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2011年中考化学总复*教学案(第六单元课题1 金刚石、石墨和C60)

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2011 年中考化学总复*教学案 知识·巧学· 知识·巧学·升华 金刚石、石墨和 C60 都是由碳元素组成的单质,但由于碳原子的排列方式不同,因此它 们的物理性质有很大差异。 碳的单质? 一、碳的单质 1.金刚石 金刚石? 1.金刚石? 无色透明,正八面体形状,可作装饰品——钻石,它是天然存在的最硬的物质。? 2.石墨 石墨? 2.石墨? 石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体,很软,有滑腻感,有优良的导电 性能。?? 要点提示 石墨很软,在纸上划过会留下痕迹,因而常用于制铅笔芯。以干电池用石墨为例,说明 石墨具有优良的导电性能。 另外石墨的结构是分层的, 每一层内每个碳原子和其他三个碳原 子结合,形成正六边形,每层之间的连接不牢固,可以滑动。 3.木炭 活性炭、 木炭、 3.木炭、活性炭、炭黑 木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的, 它具有疏松多孔的结构。 这种疏松多 孔的结构使木炭具有吸附能力。? 木炭、活性炭、炭黑、焦炭的比较 木炭 活性炭 炭黑 焦炭 吸附一些食品和工业产品的色素,吸附有异味的物质 吸附能力比木炭强,吸附毒气,制糖工业里脱色制白糖 制造墨、油墨、油漆、鞋油和颜料,还可以增加轮胎制品的耐磨性 冶炼金属

4.C60 分子 C60 是一种新的以单质形式存在的碳,是一种由 60 个碳原子构成的分子,它 形似足球,很稳定。? 要点提示 ,这种“足球”结构的碳分子很稳定,一 C60 分子结构与足球相似,所以又称“足球烯” 个 C60 分子中含有 60 个碳原子,每个碳原子都和其他三个碳原子结合形成正六边形,这样 C60 有 30 个六边形组成。 5.金刚石 金刚石、 5.金刚石、石墨和 C60 的物理性质和用途 金刚石 物 理 性 质 外观 光泽 硬度 导电性 用途 无色透明正八面体形状的固体 加工琢磨后有夺目光泽 最硬(天然存在) 不导电 刻刀、钻石、钻头 石墨 深灰色细鳞片状固体 有金属光泽 很软 优良的导电性 铅笔芯、电极、润滑剂

要点提示 ①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*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。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。? ②物质的组成结构决定体现物质的性质决定体现物质的用途

二、碳的化学性质? 碳的化学性质? 在常温下,碳的化学性质不活泼。常温下,碳受日光照射或跟空气、水分接触,都不容 易发生变化。? 1.碳跟氧气的反应 碳跟氧气的反应? 1.碳跟氧气的反应? 单质碳可以在氧气里燃烧,放出热量,燃烧充分时,生成二氧化碳气体;燃烧不充分时,产 生一氧化碳气体。化学方程式为: 氧气充足时:C+O2 点燃 CO2 ? 氧气不足时:2C+O2 点燃 2CO 2.碳跟某些氧化物的反应? 2.碳跟某些氧化物的反应? 碳跟某些氧化物的反应 (1)木炭和氧化铜反应,生成铜和二氧化碳:? 2CuO+C 2Cu+CO2↑ [实验探究]木炭还原氧化铜? 原理:C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑

装置:铁架台、大试管、酒精灯(用高锰酸钾制氧气的装置) 。? 实验步骤:①按(上图)从下到*沧昂靡瞧鳎怨芸诼韵蛳虑阈薄"诮咎糠酆秃谏 化铜分别充分烘干后,按一定的质量比称取两种黑色粉末。放入研钵中反复研碎、混匀。③ 用药匙或小纸槽将黑色混合物放进试管底部, 塞上带有橡皮塞的直角玻璃导管, 玻璃导管的 另一端插入另一支盛有澄清石灰水的试管中。④点燃酒精灯,先预热试管,然后集中在盛有 混合粉末处加强热。几分钟后,可观察到澄清石灰水变浑浊。⑤拔下橡皮塞,熄灭酒精灯, 待试管自然冷却后, 将试管中的混合物倒在一张白纸上。 ⑥混合粉末中有红色的单质铜生成。 现象:黑色粉末变成红色固体,放出的气体能使澄清石灰水变浑浊。?? 要点提示 ①试管口略向下倾斜。? ②实验结束先从澄清石灰水中拿出导管再停止加热。? ③待试管冷却后再把试管中的红色固体倒出来,防止生成的铜再被氧化;? ④用酒精灯加热时可用网罩提升温度,也可用酒精喷灯加热。? 氧化铜与碳的配比:由化学方程式计算,氧化铜与碳的质量比应当是 13∶1,在实际操 作中,氧化铜粉与炭粉的质量比控制在(9~13)∶1 的范围内效果较好。 (2)木炭还原氧化铁? 2Fe2O3+3C 高温 4Fe+3CO2↑? 三、还原反应? 还原反应? 含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。含氧化合物提供氧的性质叫做氧化性, 含氧化合物是氧化剂;夺取含氧化合物中氧的物质是还原剂,它的这种性质叫做还原性。用 于冶金工业,如 3C+2Fe2O3 高温 4Fe+3CO2↑

要点提示 ①氧化剂和和还原剂描述的对象是反应物, 还原反应和氧化反应描述的是反应过程, 氧 化剂具有氧化性,还原剂具有还原性。如:反应 2CuO+C 2Cu+CO2↑。

氧化铜失去氧而变成单质铜,氧化铜被还原发生了还原反应。木碳得到氧变成二氧化 碳, 木碳被氧化发生了氧化反应。 木炭使氧化铜还原为铜, 木炭具有还原性, 是一种还原剂。 氧化铜能使木炭氧化为二氧化碳,那么氧化铜具有氧化性,在这个反应中是还原剂。? 关于氧化反应、还原反应、氧化剂、还原剂的判断,可以根据下面的韵语:? 得氧氧化,失氧还原;要是问剂,恰恰相反。? ②氧化反应和还原反应同时发生,不可能在一个反应中,只有物质发生氧化反应,没有物质 发生还原反应。也就是说在同一反应中,有氧化剂,也有还原剂。 问题·思路· 问题·思路·探究 ? 问题 1:吸附(作用)是物理变化还是化学变化?? 思路: 思路:吸附是各种固体表面都有的性质。一定质量的吸附剂,吸附能力的大小决定于其表面 积的大小,表面积越大,吸附能力越强。被吸附的气体物质的分子越大(半径越大)——相 对分子质量越大,沸点越高,越易被吸附。? 探究: 探究:木炭和活性炭的吸附是将被吸附物(有色液体、气体、有毒气体等)吸在表面(细管 道内) ,这个变化并没有新物质生成,因此是物理变化。由于活性炭是将木炭在隔绝空气的 条件下,通过水蒸气气流加强热得到的,所以管道更为疏通,因而吸附性强于木炭。? 问题 2:同一种元素可以组成不同的单质吗?? 思路: 思路:由于同一种元素可以组成不同种单质,元素已经发现了 109 种,那么单质的种类就要 更多了。注意元素和单质是不同的概念,单质一定是由同一种元素组成的,但一种元素不一 定只形成一种单质。? 探究: 同一种元素不仅能够组成一种单质, 有的还能组成多种单质, 如碳元素可组成金刚石、 探究: 石墨、C60 等几种单质;磷元素可组成红磷、白磷等单质;氧元素可组成氧气、臭氧等单质。 典题·热题· 典题·热题·新题 碳元素有金刚石、 石墨和无定形碳等多种单质, 下列关于碳单质的叙述正确的是 ( ) 例 1: A.都是黑色固体 B.碳原子的排列方式都相同? C.在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳 D.都能使红墨水褪色? 思路解析: 思路解析:金刚石是无色透明的,所以 A 选项不对;这几种物质正是因为碳原子排列方式不 同所以结构不同,是不同的物质,所以 B 选项错;金刚石、石墨和无定形碳都是碳元素形成 的单质, 其燃烧产物相同, 都是二氧化碳; 这三种物质中, 只有无定形碳是疏松多孔的物质, 具有吸附性,能使红墨水褪色,所以 D 选项错。? 答案: 答案:C 深化升华 该题考查了对同种元素可以组成不同单质的理解,进一步提高了对组成结构决定性质、 性质决定用途基本原理的认识。金刚石、石墨和无定形碳等单质都是由碳元素组成的,虽组 成元素完全一样,但因结构不同,又是完全不同的几种物质,性质差别很大。如金刚石无色 透明、硬度极大、不导电,石墨呈灰黑色、质软、具有良好的导电性,木炭、活性炭有较强 的吸附性等,用途也各不相同。 ,因 例 2:1985 年科学家发现的 C60 分子是由 60 个碳原子构成的,它的形状像足球(图 C) 此又叫足球烯。1991 年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管,它是由六边环形的碳原 子构成的管状大分子(图 D) 。图 A、图 B 分别是金刚石和石墨的结构示意图,图中小黑点均 代表碳原子。

思路解析: 思路解析:由于碳原子排列方式的不同,导致它们的物理性质有较大差异。金刚石、石墨、 足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质,它们的化学性质(常温下稳定性、可燃性、 还原性)是相同的,而且由于碳原子的最外层电子数为 4,常温下不易得失电子,决定了这 些碳单质在常温下性质稳定。 证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的, 首先利用其可燃 性说明其含有碳元素,其次通过定量测定证明其只含碳元素。? 答案: (1)碳原子的排列方式不同。 (2)不活泼,因为碳原子的最外层电子数为 4,常温下 答案: 不易得失电子。 (3)将足球烯放在充满氧气的密闭容器里使之燃烧,测定其生成物是二氧化 碳,且二氧化碳里所含碳的质量等于燃烧前后足球烯减少的质量。? 分析题目时应将足球烯和碳纳米管的结构、性质与金刚石和石墨的结构、性质相联系。 据 报道, 中国科学家以二氧化碳为碳源, 金属钠为还原剂, 470 ℃、 在 例 3: 《美国化学杂志》 80 MPa 下合成出金刚石,具有深远意义。下列说法不正确的是 …( )? A.由二氧化碳合成金刚石是化学变化? B.金刚石是碳的一种同位素? C.钠被氧化最终生成碳酸钠? D.金刚石中只含有非极性共价键? 思路解析: 判断过程属于物理变化还是化学变化的关键是看是否产生新的物质, 由二氧化碳 思路解析: 合成金刚石产生新的物质属于化学变化,金刚石是一种单质而不是元素。? 答案: 答案:B ? 深化升华 此题综合性较强, 考查的知识点较多, 既有概念方面的问题, 又有化学性质方面的问题, 如钠被氧化最终生成碳酸钠, 还有理论方面的问题, 如共价键。 只要这些基本知识比较扎实, 此问题不难解决。 例 4:水煤气厂生产煤气,将水加热成蒸气,通过赤热的碳,得到氢气和一氧化碳。王老师 , 为了说明其化学原理,画出了如图所示的卡通片,其中 A 图表示? ?(物质) 是 剂;B 图表示 (物质) ,是 剂;写出该反应的化 。? 学方程式

A

B?

思路解析: 思路解析:根据氧化还原反应的原理,氧化剂给出氧原子,还原剂得到氧原子,从反应 H2O+C 高温 H2+CO 可看出,H2O 给出氧原子,是氧化剂;碳得到氧原子,是还原剂。? 答案: 答案:H2O 氧化 C 还原 H2O+C 高温 H2+CO

深化升华 本题首先要学会读图片,根据图片提供的信息,给出氧原子的应该是水,得到氧原子的 应该是碳。




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