碳族元素教案
详细内容
第七章 碳族元素 无机非金属材料
第一节 碳族元素
●教学目标
1.使学生了解碳族元素的性质及其递变规律。
2.使学生进一步了解运用元素周期律知识学习同主族元素性质及其递变规律的方法。
3.培养学生的总结、思考、判断能力。
●教学重点
碳族元素性质的递变规律
●教学难点
以碳族元素知识为载体，培养学生的总结、思考、判断能力
●课时安排
一课时
●教学方法
引导、探究、自学、练习
●教学用具
投影仪
炭块、镊子
●教学过程
［引言］第ⅠA碱金属元素易失去电子，表现活泼的金属性；第ⅦA族卤素易得到电子，表现活泼的非金属性；居于它们中间的第ⅥA族元素性质如何呢？它们及其化合物有怎样的用途？本章我们就来学习该族元素及其化合物的知识，用时了解几种新型无机非金属材料。
［板书］第七章 碳族元素 无机非金属材料
［师］（用镊子取一块炭展示给学生）它和硅是兄弟关系，它就是我们初中学过的炭！
请大家写出碳和硅的原子结构示意图，并说明它们结构上的异同点。
［学生活动后回答］
碳和硅的原子序数不同、电子层数不同，但最外层电子数相同。
［板书］
［师］从碳、硅的原子结构示意图可以看出，碳、硅均为元素周期表中的第ⅣA族元素，且分属于周期表中的二、三周期。
那么，与碳、硅同主族的四、五、六周期的元素的原子序数分别是多少呢？请大家根据各周期元素的种类数进行推断，并写出它们的原子结构示意图。
［学生活动，请一位同学上黑板写出锗、锡、铅的原子结构示意图］
［学生板书］
［师］能否写出上述三种元素的符号和名称呢？请大家用最快的速度识记并默写。
［学生或老师板书］
锗 Ge 锡 Sn 铅 Pb
［师］由以上硅、锗、锡、铅的原子结构示意图可以看出，它们的最外层都与碳一样有4个电子，且同属第ⅣA族，我们把它们统称为碳族元素。
［板书］第一节 碳族元素
［师］以上我们所学的，就是碳族元素的名称、符号及原子结构。
［板书］一、碳族元素的名称、符号及结构
［过渡］下面，我们根据碳族元素的原子结构特点，来分析碳族元素在性质上的相似性和递变性。
［板书］二、碳族元素性质的相似性和递变性
［师］请大家根据碳族元素的原子结构特点，并结合元素周期律的知识，填写下表：
［投影展示］
碳族元素性质的递变规律
［上表可由学生回答，教师填写完成，也可由学生独立完成］
［师］注意，碳族元素的氢化物的写法是碳族元素在前，氢元素在后。
答案：
［师］请大家根据上表归纳并总结出碳族元素性质的相似性和递变性。
［教师引导，学生归纳、总结出以下结论］
［板书］1.相似性
（1）最外电子层上均有4个电子，易形成共价键。
（2）最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO2，对应水化物通式为：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。
（3）气态氢化物可表示为RH4。
2.递变性
随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱，失电子能力逐渐增强，元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。
［问题探究］根据元素周期律知识，Pb的金属性比Sn强，而在金属活动顺序表中，Sn的活动性比Pb强，这是否矛盾？
［生］不矛盾。看待事物的角度不同，结果也不同。
［师］确实不矛盾。元素周期律所谓的金属性和非金属性，指的是元素原子在干态时的得失电子能力；而金属活动性顺序表，是依据金属原子在水溶液中的失电子能力强弱所排列的，二者排列的依据不同，结果也不同。
［师］第ⅣA族元素中，碳是典型的非金属；硅虽外貌像金属，但在化学反应中多显示非金属性，通常被认为是非金属；锗的金属性比非金属性强；锡和铅都是金属。由于硅和锗在元素周期表中位于金属和非金属分界线附近，所以常用来做半导体材料。
由于碳族元素在周期表中处于容易失去电子的碱金属与容易得到电子的卤素的中间位置，这使得它们得失电子的能力都较弱，一般容易形成共价化合物。
另外，碳族元素的化合价除了+4价外，还有+2价。其中，碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。因此，+4价的铅（如PbO2）在参加化学反应时，往往会得电子而被还原成+2价的化合物，它本身是强氧化剂。
［板书］3.主要化合价
+4、+2 Pb的+2价稳定
［问题探究］碳的+4价化合物稳定，CO就应具有较强的还原性，那么，在什么条件下CO表现强还原性呢？
［生］CO在高温下表现强还原性。
［师］对，所以常温下，可以用浓H2SO4干燥CO。
［投影例题］1.如果发现114号新元素（位于第七周期ⅣA族），下列有关X可能具有的性质合理的是
A.X是非金属元素
B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定
C.XO2具有强氧化性
D.X有稳定的氢化物
解析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同，即为+2价，所以XO比XO2稳定。+4价的X易得电子变成+2价，所以XO2具有强氧化性。X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。
答案：BC
2.课本上说“……碳、硅、锗、锡的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的”。
（1）根据上一句话判断：锡的+2价化合物（如SnCl2）应具有较强的___________性，铅的+4价化合物应具有较强的_____________性。
（2）Fe3O4可以写成FeO•Fe2O3的形式，根据化合价规律和这种书写方法，若将Pb3O4用上述形式表示，其化学式可写为______________。
（3）PbO2与浓盐酸可发生氧化还原反应生成Cl2，该反应的化学方程式为____________________________。
解析：（1）关键要理解锡的+4价化合物是稳定的，因而+2价化合物不稳定，容易转变为+4价化合物，而显示较强的还原性；同理，铅的+4价化合物具有较强的氧化性。
（2）铅的两种常见化合价中，+2价稳定，+4价不稳定，易得电子被还原。题中信息表明，Fe3O4中有+2、+3两种价态的铁元素。思维迁移到Pb3O4中铅的化合价+2价和+4价。仿照上述形式的写法，将Pb3O4写成2PbO•PbO2，此化合物中正负化合价的代数和为零。
（3）PbO2与浓盐酸反应，已知浓盐酸的氧化产物是Cl2，则PbO2的还原产物必然是+2价的化合物，这里应是PbCl2，另有H2O生成。（注：此处也可将MnO2与浓盐酸的反应迁移，即可写出PbO2与浓盐酸反应的化学方程式）
答案：（1）还原 氧化
（2）2PbO•PbO2
（3）PbO2+4HCl PbCl2+Cl2↑+2H2O
［过渡］以上我们学习了碳族元素的原子结构及化学性质，下面，我们通过下表来认识一下碳族元素单质的物理性质。
［板书］4.单质的物理性质
［投影展示］
碳族元素及其单质的一些重要性质
［师］从上表可看出，实验测出的碳族元素原子半径的递变规律与我们根据原子核外电子排布预测的是一致的。碳族元素单质的密度是从碳到铅逐渐增大，熔、沸点逐渐降低，锡的熔、沸点较特殊，这与其成键情况及空间结构有关系。
［问］碳元素形成的单质，在表上列出了金刚石和石墨两种，它们与碳元素的关系是什么？
［生］它们都是碳元素的同素异形体。
［问］二者性质、用途有何不同？
［生］金刚石的熔点和沸点较高，硬度大，难溶于溶剂，不能导电；主要用于制造钻具、装饰品。
石墨熔点很高，质软有滑腻感，是电的良导体。主要用于制造润滑剂、电极、耐火材料。
［问］碳元素只有金刚石和石墨两种同素异形体吗？
［生］不止金刚石和石墨，还有C60、C70等。
［师］对，C60是一种较重要的碳单质。下面请同学们阅读课本P144“C60及其应用前景”。
［学生阅读］
［板书］5.C60简介
［师］从阅读材料里我们可以看出，碳元素除了金刚石和石墨外，还有多种同素异形体，在已发现的碳族成员如C50、C60、C70、C84……中C60是最稳定的。C60可以形成各种化合物，可用作高温润滑剂、耐热和防火材料等。目前，将C60应用于超导体、材料科学等领域的探索正在不断地深入。
C60分子的结构是足球状的，是由20个正六边形和12个正五边形呈一定弧度一个接一个地排列成的一个球体分子。它的结构是由英国科学家克罗托教授最先设想出来的。在他为了这个大大的“碳分子”的结构而冥思苦想、食不知味、睡不入眠的时候，是著名建筑学家布克曼斯特•富勒设计的一个球形模型给了他灵感。所以，他又把自己设计的这种新的碳分子的结构，称为“富勒笼球”。
C60及一系列碳族分子的发现，是化学发展史上一件具有划时代意义的大事。为了表彰这一重大科学成就，1996年的诺贝尔化学奖授给了克罗托和另外两位对C60的发现做出贡献的科学家――美国赖斯大学的化学教授柯尔和斯莫利。
［投影练习］
1.下列气态氢化物中最不稳定的是
A.CH4 B.NH3
C.SiH4 D.H2S
答案：C
2.根据碳族元素的相似性和递变规律，并结合其一般性和特殊性的知识，判断下列说法中正确的是
A.CO2为弱氧化剂，PbO2为强氧化剂
B.CO2、PbO2都是弱氧化剂，CO和PbO都是还原剂
C.Sn（OH）2可与HCl反应，但不与NaOH反应
D.锗单质的熔点在Si和Pb之间，是半导体
答案：AD
3.近年来，科学家发现一种新分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60，下列说法正确的是
A.C60是一种新型化合物
B.C60和石墨都是碳的同素异形体
C.C60在纯氧中充分燃烧只生成唯一产物CO2
D.C60的摩尔质量为720
答案：BC
［小结］本节课我们学习了碳族元素的结构特点及随着原子序数的递增，其性质递变的规律，同时还认识了碳元素的另一种同素异形体――C60。
［布置作业］1.复习初中所学碳及其化合物的知识。
2.预习硅及其化合物的知识。
●板书设计
第七章 碳族元素 无机非金属材料
第一节 碳族元素
一、碳族元素的名称、符号及结构
二、碳族元素性质的相似性和递变性
1.相似性
（1）最外电子层上均有4个电子，易形成共价键。
（2）最高正价均为+4价，最高价氧化物通式为RO2，对应水化物通式为：H2RO3〔或H4RO4或R（OH）4〕。
（3）气态氢化物可表示为RH4。
2.递变性
随着原子序数的递增，元素的原子半径逐渐增大，得电子能力逐渐减弱、失电子能力逐渐增强，元素由非金属性向金属性递变的趋势明显。
3.主要化合价
+4、+2 Pb的+2价稳定
4.单质的物理性质
5.C60简介
●教学说明
本节课是学生学完元素周期表后，继氧族之后的又一族元素，其重点是要在深刻理解和熟练运用元素周期表的基础上去学习碳族元素性质的递变规律，也即强调了学生在学习过程中的活学活用。因此，怎样调动学生学习的积极性，让学生积极主动地参予到教学过程中来，是本节课教法上要解决的问题。在这里，我用了实物展示，引导学生总结、归纳、复习、练习等方法来达到这一目的，并向学生介绍C60的结构及有关情况，以扩展学生的视野。