人教版（2024）九年级上册（2024）碳单质的多样性教案设计

这是一份人教版（2024）九年级上册（2024）碳单质的多样性教案设计，共22页。教案主要包含了设计意图，学生回答，回答填空，提出问题，播放视频，前沿科技等内容，欢迎下载使用。
课题1 碳单质的多样性
教学目标
1.通过观看视频、阅读教材，实验操作，应用氧气部分已学性质决定用途的思路，学习金刚石、石墨、C60的性质和用途，体现学科价值。
2.通过讨论分析性质可能对应的结构，观察并分析物质结构模型，引发学生思考性质由结构决定，体会物质的多样性，知道同种元素可以组成不同的单质等化学观念，培养学生的科学思维。
3.通过观看视频，了解科技前沿单质碳的发展，理解科学技术对人类的重大贡献，形成崇尚科学的精神品质，实现为中华民族伟大复兴而学习化学的责任担当。
4.通过认识解碳的多种单质，知道物质既有天然存在的也有人工创造的，了解物质多样性的原因。
教学重点：金刚石、石墨的结构性质和用途。
教学难点：微观结构分析金刚石、石墨物理性质不同的原因和转化。
教学过程
导入
在中国，几乎每个人在孩童时期总会对《西游记》里拥有七十二般变化的孙悟空心驰神往。在化学元素界，也有这样一位神奇的元素，不仅会“ "%E4%B8%83%E5%8D%81%E4%BA%8C%E5%8F%98&zhida_surce=entity&is_preview=1" \t "" 七十二变”，而且变出来的东西也是各有各的用途，在各个领域熠熠生辉。大家猜猜，这种元素是什么呢？这种元素便是碳！碳原子间纷繁复杂的连接方式形成很多化合物，是所有元素中形成化合物种类最多的。可见碳元素无处不存在。
【设计意图】以“ "%E4%B8%83%E5%8D%81%E4%BA%8C%E5%8F%98&zhida_surce=entity&is_preview=1" \t "" 七十二变”引出碳，让学生初步感知其多样性。
讲授新知
（一）介绍含碳混合物
我们的身边接触的含碳的物质中，大多是混合物。比如焦炭、炭黑、活性炭、木炭，通常被称为无形性碳，主要由结构类似石墨的微小晶体和少量杂质构成的，属于混合物。
焦炭由煤经绝氧加热后倒进水里制成，一般用于金属冶炼。炭黑由可燃性物质加热燃烧时火焰不完全燃烧时的黑烟制成。活性炭具有发达的空隙和优良的吸附性能，因此叫做活性炭。木炭一般由木材等经炭化制成，没有经过活化，常作为生产活性炭等的原料。因其疏松多孔，也具有一定的吸附性。如何证明木炭具有吸附性呢？请看实验。
【视频】木炭的吸附性
提问：你观察到什么现象？分析得出什么结论呢？
【学生回答】
【设计意图】结构决定性质、性质决定用途是化学学习的一般研究思路。接着沿用这样的思路来完成关于碳单质的学习。
、探索金刚石、石墨的物理性质及用途
金刚石和石墨同属于碳单质，但是它们的外观、性质以及用途千差万别。请大家阅读课本P128-P131,探索金刚石、石墨的物理性质和用途。
【回答填空】
【提问】物质的用途，用到了物质的多种性质。请同学们对比，金刚石和石墨的物理性质有什么不同？
【回答】金刚石硬度大，石墨质软。 金刚石无色透明，石墨灰黑色。石墨有优良的导电性，金刚石不导电。
【总结】通过学习同学们加深了对物质性质和用途之间的关系，性质决定用途，用途体现性质。
【过渡】为什么金刚石和石墨有不同的物质性质呢？性质又是由什么决定的呢？
（三）、探秘金刚石和石墨的微观结构
结构决定性质，性质体现结构。接下来我们对金刚石和石墨的微观结构进行探秘，请同学们观察两个模型的结构并做出猜想。
【讲解】模型1结构紧凑，对应性质表现为硬度大，是金刚石。模型2是层状结构，对应性质表现为质软，是石墨。在金刚石中，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，这种结构是很稳定的。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。因此，正是因为金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，决定了它们的物理性质差异较大。
【设计意图】学生根据物质的性质，猜想物质可能的结构。教师通过实物模型帮助学生更好的了解石墨和金刚石的结构差异。
【总结】因此，我们同学研究金刚石和石墨，进一步体会了结构、性质和用途之间的关系，即结构决定性质，性质决定用途，反过来用途体现性质，性质体现结构。
（四）、石墨转化为金刚石的变化探究
【提出问题】金刚石、石墨都是由碳元素组成，根据反应前后元素种类不变的原理，请同学们推测便宜的石墨能否转化为价格更高的金刚石？
【回答】答案是肯定的。
【播放视频】《石墨转变为金刚石》
【提问】请同学们思考，从灰头土脸的石墨，变成璀璨夺目的金刚石，这个过程发生什么变化呢？
【回答】因为石墨和金刚石是不同的物质，所以这个变化中有新物质生成，属于化学变化。
【提问】这个化学变化的微观实质是什么呢？我们前面学习过电解水。请同学们根据电解水的微观示意图，回忆电解水的微观本质。
【回答】水分子分解成氢原子和氧原子，氢原子重组成氢分子，氧原子重组成氧分子。
【提问】石墨变成金刚石，微观角度什么发生改变呢？
【回答】碳原子并没有重组成为新的分子，但是碳原子排列方式发生改变。
【设计意图】通过元素的分析，结构的差异分析，进而引出物质的转化的问题，并引导学生从已有的化学变化的微观实质入手，形成认知冲突，这里碳原子没有重组，原来原子排列方式的改变也是化学变化，突破难点。最终进行方法提升和思维提升。
（五）、C60以及新型碳单质
【视频】碳60的介绍
【前沿科技】碳60的发现，使人们看到了碳原子呈封闭笼状结构的可能，进而发明了C24、C36、C60、C70、C240、C540……21世纪碳材料家族中最为耀眼的明星非“材料之王”石墨烯莫属。碳单质还有很多很多种变幻，比如碳纳米管、以及2010年我国科学家合成了石墨炔，等等等等。
【设计意图】感受科技进步，渗透思政，科学技术的发展永无止境，化学就是用物质创造新的物质，培养学生的科学态度和责任担当。
应用新知
1.碳家族成员很多，用途很广，物质的性质决定物质的用途。下列有关含碳物质性质和用途对应关系正确的是 ( )
A.活性炭有吸附性，可用作装饰品
B.石墨有导电性，可以作电车的电刷
C.金刚石无色透明，可用于切割玻璃
D.木炭是黑色固体，可用作润滑剂
2.“超级黑”是一种用比头发细一万倍的碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍下列说法正确的是（ ）
A．分类：“超级黑”是一种新型的化合物
B．结构：碳纳米管与金刚石的排列方式相同
C．性质：“超级黑”是天然存在的最硬的物质
D．用途：“超级黑”可作导热性材料
四、归纳总结
本节课我们以结构决定性质，性质决定用途为主线，学习了碳的几种单质金刚石，石墨和C60，知道它们都由碳元素组成的单质，但是金刚石与石墨的碳原子的排列方式不同，造成它们的物理性质不同。通过学习石墨转变为金刚石这一化学变化，我们知道化学变化除了像电解水一样分子分解、原子重组的类型，还有石墨转化为金刚石这类原子排列方式发生改变的类型。我们了解不同元素可以组成不同物质，比如氧气、氮气和水，同种元素也可以组成不同的物质，比如金刚石、石墨和C60，氧气和臭氧，红磷和白磷等。进一步深刻了解了物质多样性的原因。
五、布置作业
2023年春节《流浪地球2》震撼登场，影片中的太空天梯是重头戏，到目前为止，碳纳米管是人类能造出来最坚固的材料，它是制造太空天梯的理想材料。碳纳米管是碳单质的一种，根据下图，请回答以下问题：
图① 图② 图③ 图④
图①、②、③三种碳单质中，由原子构成的物质是____________________(写出一种物质的名称及对应编号），由分子构成的单质的化学式是 。
(2)图②转化成图①属于__________（填 “物理”或“化学”）变化，其微观本质是_______________________。
(3)图④是新兴纳米材料石墨烯是由碳原子构成的单质，它可以帮助科学家实现修建“太空天梯”的设想，请推测石墨烯可能具有的一条物理性质是__________________。
【板书】