九年级化学 第六单元__碳和碳的氧化物教案 人教新课标版

第六单元 碳和碳的氧化物本单元概述在引导学生走进化学世界，从化学角度认识了身边的物质，初步了解了物质构成的奥秘，学习了一些基本的化学概念和化学技能之后，本单元开始深入、细致地研究碳和碳的氧化物。本单元包括三个课题：课题1主要介绍碳的几种单质：金刚石、石墨和C60分子等。课题2引导学生探究实验室中制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳。课题3是在课题2的基础上，通过实验探究碳的氧化物的性质。本单元教材具有以下特点：1注意采用体验学习与探究学习的方式。例如，课题2在给出了实验室中制取二氧化碳的反应原理以后，引导学生在制取氧气的基础上，探究制取二氧化碳的装置。2教材内容在呈现方式上注意教学情境的创设和联系学生的生活实际。例如，在介绍金刚石和石墨的用途时，注意联系学生生活中用到或见到的物质，如玻璃刀、铅笔芯、无轨电车等。3紧密联系社会和高新科技。例如，教材中介绍了人造金刚石和金刚石薄膜、C60分子及管状碳和温室效应等内容。4图文并茂。教材中许多内容是以图代文，有利于激发学生的学习兴趣。课标要求1了解一种元素可以组成多种单质及碳单质的化学性质。2引导学生探究实验室中制取二氧化碳的装置，并利用设计的装置制取二氧化碳。3知道二氧化碳和一氧化碳的化学性质。本单元内容与教学思路分析1关于碳的单质（1）要引导学生以发展的眼光来看待碳的单质。教材中不仅介绍了碳的3种单质：金刚石、石墨和C60分子，而且还提到了20世纪90年代初发现的一些以新的形态存在的单质碳如管状碳（碳纳米管），教参中还介绍了一些类似洋葱形状的碳等。其实，1985年C60的发现就引起了许多科学家的反思，像碳这样的在1920世纪已经被化学家详细研究过了的元素，居然在它的基本研究领域还存在着如此重大的遗漏，应该引起研究工作者的奋起直追。教师可利用这些素材，引导学生认识随着科技的发展，碳单质的一些新形态也可能被发现，碳单质的用途可能将不断扩大，使学生以发展的眼光来看待碳的单质，从而增强对化学学习的兴趣，以及献身化学的信心。需要说明的是，教参中提供了许多关于C60的发现、C60的超导性、C60的命名和C60的潜在应用前景，以及碳单质研究的新进展等资料，这些资料是拓展教师视野的，不要将其引入课堂教学中，以免加重学生的学习负担。（2）在介绍碳的单质时，不要介绍同素异形体的概念（标准中不要求），重点是从物质组成多样性的角度来介绍。2关于二氧化碳制取装置的探究在探究实验室中制取二氧化碳的装置时要注意两点：（1）探究重在过程，以及思路和方法。课题2主要是让学生探究实验室中制取二氧化碳的装置，在探究过程中了解实验室中确定制取气体的装置（包括发生装置和收集装置）时应考虑的因素，如反应物的状态、反应条件、所要制取的气体的性质，等等。因此，探究的重点是让学生参与设计制取二氧化碳装置的过程，以及了解实验室中确定制取气体装置的思路和方法。（2）探究要体现开放性。教学时，可以将学生分成几组，每组学生通过讨论（甚至辩论）、合作来组装一套制取二氧化碳的装置（可以不局限在教材中所列的仪器上），然后在教师指导下，组与组之间互相讨论装置的优缺点。另外，教材中列出了二种制取二氧化碳的装置，目的是保证制取装置学习的落实，教学时切不可将它作为唯一的、标准的装置，要鼓励学生创新，鼓励学生利用代用品来设计装置。3关于联系生活和社会实际 本单元中联系生活和社会实际的内容非常多。例如，金刚石和石墨的用途；二氧化碳的性质（利用溶解性来制汽水、干冰用于人工降雨等），二氧化碳的用途（灭火、气体肥料等），二氧化碳对生活和环境的影响（温室效应）等。另外，教材中还设计了3个家庭小实验和1个调查与研究。这些内容或活动都是紧密联系学生的生活和社会实际的，教师在教学过程中应充分利用这些素材来激发学生的学习兴趣，使学生学以致用，从而体会化学学习的重要价值。教学重点、难点本单元教材重点是：1碳及其碳的氧化物的性质。2实验室中制取二氧化碳的装置。3培养学生以发展的观点认识碳的单质。4培养学生关注社会和关注环境的责任感。本单元的教学难点是：探究实验室中制取二氧化碳的装置。课时安排建议课题1 金刚石、石墨和C60 1课时课题2 二氧化碳制取的研究 1课时课题3 二氧化碳和一氧化碳 2课时本单元复习小结 1课时课题1 金刚石、石墨和C60一、教学建议课标要求1知道一种元素可以组成多种单质,领悟物质的多样性和复杂性；2通过对金刚石 、石墨和C60的了解，初步认识结构与性质，性质与用途之间的关系；3了解木炭、活性炭的吸附性，知道与此相关的一些用途；4通过实验和对实验现象的观察分析，掌握碳在常温下的化学稳定性和高温时的化学活动性。内容分析及教学建议1内容分析：本课题包括两部分：一、碳的单质；二、碳的化学性质。碳的单质主要介绍了金刚石的“硬”、石墨的“软”和导电性以及C60分子的结构特点。由于木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，因此木炭的吸附性放在有关石墨的内容中介绍。在介绍碳的单质时，教材注意图文结合及联系最新科技成就。例如，金刚石的“硬”是从教材图61金刚石的用途推测出来的；而教材图62石墨的用途则是它的性质(软及导电性)的具体应用。这样安排加上木炭的吸附性及其用途有利于学生树立物质的性质决定用途的观点。教材图64中将C60分子的结构模型和足球放在一起作比较，使C60分子的结构特点一目了然。教材提到了20世纪90年代初发现的管状碳，目的是使学生以发展的眼光来看待碳的单质，使他们认识到随着科技的发展，碳单质的一些新形态也将被发现，碳单质的用途也将不断扩大。在介绍碳的化学性质时，注意联系学生的生活实际和已有的知识。例如，首先提出了一个问题：我国古代一些画家、书法家用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢？由此引出在常温下碳的化学性质不活泼。继而提出：如果温度升高，碳的活动性又如何呢？对于碳跟氧气的反应，可以应用前面学过的元素符号、化学式和化学方程式等化学用语，让学生自己写出木炭在氧气里充分燃烧时的化学方程式。2教学建议：在介绍金刚石、石墨和C60分子时，只要说明它们都是碳组成的单质即可，不介绍同素异形体的概念。在介绍金刚石和石墨的性质及用途时，要紧密联系学生的生活实际。要引导学生以发展的观点看待碳的单质。木炭跟氧化铜的反应是学生学习的难点。实验时，要引导学生着重观察两个问题：(1)石灰水发生了什么变化？(2)试管里的粉末发生了什么变化？根据实验现象，由学生自己分析木炭跟氧化铜反应生成了什么物质，教师加以指导写出反应的化学方程式。然后分析这个反应中反应物和生成物的关系，引出还原反应。要求学生做好本课题后的家庭小实验，以激发学生的学习兴趣。3教材实验说明和建议:：【实验61】用块状木炭脱色，需要较长时间，可作如下改进：在小烧杯中注入30 mL40 mL蒸馏水，加入少许红墨水至呈现浅红色为止，将其均分入两个小锥形瓶(或大试管)里。取0.5g干燥木炭，在研钵中研细后，倒入其中一个小锥形瓶里，充分振荡后过滤，可以得到无色溶液，再与另一个小锥形瓶中未加木炭的原溶液对比，学生会对木炭脱色留下深刻的印象。【实验62】木炭还原氧化铜的实验，要取得理想的实验效果，应当注意以下几点：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131，在实际操作中，氧化铜粉与炭粉的质量比以限制在(913)1的范围内效果较好。反应物要研细混匀。为了使氧化铜和木炭这两种反应物充分接触，要把刚烘烤过的木炭放在研钵中研细，再加入氧化铜，一起混匀，能否混合均匀是本实验成败的关键之一。为了缩短实验时间，可以在课前用水把混匀的氧化铜和木炭粉调成糊状，然后用玻璃棒把糊状物均匀涂在薄壁试管底部内壁上，晾干后进行还原操作，在试管内壁可见紫红色的铜镜出现。用新制氧化铜进行实验。往试管里放入少量硝酸铜晶体，在通风橱中加热使其熔化，一边转动 试管，一边继续加热，直至试管底部形成均匀的氧化铜薄层；然后，把刚烘烤过并研细的木炭粉倒入， 图6-1 木炭还原氧化铜并高出氧化铜薄层1cm2cm，按如图61所示装置好。用带有网罩的酒精灯加热，经4min5min后，可见黑色氧化铜薄层变成光亮的铜镜，盛有石灰水的试管里产生白色沉淀。本课题第一部分重点介绍金刚石、石墨和C60的性质和用途，学习时可采用对比的方法，并注意图文结合及联系最新科技成就，即以发展的观点看待碳单质；在学习第二部分碳的化学性质时要联系自己的生活实际和已有的知识。教学重点、难点：碳的化学性质主要介绍了碳跟氧气及某些氧化物的反应，这是本课题教学重点，其中碳跟某些氧化物的反应是本课题教学难点。课时安排：本课题可用1课时完成。二、课时教案课题1 金刚石、石墨和C60教学目标 知识目标了解金刚石、石墨和C60的物理性质和主要用途。使学生初步掌握碳的化学性质稳定性、可燃性、还原性。知道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。能以发展的观点看待碳的单质。能力目标进一步培养学生的观察能力和思维能力。德育目标通过碳与氧在不同条件下反应的产物不同，渗透物质所发生的化学反应既决定于物质本身的性质，又决定于反应条件的学习方法的指导。教学重点、难点碳的化学性质即碳跟氧气、碳跟某些氧化物的反应是本课题的教学重点，其中碳跟某些氧化物的反应是本课题的教学难点。教学准备 仪器：大试管、铁架台、酒精灯、烧杯、漏斗、带导管的单孔塞、直玻璃管药品：木炭粉、活性炭、氧化铜、澄清石灰水、红墨水（或红糖水）教学过程【导入新课】引言种类有限的元素构成数不清的物质，你们知道哪种元素形成的物质种类最多吗？这种元素是第六号元素碳，碳和碳的氧化物不仅同我们的日常生活有着紧密的联系，而且它们在国民经济中也占有相当重要的地位。为此本单元将学习碳和碳的氧化物。板书 第六单元 碳和碳的氧化物学生活动 （实验探究）1用铅笔在玻璃上划一下，然后用布擦一下。2用玻璃刀裁玻璃。(教师指导,一学生来完成二实验)引言从实验可见，铅笔芯的主要成份石墨与玻璃刀上的金刚石不仅“长相”不同，它们的“脾气”也不一样，表面上看石墨和金刚石是两种不相干的物质，然而它们的组成元素却是相同的，都是由碳元素组成的单质。本节课我们将学习金刚石、石墨和C60等几种碳单质的性质及用途。板书课题1 金刚石、石墨和C60【知识探究】一、碳的单质教师活动（投影）给出思考题，指导学生结合教材插图阅读教材第104-106页，并引导学生用列表法总结金刚石、石墨和C60的物理性质和用途。思考题如下：金刚石的外形、硬度如何？有何用途？石墨的外形、硬度如何？导电性能如何？有哪些用途？木炭、焦碳、活性炭、碳黑等在结构上相似于金刚石还是石墨？其中木炭的性质和用途有哪些？ C60的外形、性质、用途如何？ 学生活动1阅读：教材第104-106页，并引导学生用列表法总结金刚石、石墨和C60的物理性质和用途。2实验探究：用手摸铅笔粉末。3实验探究：动手完成“家庭小实验1、2” 石墨导电实验和制作碳黑的实验。4交流讨论：完成上述思考题并列表总结。教师活动1教师讲述：学生围绕思考题做阅读汇报，教师讲评补充并板书2教师投影：金刚石、石墨和C60的比较：金刚石石墨C60外 形无色透明、正八面体形状的固体深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，形似足球,很稳定硬 度最 硬很软C60的很多性质的研究正在进行中导电性不导电导电导热性不导热导热组成元素CCC3教师提问：（学生回答）什么事实说明金刚石很硬？石墨很软？生锈的铁锁难以打开，把少许铅笔芯粉末放进锁眼，钥匙转动几下即可打开，说明石墨有何性质？这与它的结构是否相关？与什么结构有关？高温下工作的机器，常用石墨粉末作润滑剂，这都利用了石墨的哪些性质？学生活动 交流讨论：结合金刚石、石墨和木炭的性质和用途，讨论物质的性质和用途之间有什么关系？教师活动 1教师引导：物质的性质在很大程度上决定物质的用途。2教师设疑：金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，为什么两种物质在物理性质方面有那么大的差异呢？（学生思考、讨论）3教师讲解：我们知道结构决定性质，性质不同结构显然不同，它们在结构上的不同，是由于碳原子排列的方式不同，就好比用同样的砖块可以建造不同风格的建筑物。至于碳原子怎样排列形成的就是金刚石，怎样排列就形成石墨，怎样排列就形成C60将在今后的学习中再研究。4教师小结：一种元素可以形成多种不同的单质。所以，由同种元素组成的纯净物叫单质。多种单质可能由同种元素组成。5教师引言：碳元素形成的单质除了金刚石、石墨和C60外，还有一类碳单质，在小结这部分知识前，先来观察两个实验。学生活动1实验探究： 在教师指导下学生完成教材【实验6-1】，并观察现象。2交流讨论： 出现上述现象的原因。教师活动1设疑：红色颜料到哪去了？木炭或活性炭为什么可吸附这些物质？吸附时是否发生了化学变化？2引导：从木炭或活性的结构特点方面进行思考：它们为什么有吸附能力？这个性质在其它方面有何用途？学生活动1总结木炭、活性炭的用途。2联系生活实际举例说明它们的吸附性。（防毒面具、冰箱去味剂等。）3阅读教材第106页阅读材料“化学技术社会”：人造金刚石和金刚石薄膜，激发学生的创新意识和探索真理的欲望。二、碳的化学性质教师活动 1设疑：上述几种碳的单质物理性质有较大的差异，是由于碳原子的排列不同。那么化学性质是否相同呢？为什么？2讲解: 因为这些单质都是由碳原子构成的,所以有相同的化学性质。学生活动1交流讨论：结合碳原子的结构示意图分析：碳单质有哪些化学性质？（共同分析）元素的化学性质主要决定于其原子的最外层电子数，碳原子最外层电子数为4，得到或失去4个电子成为稳定结构都比较困难，故常温下单质碳的化学性质较稳定。2阅读教材第107页3、4段，并看插图6-6。（联系生活实际，以我国古代字画墨迹及焦炭、木炭等具有稳定性为例进行讨论。）教师活动 1板书：常温下，碳的化学性质不活泼稳定性2讲解：碳原子的最外层电子结构毕竟不是稳定结构，升高温度时，单质碳的化学活动性增强，可与许多物质反应。（一）碳与氧气的反应可燃性教师活动1提问：木炭在氧气中燃烧的现象是什么？写出有关的化学方程式。（让学生板书）2讲解：在氧气或空气中，当氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳；如果氧气不充足时，碳燃烧不充分生成一氧化碳。另外，注意联系生活实际，以燃煤（煤的主要成份是碳）的火炉为例加以说明。学生活动1一学生板书两个化学方程式：板书 C+O2CO2 (充分燃烧) 2C+O22CO (不充分燃烧)2讨论：根据已学过的知识，试设计一个实验方案，用来证实金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质。 3共同分析：将金刚石或石墨放在纯氧中燃烧，生成唯一的产物二氧化碳，则说明金刚石、石墨是碳元素组成的单质。（二）碳与某些氧化物的反应还原性学生活动实验探究3：在教师指导下学生完成教材【实验6-2】，并观察现象。教师活动指导学生实验：气密性的检查、药品的取用、仪器的装配顺序及装配要点等。引导学生注意实验的先后顺序。提示学生观察并思考：试管里的粉末发生了什么变化？生成了什么物质？石灰水发生了什么变化？学生活动1在教师指导下，认真操作实验、观察实验，并思考、讨论、回答问题。（现象：黑色粉末变红，石灰水变浑浊。结论：反应生成铜和二氧化碳。）2写出上述反应的化学方程式：2CuO+C2Cu+CO2（让学生板书）教师活动1指导学生阅读第108页第36行，回答：什么是还原反应？对上述反应进行分析。上述反应里碳单质有什么用途？体现了什么性质？共同讨论还原反应是含氧化合物中的氧被夺去的反应。上述反应中，氧化铜中课题1 金刚石、石墨和C60 物理性质 常温稳定性（不同）碳单质化学性质 点燃可燃性 （相同）用 途 高温还原性的氧被碳夺走而还原成铜，碳是这个反应中的还原剂。教师总结从得氧、失氧的角度分析：氧化铜失氧，被还原(成铜),发生还原反应；氧化铜是氧化剂具有氧化性。碳得到氧，被氧化(成CO2), 发生氧化反应；碳是还原剂具有还原性。教师讲解工业上，常利用碳的还原性，将金属从其氧化物矿石中还原出来。学生练习写出用碳还原赤铁矿（主要成份是Fe2O3）的化学方程式。学生板书2Fe2O3+3C4Fe+3CO2（利用碳的还原性，可以冶炼金属。）【知识整理】学生谈对本节课的收获，教师补充完善（参见板书设计）。【自我检测】见学案部分【推荐作业】教材第109页习题2、5、6。板书设计三、学案课题1 金刚石、石墨和C60学习目标1了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途。2知道碳单质的化学性质稳定性、可燃性、还原性。3知道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。能以发展的观点看待碳的单质。学法指导例2图本节第一部分重点介绍金刚石、石墨和C60的性质和用途，学习时可采用对比的方法，并注意图文结合及联系最新科技成就，即以发展的观点看待碳单质；在学习第二部分碳的化学性质时要联系自己的生活实际和已有的知识。释疑解难【例1】请将下面左列和右列的相关内容用短线连接起来金刚石硬度大 冰箱去味剂石墨的导电性能好 切割玻璃活性炭的吸附能力强干电池电极单质碳具有还原性做燃料常温下碳化学性质不活泼冶炼金属碳燃烧时放热制油墨分析：本题主要考查碳单质的性质和用途，性质决定用途，左列是有关性质的内容，右列是相应的有关用途的内容。答案：略【例2】如右图，向盛有二氧化氮气体(呈红棕色)的烧瓶里投入几块木炭，连接好装置。能看到的现象是： ； 。原因是 。分析：木炭具有疏松多孔的结构，有效面积大，有很强的吸附性，能把大量气体或染料等微小粒子吸附在它的表面，所以二氧化氮气体被木炭吸附了，红棕色会消失。二氧化氮气体被吸附后，瓶内气体的压强变小了，烧杯内的水被压入烧瓶里。 答案：（1）烧瓶内的红棕色的气体逐渐变浅甚至消失；（2）水从烧杯内沿导管进入烧瓶里。原因是：由于木炭具有吸附性，将红棕色的二氧化氮气体吸附到木炭表面，所以烧瓶内气体颜色边浅，甚至消失；外界的大气压大于烧瓶内的气体压强，水就被压入烧瓶内。【例3】 在书写档案时，规定必须使用含有单质碳的墨水，其理由是( )A单质碳不跟其他物质反应B常温下，碳的化学性质不活泼C碳易与纸张反应生成化学性质稳定的物质D这种墨水是经过加工的性质稳定的化合物分析：本题考查碳单质的性质我们使用含有单质碳的墨水写档案，主要是利用碳在常温下，化学性质不活泼。答案：B【例4】 试管里盛有黑色粉末，加热后有红色固体生成，同时产生没有颜色、没有气味的气体，此气体能使澄清的石灰水变浑浊，这种黑色粉末可能是( )A氧化铜B氧化铜和木炭粉的混合物C木炭粉和铜的混合物D木炭粉分析：本题考查碳跟氧化铜反应的现象。加热后有红色固体生成，这红色固体应该是铜，同时产生没有颜色、没有气味能使澄清石灰水变浑浊的气体，这气体应该是二氧化碳根据质量守恒定律，反应物中有C、Cu、O三种元素，应该是氧化铜和木炭粉的混合物。答案：B【例5】如何证明金刚石和石墨都是碳元素组成的单质？分析： 远在17世纪，意大利佛罗伦萨科学院的院士们，用取火镜把日光聚焦在金刚石上，金刚石被烧红，体积缩小但不熔化，最后消失了。俄国科学家也曾在阳光下用放大镜照射金刚石，最后金刚石也变成了一缕青烟，金刚石不见了。后来拉瓦锡又在玻璃罩内重复了燃烧金刚石的实验，并将得到的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑了，与木炭燃烧结果一样，证明金刚石的成分是碳。金刚石太珍贵了，我们难以做金刚石燃烧的实验，有科学家的实验证实就可以了。燃烧石墨的实验人人都可以做，同样把燃烧产生的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑，也就证明了石墨也是由碳元素组成的碳单质。所以通过将石墨和金刚石分别在氧气里燃烧，均生成二氧化碳一种产物，从而证明金刚石和石墨都是由碳元素组成，只不过由于碳原子的排列不同，所以形成两种不同的单质。 答案：将金刚石、石墨在氧气中充分燃烧都生成唯一的产物是二氧化碳，且这一产物里所含氧的质量等于参加反应的氧气的质量，由此证明它们是由碳元素组成的不同单质。【例6】最近科学家发现了一种新分子，它具有类似足球的结构，化学式是C60。对C60有下列几种说法：C60是一种新型的化合物；C60和金刚石、石墨是由碳元素组成的三种不同的单质；C60用于制造良好的超导材料；C60的相对分子质量是720。其中正确的叙述是( )A B C D分析：本题向同学们提出了四个问题：什么是单质？什么是化合物？用定义判断一下C60是单质还是化合物？C60、金刚石、石墨是不是同一种物质？C60有哪些重要的用途？怎样计算物质的相对分子质量？解决了这四个问题，就能找出本题应选择的正确答案。由定义可知：由同种元素组成的纯净物叫单质，由不同种元素组成的纯净物叫化合物。对比C60的化学式可知，它是由60个碳原子构成的分子，所以是单质，题中的叙述是错误的。C60、金刚石、石墨都是仅由碳元素组成的单质，但结构不同：C60有类似足球的结构，金刚石晶体是正四面体，石墨晶体则是层状结构。结构不同、性质必然不同。所以它们是由碳元素组成的不同单质。题中的叙述正确。C60是近年来科学家在研究中发现的一种奇特的大分子，在C60中掺以少量某些金属后具有超导性，它可用于制造良好的超导材料。题中的叙述正确。由此也启示我们，不能只埋头死记课本知识，应该关心当今飞速发展的科学技术的新成就、新信息。根据C60的化学式可知，它的相对分子质量为6012=720，题中的叙述正确。答案：C。自我检测 1碳的下列单质中常用作电极材料的是( )A金刚石 B石墨C活性炭 D焦炭2下列各组物质属于碳元素组成的不同单质的是( )A水和冰 B红磷和白磷C金刚石和石墨和C60 DO2和O33下列过程中发生了化学变化的是( )A石墨导电 B用焦炭冶炼金属C用铅笔写字 D金刚石切割金属4下列关于碳的几种单质的组成和用途的说法错误的是( )A璀璨夺目的天然钻石是由碳元素组成的B长期未用而难开启的铁锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉便易于开启C活性炭可用作防毒面具的滤毒剂D铅笔芯主要是用铅和少量碳粉制成的5只含有碳元素的物质( )A一定是纯净物 B一定是金刚石C可能是纯净物，也可能是混合物 D一定是炭黑6为了除去氧化铜中混入的杂质碳，而又不增加新杂质，可采取的措施是( )A在氧气流中加热混合物 B在密闭容器中灼热混合物C在CO2气流中加热混合物 D在氢气流中加热混合物7在石墨、活性炭和金刚石等碳的单质中，硬度最大的是 ；软而滑腻的是 ；导电性能好的是 ；能使集气瓶中红棕色的二氧化氮颜色消失的是 ，该变化是 变化(填“物理” 或“化学”)。8金刚石、石墨在氧气中充分燃烧都生成唯一的产物是 ，且这一产物里所含氧的质量等于参加反应的氧气的质量，由此证明它们都是由 元素组成的不同单质。9在常温下，碳的化学性质 ，在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成 ，化学方程式是 ；当氧气不充足时，碳燃烧生成 ，化学方程式是 ；这两个反应都属于 反应类型(基本反应类型)。10我们知道金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质。那么，石墨在一定条件下转变成金刚石的过程中，发生的变化是 (填“物理变化”或“化学变化”)111990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12科学家证实了一种有空心球状结构的分子N60，以下不正确的是( )AN60和N2都是氮元素的单质BN60与N2应具有不完全相同的性质CN60的相对分子质量是840DN60中含有30个氮分子13我国古代曾将炉甘石(含ZnCO3)、赤铜(含Cu2O)和木炭混合加热而得到金光闪闪的“药金”。已知ZnCO3受热分解为ZnO和CO2，请据此回答：(1)写出上述制取“药金”过程的有关化学方程式：(2)用现代观点看，“药金”是什么？参考答案：1B 2C 3B4D5C 6A7金刚石；石墨； 石墨； 活性炭；物理8CO2；碳9不活泼(稳定)； CO2； CO2 CO2；CO； 2CO2 2CO； 化合10化学变化11A12D13 (1)ZnCO3ZnOCO2；2ZnOC 2ZnCO2；2Cu2OC 4CuCO2(2)“药金”是铜和锌的混合物视野拓宽为什么活性炭可用作防毒面具？木炭、骨炭等的许多用途是它们对于气体或溶解物质吸附性能的利用。具有高吸附能力的炭称为活性炭。吸附性是指各种气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸在固体或液体物质表面上的现象。具有吸附性质的物质叫吸附剂，被吸附的物质叫吸附质。吸附作用实际是吸附剂对吸附质质点的吸引作用。吸附性能的大小是由吸附剂的性质、吸附剂表面的大小、吸附质的性质和浓度的大小、温度高低而决定的。因为吸附作用既然是表面作用，所以吸附剂的表面积愈大、吸附量也愈高。一定重量物体表面积的大小决定于其粒子的粗细或其孔隙的多寡。棱长1cm的立方体如分裂为棱长1mm的立方粒子，面积就由6cm2增大为6000m2。活性炭由于孔性充分发展，1g中的总面积可达7000m2。故粉末状和多孔性活性炭常有很高的吸附能力。防毒面具主要分面罩、呼吸管和滤毒罐三部分。滤毒罐里起主要作用的有活性炭层、化学吸附层和防烟滤层。在不同滤毒罐里各层排列顺序不尽相同。活性炭层主要用于吸附毒气。由于活性炭具有巨大的表面积，吸附能力很强，所以用于防毒面具。思考与实践：你还能举出活性炭的其它用途吗？参考答案：因为活性炭具有很强的吸附能力,所以它除了可以用于制作防毒面具,另外在制糖工业中也利用它来脱色以制白糖；也用于冰箱的去味剂等。石墨变成金刚石是物理变化还是化学变化？金刚石和石墨在一定条件下可以发生转化，这个转化是物理变化还是化学变化呢？我们可从以下几个方面的分析来回答这个问题。1化学变化的特征我们知道，化学变化通常叫做化学反应。化学变化是变化时都生成了其他物质的变化。物质通过化学反应转变为性质上完全不同的新物质，这就是化学变化的特征。当石墨这种由碳组成的单质在一定的条件下变成金刚石时，虽然金刚石也是由碳组成的单质，但金刚石的性质和石墨大不相同（化学性质石墨比金刚石活泼些）；它是碳的另一种单质。这就可见变化过程中金刚石是由石墨变成的新物质。有新物质生成的变化，就不是物理变化。2晶体结构石墨转变为金刚石时，石墨晶体结构被破坏；石墨中层与层之间不牢固的结合力拉断或变动，或同时也将六角平面上各碳原子间的化学键和结合方式来个“大变动大改组”，使它们之间的结合按照金刚石的形式和要求，有规则地结合成为立方面心结构。即由石墨的层状结构转变为金刚石的正四面体结构。根据同一种物质只有一种结构的事实，石墨和金刚石是晶体结构不同的两种物质。既然变化过程中由一种物质转变为另一种物质，就不是物理变化。由此可见，物质由一种结构转变为另一种结构是个化学变化过程。3热效应一个化学反应在进行时，常伴有能量的变化，这个能量变化可以表现为光能、电能、机械能或热能等形式，而常表现为热能形式，有时要释放热量，有时则吸收热量。金刚石在隔绝空气的条件下加热到1000，可转变为石墨：C（金刚石） C（石墨）+0.045kCal这个转变是个放热反应。说明了在这个转变过程中发生化学反应时的能量转化为热的形式。当石墨变成金刚石时就是一个吸收热能的化学反应。因此，石墨在一定条件下转变为金刚石不是物理变化。4催化剂石墨转变为金刚石须在高温高压下进行，甚至在温度20004000和压强6万12万个大气压下，这个转变速率仍然不大，还需用铬、铁和铂等作催化剂。根据催化剂只能改变化学反应速率的原理，催化剂就不能改变物理变化的速率了。石墨转变为金刚石时，使用催化剂是为了加快反应速率。如果这一转变是物理变化的话，使用催化剂不就失去了意义吗？可见这个转变不是物理变化。综上所述，金刚石和石墨在一定条件下的相互转化是个化学变化。凡是同素异形体在一定条件下的互变都是化学变化（由同种元素组成的不同单质互称同素异形体）。有人说金刚石和石墨在一定条件下的相互转化是个物理变化过程，这种说法是不正确的。思考与实践：你能举出其它的同素异形体吗？它们之间的转化是什么变化？参考答案：氧气和臭氧；红磷和白磷等。它们之间的转化是化学变化。四、参考资料1.莫氏硬度莫氏硬度是表示矿物硬度的一种标准，1824年由德国矿物学家莫斯(Frederich Mohs)首先提出。确定这一标准的方法是，用棱锥形金刚石钻针刻划所试矿物的表面而产生划痕，用测得的划痕的深度来表示硬度。矿物硬度矿物硬度滑石1正长石6石膏2石英7力解石3黄玉8萤石4刚玉9磷灰石5金刚石102.碳纤维碳纤维是一种纤维状碳材料，它是将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在惰性气氛中，在一定压强下强热、碳化而成的。碳纤维是一种强度比钢大，密度比铝还小，比不锈钢还耐腐蚀，比耐热钢还耐高温，又能如铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料，可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机，不仅轻巧，而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节省大量的燃料。总之，用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等，在化工、机电、造船，特别是飞机制造、宇航器材等部门中有广泛的应用。3.金刚石的晶体结构金刚石是典型的原子晶体，在这种晶体中的基本结构粒子是碳原子。每个碳原子都以sp3杂化轨道与四个碳原子形成共价单键，键长为1.5510-10m，键角为10928，构成正四面体。每个碳原子位于正四面体的中心，周围四个碳原子位于四个顶点上，在空间构成连续的、坚固的骨架结构。因此，可以把整个晶体看成一个巨大的分子(如图62所示)。由于CC键的键能大(为347kJ/mol)，价电子都参与了共价键的形成，使得晶体中没有自由电子，所以金刚石是自然界中最坚硬的固体，熔点高达3550，并且不导电。4.石墨的晶体结构石墨晶体是属于混合键型的晶体。石墨中的碳原子用sp2杂化轨道与相邻的三个碳原子以键结合，形成正六角形蜂巢状的平面层状结构，而每个碳原子还有一个2p轨道，其中有一个2p电子。这些p轨道又都互相平行，并垂直于碳原子sp2杂化轨道构成的平面，形成了大键。因而这些电子可以在整个碳原子平面上活动，类似金属键的性质。而平面结构的层与层之间则依靠分子间作用力(范德华力)结合起来，形成石墨晶体(如图63所示)。石墨有金属光泽，在层平面方向有很好的导电性质。由于层间的分子间作用力弱，因此石墨晶体的层与层之间容易滑动，工业上用石墨作固体润滑剂。5. C60(1) C60的发现1985年，英国科学家克罗托(H.W. Kroto)等用质谱仪，严格控制实验条件，得到以C60为主的质谱图。由于受建筑学家布克米尼斯特富勒(Buckminster Fuller)设计的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托等提出C60是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻的3个碳原子相连，剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成键。除C60外，具有封闭笼状结构的还可能有C28、C32、C50、C70、C84C240、C540等，统称为Fullerene(如图64所示)。(2) C60的超导性1991年，赫巴德(Hebard)等首先提出掺钾C60具有超导性，超导起始温度为18K，打破了有机超导体(Et)2 CuN(CN)2Cl超导起始温度为12.8K的纪录。 不久又制备出Rb3 C60的超导体，其超导起始温度为29K。表61列出了已合成的各种掺杂C60的超导体和超导起始温度，说明掺杂C60的超导体已进入高温超导体的行列。我国在这方面的研究也很有成就，北京大学和中国科学院物理所合作，成功地合成了K3 C60和Rb3C60超导体，超导起始温度分别为8K和28K。有科学工作者预言，如果掺杂C240和掺杂C540，有可能合成出具有更高超导起始温度的超导体。(3) C60的命名克罗托等人之所以能够勾画出C60的分子结构，富勒的启示起了关键性作用，因此他们一致建议，用布克米尼斯特富勒(Buckminster Fuller)的姓名加上一个词尾-ene来命名C60。及其一系列碳原子簇，称为Buckminsterfullerene，简称Fullerene，中译名为富勒烯。为什么要在Fuller的后面加上一个词尾-ene呢？这是考虑到C60分子和苯及其衍生物一样，都具有芳香族的结构，具有不饱和性，而在英文中，对具有不饱和性的化合物的命名常常带有词尾-ene，于是便产生了Fullerene这个名称，中译名里对带词尾-ene的化合物常被译成烯，于是，Fullerene的中译名就是富勒烯。由于C60分子的形状和结构酷似英国式足球(soccer)，所以又被形象地称为Soccerene(同样带有词尾-ene)，中译名为“足球烯”。还有人用富勒的名字(Buckminster)的词头Buck来命名，称为Buckyball，中译名为“布基球”。对于将C60及其一系列碳原子簇称为烯，在化学界是有争议的，因为根据有机化学系统命名原则，烯表示含双键的烃，而C60及其一系列碳原子簇是完全由碳原子组成的单质，并不是一种化合物，当然也不是烯烃。因此，有些化学家不同意使用富勒烯这个名称。可是，在命名这个问题上历来都有尊重约定俗成的习惯，也许细说起来富勒烯这个名称有它不合理和可以探讨的地方，但是由于约定俗成的原因，现在的书籍和文献中仍都采用Fullerene这个名称。有人建议称C60及其一系列碳原子簇为“球碳”，理由是它们是由碳元素组成的球形分子；有人建议称为“笼碳”，理由是它们是一种中空的笼形分子；还有人建议把“球碳”、“笼碳”和“富勒”综合起来，称为“富勒球碳”、“富勒笼碳”。总而言之，在C60及其一系列碳原子簇的命名上，真称得上百家争鸣了，但迄今为止，还没有一种令大家都满意的名称。(4) C60的潜在应用前景除了超导领域以外，C60在以下几个方面也具有广泛的应用前景。气体的贮存利用C60独特的分子结构，可以将C60用作比金属及其合金更为有效和新型的吸氢材料。每一个C60分子中存在着30个碳碳双键。因此，把C60分子中的双键打开便能吸收氢气。现在已知的C60的稳定的氢化物有C60H24、C60H36和C60H48。在控制温度和压力的条件下，可以简单地用C60和氢气制成C60的氢化物，它在常温下非常稳定，而在80215时，C60的氢化物便释放出氢气，留下纯的C60，它可以被100地回收，并被用来重新制备C60的氢化物。与金属或其合金的贮氢材料相比，用C60贮存氢气具有价格较低的优点，而且C60比金属及其合金要轻，因此，相同质量的材料，C60所贮存的氢气比金属或其合金要多。C60不但可以贮存氢气，还可以用来贮存氧气。与高压钢瓶贮氧相比，高压钢瓶的压力为3.9106Pa，属于高压贮氧法，而C60贮氧的压力只有2.3105Pa，属于低压贮氧法。利用C60在低压下大量贮存氧气对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。有感觉功能的传感器由于用C60薄膜做基质材料可以制成手指状组合型的电容器，用它来制成的化学传感器具有比传统的传感器尺寸小、简单、可再生和价格低等优点，可能成为传感器中颇具吸引力的一种候选产品。增强金属提高金属材料的强度可以通过合金化、塑性变形和热处理等手段，强化的途径之一是通过几何交互作用，例如将焦炭中的碳分散在金属中，碳与金属在晶格中相互交换位置，可以引起金属的塑性变形，碳与金属形成碳化物颗粒，都能使金属增强。在增强金属材料方面，C60的作用将比焦炭中的碳更好，这是因为C60比碳的颗粒更小、活性更高，C60与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小是0.7nm，而碳与金属作用产生的碳化物分散体的颗粒大小为1m5m，在增强金属的作用上有较大差别。新型催化剂在发现C60以后，化学家们开始探讨C60用于催化剂的可能性。C60具有烯烃的电子结构，可以与过渡金属(如铂系金属和镍)形成一系列络合物。例如C60与铂、锇可以结合成(C2H5)3 P2 Pt C60和C60OsO4(四特丁基吡啶)等配位化合物，它们有可能成为高效的催化剂。日本丰桥科技大学的研究人员合成了具有高度催化活性的钯与C60的化合物C60Pd6。中国武汉大学的研究人员合成了Pt(PPh3)2 C60 (PPh3为三苯基膦)，对于硅氢加成反应具有很高的催化活性。光学应用具有独特微观结构的C60具有特殊的光学性质，其中令人感兴趣的光学性质之一是光限制性，即在增加入射光的强度时，C60会使光学材料的传输性能降低。光限制性对于保护眼睛具有重要意义。以C60的光学限制性为基础，可研制出光限制产品，它只允许在敏化阈值以下(即对眼的危险阈值以下)的光通过，这样就起到了保护人眼免受强光损伤的作用。癌细胞的杀伤效应C60经光激发后有很高的单线态氧的产率，而单线态氧与生物机体的生理生化功能、组织损伤、肿瘤以及光化治疗技术都有着重要关系。当对C60的激发光强度达到4000 lxnjj00142_0089_0时，癌细胞受单线态氧的作用已接近100死亡，因此能有效地破坏癌细胞的质膜和细胞内的线粒体中质网和核膜等重要的癌细胞结构，从而导致癌细胞的损伤乃至死亡。还有的研究指出，可以将肿瘤细胞的抗体附着在C60分子上，然后将带有抗体的C60分子引向肿瘤，也可以达到杀伤肿瘤细胞的目的。其他医疗功能C60的衍生物具有抑制人体免疫缺损蛋白酶的活性的功能。人体免疫缺损蛋白酶是一种导致艾滋病的病毒，因此，C60的衍生物有可能在防治艾滋病的研究上发挥作用。C60还适宜于在生物系统中充当自由基清除剂和水溶性抗氧剂，自由基是导致某些疾病甚至肿瘤的有害物质，C60可望能够降低患病者血液中自由基的浓度，还可抑制畸形的和患病细胞的生长6.碳单质研究的新进展目前，化学界和物理学界的C60热方兴未艾。1991年以后，科学家又发现了布基管(buckytubes)和布基洋葱(buckyonions)。1991年，日本电气公司基础研究室的饭岛利用与产生C60分子相类似的电弧放电技术，在石墨电极的负极上收集到一种管状结构的碳原子簇，他称之为布基管。在高分辨电子显微镜下观察布基管，可以观察到布基管可以有单层的(如图65所示)和多层的(如图66所示)，多层的布基管由一些同轴的圆柱形管状碳原子层叠套而成，碳原子在管壁上形成六边形结构并沿管壁方向呈螺旋状，这种螺旋结构有助于布基管的生长。布基管的直径量级为纳米级，因此它又被称为碳纳米管。饭岛进一步观察到，如果这种管状分子上全部都是六边形的碳环，管子是不会封闭的，还可向两边继续生长。如果在管子的两端包含五边形环，则可将布基管封闭起来，而且布基管不会再生长(如图67所示)。1992年，瑞士洛桑联邦综合工科大学的电子显微镜专家乌加特(D.Ugarte)采用高强度电子束对碳棒进行长时间的照射，并仔细调节高分辨率电子显微镜电子束的强度，以观察电子束照射对碳粒子产生的影响