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2019-2020年高一化學(xué) 第一冊(cè) 第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)非金屬材料 第一節(jié)碳族元素(第一課時(shí))大綱人教版 ●教學(xué)目標(biāo) 1.使學(xué)生了解碳族元素的性質(zhì)及其遞變規(guī)律。 2.使學(xué)生進(jìn)一步了解運(yùn)用元素周期律知識(shí)學(xué)習(xí)同主族元素性質(zhì)及其遞變規(guī)律的方法。 3.培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)、思考、判斷能力。 ●教學(xué)重點(diǎn) 碳族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律 ●教學(xué)難點(diǎn) 以碳族元素知識(shí)為載體，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)、思考、判斷能力 ●課時(shí)安排 一課時(shí) ●教學(xué)方法 引導(dǎo)、探究、自學(xué)、練習(xí) ●教學(xué)用具 投影儀 炭塊、鑷子 ●教學(xué)過(guò)程 ［引言］第ⅠA堿金屬元素易失去電子，表現(xiàn)活潑的金屬性；第ⅦA族鹵素易得到電子，表現(xiàn)活潑的非金屬性；居于它們中間的第ⅥA族元素性質(zhì)如何呢？它們及其化合物有怎樣的用途？本章我們就來(lái)學(xué)習(xí)該族元素及其化合物的知識(shí)，用時(shí)了解幾種新型無(wú)機(jī)非金屬材料。 ［板書(shū)］第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)非金屬材料 ［師］（用鑷子取一塊炭展示給學(xué)生）它和硅是兄弟關(guān)系，它就是我們初中學(xué)過(guò)的炭！ 請(qǐng)大家寫(xiě)出碳和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖，并說(shuō)明它們結(jié)構(gòu)上的異同點(diǎn)。 ［學(xué)生活動(dòng)后回答］ 碳和硅的原子序數(shù)不同、電子層數(shù)不同，但最外層電子數(shù)相同。 ［板書(shū)］ ［師］從碳、硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，碳、硅均為元素周期表中的第ⅣA族元素，且分屬于周期表中的二、三周期。 那么，與碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序數(shù)分別是多少呢？請(qǐng)大家根據(jù)各周期元素的種類(lèi)數(shù)進(jìn)行推斷，并寫(xiě)出它們的原子結(jié)構(gòu)示意圖。 ［學(xué)生活動(dòng)，請(qǐng)一位同學(xué)上黑板寫(xiě)出鍺、錫、鉛的原子結(jié)構(gòu)示意圖］ ［學(xué)生板書(shū)］ ［師］能否寫(xiě)出上述三種元素的符號(hào)和名稱(chēng)呢？請(qǐng)大家用最快的速度識(shí)記并默寫(xiě)。 ［學(xué)生或老師板書(shū)］ 鍺 Ge 錫 Sn 鉛 Pb ［師］由以上硅、鍺、錫、鉛的原子結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，它們的最外層都與碳一樣有4個(gè)電子，且同屬第ⅣA族，我們把它們統(tǒng)稱(chēng)為碳族元素。 ［板書(shū)］第一節(jié) 碳族元素 ［師］以上我們所學(xué)的，就是碳族元素的名稱(chēng)、符號(hào)及原子結(jié)構(gòu)。 ［板書(shū)］一、碳族元素的名稱(chēng)、符號(hào)及結(jié)構(gòu) ［過(guò)渡］下面，我們根據(jù)碳族元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，來(lái)分析碳族元素在性質(zhì)上的相似性和遞變性。 ［板書(shū)］二、碳族元素性質(zhì)的相似性和遞變性 ［師］請(qǐng)大家根據(jù)碳族元素的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合元素周期律的知識(shí)，填寫(xiě)下表： ［投影展示］ 碳族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律 ［上表可由學(xué)生回答，教師填寫(xiě)完成，也可由學(xué)生獨(dú)立完成］ ［師］注意，碳族元素的氫化物的寫(xiě)法是碳族元素在前，氫元素在后。 答案： ［師］請(qǐng)大家根據(jù)上表歸納并總結(jié)出碳族元素性質(zhì)的相似性和遞變性。 ［教師引導(dǎo)，學(xué)生歸納、總結(jié)出以下結(jié)論］ ［板書(shū)］1.相似性 （1）最外電子層上均有4個(gè)電子，易形成共價(jià)鍵。 （2）最高正價(jià)均為+4價(jià)，最高價(jià)氧化物通式為RO2，對(duì)應(yīng)水化物通式為：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。 （3）氣態(tài)氫化物可表示為RH4。 2.遞變性 隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱，失電子能力逐漸增強(qiáng)，元素由非金屬性向金屬性遞變的趨勢(shì)明顯。 ［問(wèn)題探究］根據(jù)元素周期律知識(shí)，Pb的金屬性比Sn強(qiáng)，而在金屬活動(dòng)順序表中，Sn的活動(dòng)性比Pb強(qiáng)，這是否矛盾？ ［生］不矛盾。看待事物的角度不同，結(jié)果也不同。 ［師］確實(shí)不矛盾。元素周期律所謂的金屬性和非金屬性，指的是元素原子在干態(tài)時(shí)的得失電子能力；而金屬活動(dòng)性順序表，是依據(jù)金屬原子在水溶液中的失電子能力強(qiáng)弱所排列的，二者排列的依據(jù)不同，結(jié)果也不同。 ［師］第ⅣA族元素中，碳是典型的非金屬；硅雖外貌像金屬，但在化學(xué)反應(yīng)中多顯示非金屬性，通常被認(rèn)為是非金屬；鍺的金屬性比非金屬性強(qiáng)；錫和鉛都是金屬。由于硅和鍺在元素周期表中位于金屬和非金屬分界線(xiàn)附近，所以常用來(lái)做半導(dǎo)體材料。 由于碳族元素在周期表中處于容易失去電子的堿金屬與容易得到電子的鹵素的中間位置，這使得它們得失電子的能力都較弱，一般容易形成共價(jià)化合物。 另外，碳族元素的化合價(jià)除了+4價(jià)外，還有+2價(jià)。其中，碳、硅、鍺、錫的+4價(jià)化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價(jià)化合物是穩(wěn)定的。因此，+4價(jià)的鉛（如PbO2）在參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)，往往會(huì)得電子而被還原成+2價(jià)的化合物，它本身是強(qiáng)氧化劑。 ［板書(shū)］3.主要化合價(jià) +4、+2 Pb的+2價(jià)穩(wěn)定 ［問(wèn)題探究］碳的+4價(jià)化合物穩(wěn)定，CO就應(yīng)具有較強(qiáng)的還原性，那么，在什么條件下CO表現(xiàn)強(qiáng)還原性呢？ ［生］CO在高溫下表現(xiàn)強(qiáng)還原性。 ［師］對(duì)，所以常溫下，可以用濃H2SO4干燥CO。 ［投影例題］1.如果發(fā)現(xiàn)114號(hào)新元素（位于第七周期ⅣA族），下列有關(guān)X可能具有的性質(zhì)合理的是 A.X是非金屬元素 B.X的+2價(jià)化合物比+4價(jià)化合物穩(wěn)定 C.XO2具有強(qiáng)氧化性 D.X有穩(wěn)定的氫化物 解析：根據(jù)碳族元素性質(zhì)遞變規(guī)律，可推知114號(hào)元素的金屬性比鉛還強(qiáng)，一定是金屬元素。它的穩(wěn)定價(jià)態(tài)應(yīng)與鉛相同，即為+2價(jià)，所以XO比XO2穩(wěn)定。+4價(jià)的X易得電子變成+2價(jià)，所以XO2具有強(qiáng)氧化性。X是金屬元素，不可能存在穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物。 答案：BC 2.課本上說(shuō)“……碳、硅、鍺、錫的+4價(jià)化合物是穩(wěn)定的，而鉛的+2價(jià)化合物是穩(wěn)定的”。 （1）根據(jù)上一句話(huà)判斷：錫的+2價(jià)化合物（如SnCl2）應(yīng)具有較強(qiáng)的___________性，鉛的+4價(jià)化合物應(yīng)具有較強(qiáng)的_____________性。 （2）Fe3O4可以寫(xiě)成FeO·Fe2O3的形式，根據(jù)化合價(jià)規(guī)律和這種書(shū)寫(xiě)方法，若將Pb3O4用上述形式表示，其化學(xué)式可寫(xiě)為_(kāi)_____________。 （3）PbO2與濃鹽酸可發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成Cl2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)___________________________。 解析：（1）關(guān)鍵要理解錫的+4價(jià)化合物是穩(wěn)定的，因而+2價(jià)化合物不穩(wěn)定，容易轉(zhuǎn)變?yōu)?4價(jià)化合物，而顯示較強(qiáng)的還原性；同理，鉛的+4價(jià)化合物具有較強(qiáng)的氧化性。 （2）鉛的兩種常見(jiàn)化合價(jià)中，+2價(jià)穩(wěn)定，+4價(jià)不穩(wěn)定，易得電子被還原。題中信息表明，F(xiàn)e3O4中有+2、+3兩種價(jià)態(tài)的鐵元素。思維遷移到Pb3O4中鉛的化合價(jià)+2價(jià)和+4價(jià)。仿照上述形式的寫(xiě)法，將Pb3O4寫(xiě)成2PbO·PbO2，此化合物中正負(fù)化合價(jià)的代數(shù)和為零。 （3）PbO2與濃鹽酸反應(yīng)，已知濃鹽酸的氧化產(chǎn)物是Cl2，則PbO2的還原產(chǎn)物必然是+2價(jià)的化合物，這里應(yīng)是PbCl2，另有H2O生成。（注：此處也可將MnO2與濃鹽酸的反應(yīng)遷移，即可寫(xiě)出PbO2與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式） 答案：（1）還原 氧化 （2）2PbO·PbO2 （3）PbO2+4HClPbCl2+Cl2↑+2H2O ［過(guò)渡］以上我們學(xué)習(xí)了碳族元素的原子結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)，下面，我們通過(guò)下表來(lái)認(rèn)識(shí)一下碳族元素單質(zhì)的物理性質(zhì)。 ［板書(shū)］4.單質(zhì)的物理性質(zhì) ［投影展示］ 碳族元素及其單質(zhì)的一些重要性質(zhì) ［師］從上表可看出，實(shí)驗(yàn)測(cè)出的碳族元素原子半徑的遞變規(guī)律與我們根據(jù)原子核外電子排布預(yù)測(cè)的是一致的。碳族元素單質(zhì)的密度是從碳到鉛逐漸增大，熔、沸點(diǎn)逐漸降低，錫的熔、沸點(diǎn)較特殊，這與其成鍵情況及空間結(jié)構(gòu)有關(guān)系。 ［問(wèn)］碳元素形成的單質(zhì)，在表上列出了金剛石和石墨兩種，它們與碳元素的關(guān)系是什么？ ［生］它們都是碳元素的同素異形體。 ［問(wèn)］二者性質(zhì)、用途有何不同？ ［生］金剛石的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高，硬度大，難溶于溶劑，不能導(dǎo)電；主要用于制造鉆具、裝飾品。 石墨熔點(diǎn)很高，質(zhì)軟有滑膩感，是電的良導(dǎo)體。主要用于制造潤(rùn)滑劑、電極、耐火材料。 ［問(wèn)］碳元素只有金剛石和石墨兩種同素異形體嗎？ ［生］不止金剛石和石墨，還有C60、C70等。 ［師］對(duì)，C60是一種較重要的碳單質(zhì)。下面請(qǐng)同學(xué)們閱讀課本P144“C60及其應(yīng)用前景”。 ［學(xué)生閱讀］ ［板書(shū)］5.C60簡(jiǎn)介 ［師］從閱讀材料里我們可以看出，碳元素除了金剛石和石墨外，還有多種同素異形體，在已發(fā)現(xiàn)的碳族成員如C50、C60、C70、C84……中C60是最穩(wěn)定的。C60可以形成各種化合物，可用作高溫潤(rùn)滑劑、耐熱和防火材料等。目前，將C60應(yīng)用于超導(dǎo)體、材料科學(xué)等領(lǐng)域的探索正在不斷地深入。 C60分子的結(jié)構(gòu)是足球狀的，是由20個(gè)正六邊形和12個(gè)正五邊形呈一定弧度一個(gè)接一個(gè)地排列成的一個(gè)球體分子。它的結(jié)構(gòu)是由英國(guó)科學(xué)家克羅托教授最先設(shè)想出來(lái)的。在他為了這個(gè)大大的“碳分子”的結(jié)構(gòu)而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的時(shí)候，是著名建筑學(xué)家布克曼斯特·富勒設(shè)計(jì)的一個(gè)球形模型給了他靈感。所以，他又把自己設(shè)計(jì)的這種新的碳分子的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為“富勒籠球”。 C60及一系列碳族分子的發(fā)現(xiàn)，是化學(xué)發(fā)展史上一件具有劃時(shí)代意義的大事。為了表彰這一重大科學(xué)成就，1996年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授給了克羅托和另外兩位對(duì)C60的發(fā)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)的科學(xué)家——美國(guó)賴(lài)斯大學(xué)的化學(xué)教授柯?tīng)柡退鼓? ［投影練習(xí)］ 1.下列氣態(tài)氫化物中最不穩(wěn)定的是 A.CH4 B.NH3 C.SiH4 D.H2S 答案：C 2.根據(jù)碳族元素的相似性和遞變規(guī)律，并結(jié)合其一般性和特殊性的知識(shí)，判斷下列說(shuō)法中正確的是 A.CO2為弱氧化劑，PbO2為強(qiáng)氧化劑 B.CO2、PbO2都是弱氧化劑，CO和PbO都是還原劑 C.Sn（OH）2可與HCl反應(yīng)，但不與NaOH反應(yīng) D.鍺單質(zhì)的熔點(diǎn)在Si和Pb之間，是半導(dǎo)體 答案：AD 3.近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種新分子，它具有空心的類(lèi)似足球狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為C60，下列說(shuō)法正確的是 A.C60是一種新型化合物 B.C60和石墨都是碳的同素異形體 C.C60在純氧中充分燃燒只生成唯一產(chǎn)物CO2 D.C60的摩爾質(zhì)量為720 答案：BC ［小結(jié)］本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了碳族元素的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及隨著原子序數(shù)的遞增，其性質(zhì)遞變的規(guī)律，同時(shí)還認(rèn)識(shí)了碳元素的另一種同素異形體——C60。 ［布置作業(yè)］1.復(fù)習(xí)初中所學(xué)碳及其化合物的知識(shí)。 2.預(yù)習(xí)硅及其化合物的知識(shí)。 ●板書(shū)設(shè)計(jì) 第七章 碳族元素 無(wú)機(jī)非金屬材料 第一節(jié) 碳族元素 一、碳族元素的名稱(chēng)、符號(hào)及結(jié)構(gòu) 二、碳族元素性質(zhì)的相似性和遞變性 1.相似性 （1）最外電子層上均有4個(gè)電子，易形成共價(jià)鍵。 （2）最高正價(jià)均為+4價(jià)，最高價(jià)氧化物通式為RO2，對(duì)應(yīng)水化物通式為：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。 （3）氣態(tài)氫化物可表示為RH4。 2.遞變性 隨著原子序數(shù)的遞增，元素的原子半徑逐漸增大，得電子能力逐漸減弱、失電子能力逐漸增強(qiáng)，元素由非金屬性向金屬性遞變的趨勢(shì)明顯。 3.主要化合價(jià) +4、+2 Pb的+2價(jià)穩(wěn)定 4.單質(zhì)的物理性質(zhì) 5.C60簡(jiǎn)介 ●教學(xué)說(shuō)明 本節(jié)課是學(xué)生學(xué)完元素周期表后，繼氧族之后的又一族元素，其重點(diǎn)是要在深刻理解和熟練運(yùn)用元素周期表的基礎(chǔ)上去學(xué)習(xí)碳族元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，也即強(qiáng)調(diào)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的活學(xué)活用。因此，怎樣調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生積極主動(dòng)地參予到教學(xué)過(guò)程中來(lái)，是本節(jié)課教法上要解決的問(wèn)題。在這里，我用了實(shí)物展示，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)、歸納、復(fù)習(xí)、練習(xí)等方法來(lái)達(dá)到這一目的，并向?qū)W生介紹C60的結(jié)構(gòu)及有關(guān)情況，以擴(kuò)展學(xué)生的視野。