课题1 碳单质的多样性(第1课时)(教学设计)(人教版2024)

第六单元《碳和碳的氧化物》教学设计
课题1 碳单质的多样性
第1课时碳的单质
课题1 碳单质的多样性课时2授课年级初三
课标要求
内容要求：
1.认识物质的多样性，知道物质既有天然存在的也有人工创造的。

2.建立认识物质的宏观和微观视角之间的关联，知道物质的性质与组成、结构有关。

学业要求：
1.能举例说明碳单质的广泛应用，以及性质与用途的关系。

2.能基于碳单质的性质及用途，从辩证的角度，初步分析和评价物质的实际应用。

教材分析
本课题包括两部分:碳的单质、碳单质的化学性质。

碳的单质主要介绍了金刚石、石墨和C60的结构特点、物理性质及用途。

碳单质的化学性质主要介绍了碳单质与氧气的反应、碳单质与某些氧化物的反应。

其中，碳单质与某些氧化物的反应是本课题教学难点。

在介绍碳的单质时，教科书注意图文结合，密切联系学生的生活实际。

在化学观念方面，教科书注意引导学生认识物质的多样性，体会物质的性质和用途之间的关系，充分发挥“碳的单质”知识的认识功能和价值。

例如，金刚石、石墨和C60等碳单质的介绍，可以使学生体会到同一种元素可以组成不同的物质，加深学生对“物质具有多样性”的认识。

又如，教科书图6-1金刚石的用途反映了金刚石的“硬”；教科书图6-2石墨的用途是它的物理性质的具体应用；教科书图6-3活性炭的用途与活性炭的吸附性密切相关。

之后，教科书还安排了“思考与讨论”。

这样编排的目的是帮助学生形成观念:物质的性质在很大程度上决定了物质的用途。

在介绍碳的单质时，教科书素材的选择注意反映科学进展，体现中国元素。

例如，教科书中介绍的C60、碳纳米管、石墨烯等，充分反映了碳单质的研究进展。

石墨炔、T-碳、教科书图6-7等内容则是体现我国科学家在碳单质研究方面的贡献和我国科技发展成就。

这样编排，可以使学生认识到随着科技的发展，碳单质的一些新形态有可能会被发现，碳单质的用途将不断扩大，从而建立“科学发展是没有止境的”认识，同时增强学生为实现中华民族伟大复兴和推动社会进步而勤奋学习的责任感。

学情分析
通过前面的学习，学生已有了由现象推知性质、由性质了解用途的思维，但对于结构与性质的关系还不清楚，例如对于金刚石和石墨由于碳原子的排列方式不同而导致的它们的物理性质和用途的巨大差异性的理解可能会感到有一定的困难。

另外，在本节课的教学中，学生容易感觉比较模糊的两点是：
1．由一种元素组成的物质一定是单质吗？
例如，金刚石和石墨混合在一起，虽然只含有碳元素，但金刚石和石墨不是一种物质，它们混合在一起属于混合物。

所以说含有同种元素的物质可能是单质，也可能是混合物。

2．“碳”与“炭”一样吗？
学生在书写物质名称时，常常“碳”“炭”不分。

造成这种现象的原因是学生对“碳”是指碳元素，即核电荷数为6的一类原子的总称理解不到位。

应告诉学生：在描述物质组成时用“碳”，如二氧化碳、一氧化碳、碳酸钙等；而“炭”是指具体物质，一般指木炭、炭黑、焦炭和活性炭等。

教学目标
1.知道不同种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，感受物质的多样性。

2.了解金刚石和石墨在结构上的差异性，了解它们的物理性质和主要用途，初步形成“性质决定用途”的化学观念。

3.了解碳单质的研究进展，感受科学发展是无止境的。

教学重、难点重点：1.物质的性质和用途之间的关系。

2.金刚石与石墨物理性质存在明显差异的原因。

难点：物质的多样性。

核心素养
化学观念：通过金刚石、石墨、C60、碳纤维管、石墨烯等多种碳单质的学习，认识同一种元素可以组成不同的单质，了解物质的多样性；通过对金刚石、石墨等碳单质结构、性质和用途的学习，认识物质结构决定性质，物质性质决定用途。

科学思维：通过运用比较、分析等科学方法，从宏观和微观相结合的视角了解金刚石和石墨物理性质有明显差异的原因。

科学探究与实践：通过实验认识活性炭的吸附性，发展学生的科学探究能力；通过金刚石、石墨等多种碳单质物理性质的学习，培养学生运用网络查询等技术手段获取和加工信息的自主学习能力。

科学态度与责任：通过对多样的碳单质的学习和认识，发展学生对物质世界的好奇心、想象力和探究欲，保持对化学学习的浓厚兴趣以及对化学学科促进人类文明和社会可持续发展的重要价值具有积极的认识。

你
教学过程
教学
环节
教学活动设计意图
环节一、新课导入【新课引入】丰富多彩的物质世界是由100多种元素组成的。

【图片展示】盛装氧气的钢瓶、纯净水、氢气球。

如氧气是由氧元素组成的，水是由氢元素和氧元素组成的，氢气是由氢
元素组成的；
【图片展示】燃着的蜡烛、玻璃杯、石头。

蜡烛主要含碳、氢、氧三种元素，玻璃主要含钠、钙、硅、氧四种元素，
石头主要含钙、碳、氧三种元素。

【交流讨论】不同种元素可以组成多种物质，同一种元素也可以组成多
种物质吗？
【讲解】同一种元素可以组成不同的物质，如我们熟悉的白磷和红磷均
是由磷元素组成的，氧气和臭氧均是由氧元素组成，另外我们今天将要
学习的金刚石、石墨和C60均是由碳元素组成的碳单质。

【图片展示】金刚石、石墨和C60。

【讲解】金刚石、石墨和C60均是由碳元素组成的单质，同学们对这些
物质并不陌生，钻石和铅笔都是我们非常熟悉的物质，其中钻石是由金
刚石制作而成，而铅笔芯是由石墨制作而成。

【过渡】下面我们逐一认识这些碳单质。

通过“物质
是由元素
组成的”这
一化学观
念和问题
引出多样
的碳单质，
一方面可
以强化学
生的元素
观，另一方
面可以使
学生了解
物质的多
样性
环节二、【讲解】纯净的金刚石是无色透明的固体。

下图是金刚石的微观结构，
黑色的圆球表示的是碳原子，每个碳原子都与4个碳原子相连，构成正
四面体。

天然采集的金刚石经过仔细琢磨后，可以成为璀璨夺目的装饰
品一钻石。

除此之外，金刚石还有多方面的用途。

1.结合钻石
介绍金刚
石，从学生
熟悉的角
度出发，让
化学知识
金
刚
石
【学生活动1】阅读教材P128“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和
用途，填写下表。

物理性质用途
无色透明、折光性好装饰品——钻石
天然存在的最硬物质钻头、裁玻璃等
透光性好、硬度大透镜等光学仪器的涂层
导热性好集成电路基板散热与学生的认知产生联系。

2.通过学生自主学习金刚石的性质和用途，加强学生的自主学习能力，并强化学生对物质的性质和用途之间关系的认识。

环节三、石墨【讲解】石墨是一种灰黑色、有金属光泽的固体。

下图是石墨的微观结
构，黑色的圆球表示的是碳原子，石墨是层状的结构，每一层内的碳原
子以平面正六边形的形式连接并无限延伸，形成了石墨单层。

石墨对我
们来说十分熟悉，铅笔芯的主要成分就是石墨。

【学生活动2】（1）用小刀刮铅笔芯，感受铅笔芯的硬度；（2）触摸
铅笔芯粉末，仔细体会手感；（3）用铅笔在白纸上划，观察颜色。

【总结】小刀能将铅笔芯很容易地刮下来，说明石墨质软；触摸铅笔芯
粉末，能感觉到滑腻感，说明石墨有良好的润滑性；用铅笔在纸上画，
也能感觉到铅笔的顺滑感，颜色为灰黑色。

1.结合铅笔
介绍石墨，
从学生熟
悉的角度
出发，让化
学知识与
学生的认
知产生联
系。

2.通过学生
的动手实
验、自主学
习和实验
【学生活动3】阅读教材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。

物理性质用途
质软制铅笔芯、
作润滑剂
有滑腻感
熔点高、良好的导电性电极材料
【讲解】结合从金刚石和石墨的性质与用途，我们再次总结两者之间的关系为：。

【补充】家里的锁锈蚀后不易打开，可以将少许铅笔芯粉末放入锁芯中，可以感受到锁芯顺滑很多，打开较容易。

【学生活动4】观看视频或教师演示实验，观察石墨的导电性。

【实验说明】接通电源后，灯泡发亮，断开石墨电极后，灯泡不亮，连接上石墨电极后，灯泡重新亮起了。

说明石墨具有良好的导电性，所以石墨可以用作电极材料，如电池中会有石墨电极。

【交流讨论】金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢？
【总结】因为金刚石和石墨中碳原子排列方式不同。

金刚石中，每个碳原子都与4个碳原子相连，构成正四面体，以这个骨架无限延伸构成立体网状结构，这种结构很稳定，导致金刚石的硬度非常大。

而石墨是层状的结构，每一层内的碳原子以平面正六边形的形式连接并无限延伸，形成了石墨单层。

层与层之间有作用力，这种作用力较弱，可以滑动，所以石墨质软，且有滑腻感。

由此也说明物质的微观结决定其性质。

【思考】石墨在一定条件下能够变成金刚石，这属于物理变化还是化学变化？
【总结】石墨在一定条件下变成金刚石，则物质的结构发生了变化，说明在此过程中有新物质生成，属于化学变化。

我国石墨转化为金刚石技术发展非常迅速，现已成为人造金刚石生产大国，人造金刚石亦被广泛应用于各种工业和工艺行业。

探究等活动认识石墨的性质和用途，加强学生的动手探究能力和自主学习能力，并强化学生对物质的性质和用途之间关系的认识。

3.通过交流讨论等活动使学生认识物质的微观结构与性质之间的关系。

【过渡】在日常生活中，还有一些物质，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分也是碳的单质，而它们的结构则与石墨类似。

活性炭大家并不陌生，在水的净化的学习中我们已经了解了它具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味，下面，我们再通过实验来验证一下活性炭的性质吧！
【学生活动5】观看实验视频或教师演示实验或学生动手实验，探究活性炭的吸附性，观察并分析实验现象。

【总结】
现象液体颜色有红色逐渐变浅，最后褪为无色
分析活性炭有吸附性，吸附了水中的色素，水的颜色逐渐变浅直至无色
【讲解】活性炭、木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大，具有较强的吸附性，能吸附水中的色素。

【图片展示】显微镜下木炭的结构。

【总结】木炭和活性炭的吸附性，在工业生产和生活中的用途非常广泛。

如可用木炭吸附一些食品和工业产品的色素，也可以用来吸附有异味的物质。

活性炭是常用的吸附剂，它的吸附作用比木炭还要强，防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的。

人们还常用它来吸附装修过程中产生的有害气体和水的净化处理等。

4.通过实物展示和实验探究使学生认识木炭、焦炭和活性炭等的性质和用途，强化学生“物质具有多样性”的化学观念。

环节四：C60【过渡】随着科学的发展，一些新的以单质形式存在的碳不断的被人们
发现，如C60。

【学生活动6】阅读教材P131“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。

【总结】C60（又称碳60），每个C60分子是由60个碳原子构成的，因
形似足球又称足球烯，分子结构稳定。

C60的独特结构决定了它具有一
些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、能源及医学
等领域。

【讲解】另外还有很多的碳单质在科学家的不断探索中被发现，如碳纳
米管、石墨烯等。

【学生活动7】自主阅读教材P131“资料卡片”中碳单质的研究进展，了
通过自主
学习使学
生了解多
样的碳单
质，强化学
生对化学
学科能改
善人类生
产生活的
认识，促进
解更多的碳单质。

【补充1】碳纳米管：是由石墨薄层卷曲而成的碳管，直径在几纳米到几十纳米之间，由于它的独特结构，柔韧性异常的好，可用于制备高强度材料。

【补充2】石墨烯：英国曼彻斯特大学的海姆和他的同事用类似于胶带粘、撕的方法从石墨中分离出仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯，他们也因此而获得诺贝尔物理学奖。

石墨烯因为厚度与一个碳原子的直径相当，仅为3.35×10-10m，是目前人工制得的最薄的材料。

而石墨烯的这种单层结构决定了它有优异的导电、导热和其他奇特性能，激励科学家们不断探索。

2019年我国科学家首次实现世界上最小尺寸的石墨烯折叠，折叠后，因为结构变化，使它很多性质被优化，或者具备原先不具备的性能。

科学家预测，如果电动车使用石墨烯电池，可能花两三分钟就可以把电充满。

广阔的应用前景为我们的生活提供便利。

科学发展观
课堂练习1. “碳家族”的成员很多，下列物质中，硬度最大的是（）
A．金刚石B．石墨
C．C60D．活性炭
2.有关金刚石和石墨的下列说法正确的是（）
A．都很软，可做润滑剂
B．碳原子的排列方式相同
C．都由碳元素组成
D．都是由碳元素组成的物质，故性质相同
3.（2024·长沙）物质的性质决定物质的用途。

下列含碳物质中，常用于去除冰箱、汽车中的异味的是（）
A．活性炭B．金刚石
C．石墨D．C60
4.请将合理的解释填在相应的横线上
A. 分子的构成不同
B. 碳原子的排列方式不同
（1）金刚石、石墨、C60性质差异很大的原因是_______。

（2）水和过氧化氢都是由氢元素和氧元素组成的化合物，它们的性质之所以不同，
是因为两种物质的_______。

【答案】1.A 2.C 3.A 4.（1）B （2）A
课堂总结
板书 设计
课题1 碳单质的多样性 第1课时 碳的单质
1.
2. 金刚石、石墨物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同。

3. 木炭、活性炭：有吸附性。

4.C 60、石墨烯等
教学 反思
本课时的内容相对简单，在授课过程中要尽量的贴合学生生活。

本课时涉及的化学观念有“物质具有多样性”“物质结构决定性质，物质性质决定用途”，在知识讲授过程中要注意渗透，以提升学科素养。