课题1金刚石、石墨和C60 (2)

第六单元碳和碳的氧化物（第一课时）（第一课时）金刚石、石墨和金刚石、石墨和C60性质与结构的关系性质与结构的关系结构结构用途用途物理性质物理性质知识目标：知识目标：过程与方法：过程与方法：1、通过对碳原子排列方式的分析，理解物质结构、性质和用途之间的关系。2、通过木炭、活性炭对红墨水的吸附试验，学会用对比试验来解决实际问题。情感态度与价值观：情感态度与价值观：通过对C60、碳纳米管的发现及研究的介绍，学会用发展的眼光看问题，提高学生的科学素质。重点难点：重点难点：重点重点难点难点金刚石、石墨和C60中原子排列方式的分析，物质的结构、性质和用途之间的关系。物质的结构、性质和用途之间的关系。由同种元素组成的由同种元素组成的物质物质可能是可能是 和和 。一定不。一定不可能是可能是 。单质单质同种元素可以组成不同的单质同种元素可以组成不同的单质例如例如:氧元素组成氧气和臭氧，氧元素组成氧气和臭氧，磷元素组成红磷和白磷。磷元素组成红磷和白磷。由同种元素组成的由同种元素组成的纯净物。纯净物。单质单质 混合物混合物化合物化合物碳元素也可以组成不同的单质碳元素也可以组成不同的单质!金刚石金刚石、石墨石墨和和C C6060都是由碳元素组成的单质。都是由碳元素组成的单质。研究表明研究表明:金刚石金刚石石墨石墨C C6060永恒经典-泰坦尼克号海海洋洋之之心心纯净的金刚石晶体是纯净的金刚石晶体是无色无色透明透明、有、有强折光性强折光性的固体的固体用途用途钻石饰品钻石饰品金刚石金刚石1.1.金刚石金刚石物理性质物理性质用途用途金金刚刚石石 无色透明无色透明、有、有强折光性的固体强折光性的固体 天然天然最硬最硬钻石装饰品钻石装饰品 切割玻璃切割玻璃 钻探机钻头钻探机钻头铅笔含铅吗？猜猜看：它为什么叫“铅”笔？铅笔芯中的石墨有哪些物理性质？物理性质物理性质用途用途石石墨墨铅笔芯铅笔芯润滑剂润滑剂电极电极深灰色深灰色颜色滑腻滑腻手感质软质软硬度能导电能导电导电性2.2.石墨石墨生锈的铁锁生锈的铁锁铅笔中的铅笔中的HB：H代表代表Hard，坚硬的；，坚硬的；B代表代表Black，黑的。，黑的。6B含石墨最多、最软，颜色最深；含石墨最多、最软，颜色最深；6H含石墨较少、最硬，含石墨较少、最硬，HB居中。居中。写字、制图等写字、制图等考试填涂、素描等考试填涂、素描等铅笔其实不含铅，铅笔其实不含铅，除了除了石墨石墨外还含有少量的外还含有少量的黏土黏土。石墨石墨 都是由碳元素组成的单质,为什么它们物理性质却有巨大的差异呢？碳原子在空间构成碳原子在空间构成连续的，网连续的，网状的结构状的结构所以其质地坚硬。所以其质地坚硬。碳原子碳原子呈平面层状结构呈平面层状结构,层与层之层与层之间作用力小，所以其质软有滑感。间作用力小，所以其质软有滑感。金刚石中碳原子的排列金刚石中碳原子的排列石墨中碳原子的排列石墨中碳原子的排列比较石墨、金刚石的结构：比较石墨、金刚石的结构：金刚石和石墨由于金刚石和石墨由于碳原子的碳原子的排列方式不同排列方式不同，所以二者的物理，所以二者的物理性质有很大差异。性质有很大差异。人造金刚石 金刚石价格不菲，而石墨相对便宜得多。但既然它们都是由碳元素组成的，如果你是科学家，你会做怎样的尝试呢？足足球球烯烯C603.3.碳的单质碳的单质C60由由 构成。构成。C60分子分子 应用于应用于材料科学材料科学、超导体超导体等方面。等方面。C60分子分子由由60个碳原子构成，个碳原子构成，形似足球，性质很稳定。形似足球，性质很稳定。C70碳纳米管碳纳米管 研究表明，研究表明，透明的透明的金刚石金刚石，深，深灰色的灰色的石墨石墨和足球状的和足球状的C60，都都是由碳元素组成的单质，是由碳元素组成的单质，但是但是由于它们的由于它们的碳原子排列方式不碳原子排列方式不同，同，因此它们的性质存在着差因此它们的性质存在着差异。异。生活中常见含石墨的物质木木炭炭焦焦炭炭炭炭黑黑活活性性炭炭木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由 石墨的微小晶体和少量杂质组成的石墨的微小晶体和少量杂质组成的显显微微镜镜下下的的木木炭炭的的结结构构 疏松多孔的结构疏松多孔的结构为什么木炭会具有吸附性呢为什么木炭会具有吸附性呢？（1）木炭、活性炭）木炭、活性炭 结构：结构：性质：性质：用途：用途：疏松多孔疏松多孔有吸附性（物理性质）有吸附性（物理性质）吸附色素、除去异味吸附色素、除去异味活性炭活性炭防防毒毒面面具具滤毒罐滤毒罐辅助辅助材料材料 活性炭的吸附活性炭的吸附 能力比木炭还要强。能力比木炭还要强。如：如：制糖工业利用活制糖工业利用活性炭来性炭来脱色脱色；又如：又如：防毒面具利用防毒面具利用活性炭来活性炭来吸附毒气。吸附毒气。1915 1915年春天，年春天，第一次世界大战第一次世界大战的欧洲西部战场。的欧洲西部战场。德军德军为了打破战场上的僵局，突然于为了打破战场上的僵局，突然于4 4月月2222日向日向英法联军英法联军的阵地施放了的阵地施放了180180号毒气号毒气氯气氯气。浓厚的刺激性黄绿色气体导致英。浓厚的刺激性黄绿色气体导致英法联军法联军50005000人死亡，人死亡，1500015000人中毒。人中毒。后来，科学家在战场调查中发现，当毒气袭来的时后来，科学家在战场调查中发现，当毒气袭来的时候候,有一只有一只野猪野猪也在现场。毒气把它熏得难以忍受，于是它就拼命地用也在现场。毒气把它熏得难以忍受，于是它就拼命地用嘴巴拱土嘴巴拱土，然后，然后把大嘴巴埋在松软的泥土里，出乎意料的是，它居然成了这场毒气战中的把大嘴巴埋在松软的泥土里，出乎意料的是，它居然成了这场毒气战中的幸存者幸存者！这件事引起了科学家的很大兴趣，对这一现象经过认真的分析，研究和实践，终于在1917年利用活性炭制作出了仿照野猪嘴形状的防毒面具。当防毒面具被送往前线之后，屡建奇功，拯救了成千上万的士兵的生命。在自来水厂净化水的过程中在自来水厂净化水的过程中,用到用到一种有一种有吸附作用吸附作用的物质的物质,请问这种物质请问这种物质是什么是什么?活性炭活性炭（1）木炭、活性炭）木炭、活性炭 （2）焦炭）焦炭 冶炼金属冶炼金属（3）炭黑）炭黑 炭黑可用制颜料、油墨，等炭黑可用制颜料、油墨，等 将炭黑加入橡胶中，将炭黑加入橡胶中，可增强可增强橡胶的耐磨性。橡胶的耐磨性。区分：碳和炭区分：碳和炭 二氧化二氧化碳碳、一氧化、一氧化碳碳、碳碳酸、酸、碳碳酸钙酸钙 木木炭炭、活性、活性炭炭、焦、焦炭炭、炭炭黑黑 碳：碳元素碳：碳元素 炭：炭：碳的碳的一种物质一种物质结构结构 性质性质 用途用途C60决定决定体现体现决定决定金刚石金刚石石墨石墨1 1、填写下列空白、填写下列空白 石墨、金刚石、石墨、金刚石、C C6060、碳单质：以单质形式存在的碳主要、碳单质：以单质形式存在的碳主要有有_、_是天然存在的最硬的物质是天然存在的最硬的物质.、_是最软的矿物之一是最软的矿物之一.、金刚石和石墨都是碳单质，物理性、金刚石和石墨都是碳单质，物理性质差别较大的原因是质差别较大的原因是_金刚石金刚石石墨石墨碳原子的排列方式不同碳原子的排列方式不同2 2、将以下左列和右列有关项目用线连接起来。、将以下左列和右列有关项目用线连接起来。3 3、下列现象中属于化学变化的是、下列现象中属于化学变化的是（）A.A.活性炭吸附有色、有毒的气体活性炭吸附有色、有毒的气体B.B.铅笔把字迹留在纸上铅笔把字迹留在纸上C.C.用金刚石切割玻璃用金刚石切割玻璃D.D.石墨在一定条件下转化为金刚石石墨在一定条件下转化为金刚石D4 4、继发现继发现C C6060后后C C7070也已经制得也已经制得,下列有关下列有关C C7070的说法正确的是的说法正确的是()()A.A.它是一种化合物它是一种化合物B.B.它是一种单质，它是一种单质，并且它是有并且它是有7070个碳原子构成的。个碳原子构成的。C.C.它是一种混合物它是一种混合物D.D.它的相对分子质量是它的相对分子质量是840840D 5 5、如图所示，乙瓶中盛有红棕色、如图所示，乙瓶中盛有红棕色二氧化氮气体在乙集气瓶中投入几小块二氧化氮气体在乙集气瓶中投入几小块 木炭。可观察到的现象是木炭。可观察到的现象是_ _ _，其原因，其原因 是是_ _ _。红棕色气体逐渐红棕色气体逐渐 消失（变浅），烧杯水倒吸入漏斗消失（变浅），烧杯水倒吸入漏斗木炭吸附木炭吸附NO2气体，瓶内气压减小气体，瓶内气压减小 纳米科技引发纳米科技引发2121世纪科技产业革命世纪科技产业革命纳米是长度单位，纳米是长度单位，1纳米（纳米（nm）等于）等于109m1纳米是一根头发丝直径的六万分之一纳米是一根头发丝直径的六万分之一从电视广播、书刊报章、互联网络，我们一点点认识从电视广播、书刊报章、互联网络，我们一点点认识了了“纳米纳米”，“纳米纳米”也悄悄改变着我们也悄悄改变着我们自然自然评年度图片评年度图片 纳米奥巴马居首纳米奥巴马居首(2008)这些半毫米宽的奥巴马头像这些半毫米宽的奥巴马头像每一个都由每一个都由1.5亿个碳纳米管亿个碳纳米管构成，这与当年美国大选投构成，这与当年美国大选投票人数相等票人数相等 碳纳米管的性能碳纳米管的性能结实、轻。强度为钢的结实、轻。强度为钢的100倍，重量只有钢的倍，重量只有钢的1/6，未来的，未来的“超级纤维超级纤维”利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁受很高的温度而不会烧毁用金属灌满碳纳米管，然后把碳层腐蚀掉，可以得到导电性能非常好用金属灌满碳纳米管，然后把碳层腐蚀掉，可以得到导电性能非常好的纳米尺度的导线的纳米尺度的导线做为锂电池电极材料可延长电池寿命，改善充放电性能做为锂电池电极材料可延长电池寿命，改善充放电性能用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的用碳纳米管生产的晶体管，体积只有半导体的1/10用碳基分子电子装置取代芯片，将引发计算机新的革命用碳基分子电子装置取代芯片，将引发计算机新的革命刷新了我们对碳这一最为熟悉元素的认识！刷新了我们对碳这一最为熟悉元素的认识！碳纳米材料的应用碳纳米管碳纳米管做探针碳纳米管做太空电梯（概念性应用）GaC82石墨烯和碳纳米管碳材料富勒烯19671967年蒙特利尔（年蒙特利尔（MontrealMontreal）世博会）世博会美国美国建筑师建筑师巴克巴克明斯特富勒明斯特富勒(R.Buckminster FullerR.Buckminster Fuller)所设计出的圆所设计出的圆屋顶屋顶富勒烯只用六边形构筑球体无法完成！不得已情况下，加入五边形富勒烯结构证明结构证明富勒烯富勒烯内嵌富勒烯CaC50La2C80YC82Sc2C2C82Sc3NC80富勒烯C80C2Sc4C2Sc4C80富勒烯巴基葱-buckyonion复合碳纳米材料