課題1金剛石石墨與C60講義

1、金剛石石墨碳60課題1、金剛石、石墨和C60課題1金剛石石墨與C60講義第1頁 碳單質主要包含金剛石、石墨和C60分子。它們都是由碳元素組成單質。一、碳單質1、金剛石： 純凈金剛石是一個無色透明、正八面體形狀固體，硬度大，不導電。 天然采集金剛石經過仔細琢磨就會成為璀璨奪目標裝飾品鉆石。課題1金剛石石墨與C60講義第2頁鉆石，礦物學名為金剛石，英文為Diamond，意為“堅硬無比”，鉆石有寶石之王美譽，不但因為它是自然界中最堅硬物質（莫氏硬度10，比莫氏硬度9剛玉實際硬度大百倍以上），而且還因為它在無色為主天然寶石中含有最高折射率（2.42）和色散（0.044），加工成鉆石后，會展現(xiàn)光線四射、

2、五彩繽紛效果；更為主要是，它是自然界極稀少寶貴礦產資源，即使是在盛產鉆石金伯利巖礦區(qū)，要加工出1克拉商業(yè)首飾鉆石，必須挖掘淘洗150250噸巖石。 到當前為止，100克拉以上鉆石全世界僅有2000顆左右，因而大于100克拉鉆石就已經是國寶了。世界上最大一顆鉆石是19在南非發(fā)覺，重3106克拉，像拳頭大小，取名為“庫里南”（Gullinan）。這顆鉆石共磨出9顆大鉆96顆小鉆。最大一粒重530.2克拉，呈梨形，共有74個小面，稱為庫利南1號，取名為“非洲之星”，現(xiàn)被鑲在英國國王權杖上，它是現(xiàn)今世界上最大琢型鉆石。課題1金剛石石墨與C60講義第3頁“庫里南”鉆石世界最大鉆石“庫里南一號”國王權杖上

3、“庫里南一號”課題1金剛石石墨與C60講義第4頁帝國王冠上“庫 里南二號”“庫里南二號”課題1金剛石石墨與C60講義第5頁金剛石用途很廣泛，但天然存在量極少，而且多數(shù)顆粒很小，無法滿足人們需求。所以人們提出了金剛石人工制造問題。因為金剛石和石墨都是碳單質，所以人們把注意力集中到把石墨轉變成金剛石試驗上來。經過無數(shù)次試驗，終于用鉻、鐵、鉑等做催化劑，在16001800和51096109帕條件下，以石墨為原料制得了人造金剛石。當前世界上每年生產約20噸人造金剛石。我國第一顆人造金剛石于1962年研制成功?，F(xiàn)今江蘇省南京、蘇州等地也都有生產人造金剛石工廠。讓你知道課題1金剛石石墨與C60講義第6頁含

4、有雜質金剛石帶有顏色金剛石裝飾品天然金剛石玻璃刀鉆頭切割大理石或加工堅硬金屬等課題1金剛石石墨與C60講義第7頁2、石墨： 深灰色含有金屬光澤而不透明細鱗片狀固體。質軟，有滑膩感，電良導體。石墨是最軟礦物之一石墨課題1金剛石石墨與C60講義第8頁用石墨和粘土粉末混合制鉛筆芯 用石墨做電極石墨耐高溫，能夠制成坩堝來熔煉金屬課題1金剛石石墨與C60講義第9頁 石墨炸彈是美國制造一個可使供電系統(tǒng)短路而造成癱瘓新式炸彈。石墨炸彈實際上是集束炸彈變種，它在目標上空爆炸，釋放出無數(shù)“易拉罐”大小小炸彈，這些內裝碳纖維小炸彈隨即在更大區(qū)域爆炸，形成大范圍碳纖維云，這些碳纖維可使供電系統(tǒng)短路而癱瘓。課題1金剛

5、石石墨與C60講義第10頁 金剛石和石墨都是由C元素組成，為何性質會相差這么遠呢？物質結構物質性質物質用途決定決定反應反應正八面體平面網狀結構碳原子排列方式不一樣課題1金剛石石墨與C60講義第11頁小知識“碳”與“炭”“碳”：包括到元素時（如：碳原子、碳元素、碳單質、碳化合物、二氧化碳、一氧化碳等。）“炭”：指物質時（如：木炭、焦炭、活性炭、炭黑。）課題1金剛石石墨與C60講義第12頁3、無定形碳： 無定形碳包含：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。它們主要是由石墨微小晶體和少許雜質組成。 木炭、活性炭含有疏松多孔結構，因而含有吸附能力（吸附是物理改變），但活性炭吸附能力比木炭強。木炭是一個灰黑色多孔性

6、固體，燃燒時，產生極少煙，火焰很小。課題1金剛石石墨與C60講義第13頁木炭、活性炭含有疏松多孔結構，所以它含有吸附能力。利用木炭、活性炭吸附性來吸附色素、氣味和有毒氣體等物質。活性炭冰箱去味劑食品脫色輔助材料濾毒罐活性炭吸附作用比木炭還要強，防毒面具里濾毒罐就是利用活性炭來吸附毒氣， 課題1金剛石石墨與C60講義第14頁炭黑焦炭活性炭結構用途木 炭主要是由石墨微小晶體和少許雜質組成，含有疏松多孔結構，含有吸附能力。作燃料，制造黑火藥，制造活性炭，冶煉金屬，作吸附劑?；?性炭凈化各種氣體和液體，用于防毒面具，作吸附劑炭 黑制造油墨、油漆、鞋油和顏料等，橡膠制品填料焦 炭作燃料和冶煉課題1金剛石

7、石墨與C60講義第15頁如圖所表示,向盛有紅棕色二氧化氮氣體集氣瓶里投入幾小塊烘烤過木炭,會出現(xiàn)什么樣 想象,為何?能夠搜集到炭黑課題1金剛石石墨與C60講義第16頁C60，它是美國休斯頓大學克羅脫（Kroto,H.W.)和史沫萊(Smalley,r.e.)等人在1985年發(fā)覺。我國北京大學化學系和物理系研究小組也研制出了C60分子。C60除了在超導方面應用外，在以下幾個方面也含有廣泛應用前景：有感覺功效傳感器增強金屬強度新型催化劑光學應用對癌細胞含有殺傷效應等醫(yī)療功效。資料： C60課題1金剛石石墨與C60講義第17頁C70C80課題1金剛石石墨與C60講義第18頁碳納米管課題1金剛石石墨與

8、C60講義第19頁20世紀80年代，人們發(fā)覺人造金剛石在半導體制造行業(yè)含有廣泛應用前景。因為計算機芯片基體材料硅導熱性不好，這成為深入提升技術時難題。而金剛石在導熱性方面遠遠超出硅（甚至超出銅和銀），于是它成了芯片基體材料最正確選擇。正是這種需求推進了人造金剛石研究。人們想到，金剛石既然是碳一個單質，為何不能夠用碳原子作為構建金剛石晶體原料，而一定要經過破壞石墨晶體來完成呢？靈巧化學家很快就完成了這項研究。透明、晶瑩璀璨人造金剛石就這么在試驗室里誕生了。即使還沒有能夠制造出大顆粒金剛石晶體（所以大顆粒天然金剛石依然價值連城），不過已經制成了金剛石薄膜。透明金剛石薄膜金剛石、石墨和C60分子物理

9、性質差異較大原因：雖都是由碳元素組成單質，但碳原子排列方式不一樣。金剛石石墨碳60可見：不一樣種元素能夠組成不一樣物質，而同一個元素也能夠組成不一樣物質。課題1金剛石石墨與C60講義第20頁1、將以下左例和右例相關項目用線連接起來。 石墨 冰箱去味劑、防毒面具 炭黑 導電 金剛石 新型催化劑 C60 制油墨 活性炭 切割堅硬金屬2.金剛石、石墨、 C60都是由_組成單質。不過，它們性質卻存在巨大差異（比如金剛石是天然存在最硬物質，而石墨卻很軟），這是因為它們_ 不一樣。碳元素碳原子排列方式 練一練課題1金剛石石墨與C60講義第21頁3、以下關于金剛石和石墨敘述正確是（ ）A、金剛石和石墨都是由

10、碳元素形成物質，所以用石墨人工合成金剛石是物理改變 B、金剛石不導電，而石墨含有良好導電性 C、金剛石和石墨在氧氣中完全燃燒產物都是二氧化碳 D、金剛石和石墨物理性質由較大差異是因為形成金剛石碳原子與形成石墨碳原子不相同4. 繼發(fā)覺C60后,C70也已經制得,以下相關C70說法正確是( )A、它是一個化合物 B、它是一個單質，而且它是有C70原子組成。C、它是一個混合物 D、它相對分子質量是840DB課題1金剛石石墨與C60講義第22頁5、以下改變不屬于化學改變是（） A、木炭燃燒 B、黑火藥爆炸C、活性炭脫色 D、石墨在高溫、高壓下轉變?yōu)榻饎偸?、慣用做干電池正、負極材料分別是（ ） A、木

11、炭與鐵皮 B、炭黑與鋅皮 C、石墨與鋅皮 D、石墨與鐵皮7、諾貝爾化學獎授予對發(fā)覺C60有重大貢獻三位科學家，現(xiàn)在C70也已經制得，對C60和C70這兩種物質敘述，錯誤是（ ） A、它們都是碳元素組成單質 B、它們是兩種新型化合物 C、它們都是由分子組成 D、它們相對分子質量之差為120 CB C課題1金剛石石墨與C60講義第23頁二、單質碳化學性質北宋畫家張擇端繪制，距今近千年常溫下，碳化學性質不活潑。1.碳穩(wěn)定性在溫度升高情況下，碳能跟很多物質發(fā)生化學反應。2.碳與氧氣反應（可燃性）CO2C +O2點燃（充分燃燒）2CO2C +O2點燃（不充分燃燒）課題1金剛石石墨與C60講義第24頁3、

12、與一些氧化物反應（還原性）木炭還原氧化銅：現(xiàn)象：（1）試管里黑色粉 末逐步成為紅色；（2）生成無色無 味氣體能使澄清 石灰水變渾濁。原理：C + 2CuO2Cu + CO2高溫課題1金剛石石墨與C60講義第25頁1.試管為何要略向下傾斜？預防冷凝水流到熱試管底部使試管炸裂。2.火焰上罩網罩作用是什么？因為木炭與氧化銅反應溫度要求較高，用網罩使火焰集中，提升溫度。3.試驗結束時，為何要先從石灰水中取出導氣管再熄滅酒精燈？預防石灰水倒吸入熱試管使試管炸裂。4.反應現(xiàn)象（1）試管粉末中有紅色物質出現(xiàn)；（2）澄清石灰水變渾濁。2Cu +2CuO +C高溫CO2課題1金剛石石墨與C60講義第26頁4Fe +2Fe2O3 +3C高溫3CO2含氧化合物中氧被奪去反應，叫還原反應。（1）木炭使氧化銅還原成銅，其含有還原性。（2）氧化銅使碳氧化成二氧化碳，其含有氧化性。2Cu +2CuO +C高溫CO2Cu +H2+ CuOH2O指出以下含有還原