和用途之间的关系。
教与学互动设计
一、创设情境,导入新课
[设问]师:我们前面已经学过单质的概念,什么叫单质?你能举几个例子吗?
师:不同种元素可以组成不同种单质,同种元素可以组成不同的单质吗?大家讨论后回答。
师:能举例说明吗?
师:碳元素能否组成不同的单质?研究表明:金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。今天,我们就来学习金刚石、石墨和C60。
[展示]课题1 金刚石、石墨和C60
师:我们先来看一段发生在玻璃店里的小品。
[学生表演]两名学生分别扮演老板和顾客,走到讲台前表演。
顾客:老板,我要配一块玻璃。
老板:好啊。
顾客:我自己有一把很锋利的刀,我想我自己来划玻璃。
老板:你自己想划,行啊,那你试试。(顾客用刀切玻璃没有成功)
老板:还是我来吧。(老板用玻璃刀很容易地把玻璃裁下来。)
顾客:你的玻璃刀用什么做的,这么厉害?
老板:我的玻璃刀上镶了一小块金刚石,它的硬度很高,给你看看。
顾客:哇,只有圆珠笔头这么大,真厉害。谢谢老板!
老板:不客气。
师:谢谢这两位同学的表演(大家鼓掌),由于金刚石非常坚硬,所以可以用来刻划玻璃。我们大家也看一下玻璃刀上镶嵌的金刚石吧。
师:金刚石还有其他的性质和用途吗?我这里有很多的金刚石,我们一起欣赏一下。
[课件展示] 金刚石的结构、性质和用途
师:看了刚才的短片,同学们讨论后说说金刚石有哪些物理性质?
[课件展示]列表归纳金刚石的性质和用途。
师:纯净的金刚石是无色透明的、正八面体形状的固体,经仔细琢磨后,成为装饰品──钻石,它还是天然界中存在的最硬物质,熔点很高,不导电有良好的导热性,可以做钻探机钻头、刻刀划玻璃切割大理石做装饰品等。
师:金刚石是碳单质家庭中最璀璨夺目的、最稀有和昂贵的,而同为碳元素组成的石墨和金刚石相比外表要暗淡许多,不信我们来看下面的短片。
[课件展示]石墨的性质、结构和用途
师:从刚才的录像中我们知道,石墨可以做铅笔芯,铅笔是我们最熟悉的学习用品,铅笔里面其实不含铅,是石墨和粘土混合而成的。铅笔上的型号“H”代表Hard,坚硬的,“B”代表 BlaCk,黑的。6B最软,颜色最深,6H最硬,HB软硬适中。由于石墨太软,只用石墨做铅笔芯,易断又易磨损,所以加入粘土。现在同学们把自己的铅笔拿出来观察一下,结合屏幕上的表格总结出石墨有哪些物理性质?
[课件展示]列表归纳石墨的性质和用途。
师:石墨是深灰色、有金属光泽、不透明的细磷片状固体,很软,熔点很高,具有优良的导电性和导热性,很滑腻。石墨的这些性质决定它有哪些用途呢?
师:石墨除了做铅笔芯,还可以做电池的电极。我们取废旧电池中的碳棒来做一个导电的实验。请两位同学到讲台上来做这个实验。
[学生实验]石墨的导电性。把一根石墨电极和导线连接在一起,接通电源后,观察灯泡发亮,证明石墨具有导电性。
师:铅笔芯的成分里含有石墨,铅笔芯有没有导电性?想不想试验一下?
师:带上你自己的铅笔上来做这个实验。(多个学生轮流做这个实验)
[学生实验]自己的铅笔芯接通电源后,也可以使灯泡发亮。
师:如果有一把长期不用而生锈的铁锁,怎样轻易打开它呢?想一想?
师:好,这个实验留给同学们回家去做。学习了金刚石和石墨,它们的性质和用途一样吗?
[课件展示]比较金刚石和石墨的性质和用途
师:金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质,物理性质为什么有这么大的差异呢?我们来看看这两种碳单质的原子排列结构模型。
[课件展示]金刚石和石墨的原子排列结构模型
师:金刚石的碳原子在空间构成连续、坚固的骨架结构,所以坚硬。石墨的碳原子呈平面层状结构,层与层之间的作用力小,所以很软,能导电,有滑腻感。
[课件展示]结论: 同为碳元素组成的单质金刚石、石墨的物理性质不同,是由于它们的碳原子排列方式不同
师:除了金刚石和石墨以外,生活中我们还常常用到木炭、活性炭、炭黑、焦炭等,它们主要由石墨的微小晶体和少量杂质构成。从它们的构成上,同学们能不能告诉我这四种物质是不是碳的单质?
(它们是含碳元素的混合物)
[实物展示]木炭、活性炭、学生分别观察后说出它们的物理性质。
师1:木炭是一种黑色多孔的固体。在隔绝空气的条件下加热木材,可以制得木炭。活性炭是黑色粉末状和颗粒状的固体。把木炭在隔绝空气的情况下加强热,并不断通入水蒸气,便可得到活性炭。
师2:因为木炭具有疏松多孔的结构,表面积很大,能把气体或溶液中的一些物质吸附在它的表面,可做吸附剂。活性炭具有比木炭更优良的吸附性能,可用做电冰箱的去味剂和制糖工业的脱色剂,可用来净化各种气体或液体。现在我们来做一个活性炭吸附有色物质的实验,来证明一下它的吸附性。
 [演示实验]在盛有半杯水的小烧杯里,加入一滴红墨水,使水略显红色。放入活性炭,轻轻振荡。
师:由于黑色的活性炭悬浮于溶液中,现象不明显,可以过一段时间让液体沉淀后用过滤的方法除去活性炭。活性炭不仅能吸附色素,还能吸附气体,防毒面具就是利用活性炭来吸附毒气的我们来看看这个防毒面罩。
[实物展示]防毒面具
它下面的滤毒盒里面装的就是活性炭,可吸附毒气,而使纯净的空气通过。
师:我们再来看看炭黑。
师:炭黑是一种黑色的极细粉末,由含碳的有机化合物不完全燃烧或强热分解制得。蜡烛就是一种含碳的有机物,让它不完全燃烧,能不能制得炭黑呢?
[学生实验]收集炭黑。点燃一支蜡烛,把冷碟子放在火焰的上方。
师:看到什么现象?
师:这就是炭黑,可用于制造油墨、油漆、鞋油、颜料以及橡胶轮胎的填料。大家回去后也可做这个实验。焦炭的主要用途是冶炼金属,是工业上冶炼生铁的一种原料,我们在后面的单元里将会学到它。
我们再看看加了活性炭的红墨水。现在可以过滤了,哪位同学上来做这个实验?
[学生实验]过滤。
师:看到什么现象了?
师:根据以前学过的知识,我们知道,过滤只能除去不溶性物质,所以红墨水颜色的退去是因为活性炭的吸附作用。。
师:科学家发现,除了金刚石、石墨外,还有一些新的以单质形式存在的碳,其中,在研究中取得重要进展的是C60分子和碳纳米管。我们一起来看看这两种碳单质的结构。
[课件展示] C60和碳纳米管的结构及研究
师:这种足球结构的碳分子很稳定。C60中60表示什么?
师:C60是单质还是化合物?
师:目前,人们正在进一步地研究C60分子的结构和性质,以及在材料科学、超导体等方面的应用。C60具有广泛的应用前景。
20世纪90年代初,科学家又致力于一种新型的纳米材料──纳米碳管的研究,我们一起来看一下它的结构图。
[课件展示]纳米碳管的结构图
这是一种非常奇特的材料,它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”,内部是空的,外部直径只有几纳米到几十纳米。这样的材料很轻,很结实。它的密度是钢的1/6,而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用纳米碳管做绳索,是唯一可以从月球挂到地球表面,而不会被自身质量所拉断的绳索。如果用它做成地球—月球乘人的电梯,人们在月球定居就很容易了。
师:随着科学技术的发展,碳单质不断被发现,碳单质的用途也将不断扩大。通过这节课的学习我们知道了:
结论:金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的不同单质。
师:结合金刚石、石墨和C60的性质和用途,讨论物质的结构、性质和用途之间有什么关系?
结构决定性质,性质决定用途
   用途体现性质,性质体现结构
师:现在做课后练习来巩固一下今天所学的内容。
[学生练习]练习后当堂订正。
师:课后阅读“化学·技术·社会”中的“人造金刚石和金刚石薄膜”。今天这节课就上到这里,下课。
附:板书设计
课题1:金刚石、石墨和C60
木炭
焦炭
活性炭
炭黑
 (单质)          
金刚石——碳——     
石墨       C60   

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