金刚石、石墨和C60学案

金刚石、石墨和C60学案

‎ ‎ 课题1 金刚石、石墨和C60‎ ‎[学海导航]‎ 一、内容标准：‎ ‎1.能了解金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质；‎ 碳的单质有金刚石、石墨和C60、无定形碳(如木炭、活性炭、焦炭)等等。‎ 金刚石：无色透明，天然存在的最硬的物质，可加工成钻石等装饰品。‎ 石墨：自然界存在的最软的矿物之一，有滑腻感，有良好的导电性。‎ C60：分子由60个碳原子构成，形似足球，也称足球烯，应用于材料科学、超导体等方面。‎ 金刚石、石墨、C60等都是碳的单质，可它们的物理性质差异很大，原因在于构成它碳原子的排列方式不同。‎ ‎2.能了解木炭和活性炭具有的吸附性；‎ ‎ 木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质都是由石墨的微小晶粒和少量杂质构成，由于木炭和活性炭均具有疏松多孔的结构，因此它们具有较强的吸附能力，可以吸附毒气、色素以及有异味的物质等。据此，木炭和活性炭在制糖工业、食品工业、防毒面具制作等方面有重要的应用。‎ ‎3.能掌握碳在常温下化学性质稳定及高温下碳的活动性加强；‎ ‎ ⑴常温下的化学稳定性：常温下碳的化学性质不活泼，很难与其它物质反应。‎ ‎⑵可燃性：碳在氧气充足的条件下燃烧生成二氧化碳，在氧气不足的条件下不充分燃烧生成一氧化碳。C+O2CO2(充分煅烧) 2C+O22CO (不充分燃烧)‎ ‎⑶还原性：碳能夺取含氧化合物里的氧元素，如：‎ C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ C+2CuO2Cu+CO2↑‎ ‎4.能了解物质的用途是由其性质决定的。‎ 名称 金刚石 石墨 C60‎ 外观 无色透明、正八面体形状的固体，有璀璨夺目的光泽 深灰色不透明的细鳞片状的固体，有金属光泽 C60分子形似足球，有金属光泽的固体，其微晶粉末呈黄色 导电性 几乎不导电 良好 几乎不导电 硬度 天然存在的最硬的物质 质软(最软的矿物之一)‎ 质脆 导热性 很差 良好 很差 用途 钻头、刻刀、装饰品等 电极、铅笔芯、润滑剂等 制备新材料、制作新器件、医学应用等 ‎(注：人们对C60性质的认识正在不断地深入。)‎ 由上表可知，物质的性质决定了物质的用途，其关系为：‎ 反映 物质的用途 反映 决定 决定 物质的组成结构 物质的性质 二、例题解析： ‎ 例题1 某物质经分析只含有一种元素，下列关于该物质的说法中正确的是( )‎ A.一定是化合物 B.一定是混合物 C.一定是单质 D.可能是混合物，也可能是纯净物 分析：只含一种元素的物质可能是单质，也可能不是，如金刚石和石墨的混合物、红磷和白磷的混合物，它们都是由同种元素组成的混合物，由同种元素组成的物质一定不是化合物，解答此题时要注意单质的概念。答案选D。‎ 5‎ ‎ ‎ 例题2 如图(6-1)所示，向盛有NO2 气体(红棕色)的烧瓶内投入若干小块木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到的现象是：‎ NO2‎ ‎⑴_____________________________________________；‎ ‎⑵______________________________________________；‎ 水 原因是__________________________________________‎ ‎_______________________________________________。 木炭 ‎ 分析：木炭疏松多孔，具有吸附性，它可以吸附有色气体 NO2，导致烧瓶内气体压强减小，烧杯内的水被压入烧瓶里。 图(6-1)‎ 答案：⑴烧瓶内红棕色的气体逐渐变浅甚至消失；⑵水从烧杯内沿着导管进入烧瓶里。原因是：由于木炭具有吸附性，将有色气体(NO2)吸附到木炭表面，所以瓶内气体颜色变浅，甚至消失；外界的气压大于烧瓶内气体压强，水就被压入烧瓶内。‎ ‎[基础训练]‎ ‎1.下列物质中，硬度最大的是( )‎ A.金刚石 B.石墨 C.钢 D.焦炭 ‎2.下列过程中发生了化学变化的是( )‎ A.石墨导电 B.金刚石切割金属 C.用铅笔写字 D.用焦炭冶炼金属 ‎3.王羲之是我国宋朝的书法家，他的墨宝保存至今，极其珍贵。你认为他的书法能保存完好的原因是( )‎ A.因为王羲之的书法苍劲有力，所以不易褪色 ‎ B.因为墨的主要成分碳，在常温下化学性质稳定 C.因为王羲之的书法能密封保存，不与氧气接触 D.因为现代科学 发达，能够把古代书法还原其本色 ‎ ‎4.下列关于C60的说法不正确的是( )‎ A.C60及金刚石、石墨都是碳的单质 B.该物质的相对分子质量为720‎ C.该物质中碳元素的化合价为+4价 D.保持该物质化学性质的最小粒子是C60分子 ‎5.纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米的空心管，下列说法错误的是( )‎ A.纳米碳管是一种新型的化合物 B.纳米碳管材料完全燃烧，生成物是CO2‎ C.纳米碳管管道很多，表面积大，吸附力强 D.纳米碳管常温下化学性质稳定 ‎6.同一种元素可以组成不同种单质，碳单质有_________、__________和__________等，其中_______是天然存在的最硬的物质，________是最软的矿物之一，它们的性质差异是因为____________________，由此可知________________决定物质的性质。‎ ‎7.木炭具有较强吸附性是因为它具有_______________结构，防毒面具是利用活性炭来吸附________________；制糖工业利用活性炭来吸附_____________；自来水厂用活性炭来吸附___________。‎ ‎8.经过烘干的木炭和氧化铜粉末混合后充分加热，并把产生的气体通入澄清石灰水中，观察到的现象分别是⑴________________________；⑵______________________________。‎ 所发生的化学方程式分别为⑴___________________________⑵_____________________。‎ ‎[拓展探究]‎ ‎1.木炭的吸附性 药品：木炭、红墨水、水 5‎ ‎ ‎ 过程：‎ 操作过程 实验现象 实验结论 结论：__________________________________________________________‎ 通过该实验，你的收获是_________________________________________‎ ‎2.碳与氧化铜反应的实验探究：‎ 药品：活性炭、氧化铜、澄清石灰水 仪器：铁架台、试管、导气管、酒精煤 其它：火柴 过程：‎ 实验操作 实验现象 实验结论 图 ‎①__________________________‎ ‎____________________________‎ 澄清石灰水 ‎②_________________________‎ ‎__________________________‎ 当黑色物质变成_______________‎ 证明有___‎ ‎_____生成 ‎③__________________________‎ ‎____________________________‎ 当澄清石灰水变成____________‎ 证明有___‎ ‎_____生成 结论：_____________________________________________________________________‎ ‎⑴图中，试管口为什么向下？____________________________________________‎ ‎⑵实验完毕后，应注意什么问题？为什么？‎ ‎_____________________________________________________________________‎ ‎3.做一个简易的净水器。若玻璃管、单孔塞等不易找到，可改用下列方法：‎ ‎①木筷；②盛有红糖水的玻璃杯；③底部有孔的竹筒(可挂在墙上)；④小石子或碎玻璃；⑤木炭；⑥多孔泡沫塑料或脱脂棉。‎ 说明操作过程、现象并解释用此装置可作净水器的原因。‎ ‎[反思评价]‎ 小结：‎ ‎1.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。如金刚石、石墨和C60分子等都是___________________组成的__________。‎ 5‎ ‎ ‎ ‎2.木炭和活性炭具有吸附性。原因是_____________________________________________。‎ ‎3.___________下，碳的化学性质很稳定。_________下，碳能够跟很多物质起反应。‎ ‎4.物质的______在很大程度上决定物质的____________-。‎ 自我评价：‎ ‎1.金刚石和石墨的性质存在差别，其原因是在金刚石和石墨里( )‎ A.碳原子中电子排布不同 B.碳元素的化合价不同 C.碳原子的排列不同 D.碳元素的化学性质不同 ‎2.下列物品中，有用金刚石做的是( )‎ A.装饰品 B.耐高温的坩埚 C.电池中的电极 D.冰箱中的除异味剂 ‎3.下列说法中，正确的是( )‎ A.一种元素只能形成一种单质 B.金刚石和石墨是由不同种元素组成的 C.金刚石和石墨都是黑色晶体 D.金刚石和石墨的化学性质基本相同 ‎4.最近科学家新发现一种化学式为C60的新物质，下列说法不正确的是( )‎ A.其相对分子质量为720 B.它是一种新型的化合物 C.它在纯净的氧气里完全燃烧时的生成物是二氧化碳 D.它和金刚石都是由碳元素组成的单质 ‎5.下列几种情况，能证明“金刚石和石墨是由相同元素组成”的事实的是( )‎ A.它们的熔点相同 B.都不溶于水 C.完全燃烧后都得同一产物二氧化碳 D.石墨在一定条件下可转化为金刚石 ‎6.根据下列实验现象推断，黑色粉末可能是( )‎ 高温 ‎ 红色粉末 ‎ 澄清石灰水 黑色粉末 ‎ ‎ 无色气体 白色沉淀 ‎ A.CuO和C B.Fe2O3和C C.CuO D.MnO2‎ ‎7.1990年海湾战争引起科威特大量油井燃烧，造成严重的大气污染，据报道，有些地区降了黑雨。请你分析形成黑雨的重要污染物是( )‎ A.炭黑 B.二氧化碳 C.水蒸气 D.石墨 ‎8.向红热的木炭中通入硫的蒸气，能发生反应生成一种叫二硫化碳的物质，推断这个反应的方程式为______________________________________________。‎ 参考答案：‎ ‎[基础训练]‎ ‎1.A 2.D 3.B 4.C 5.A 6.石墨、金刚石、C60，金刚石，石墨，碳原子的排列方式不同，物质的组成和结构。‎ ‎7.疏松多孔的，有毒气体，色素，异味 ‎8.⑴黑色粉末变红色⑵澄清石灰水变浑浊 ‎ ⑴C+2CuO2Cu+CO2↑⑵CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O ‎[拓展探究]‎ ‎1.‎ 操作过程 实验现象 实验结论 玻璃杯中红色的溶液变成无色 木炭具有吸附性，能吸附色素 5‎ ‎ ‎ 用一个玻璃杯装2/3杯的水，往里滴入5~6滴的红墨水，搅拌。然后往里加入3~4块的木炭，放置一晚上 结论：_木炭具有吸附性。 你的收获是(略)‎ ‎2.‎ 实验操作 实验现象 实验结论 ‎①将活性炭与氧化铜以一定的比例(质量比1：14)混合均匀，往试管中加入2~3药匙该混合物，连接好装置(如图)‎ ‎②先均匀加热，后对着药品部分加热 红色 铜 ‎③将导气管插入澄清石灰水中 白色浑浊 二氧化碳 结论：碳具有还原性。 ‎ ‎⑴防止集结在试管口的水珠倒流回试管底部，引起试管破裂。‎ ‎⑵实验完毕，要先将导气管移出水面，然后停止加热，以防因热胀冷缩，水倒流回试管，引起试管破裂。‎ ‎3.略 ‎[反思评价]‎ 小结：1.碳原子，单质 ‎2.它们都具有疏松多孔的结构 ‎3.常温下，高温下 ‎4.性质，用途 自我评价：1.C 2.A 3.D 4.B 5.C 6.A 7.A 8.C+2SCS2‎ 5‎