金剛石石墨與C60（課堂PPT）

1、1金剛石金剛石石墨石墨碳碳60課題課題1 1、金剛石、石墨和、金剛石、石墨和C C60602 碳的單質(zhì)主要包括碳的單質(zhì)主要包括金剛石、石墨和金剛石、石墨和C60分子。分子。它們都是由碳元素組成的單質(zhì)。它們都是由碳元素組成的單質(zhì)。一、碳的單質(zhì)一、碳的單質(zhì)1 1、金剛石：、金剛石： 純凈的金剛石是一種純凈的金剛石是一種無色透明的、正八面體形無色透明的、正八面體形狀的固體，硬度大，不導(dǎo)電。狀的固體，硬度大，不導(dǎo)電。 天然采集的金剛石經(jīng)天然采集的金剛石經(jīng)過仔細(xì)的琢磨就會(huì)成為璀過仔細(xì)的琢磨就會(huì)成為璀璨奪目的裝飾品璨奪目的裝飾品鉆石鉆石。3 鉆石鉆石，礦物學(xué)名為金剛石，英文為，礦物學(xué)名為金剛石，英文為Di

2、amond，意為，意為“堅(jiān)硬無堅(jiān)硬無比比”，鉆石有寶石之王的美譽(yù)，不僅因?yàn)樗亲匀唤缰凶顖?jiān)硬鉆石有寶石之王的美譽(yù)，不僅因?yàn)樗亲匀唤缰凶顖?jiān)硬的物質(zhì)（莫氏硬度的物質(zhì)（莫氏硬度10，比莫氏硬度，比莫氏硬度9的剛玉的實(shí)際硬度大百倍的剛玉的實(shí)際硬度大百倍以上），而且還因?yàn)樗跓o色為主的天然寶石中具有最高的折以上），而且還因?yàn)樗跓o色為主的天然寶石中具有最高的折射率（射率（2.42）和色散（）和色散（0.044），加工成鉆石后，會(huì)呈現(xiàn)光線四），加工成鉆石后，會(huì)呈現(xiàn)光線四射、五彩繽紛的效果；更為重要的是，它是自然界極稀少珍貴射、五彩繽紛的效果；更為重要的是，它是自然界極稀少珍貴的礦產(chǎn)資源，即使是在盛產(chǎn)鉆石

3、的金伯利巖礦區(qū)，要加工出的礦產(chǎn)資源，即使是在盛產(chǎn)鉆石的金伯利巖礦區(qū)，要加工出1克拉的商業(yè)首飾鉆石，必須挖掘淘洗克拉的商業(yè)首飾鉆石，必須挖掘淘洗150250噸的巖石。噸的巖石。 到目前為止，到目前為止，100克拉以上的鉆石全世界僅有克拉以上的鉆石全世界僅有2000顆左右，因顆左右，因而大于而大于100克拉的鉆石就已經(jīng)是國寶了。世界上最大的一顆鉆克拉的鉆石就已經(jīng)是國寶了。世界上最大的一顆鉆石是石是1905年在南非發(fā)現(xiàn)的，重年在南非發(fā)現(xiàn)的，重3106克拉，像拳頭大小，取名克拉，像拳頭大小，取名為為“庫里南庫里南”（Gullinan）。這顆鉆石共磨出）。這顆鉆石共磨出9顆大鉆顆大鉆96顆小顆小鉆。最大

4、一粒重鉆。最大一粒重530.2克拉，呈梨形，共有克拉，呈梨形，共有74個(gè)小面，稱為庫個(gè)小面，稱為庫利南利南1號(hào)，取名為號(hào)，取名為“非洲之星非洲之星”，現(xiàn)被鑲在英國國王的權(quán)杖上，現(xiàn)被鑲在英國國王的權(quán)杖上，它是現(xiàn)今世界上最大的琢型鉆石。它是現(xiàn)今世界上最大的琢型鉆石。4“庫里南庫里南”鉆鉆石石世界最大鉆石“庫里南一號(hào)”國王權(quán)杖上的“庫里南一號(hào)”5帝國王冠上的“庫 里南二號(hào)”“庫里南二號(hào)庫里南二號(hào)”6金剛石的用途很廣泛，但天然存在的量很少，而金剛石的用途很廣泛，但天然存在的量很少，而且多數(shù)顆粒很小，無法滿足人們的需求。因此人們且多數(shù)顆粒很小，無法滿足人們的需求。因此人們提出了金剛石的人工制造問題。提出

5、了金剛石的人工制造問題。由于金剛石和石墨都是碳的單質(zhì)，所以人們把注由于金剛石和石墨都是碳的單質(zhì)，所以人們把注意力集中到把石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的實(shí)驗(yàn)上來。經(jīng)過意力集中到把石墨轉(zhuǎn)變成金剛石的實(shí)驗(yàn)上來。經(jīng)過無數(shù)次的試驗(yàn)，終于用鉻、鐵、鉑等做催化劑，在無數(shù)次的試驗(yàn)，終于用鉻、鐵、鉑等做催化劑，在1600160018001800和和5 510109 96 610109 9帕的條件下，以石帕的條件下，以石墨為原料制得了人造金剛石。目前世界上每年生產(chǎn)墨為原料制得了人造金剛石。目前世界上每年生產(chǎn)約約2020噸的人造金剛石。我國第一顆人造金剛石于噸的人造金剛石。我國第一顆人造金剛石于19621962年研制成功?，F(xiàn)今

6、江蘇省的南京、蘇州等地也年研制成功?，F(xiàn)今江蘇省的南京、蘇州等地也都有生產(chǎn)人造金剛石的工廠。都有生產(chǎn)人造金剛石的工廠。讓你知道7含有雜質(zhì)的金含有雜質(zhì)的金剛石帶有顏色剛石帶有顏色金剛石裝飾品金剛石裝飾品天然金剛石天然金剛石切割大理石或加工堅(jiān)硬切割大理石或加工堅(jiān)硬的金屬等的金屬等82 2、石墨：、石墨： 深灰色的具有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀深灰色的具有金屬光澤而不透明的細(xì)鱗片狀固體。質(zhì)軟，有滑膩感，電的良導(dǎo)體。固體。質(zhì)軟，有滑膩感，電的良導(dǎo)體。石墨是最軟石墨是最軟的礦物之一的礦物之一石墨石墨9用石墨和粘用石墨和粘土粉末混合土粉末混合制鉛筆芯制鉛筆芯 用石墨做電極用石墨做電極石墨耐高溫，可以制石墨耐

7、高溫，可以制成坩堝來熔煉金屬成坩堝來熔煉金屬10 石墨炸彈是美國制造石墨炸彈是美國制造的一種可使供電系統(tǒng)短的一種可使供電系統(tǒng)短路而導(dǎo)致癱瘓的新式炸路而導(dǎo)致癱瘓的新式炸彈。石墨炸彈實(shí)際上是彈。石墨炸彈實(shí)際上是集束炸彈的變種，它在集束炸彈的變種，它在目標(biāo)上空爆炸，釋放出目標(biāo)上空爆炸，釋放出無數(shù)無數(shù)“易拉罐易拉罐”大小的小大小的小炸彈，這些內(nèi)裝碳纖炸彈，這些內(nèi)裝碳纖維的小炸彈隨即在更大維的小炸彈隨即在更大的區(qū)域爆炸，形成大范的區(qū)域爆炸，形成大范圍的碳纖維云，這些碳圍的碳纖維云，這些碳纖維可使供電系統(tǒng)短路纖維可使供電系統(tǒng)短路而癱瘓。而癱瘓。1112133 3、無定形碳：、無定形碳： 無定形碳包括：木炭

8、、活性炭、焦炭、炭黑。無定形碳包括：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。它它們主要是由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成的。們主要是由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成的。 木炭、活性炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，因而具木炭、活性炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，因而具有吸附能力有吸附能力（吸附是物理變化）吸附是物理變化），但活性炭的吸，但活性炭的吸附能力比木炭強(qiáng)。附能力比木炭強(qiáng)。木炭是一種灰黑色的多孔木炭是一種灰黑色的多孔性固體，燃燒時(shí)，產(chǎn)生很性固體，燃燒時(shí)，產(chǎn)生很少的煙，火焰很小少的煙，火焰很小。14木炭、活性炭木炭、活性炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，因此它具有，因此它具有吸附能力。吸附能力。利用利用木炭、活性炭木炭、活

9、性炭的吸附性來吸附的吸附性來吸附色色素素、氣味和有毒氣體等物質(zhì)氣味和有毒氣體等物質(zhì)。輔助輔助材料材料濾毒罐濾毒罐活性炭的活性炭的吸附作用吸附作用比木炭還要強(qiáng)，比木炭還要強(qiáng)，防防毒面具里的濾毒罐毒面具里的濾毒罐就是利用活性炭來就是利用活性炭來吸附毒氣的，吸附毒氣的， 炭黑炭黑焦炭焦炭活性炭活性炭結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)用途用途木木 炭炭主要是由石墨的微小晶體和少主要是由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成的，具有疏松多孔量雜質(zhì)構(gòu)成的，具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，具有吸附能力。的結(jié)構(gòu)，具有吸附能力。作燃料，制造黑火藥，制造活作燃料，制造黑火藥，制造活性炭，冶煉金屬，作吸附劑。性炭，冶煉金屬，作吸附劑。活活 性炭性炭凈化多種氣體和

10、液體，用于防凈化多種氣體和液體，用于防毒面具，作吸附劑毒面具，作吸附劑炭炭 黑黑制造油墨、油漆、鞋油和顏料制造油墨、油漆、鞋油和顏料等，橡膠制品的填料等，橡膠制品的填料焦焦 炭炭作燃料和冶煉作燃料和冶煉16如圖所示如圖所示,向盛有紅棕色二氧化氮?dú)怏w的集氣瓶里向盛有紅棕色二氧化氮?dú)怏w的集氣瓶里投入幾小塊烘烤過的木炭投入幾小塊烘烤過的木炭,會(huì)出現(xiàn)什么樣會(huì)出現(xiàn)什么樣 的想象的想象,為為什么什么?可以收集到炭黑可以收集到炭黑17C60，它是美國休斯頓大學(xué)的克羅脫（它是美國休斯頓大學(xué)的克羅脫（Kroto,H.W.)和史沫萊和史沫萊(Smalley,r.e.)等人在等人在1985年發(fā)現(xiàn)的。我國北年發(fā)現(xiàn)的。

11、我國北京大學(xué)化學(xué)系和物理系研究小組也研制出了京大學(xué)化學(xué)系和物理系研究小組也研制出了C60分子分子。C60除了在超導(dǎo)方面的應(yīng)用外，在以下幾個(gè)方面也具有廣除了在超導(dǎo)方面的應(yīng)用外，在以下幾個(gè)方面也具有廣泛的應(yīng)用前景：泛的應(yīng)用前景：有感覺功能的傳感器有感覺功能的傳感器增強(qiáng)金屬的強(qiáng)度增強(qiáng)金屬的強(qiáng)度新型的催新型的催化劑化劑光學(xué)應(yīng)用光學(xué)應(yīng)用對(duì)癌細(xì)胞具有殺傷效應(yīng)等醫(yī)療功能。對(duì)癌細(xì)胞具有殺傷效應(yīng)等醫(yī)療功能。資料：資料： C6018C C7070C8019碳納米管碳納米管2020世紀(jì)80年代，人們發(fā)現(xiàn)人造金剛石在半導(dǎo)體制造行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。因?yàn)橛?jì)算機(jī)芯片的基體材料硅的導(dǎo)熱性不好，這成為進(jìn)一步提高技術(shù)時(shí)的難題

12、。而金剛石在導(dǎo)熱性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過硅（甚至超過銅和銀），于是它成了芯片基體材料的最佳選擇。正是這種需求推動(dòng)了人造金剛石的研究。 人們想到，金剛石既然是碳的一種單質(zhì)，為什么不可以用碳原子作為構(gòu)建金剛石晶體的原料，而一定要通過破壞石墨的晶體來完成呢？靈巧的化學(xué)家很快就完成了這項(xiàng)研究。透明的、晶瑩璀璨的人造金剛石就這樣在實(shí)驗(yàn)室里誕生了。 雖然還沒有能夠制造出大顆粒的金剛石晶體（所以大顆粒的天然金剛石仍然價(jià)值連城），但是已經(jīng)制成了金剛石的薄膜。透明的金剛石薄膜透明的金剛石薄膜金剛石、石墨和C60分子的物理性質(zhì)差異較大的原因：雖都是由碳元素組成的單質(zhì)，但碳原子的排列方式不同。雖都是由碳元素組成的單質(zhì)，但碳原

13、子的排列方式不同?？梢姡翰煌N元素可以組成不同物質(zhì)，而同一種元素可見：不同種元素可以組成不同物質(zhì)，而同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)。也可以組成不同的物質(zhì)。211、將以下左例和右例有關(guān)項(xiàng)目用線連接起來。、將以下左例和右例有關(guān)項(xiàng)目用線連接起來。 石墨石墨 冰箱去味劑、防毒面具冰箱去味劑、防毒面具 炭黑炭黑 導(dǎo)電導(dǎo)電 金剛石金剛石 新型催化劑新型催化劑 C60 制油墨制油墨 活性炭活性炭 切割堅(jiān)硬金屬切割堅(jiān)硬金屬2.金剛石、石墨、金剛石、石墨、 C60都是由都是由_組成的單質(zhì)。組成的單質(zhì)。但是，它們的性質(zhì)卻存在巨大的差異（例如金剛但是，它們的性質(zhì)卻存在巨大的差異（例如金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，而

14、石墨卻很軟），石是天然存在的最硬的物質(zhì)，而石墨卻很軟），這是因?yàn)樗鼈冞@是因?yàn)樗鼈僟 不同。不同。碳元素碳元素碳原子排列方式碳原子排列方式 練一練223 3、下列關(guān)于金剛石和石墨的敘述正確的是（、下列關(guān)于金剛石和石墨的敘述正確的是（ ）A A、金剛石和石墨都是由碳元素形成的物質(zhì)，因此用石墨金剛石和石墨都是由碳元素形成的物質(zhì)，因此用石墨人工合成金剛石是物理變化人工合成金剛石是物理變化 B B、金剛石不導(dǎo)電，而石墨具有良好的導(dǎo)電性金剛石不導(dǎo)電，而石墨具有良好的導(dǎo)電性 C C、金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的產(chǎn)物都是二氧化碳金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒的產(chǎn)物都是二氧化碳 D D、金剛石和石墨的物理性質(zhì)由

15、較大的差異是因?yàn)樾纬山鸾饎偸褪奈锢硇再|(zhì)由較大的差異是因?yàn)樾纬山饎偸奶荚优c形成石墨的碳原子不相同剛石的碳原子與形成石墨的碳原子不相同4. 繼發(fā)現(xiàn)繼發(fā)現(xiàn)C60后后,C70也已經(jīng)制得也已經(jīng)制得,下列有關(guān)下列有關(guān)C70的說法正的說法正確的是確的是( )A、它是一種化合物它是一種化合物 B、它是一種單質(zhì)，并且它是、它是一種單質(zhì)，并且它是有有C70原子構(gòu)成的。原子構(gòu)成的。C、它是一種混合物它是一種混合物 D、它的相對(duì)分子質(zhì)量是它的相對(duì)分子質(zhì)量是840DB235 5、下列變化不屬于化學(xué)變化的是（）、下列變化不屬于化學(xué)變化的是（） A A、木炭燃燒、木炭燃燒 B B、黑火藥爆炸、黑火藥爆炸C C、活

16、性炭脫色、活性炭脫色 D D、石墨在高溫、高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸?、石墨在高溫、高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸? 6、常用做干電池正、負(fù)極的材料分別是（、常用做干電池正、負(fù)極的材料分別是（ ） A A、木炭與鐵皮、木炭與鐵皮 B B、炭黑與鋅皮、炭黑與鋅皮 C C、石墨與鋅皮、石墨與鋅皮 D D、石墨與鐵皮、石墨與鐵皮7 7、20192019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)發(fā)現(xiàn)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予對(duì)發(fā)現(xiàn)C C6060有重大貢獻(xiàn)的有重大貢獻(xiàn)的三位科學(xué)家，現(xiàn)在三位科學(xué)家，現(xiàn)在C C7070也已經(jīng)制得，對(duì)也已經(jīng)制得，對(duì)C C6060和和C C7070這兩種這兩種物質(zhì)的敘述，錯(cuò)誤的是（物質(zhì)的敘述，錯(cuò)誤的是（ ） A A、它們都是碳元素組成的單質(zhì)、它們都是碳元素組成的單質(zhì) B B、它們是兩種新型的化合物、它們是兩種新型的化合物 C C、它們都是由分子構(gòu)成的、它們都是由分子構(gòu)成的 D D、它們的相對(duì)分子質(zhì)量之差為、它們的相對(duì)分子質(zhì)量之差為120120 CB C242.2.碳與氧氣的反應(yīng)碳與