《碳的多样性》示范公开课教学设计【高中化学必修1鲁教版】

4/4《碳的多样性》教学设计第一课时教材分析教材分析教材分析（一）知识脉络碳及其化合物在自然界中的广泛存在以及在我们的生产、生活中的广泛应用与碳的多样性紧密相关。本节教材在初中化学知识的基础上，通过介绍、归纳金刚石、石墨、C60、碳纳米管的物理性质和用途，体现碳单质的多样性；通过探究碳酸钠、碳酸氢钠的化学性质，认识碳酸盐与碳酸氢盐这些含碳化合物的性质及转化关系,体现碳的化合物的多样性；通过介绍自然界和生产、生活中碳及其化合物间的转化，认识碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，体现碳元素转化的多样性。（二）知识框架碳的多样性碳的多样性碳的化合物的多样性碳单质的多样性碳元素转化的多样性碳的化合物的多样性碳单质的多样性碳元素转化的多样性碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化金刚石、石墨、C60碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化金刚石、石墨、C60碳酸钠、碳酸氢钠的性质及转化（三）新教材的主要特点：知识更具有时代性和实用性。通过活动探究的形式使学生获取知识，在关注获取知识结果的同时，也关注获取知识的过程。更容易实现三维目标的培养。教学目标教学目标【知识与能力目标】1、通过介绍各种碳单质，使学生了解同素异形体的概念，知道碳有三种同素异形体，它们的物理性质有较大的差别，导致物理性质相异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种类繁多，一般分为含碳的无机化合物和有机化合物两大类，通过活动探究认识碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，初步体会它们性质的差异。3、根据生产、生活中的碳元素转化的实例，了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，从而进一步了解它们的性质。使学生能够解释与含碳化合物有关的现象和解决简单问题，如水垢的形成与消除、木炭燃烧的现象、工业上炼铁的原理等，体会化学在人类生产、生活中的应用，激发学生学习化学的兴趣。【过程与方法目标】1、通过探究碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，进一步熟悉研究物质性质的基本程序，培养学生利用实验科学探究的能力。2、体会将自然界中的转化与实验室中的转化统一起来的科学思维方法。【情感态度价值观目标】1、通过实验探究激发学生探究化学的兴趣，发扬合作学习的精神，养成严谨科学的学习习惯。2、了解人们经常利用科学知识实现碳元素的转化，为人们服务的案例，体会化学科学的伟大，增强求知的欲望。3、通过介绍人类的活动破坏了自然界中碳转化的平衡所造成的后果，激发学生应用化学知识，维护生态平衡的热情和责任。教学重难点教学重难点（一）知识上重点、难点重点：碳元素之间的转化，碳酸钠与碳酸氢钠的性质。难点：碳元素之间的转化，碳酸钠与碳酸氢钠的性质。（二）方法上重点、难点课前准备通过探究碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，进一步熟悉研究物质性质的基本程序，培养学生利用实验科学探究的能力。课前准备（一）学生准备预习第一节碳的多样性查阅资料，了解C60、碳纳米管的用途，大胆想像，对于C60这种结构独特的物质，化学家们可能进行哪些研究工作？设计活动探究方案（二）教师准备将学生每四人编为一组；编制“活动·探究”活动报告及评价表；针对学生设计的活动探究方案配合实验老师准备实验器材与药品。教学过程教学过程一、多种多样的碳单质1．碳在自然界中的存在碳元素的存在形态eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(游离态：如金刚石、石墨等,化合态：如二氧化碳、大理石等))2．同素异形体(1)概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质。(2)实例：O2与O3、红磷与白磷、金刚石与石墨及C60。3．碳的同素异形体比较物质内容金刚石(C)石墨(C)C60外观无色透明晶体深灰色、不透明的片状固体灰黑色固体结构由碳原子构成的正四面体结构由平面六边形构成的层状结构由正六边形和正五边形排列而成的球状分子硬度极高质软，在纸上可留痕迹导电性不导电易导电不导电二、广泛存在的含碳化合物1．含碳化合物(1)有机物：如CH4、CH3COOH、淀粉等。(2)2．Na2CO3和NaHCO3(1)两者都是白色固体。(2)都能与盐酸反应。Na2CO3与盐酸反应的离子方程式为：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2O＋CO2↑。NaHCO3与盐酸反应的离子方程式为：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=H2O＋CO2↑。3．Na2CO3和NaHCO3性质的比较碳酸盐Na2CO3(碳酸钠)NaHCO3(碳酸氢钠)俗名纯碱(或苏打)小苏打色、态白色固体白色固体水溶性溶解度较大溶解度较小(比Na2CO3的小)与H＋反应COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2OHCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O与OH－反应HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O与石灰水反应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与CaCl2Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓稳定性稳定2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O相互转化Na2CO3NaHCO3用途制玻璃、造纸、试剂等发酵粉、治胃酸过多等[重点剖析]1.Na2CO3溶液与盐酸反应Na2CO3溶液与盐酸反应时，滴加顺序不同，实验现象不同，产生的CO2的量也可能不同。(2)不用其他试剂可将稀盐酸和Na2CO3溶液鉴别开。[典例印证][例题1]有15mL2mol·L－1的H2SO4溶液与15mL3mol·L－1的Na2CO3溶液，欲使其反应产生CO2的量最多，则正确的操作是()A．把两种溶液快速混合并不断搅拌B．把两种溶液缓慢混合并不断搅拌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，须把Na2CO3溶液滴加到H2SO4溶液中。[答案]DCOeq\o\al(2－,3)分步结合H＋，待COeq\o\al(2－,3)全部转化为HCOeq\o\al(－,3)后，若再有H＋剩余，HCOeq\o\al(－,3)可再结合H＋生成CO2。(1)当n(COeq\o\al(2－,3))＞n(H＋)，Na2CO3溶液滴入盐酸中有气体生成，反滴则无气体放出。(2)当n(COeq\o\al(2－,3))＜n(H＋)＜2n(COeq\o\al(2－,3))，Na2CO3溶液滴入盐酸中生成CO2最多。(3)当n(H＋)≥2n(COeq\o\al(2－,3))，无论滴加顺序如何，生成CO2一样多。1．[双选]关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法中正确的是()A．Na2CO3比NaHCO3易溶于水B．NaHCO3比Na2CO3稳定C．石灰水能和NaHCO3反应，不与Na2CO3反应D．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与盐酸完全反应，消耗盐酸的物质的量之比为2∶1解析：选A、DNa2CO3比NaHCO3的溶解度大，故A项正确；Na2CO3与NaHCO3分别与HCl反应时根据方程式Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋CO2↑＋H2O；NaHCO3＋HCl=NaCl＋CO2↑＋H2O得知消耗HCl为2∶1，故D项正确。[重点剖析]1．鉴别原理步骤有关化学方程式利用二者的热稳定性不同取少量样品加热，能够产生使澄清石灰水变浑浊的气体的为NaHCO3，无明显现象的为Na2CO32NaHCO3Na2CO3＋CO2＋H2O续表原理步骤有关化学方程式利用二者与少量盐酸反应的现象不同取少量的样品于试管中，溶于水并配成稀溶液，分别逐滴加入稀盐酸，立即有气体产生的是NaHCO3，在加入一定量的稀盐酸后，才逐渐有气体产生的溶液是Na2CO3NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2；Na2CO3＋HCl(少量)=NaHCO3＋NaCl利用与Ca2＋能否产生沉淀取二者少量制成溶液，加入CaCl2溶液，有沉淀生成的为Na2CO3，无沉淀生成的为NaHCO3Na2CO3＋CaCl2=CaCO3＋2NaCl2.除杂(括号内为杂质)Na2CO3(NaHCO3)NaHCO3(Na2CO3)固体加热2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2CO3＋H2O＋CO2↑加水制成饱和溶液，通入足量CO2，结晶过滤溶液加适量NaOH溶液：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3通入CO2；NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O[特别提醒]区别Na2CO3和NaHCO3不能用Ba(OH)2[或Ca(OH)2]溶液，原因是二者均能产生沉淀：Na2CO3＋Ba(OH)2=BaCO3↓＋2NaOH，2NaHCO3＋Ba(OH)2=BaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O。[典例印证][例题2]现有两瓶白色固体化学药品，一瓶为Na2CO3，另一瓶为NaHCO3。下列方法中无法将其鉴别的是()A．加热B．两者分别与同浓度的稀盐酸反应C．溶于水，加入CaCl2溶液D．两者分别加入NaOH溶液或Ba(OH)2溶液[解析]加热时，试管内壁有较多水珠生成，且生成使澄清石灰水变浑浊的气体的是NaHCO3，A项可以。与同浓度的稀HCl反应，可根据产生气泡的速度不同鉴别，B项可以。Na2CO3与CaCl2反应生成沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应，C项可以。两者与氢氧化钠溶液混合后均没有明显现象，与Ba(OH)2都能反应，都有白色沉淀生成，现象完全相同，D项无法鉴别。[答案]D2．有两试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是()方案操作判断A分别加入澄清石灰水产生沉淀者为Na2CO3B分别加入等浓度的稀盐酸反应较剧烈者为Na2CO3C分别加入CaCl2溶液产生沉淀者为Na2CO3D逐滴加入等浓度的盐酸立即产生气泡者为Na2CO3解析：选CA项，发生的反应分别为：Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH,2NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，两者现象相同(产生白色沉淀)；B项，滴加等浓度的稀盐酸时NaHCO3溶液反应较剧烈；C项，Na2CO3与CaCl2发生反应：Na2CO3＋CaCl2=CaCO3↓＋2NaCl，产生白色沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应；D项，逐滴加入盐酸时，NaHCO3立即产生气泡，Na2CO3开始无气泡产生，过一会儿才产生气泡。题组一碳单质及其化合物1．下列说法中正确的是()A．金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是所含碳原子的数目不同B．金刚石、石墨和C60在氧气中完全燃烧都生成二氧化碳C．C60和P4互为同素异形体D．H2O和H2O2互为同素异形体解析：选B金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是结构不同，与所含碳原子数的多少无关，A项错误；同素异形体是由同种元素组成的不同单质，而C60和P4是由不同元素组成的不同单质，故二者不属于同素异形体，C项错误；H2O和H2O2属于化合物而非单质，D项错误。2．气体X与赤热的炭反应得到一种无色气体Y，Y和灼热的氧化铁反应又得到X和铁，则X和Y依次是()A．CO、CO2B．H2O(g)、H2C．O2、COD．CO2、CO解析：选DY能将Fe2O3还原为Fe，则Y具有还原性，又知Y是炭与气体X生成的，故Y为CO，X为CO2。3．用短线连接Ⅰ和Ⅱ中相应的物质和用途ⅠⅡeq\a\vs4\al(A.C60,,B.金刚石,,C.石墨)①做电池的电极②做多电路电车滑块③做书写用的铅笔的笔芯④用做车轮及船轴润滑剂⑤用做刀具、钻具、轴承、拉丝模、硬度计压痕器、锯片等⑥制作饰品⑦可做为新型催化剂或催化剂载体解析：碳元素存在金刚石、石墨和C60等多种同素异形体，由于它们的颜色、光泽、透明度、质地、导电性等物理性质不同，决定了它们有不同的用途。石墨质软，具有润滑性和导电性，所以石墨可以用于制作