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课题1 金刚石、石墨和C60 趣味导读 张开你的嘴并说“啊……”，咦！你的牙齿上有个小洞。现在你需要请牙医补牙了。牙医在补牙之前，先要用钻孔器将龋齿上的损坏部分清理掉。 为什么牙医用的钻孔器那么坚硬和锋利，可以方便的在牙齿上打洞？答案还应从碳元素开始寻找。这种钻孔器的钻头是用金刚石制成的。金刚石是单质碳的一种形式，是世界上最硬的物质。正因为有了金刚石钻头，所以钻孔器才变得如此锋利。 石墨是单质碳的另一种形式，是天然最软的矿物质之一。 为什么金刚石和石墨差别这么大呢？现在我们就来学习一下吧！ 智能点拨 例1.1985年科学家发现的 C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（下图C），因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质──碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（下图D）。图A、图B分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小圆圈（小黑点）均代表碳原子。  用你所学到的知识回答下面的问题。 （1）金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管物理性质有较大差异的原因是什么？ （2）常温下足球烯、碳纳米管的化学性质是否活泼？说明原因。 （3）请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的（以足球烯为例，用文字简述。） 分析：该题是一道合信息、迁移、实验设计为一体的综合题。所给结构图直观明了，所给信息也都是科技前沿内容，又让热耳目一新，视野开阔的感觉。结合碳原子在常温下化学性质稳定，一般不与空气中氧气等气体反应，再联想金刚石和石墨的物理性质和化学性质上的差别，题目很快就会解决。 答案：（1）构成他们的原子排列方式不同。（2）不活泼，因为构成他们的碳原子在常温下性质稳定，不容易与其他物质发生反应。（3）分别取少量点燃，将产生的气体通入澄清石灰水，观察石灰水是否变浑浊。如果变浑浊，证明产生气体是二氧化碳，也就证明足球烯和碳纳米管都是碳元素组成的。 动动手： 尽管金刚石、石墨、C60都是由同种元素组成的，但是它们的性质却差别很大。另外，金刚石、石墨、C60的结构也非常具有美感。请利用生活中的乒乓球、吸管、胶水等制作金刚石、石墨、C60的模型。也可以邀请小伙伴一起来做，遇到问题也好商量商量。 例2.下表列出了1 cm3活性炭所能吸附的常见气体的体积。试分析活性炭吸附气体的体积跟气体的哪些性质有关？具有哪些性质的气体易于被活性炭所吸附？
分析：观察各组数据，运用对比、归纳等方法，不难得出结论。 答案：与气体的相对分子质量、气体的沸点有关，相对分子质量越大，沸点越高的气体越容易被活性炭吸附。 例3：铅笔为什么有软和硬的差别呢？这是因为石墨太软，光用石墨作铅笔芯，既容易断又容易磨损，因此，生产上常在石磨粉末中掺入一些黏土粉末以增加硬度。黏土掺得越多，硬度就越大。下表是部分普通铅笔的标号及铅笔芯原料的配比。
试回答下列问题： （1）上表中硬度最大的铅笔是 （填标号）。 （2）请你列举石墨一种用途 。 分析：铅笔为什么有软和硬的差别呢？铅笔上的H、B都是什么意思呢？铅笔芯是由金属铅做的吗？这些问题估计很小就一直伴随着我们了。这道题很显然是一道联系生活实际的题目，认真分析表中的数据，再加上学过的石墨的知识，答案会很快跃然纸上。看！学习不但可以巩固知识，还可以让我们越来越了解这个世界。 答案：（1）2H （2）可以用作电极 小收集：日常生活中的物品还有没有表面上有一些看不太懂的符号，收集一下，和老师同学们讨论一下！
随堂反馈 1.中国科学技术大学钱逸泰教授等以CCl4等和金属钠为原料，在700 ℃时是制造出纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威的《科学》杂志上，立即被科学家高度评价为“稻草变黄金”。同学们对此的一些理解不正确的是（ ） A.金刚石属于金属单质 B.制造过程中元素的种类没有变化 C.CCl4是一种化合物 D.这个反应是置换反应 2.最近科学家确认，存在着一种具有空心，且类似足球结构的分子N60。这一发现将开辟世界能源的新领域，它可能成为一种最好的火箭燃料。下列关于N60的说法正确的是（ ） A.N60是一种化合物 B.N60的相对分子质量为840 C.N60属于单质 D.N60这种物质是由氮原子构成的 3.当咆哮着的蒸汽机头从你的面前经过时，那粗大的烟囱会毫不客气地向你的身上洒下许多黑色的烟炱。写标语和春联用的墨汁，就是用烟炱做的。烟炱的主要成份是 ，用墨汁书写或绘制的字画，虽年深日久却不变色，这是因为 。 小魔术──红色消失了 准备一个杯子，在里面做一个夹层，用很薄的纸将活性炭藏在杯底。 在小杯子里装上蒸馏水之后立即滴加几滴红墨水，观察到整个烧杯的水全都变成红色。这时故意向空中抓几把，然后在手指伸进水中搅拌一下，趁机弄破纸，注意不要把活性炭带上来。嘴里同时假装念咒语，吸引观众的注意力。哈！红色消失了。 课后沟通 火眼金睛 1.下列不符合科学道理是（ ） A.碳是非金属，但它的单质石墨能导电 B.普通大理石经“气功大师”发功能变成金刚石 C.工业上用焦炭来炼铁是利用碳的还原性 D.碳与氧气反应的生成物有时是不同的 2.下列物质的性质中，中属于物理性质的是（ ） A.金刚石具有很大的硬度 B.石墨有良好的导电性 C.活性炭有碳的性质稳定 D.常温下碳的性质稳定 3.下列关于碳单质用途的叙述中，错误的是（ ） ① 橡胶里添加炭黑能增加耐磨性 ② 干电池里的碳棒是石墨制成的 ③ 电冰箱除味剂是活性炭 ④ 防毒面具用焦炭吸收有毒气体 ⑤ 制糖工业用炭黑来吸附有色物质 ⑥ 金刚石不仅能刻划玻璃，还能装在钻头上钻凿坚硬的岩层 A.②①③ B.②③④ C.③④ D.④⑤ 4.有下列变化：甲→乙→丙，能满足这个变化的甲是（ ） A.C B.H2 C.CO D.Cu 5. 在一密闭容器内盛有等质量的碳和氧气，高温加热使之充分反应，容器内的物质是（ ） A.CO B.CO2和O2 C.CO D.Cu 6.下列说法错误的是（ ） A.同种元素组成的物质，性质不一定相同 B.同种元素组成的物质、性质一定相同 C.不同的单质可以由同一种元素组成 D.不同的单质可以有相同的化学性质 画龙点睛 7.金刚石、石墨、C60在物理性质上存在明显差异的原因是 。 8.某同学自制简易净水器，除可利用 和 等疏松结构的材料做吸附剂外，还可利用我们身边的材料如 作吸附剂。为消除室内抽香烟后或装修后难闻的气味，该同学点燃一支蜡烛，一段时间后室内难闻气味消失，根据蜡烛在空气中燃烧的现象解释其中原因 。 9.经常不用的锁，开启比较困难时，可向锁空中加些铅笔芯粉末，便容易开启，这是因为 。 10.埋木桩前，有时把埋入地下一段的表面用火微微烧焦，这是因为 。 计算小擂台 11.计算题：氧化铜和木炭的混合物在加热条件下恰好完全反应，生成了25.4 g铜，计算原混合物中氧化铜和木炭粉各多少克。 家庭小实验 12.请你在生活中寻找一段碳的单质，并设计一个实验，测定它是否能导电，画出电路图，写出操作步骤、现象和结论。 课外阅读 点石成金 在超强X射线的高压作用下，通常作为铅笔芯的石墨居然可与金刚石“一较软硬”。美国伊利诺斯先进光子源实验室以及阿尔贡国家实验室高压站的研究人员在2005年10月17日出版的《科学》杂志上报道了这一最新研究成果。 石墨和金刚石都由碳元素组成，只是由于碳原子空间排列和间距不同，导致二者外形和强度的天壤之别。研究人员采用简单、安全的钻石砧骨细胞（DiomondAnvilCell）手段产生高压，将相当于17万大气压的高强度X射线照射石墨，并使X射线聚焦于一点，从而在原子水平上观察到钻石砧骨细胞中石墨分子结构的改变过程，原本松散排列的碳原子被挤压在一起，最终使得石墨也具有了如同金刚石一般的碳原子排列结构及类似的硬度。 研究小组负责人温迪表示，实验首次证实了高压条件可大量改变石墨分子的结构。这一研究成果将极大地拓宽石墨作为一种结构成分在工业上的应用范围。 (责任编辑：admin) |