金刚石石墨与C60（课堂PPT）

1、1金刚石金刚石石墨石墨碳碳60课题课题1 1、金刚石、石墨和、金刚石、石墨和C C60602 碳的单质主要包括碳的单质主要包括金刚石、石墨和金刚石、石墨和C60分子。分子。它们都是由碳元素组成的单质。它们都是由碳元素组成的单质。一、碳的单质一、碳的单质1 1、金刚石：、金刚石： 纯净的金刚石是一种纯净的金刚石是一种无色透明的、正八面体形无色透明的、正八面体形状的固体，硬度大，不导电。状的固体，硬度大，不导电。 天然采集的金刚石经天然采集的金刚石经过仔细的琢磨就会成为璀过仔细的琢磨就会成为璀璨夺目的装饰品璨夺目的装饰品钻石钻石。3 钻石钻石，矿物学名为金刚石，英文为，矿物学名为金刚石，英文为Di

2、amond，意为，意为“坚硬无坚硬无比比”，钻石有宝石之王的美誉，不仅因为它是自然界中最坚硬钻石有宝石之王的美誉，不仅因为它是自然界中最坚硬的物质（莫氏硬度的物质（莫氏硬度10，比莫氏硬度，比莫氏硬度9的刚玉的实际硬度大百倍的刚玉的实际硬度大百倍以上），而且还因为它在无色为主的天然宝石中具有最高的折以上），而且还因为它在无色为主的天然宝石中具有最高的折射率（射率（2.42）和色散（）和色散（0.044），加工成钻石后，会呈现光线四），加工成钻石后，会呈现光线四射、五彩缤纷的效果；更为重要的是，它是自然界极稀少珍贵射、五彩缤纷的效果；更为重要的是，它是自然界极稀少珍贵的矿产资源，即使是在盛产钻石

3、的金伯利岩矿区，要加工出的矿产资源，即使是在盛产钻石的金伯利岩矿区，要加工出1克拉的商业首饰钻石，必须挖掘淘洗克拉的商业首饰钻石，必须挖掘淘洗150250吨的岩石。吨的岩石。 到目前为止，到目前为止，100克拉以上的钻石全世界仅有克拉以上的钻石全世界仅有2000颗左右，因颗左右，因而大于而大于100克拉的钻石就已经是国宝了。世界上最大的一颗钻克拉的钻石就已经是国宝了。世界上最大的一颗钻石是石是1905年在南非发现的，重年在南非发现的，重3106克拉，像拳头大小，取名克拉，像拳头大小，取名为为“库里南库里南”（Gullinan）。这颗钻石共磨出）。这颗钻石共磨出9颗大钻颗大钻96颗小颗小钻。最大

4、一粒重钻。最大一粒重530.2克拉，呈梨形，共有克拉，呈梨形，共有74个小面，称为库个小面，称为库利南利南1号，取名为号，取名为“非洲之星非洲之星”，现被镶在英国国王的权杖上，现被镶在英国国王的权杖上，它是现今世界上最大的琢型钻石。它是现今世界上最大的琢型钻石。4“库里南库里南”钻钻石石世界最大钻石“库里南一号”国王权杖上的“库里南一号”5帝国王冠上的“库 里南二号”“库里南二号库里南二号”6金刚石的用途很广泛，但天然存在的量很少，而金刚石的用途很广泛，但天然存在的量很少，而且多数颗粒很小，无法满足人们的需求。因此人们且多数颗粒很小，无法满足人们的需求。因此人们提出了金刚石的人工制造问题。提出

5、了金刚石的人工制造问题。由于金刚石和石墨都是碳的单质，所以人们把注由于金刚石和石墨都是碳的单质，所以人们把注意力集中到把石墨转变成金刚石的实验上来。经过意力集中到把石墨转变成金刚石的实验上来。经过无数次的试验，终于用铬、铁、铂等做催化剂，在无数次的试验，终于用铬、铁、铂等做催化剂，在1600160018001800和和5 510109 96 610109 9帕的条件下，以石帕的条件下，以石墨为原料制得了人造金刚石。目前世界上每年生产墨为原料制得了人造金刚石。目前世界上每年生产约约2020吨的人造金刚石。我国第一颗人造金刚石于吨的人造金刚石。我国第一颗人造金刚石于19621962年研制成功。现今

6、江苏省的南京、苏州等地也年研制成功。现今江苏省的南京、苏州等地也都有生产人造金刚石的工厂。都有生产人造金刚石的工厂。让你知道7含有杂质的金含有杂质的金刚石带有颜色刚石带有颜色金刚石装饰品金刚石装饰品天然金刚石天然金刚石切割大理石或加工坚硬切割大理石或加工坚硬的金属等的金属等82 2、石墨：、石墨： 深灰色的具有金属光泽而不透明的细鳞片状深灰色的具有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软，有滑腻感，电的良导体。固体。质软，有滑腻感，电的良导体。石墨是最软石墨是最软的矿物之一的矿物之一石墨石墨9用石墨和粘用石墨和粘土粉末混合土粉末混合制铅笔芯制铅笔芯 用石墨做电极用石墨做电极石墨耐高温，可以制石墨耐

7、高温，可以制成坩埚来熔炼金属成坩埚来熔炼金属10 石墨炸弹是美国制造石墨炸弹是美国制造的一种可使供电系统短的一种可使供电系统短路而导致瘫痪的新式炸路而导致瘫痪的新式炸弹。石墨炸弹实际上是弹。石墨炸弹实际上是集束炸弹的变种，它在集束炸弹的变种，它在目标上空爆炸，释放出目标上空爆炸，释放出无数无数“易拉罐易拉罐”大小的小大小的小炸弹，这些内装碳纤炸弹，这些内装碳纤维的小炸弹随即在更大维的小炸弹随即在更大的区域爆炸，形成大范的区域爆炸，形成大范围的碳纤维云，这些碳围的碳纤维云，这些碳纤维可使供电系统短路纤维可使供电系统短路而瘫痪。而瘫痪。1112133 3、无定形碳：、无定形碳： 无定形碳包括：木炭

8、、活性炭、焦炭、炭黑。无定形碳包括：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。它它们主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。们主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。 木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，因而具木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，因而具有吸附能力有吸附能力（吸附是物理变化）吸附是物理变化），但活性炭的吸，但活性炭的吸附能力比木炭强。附能力比木炭强。木炭是一种灰黑色的多孔木炭是一种灰黑色的多孔性固体，燃烧时，产生很性固体，燃烧时，产生很少的烟，火焰很小少的烟，火焰很小。14木炭、活性炭木炭、活性炭具有疏松多孔的结构具有疏松多孔的结构，因此它具有，因此它具有吸附能力。吸附能力。利用利用木炭、活性炭木炭、活

9、性炭的吸附性来吸附的吸附性来吸附色色素素、气味和有毒气体等物质气味和有毒气体等物质。辅助辅助材料材料滤毒罐滤毒罐活性炭的活性炭的吸附作用吸附作用比木炭还要强，比木炭还要强，防防毒面具里的滤毒罐毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来就是利用活性炭来吸附毒气的，吸附毒气的， 炭黑炭黑焦炭焦炭活性炭活性炭结构结构用途用途木木 炭炭主要是由石墨的微小晶体和少主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，具有疏松多孔量杂质构成的，具有疏松多孔的结构，具有吸附能力。的结构，具有吸附能力。作燃料，制造黑火药，制造活作燃料，制造黑火药，制造活性炭，冶炼金属，作吸附剂。性炭，冶炼金属，作吸附剂。活活 性炭性炭净化多种气体和

10、液体，用于防净化多种气体和液体，用于防毒面具，作吸附剂毒面具，作吸附剂炭炭 黑黑制造油墨、油漆、鞋油和颜料制造油墨、油漆、鞋油和颜料等，橡胶制品的填料等，橡胶制品的填料焦焦 炭炭作燃料和冶炼作燃料和冶炼16如图所示如图所示,向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里投入几小块烘烤过的木炭投入几小块烘烤过的木炭,会出现什么样会出现什么样 的想象的想象,为为什么什么?可以收集到炭黑可以收集到炭黑17C60，它是美国休斯顿大学的克罗脱（它是美国休斯顿大学的克罗脱（Kroto,H.W.)和史沫莱和史沫莱(Smalley,r.e.)等人在等人在1985年发现的。我国北年发现的。

11、我国北京大学化学系和物理系研究小组也研制出了京大学化学系和物理系研究小组也研制出了C60分子分子。C60除了在超导方面的应用外，在以下几个方面也具有广除了在超导方面的应用外，在以下几个方面也具有广泛的应用前景：泛的应用前景：有感觉功能的传感器有感觉功能的传感器增强金属的强度增强金属的强度新型的催新型的催化剂化剂光学应用光学应用对癌细胞具有杀伤效应等医疗功能。对癌细胞具有杀伤效应等医疗功能。资料：资料： C6018C C7070C8019碳纳米管碳纳米管2020世纪80年代，人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料硅的导热性不好，这成为进一步提高技术时的难题

12、。而金刚石在导热性方面远远超过硅（甚至超过铜和银），于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。 人们想到，金刚石既然是碳的一种单质，为什么不可以用碳原子作为构建金刚石晶体的原料，而一定要通过破坏石墨的晶体来完成呢？灵巧的化学家很快就完成了这项研究。透明的、晶莹璀璨的人造金刚石就这样在实验室里诞生了。 虽然还没有能够制造出大颗粒的金刚石晶体（所以大颗粒的天然金刚石仍然价值连城），但是已经制成了金刚石的薄膜。透明的金刚石薄膜透明的金刚石薄膜金刚石、石墨和C60分子的物理性质差异较大的原因：虽都是由碳元素组成的单质，但碳原子的排列方式不同。虽都是由碳元素组成的单质，但碳原

13、子的排列方式不同。可见：不同种元素可以组成不同物质，而同一种元素可见：不同种元素可以组成不同物质，而同一种元素也可以组成不同的物质。也可以组成不同的物质。211、将以下左例和右例有关项目用线连接起来。、将以下左例和右例有关项目用线连接起来。 石墨石墨 冰箱去味剂、防毒面具冰箱去味剂、防毒面具 炭黑炭黑 导电导电 金刚石金刚石 新型催化剂新型催化剂 C60 制油墨制油墨 活性炭活性炭 切割坚硬金属切割坚硬金属2.金刚石、石墨、金刚石、石墨、 C60都是由都是由_组成的单质。组成的单质。但是，它们的性质却存在巨大的差异（例如金刚但是，它们的性质却存在巨大的差异（例如金刚石是天然存在的最硬的物质，而

14、石墨却很软），石是天然存在的最硬的物质，而石墨却很软），这是因为它们这是因为它们_ 不同。不同。碳元素碳元素碳原子排列方式碳原子排列方式 练一练223 3、下列关于金刚石和石墨的叙述正确的是（、下列关于金刚石和石墨的叙述正确的是（ ）A A、金刚石和石墨都是由碳元素形成的物质，因此用石墨金刚石和石墨都是由碳元素形成的物质，因此用石墨人工合成金刚石是物理变化人工合成金刚石是物理变化 B B、金刚石不导电，而石墨具有良好的导电性金刚石不导电，而石墨具有良好的导电性 C C、金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的产物都是二氧化碳金刚石和石墨在氧气中完全燃烧的产物都是二氧化碳 D D、金刚石和石墨的物理性质由

15、较大的差异是因为形成金金刚石和石墨的物理性质由较大的差异是因为形成金刚石的碳原子与形成石墨的碳原子不相同刚石的碳原子与形成石墨的碳原子不相同4. 继发现继发现C60后后,C70也已经制得也已经制得,下列有关下列有关C70的说法正的说法正确的是确的是( )A、它是一种化合物它是一种化合物 B、它是一种单质，并且它是、它是一种单质，并且它是有有C70原子构成的。原子构成的。C、它是一种混合物它是一种混合物 D、它的相对分子质量是它的相对分子质量是840DB235 5、下列变化不属于化学变化的是（）、下列变化不属于化学变化的是（） A A、木炭燃烧、木炭燃烧 B B、黑火药爆炸、黑火药爆炸C C、活

16、性炭脱色、活性炭脱色 D D、石墨在高温、高压下转变为金刚石、石墨在高温、高压下转变为金刚石6 6、常用做干电池正、负极的材料分别是（、常用做干电池正、负极的材料分别是（ ） A A、木炭与铁皮、木炭与铁皮 B B、炭黑与锌皮、炭黑与锌皮 C C、石墨与锌皮、石墨与锌皮 D D、石墨与铁皮、石墨与铁皮7 7、20192019年诺贝尔化学奖授予对发现年诺贝尔化学奖授予对发现C C6060有重大贡献的有重大贡献的三位科学家，现在三位科学家，现在C C7070也已经制得，对也已经制得，对C C6060和和C C7070这两种这两种物质的叙述，错误的是（物质的叙述，错误的是（ ） A A、它们都是碳元素组成的单质、它们都是碳元素组成的单质 B B、它们是两种新型的化合物、它们是两种新型的化合物 C C、它们都是由分子构成的、它们都是由分子构成的 D D、它们的相对分子质量之差为、它们的相对分子质量之差为120120 CB C242.2.碳与氧气的反应碳与