“碳的多样性”教学设计

1 教材分析

本章的核心内容是元素化合物知识,主要是应用第2章的概念和理论知识认识物质的性质,探讨物质在生产、生活中的应用，以及人类对生态环境的影响。新教材对元素化合物知识的处理与传统教材相比有很大的突破和创新。它把元素化合物知识放在“从自然界到化学，从化学到社会”、“从自然界到实验室，从实验室到社会生活”这样一个丰富的大背景下，以核心元素的特性为线索，拓宽了认识“元素与物质”的视野，引导学生建构更加富有应用迁移价值的认知框架。

本节内容是元素化合物知识在教材中的开篇，以碳元素的多样性为线索，通过碳单质的多样性、含碳化合物的多样性、碳转化的多样性、碳及其化合物应用的多样性承载相关的碳及其化合物的内容，核心概念是同素异形体。

本节教材内容框架为：

2 学情分析

2.1 学生的认知、思维水平

他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平达到一定的层次，正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意借助直观的图片、动画、演示实验的同时，注意引导学生分析、讨论、推断，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。

2.2学生的学习方式

经过初中一年的学习，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯处于积极形成阶段，参与意识、合作意识处于萌芽状态。

2.3学生已有知识基础

学生在初中接触了金刚石、石墨、C₆₀、一氧化碳、二氧化碳、碳酸钙等含碳元素的物质，并对碳单质、一氧化碳、二氧化碳等物质的性质有一定的了解。此外，研究物质性质的方法和程序在第1章接触过。

3 教学目标

3.1 知识与技能

①通过各种碳单质的介绍，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方式不同。

②知道含碳元素的化合物种类繁多，一般分为无机含碳化合物与有机含碳化合物两大类。通过活动探究认识碳酸钠和碳酸氢钠的重要性质，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、碳酸氢盐之间的相互转化，从而进一步了解它们的性质。

3.2 过程与方法

①通过碳酸钠和碳酸氢钠的性质的探究，体会实验、观察、分类、比较等方法在研究物质性质中的应用，进一步理解研究物质性质的基本程序。

②能够解释与含碳物质有关的现象和解决简单的问题，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。

3.3 情感态度与价值观

①通过碳酸钠和碳酸氢钠性质的探究，培养严谨的科学态度。

②通过C₆₀和碳纳米管知识体会化学之美，激发学习化学的兴趣。

③体验碳及其化合物在自然界、人类生产、生活中的一些重要作用，在感受大自然的神奇与美妙的同时，体会化学在人类生产、生活中的应用，进行STS教育。

4 教学重点和难点

4.1 知识与技能上的重难点：

碳元素之间的相互转化，碳酸钠与碳酸氢钠的性质。

4.2 过程与方法上的重难点：

应用各类物质之间的反应关系和氧化还原反应的知识，探讨物质的性质，以及含有相同元素的物质之间的转化。

5 教学方法

展示模型、实验探究、自主归纳

6 设计思想

由于在不同版本的初中化学教材中，对碳及其化合物的处理程度不同，有的已经包含各种碳单质，有的根本就没有涉及。教学中应及时了解学生相关内容的已有认识，在此基础上完善学生原有认识的不足，增加和深化必要的知识；教学中可以让学生运用已有的知识解决问题或者解释现象，如模拟溶洞的形成，交流研讨生活中的含碳元素物质之间的转化；要落实化学方程式，并让学生书写离子反应方程式，进而复习离子方程式的书写。

本节内容分两课时，第一课时内容为多种多样的碳单质和广泛存在的含碳化合物，第二课时内容为碳及其化合物间的转化。

7 教学过程设计

第一课时

【引入】在初中我们接触过碳，知道碳既是构成生物体的基本元素，又是构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素。碳以多种形态存在于自然界中。今天，我们一起来感受碳的多样性。

【指导阅读】 阅读P₆₂第一部分：多种多样的碳单质

【展示模型】 展示C₆₀、石墨、金刚石的球棍模型

【设问】 通过初中的学习和刚才的阅读，你已获得了有关碳单质的哪些内容？你还有哪些疑问？（该部分内容由学生归纳，老师点评）

已经了解的知识和可能提出的问题归纳如下：

1．三者的结构特点（简单介绍碳原子的排列情况）；

2．同素异形体的概念（由同一种元素组成的性质不同的几种单质）。

3．碳的各种单质的物理性质相异的主要原因是什么？（碳原子的排列不同，在这里可以采用比喻的方法，把碳原子比喻为建筑用的砖，把金刚石、石墨、C₆₀比喻成用砖盖成的建筑物，用相同的砖但不同的方式盖成的建筑物，其外型不同，牢固程度可能会存在较大差异。）

4．碳的各种单质化学性质是否相同？为什么？（相同，因为由同种元素组成。）

5．如何证明石墨、金刚石都是由碳元素组成？（介绍史实：1797年英国化学家钱南为了测出金刚石的成分，做了一个非常昂贵的实验。他将金刚石放在密闭的、充满氧气的箱子里进行燃烧（箱子是纯金制的），结果却令人非常意外—箱子里的气体成分竟然是二氧化碳。）

<思考>：为了证明金刚石是由碳元素组成的，钱南测出生成气体的成分是CO₂后，还需测定其他数据吗？

6．了解C₆₀、碳纳米管的相关知识。建议课前布置任务，课堂上让学生交流。老师做好表现性评价记录。

【过渡】 尽管碳元素有多种同素异形体，但它在自然界主要是以化合物的形式存在的。例如：蛋白质、淀粉、天然气等有机化合物；CO₂、碳酸盐等无机化合物。下面，我们一起来探讨有着重要用途的两种含碳无机化合物——碳酸钠、碳酸氢钠。

【方法导引】 你已经知道了碳酸钙的化学性质，碳酸钠和碳酸氢钠是否具有类似的化学性质呢？（引导学生通过对比类似物质性质的方法来预测和设计实验方案，避免实验的盲目性。）

【活动探究】 Na₂CO₃ 和 NaHCO₃ 的化学性质。

<实施步骤>：

1．分组（将学生每四人分为一组，建议提前完成分组）

2．提出假设

3．探讨实验方案

4．实验并做好记录

5．找两个小组汇报活动成果，教师做好表现性评价。

【归纳点评】根据汇报成果由学生归纳Na₂CO₃ 和 NaHCO₃的化学性质，教师点评并板书。

            Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑

            NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑

NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O

2NaHCO₃ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑

   <练习>：写出相关反应的离子方程式。

【问题讨论】

1．如何鉴别一种固体物质是Na₂CO₃还是NaHCO₃？

 2．碳酸盐和碳酸氢盐之间如何转化？

 

碳酸氢盐

H2CO3

加热，加碱

碳酸盐

    

            

 

3． Na₂CO₃ 和 NaHCO₃化学性质不同的原因是什么？

【活动探究建议】

教师需要充分预计到探究活动中出现的各种情况以及解决的方法，试剂、仪器的准备要为学生的探究提供完全开放的环境。

例如：

1．实验药品应多提供几种常见的酸供学生选择，应提供一些盐（如氯化钡等）溶液。

2．提供的Na₂CO₃溶液、NaHCO₃溶液、盐酸的物质的量浓度应该有相同，有不同，供学生做对比实验时选择。（例如：学生可能会做实验对比生成气体的速率，进而讨论生成气体速率不同的原因。）

3．因为NaHCO₃溶液与NaOH溶液的反应无明显现象，故应设计实验进行证明。

对上述各项有进行或进行得较好的小组或个人给予充分的肯定并记录在档案袋中。

第二课时

【复习提问】 Na₂CO₃ 和 NaHCO₃的化学性质有哪些？

【引入新课】通过前面的学习，我们知道碳及其化合物间可以相互转化。那么，在自然界和生产、生活中碳及其化合物间是怎样转化的呢？

【指导阅读】 阅读教材65-67页   自然界中碳及其化合物间的转化。

【讨论交流】学生交流，教师点评并做好表现性评价。

1．CO₂是通过哪些途径进入大气中的？

2．海水中的含碳物质是从哪里来的？

3．若大气中没有CO₂会怎么样？CO₂过量又会怎么样？

【过渡】 碳的化合物在自然界中的转化创造了许多奇迹，自然界中美妙的石笋、钟乳石和石柱的形成，都与这种转化密切相关（展示一些有关溶洞的图片）。下面，我们用实验来模拟溶洞的形成。

【活动探究】 通过阅读材料，讨论溶洞形成的原因，设计和实施简单的实验--模拟溶洞的形成。

<实施步骤>：

1．指导阅读教材65页   模拟溶洞的形成。

2．讨论溶洞形成的原因

3．设计模拟实验的方案

4．实施模拟实验

5．完成下列表格

 

实验内容	实验现象	有关的化学方程式 （或离子方程式）

6．通过模拟实验进一步体会钟乳石、石柱的形成过程。

【指导阅读】 阅读教材66-67页   生产和生活中碳及其化合物间的转化。

【交流研讨】 学生通过交流、研讨，回答下列问题：

1．描述高炉炼铁过程中碳元素所发生的化学变化，写出相关反应的化学方程式。

2．用化学反应方程式描述下面转化过程，指出所发生的氧化还原反应的氧化剂和还原剂。                                 C

 

CO            CO₂

    3．水垢的主要成分是什么？它是怎样形成的？如何除去水壶中的水垢？写出相关反应的化学方程式。

    4．在生产和生活中还有哪些碳及其化合物间转化的实例？

【概括整合】 学生自主完成教材70页 概括·整合。

【布置作业】 教材71页1—7

【研究性学习课题】 阅读教材62页《C₆₀与碳纳米管》，搜集相关资料，自选角度，撰写一篇小论文。

8 教学小结与反思

新课程理念倡导学生能够从问题和任务出发，积极主动地通过交流研讨等活动，以获取知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式，本课例是以此为指导思想展开的。

本节课的重点是碳元素之间的相互转化，碳酸钠与碳酸氢钠的性质，教学主旨是以碳元素的多样性为线索，探究碳单质的多样性、含碳化合物的多样性、碳转化的多样性、碳及其化合物应用的多样性。教学中，我充分利用教材提供的“活动·探究”、“交流·研讨”组织学生探究和讨论，引导学生将所学的知识与实际问题相联系，做到学以致用。（严业安）