《碳的多樣性》示范公開課教學設計【高中化學必修1魯教版】

4/4《碳的多樣性》教學設計第一課時教材分析教材分析教材分析（一）知識脈絡碳及其化合物在自然界中的廣泛存在以及在我們的生產、生活中的廣泛應用與碳的多樣性緊密相關。本節(jié)教材在初中化學知識的基礎上，通過介紹、歸納金剛石、石墨、C60、碳納米管的物理性質和用途，體現碳單質的多樣性；通過探究碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學性質，認識碳酸鹽與碳酸氫鹽這些含碳化合物的性質及轉化關系,體現碳的化合物的多樣性；通過介紹自然界和生產、生活中碳及其化合物間的轉化，認識碳單質、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉化，體現碳元素轉化的多樣性。（二）知識框架碳的多樣性碳的多樣性碳的化合物的多樣性碳單質的多樣性碳元素轉化的多樣性碳的化合物的多樣性碳單質的多樣性碳元素轉化的多樣性碳單質、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉化金剛石、石墨、C60碳單質、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉化金剛石、石墨、C60碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質及轉化（三）新教材的主要特點：知識更具有時代性和實用性。通過活動探究的形式使學生獲取知識，在關注獲取知識結果的同時，也關注獲取知識的過程。更容易實現三維目標的培養(yǎng)。教學目標教學目標【知識與能力目標】1、通過介紹各種碳單質，使學生了解同素異形體的概念，知道碳有三種同素異形體，它們的物理性質有較大的差別，導致物理性質相異的主要原因是碳原子的排列不同。2、知道含碳元素的化合物種類繁多，一般分為含碳的無機化合物和有機化合物兩大類，通過活動探究認識碳酸鈉和碳酸氫鈉的主要性質，初步體會它們性質的差異。3、根據生產、生活中的碳元素轉化的實例，了解碳單質、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉化，從而進一步了解它們的性質。使學生能夠解釋與含碳化合物有關的現象和解決簡單問題，如水垢的形成與消除、木炭燃燒的現象、工業(yè)上煉鐵的原理等，體會化學在人類生產、生活中的應用，激發(fā)學生學習化學的興趣?！具^程與方法目標】1、通過探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的主要性質，進一步熟悉研究物質性質的基本程序，培養(yǎng)學生利用實驗科學探究的能力。2、體會將自然界中的轉化與實驗室中的轉化統(tǒng)一起來的科學思維方法。【情感態(tài)度價值觀目標】1、通過實驗探究激發(fā)學生探究化學的興趣，發(fā)揚合作學習的精神，養(yǎng)成嚴謹科學的學習習慣。2、了解人們經常利用科學知識實現碳元素的轉化，為人們服務的案例，體會化學科學的偉大，增強求知的欲望。3、通過介紹人類的活動破壞了自然界中碳轉化的平衡所造成的后果，激發(fā)學生應用化學知識，維護生態(tài)平衡的熱情和責任。教學重難點教學重難點（一）知識上重點、難點重點：碳元素之間的轉化，碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質。難點：碳元素之間的轉化，碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質。（二）方法上重點、難點課前準備通過探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的主要性質，進一步熟悉研究物質性質的基本程序，培養(yǎng)學生利用實驗科學探究的能力。課前準備（一）學生準備預習第一節(jié)碳的多樣性查閱資料，了解C60、碳納米管的用途，大膽想像，對于C60這種結構獨特的物質，化學家們可能進行哪些研究工作？設計活動探究方案（二）教師準備將學生每四人編為一組；編制“活動·探究”活動報告及評價表；針對學生設計的活動探究方案配合實驗老師準備實驗器材與藥品。教學過程教學過程一、多種多樣的碳單質1．碳在自然界中的存在碳元素的存在形態(tài)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(游離態(tài)：如金剛石、石墨等,化合態(tài)：如二氧化碳、大理石等))2．同素異形體(1)概念：由同一種元素組成的性質不同的幾種單質。(2)實例：O2與O3、紅磷與白磷、金剛石與石墨及C60。3．碳的同素異形體比較物質內容金剛石(C)石墨(C)C60外觀無色透明晶體深灰色、不透明的片狀固體灰黑色固體結構由碳原子構成的正四面體結構由平面六邊形構成的層狀結構由正六邊形和正五邊形排列而成的球狀分子硬度極高質軟，在紙上可留痕跡導電性不導電易導電不導電二、廣泛存在的含碳化合物1．含碳化合物(1)有機物：如CH4、CH3COOH、淀粉等。(2)2．Na2CO3和NaHCO3(1)兩者都是白色固體。(2)都能與鹽酸反應。Na2CO3與鹽酸反應的離子方程式為：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2O＋CO2↑。NaHCO3與鹽酸反應的離子方程式為：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=H2O＋CO2↑。3．Na2CO3和NaHCO3性質的比較碳酸鹽Na2CO3(碳酸鈉)NaHCO3(碳酸氫鈉)俗名純堿(或蘇打)小蘇打色、態(tài)白色固體白色固體水溶性溶解度較大溶解度較小(比Na2CO3的小)與H＋反應COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O與OH－反應HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O與石灰水反應Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓Ca2＋＋OH－＋HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋H2O；Ca2＋＋2OH－＋2HCOeq\o\al(－,3)=CaCO3↓＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2O與CaCl2Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓穩(wěn)定性穩(wěn)定2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O相互轉化Na2CO3NaHCO3用途制玻璃、造紙、試劑等發(fā)酵粉、治胃酸過多等[重點剖析]1.Na2CO3溶液與鹽酸反應Na2CO3溶液與鹽酸反應時，滴加順序不同，實驗現象不同，產生的CO2的量也可能不同。(2)不用其他試劑可將稀鹽酸和Na2CO3溶液鑒別開。[典例印證][例題1]有15mL2mol·L－1的H2SO4溶液與15mL3mol·L－1的Na2CO3溶液，欲使其反應產生CO2的量最多，則正確的操作是()A．把兩種溶液快速混合并不斷攪拌B．把兩種溶液緩慢混合并不斷攪拌C．把H2SO4溶液滴加到Na2CO3溶液中D．把Na2CO3溶液滴加到H2SO4溶液中[解析]n(H＋)＝0.015×2×2mol＝0.06mol，n(COeq\o\al(2－,3))＝0.015×3mol＝0.045mol。因：COeq\o\al(2－,3)eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5())HCOeq\o\al(－,3)eq\o(→,\s\up7(H＋))CO2↑，且n(COeq\o\al(2－,3))＜n(H＋)＜2n(COeq\o\al(2－,3))，所以若要使生成CO2最多，須把Na2CO3溶液滴加到H2SO4溶液中。[答案]DCOeq\o\al(2－,3)分步結合H＋，待COeq\o\al(2－,3)全部轉化為HCOeq\o\al(－,3)后，若再有H＋剩余，HCOeq\o\al(－,3)可再結合H＋生成CO2。(1)當n(COeq\o\al(2－,3))＞n(H＋)，Na2CO3溶液滴入鹽酸中有氣體生成，反滴則無氣體放出。(2)當n(COeq\o\al(2－,3))＜n(H＋)＜2n(COeq\o\al(2－,3))，Na2CO3溶液滴入鹽酸中生成CO2最多。(3)當n(H＋)≥2n(COeq\o\al(2－,3))，無論滴加順序如何，生成CO2一樣多。1．[雙選]關于Na2CO3和NaHCO3的下列說法中正確的是()A．Na2CO3比NaHCO3易溶于水B．NaHCO3比Na2CO3穩(wěn)定C．石灰水能和NaHCO3反應，不與Na2CO3反應D．等物質的量的Na2CO3和NaHCO3與鹽酸完全反應，消耗鹽酸的物質的量之比為2∶1解析：選A、DNa2CO3比NaHCO3的溶解度大，故A項正確；Na2CO3與NaHCO3分別與HCl反應時根據方程式Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋CO2↑＋H2O；NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O得知消耗HCl為2∶1，故D項正確。[重點剖析]1．鑒別原理步驟有關化學方程式利用二者的熱穩(wěn)定性不同取少量樣品加熱，能夠產生使澄清石灰水變渾濁的氣體的為NaHCO3，無明顯現象的為Na2CO32NaHCO3Na2CO3＋CO2＋H2O續(xù)表原理步驟有關化學方程式利用二者與少量鹽酸反應的現象不同取少量的樣品于試管中，溶于水并配成稀溶液，分別逐滴加入稀鹽酸，立即有氣體產生的是NaHCO3，在加入一定量的稀鹽酸后，才逐漸有氣體產生的溶液是Na2CO3NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2；Na2CO3＋HCl(少量)=NaHCO3＋NaCl利用與Ca2＋能否產生沉淀取二者少量制成溶液，加入CaCl2溶液，有沉淀生成的為Na2CO3，無沉淀生成的為NaHCO3Na2CO3＋CaCl2=CaCO3＋2NaCl2.除雜(括號內為雜質)Na2CO3(NaHCO3)NaHCO3(Na2CO3)固體加熱2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2CO3＋H2O＋CO2↑加水制成飽和溶液，通入足量CO2，結晶過濾溶液加適量NaOH溶液：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3通入CO2；NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O[特別提醒]區(qū)別Na2CO3和NaHCO3不能用Ba(OH)2[或Ca(OH)2]溶液，原因是二者均能產生沉淀：Na2CO3＋Ba(OH)2=BaCO3↓＋2NaOH，2NaHCO3＋Ba(OH)2=BaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O。[典例印證][例題2]現有兩瓶白色固體化學藥品，一瓶為Na2CO3，另一瓶為NaHCO3。下列方法中無法將其鑒別的是()A．加熱B．兩者分別與同濃度的稀鹽酸反應C．溶于水，加入CaCl2溶液D．兩者分別加入NaOH溶液或Ba(OH)2溶液[解析]加熱時，試管內壁有較多水珠生成，且生成使澄清石灰水變渾濁的氣體的是NaHCO3，A項可以。與同濃度的稀HCl反應，可根據產生氣泡的速度不同鑒別，B項可以。Na2CO3與CaCl2反應生成沉淀，NaHCO3與CaCl2不反應，C項可以。兩者與氫氧化鈉溶液混合后均沒有明顯現象，與Ba(OH)2都能反應，都有白色沉淀生成，現象完全相同，D項無法鑒別。[答案]D2．有兩試管分別裝有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判斷正確的是()方案操作判斷A分別加入澄清石灰水產生沉淀者為Na2CO3B分別加入等濃度的稀鹽酸反應較劇烈者為Na2CO3C分別加入CaCl2溶液產生沉淀者為Na2CO3D逐滴加入等濃度的鹽酸立即產生氣泡者為Na2CO3解析：選CA項，發(fā)生的反應分別為：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH,2NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，兩者現象相同(產生白色沉淀)；B項，滴加等濃度的稀鹽酸時NaHCO3溶液反應較劇烈；C項，Na2CO3與CaCl2發(fā)生反應：Na2CO3＋CaCl2=CaCO3↓＋2NaCl，產生白色沉淀，NaHCO3與CaCl2不反應；D項，逐滴加入鹽酸時，NaHCO3立即產生氣泡，Na2CO3開始無氣泡產生，過一會兒才產生氣泡。題組一碳單質及其化合物1．下列說法中正確的是()A．金剛石、石墨和C60性質不同的根本原因是所含碳原子的數目不同B．金剛石、石墨和C60在氧氣中完全燃燒都生成二氧化碳C．C60和P4互為同素異形體D．H2O和H2O2互為同素異形體解析：選B金剛石、石墨和C60性質不同的根本原因是結構不同，與所含碳原子數的多少無關，A項錯誤；同素異形體是由同種元素組成的不同單質，而C60和P4是由不同元素組成的不同單質，故二者不屬于同素異形體，C項錯誤；H2O和H2O2屬于化合物而非單質，D項錯誤。2．氣體X與赤熱的炭反應得到一種無色氣體Y，Y和灼熱的氧化鐵反應又得到X和鐵，則X和Y依次是()A．CO、CO2B．H2O(g)、H2C．O2、COD．CO2、CO解析：選DY能將Fe2O3還原為Fe，則Y具有還原性，又知Y是炭與氣體X生成的，故Y為CO，X為CO2。3．用短線連接Ⅰ和Ⅱ中相應的物質和用途ⅠⅡeq\a\vs4\al(A.C60,,B.金剛石,,C.石墨)①做電池的電極②做多電路電車滑塊③做書寫用的鉛筆的筆芯④用做車輪及船軸潤滑劑⑤用做刀具、鉆具、軸承、拉絲模、硬度計壓痕器、鋸片等⑥制作飾品⑦可做為新型催化劑或催化劑載體解析：碳元素存在金剛石、石墨和C60等多種同素異形體，由于它們的顏色、光澤、透明度、質地、導電性等物理性質不同，決定了它們有不同的用途。石墨質軟，具有潤滑性和導電性，所以石墨可以用于制作