【正文】

情景引入】石墨烯石墨烯，为什么说它是未来革命的超级材料？首先我们通过下图了解一下石墨烯的优越性能。

【任务一】基于构成微粒和微粒间作用力认识石墨烯

【问题1-1】根据基态原子核外电子排布规律，画出轨道表示式（电子排布图），可以从哪些角度

描述基态碳原子核外电子的运动状态？

那么请进一步画出激发态的外围电子轨道表示式（电子排布图）

【问题1-2】结合碳的原子结构特点分析碳原子的成键情况？

【思考】1、C、Si、Ge是同族元素，Si原子之间可以形成双键、三键，为什么Si、Ge原子之间都难以形成双键或三键？

Si、Ge原子半径大，原子之间形成的σ单键较长，p-p轨道肩并肩重叠的程度很小或几乎不能重叠，难以形成π键。

2、C原子中只有2个未成对电子，为什么却可以形成4条σ键？

3

3:1(或1:3)

【迁移应用】太阳能电池板主要材料为晶体硅：

（1）Si的价电子中自旋方向相反的电子数之比为____________,价电子占据的轨道有_______种伸展方向；

 （2）SiCl₄是生产高纯硅的前驱体，SiCl₄可发生水解反应，机理如下：

②

含s、p、d轨道的杂化类型有：①dsp²、②sp³d、③sp³d²，中间体SiCl₄(H₂O)中Si采取的杂化类型为________（填标号）。

【方法】杂化轨道数=价层电子对数

【问题1-3】结合碳原子结构和成键情况分析哪些方面会影响共价键的强度？

特殊性：成键原子的孤电子对间的斥力(反比)

【思考】结合下表数据，分析A-A键能逐渐降低的原因？

sp2

σ

【迁移应用】（1）一氯乙烯（C₂H₃Cl）分子中，C的一个_______杂化轨道与Cl的3p_x轨道形成C-Cl_______键，并且Cl的3p_Z轨道与C的2p_Z轨道形成3中心4电子的大π键（π³₄）。

一氯乙烷>一氯乙烯>一氯乙炔

（2）一氯乙烷（C₂H₅Cl）、一氯乙烯（C₂H₃Cl）、一氯乙炔（C₂HCl）分子中，C-Cl键长的顺序是__________________________。

【方法】信息利用

【小组活动】基于石墨烯的平面结构，试组装石墨烯的球棍模型。

【思考】结合组装过程，总结应该从哪些方面着手才能迅速准确组装石墨烯的球棍模型。

【问题1-4】石墨烯中存在哪些化学键？

三角锥形

【迁移应用】LiCH₃、LiC(CH₃)₃在合成化学上应用广泛:

（1） H₃C-的空间结构为____________；

(CH3)3C-

F3C-

（2）(CH₃)₃C^-、H₃C^-、F₃C^-的稳定性随中心C原子上电子云密度增大而减小，其中稳定性最强的是______，键角最大的是________。

【方法】模型认知证据推理

【任务二】基于微粒空间排布认识石墨烯

【问题2】结合晶胞在晶体中排列特点，试在图中画出石墨烯的二维晶胞(平行四边形)，每个晶胞占有几个C原子？碳碳键长为apm，则石墨烯的密度是多少g/cm²？（每克石墨烯的总面积可以达到两千六百多平方米）

答案：每个晶胞占有2个C原子，碳碳键长为142pm，则石墨烯的密度是7.61×10^-8g/cm²

【方法】晶体结构的基本单元——无隙并置

【任务三】基于结构视角解释和预测石墨烯的典型性质

【问题3-1】石墨烯作为非金属单质，如何从结构角度解释它的高强度、强导电性和导热性？

答案：高强度——碳碳共价键强度大；强导电、导热性——形成大π键，电子流动(移动)性强

【问题3-2】石墨烯、足球烯（C₆₀）、金刚石同为碳的同素异形体，试分析三者的熔沸点高低？

【思考】结合影响物质溶解性的因素预测石墨烯水溶性如何？探讨改良石墨烯材料水溶性方案？

【溶解性影响因素】(极性、结构)相似相溶、氢键、化学反应

【任务四】石墨烯的共价键功能化应用与结构改性

【问题4-1】阅读材料一：从结构角度分析GO遇热后恢复导电性的过程中C原子的杂化方式发生了怎样的变化？并解释为什么在室温下GO是绝缘体，火情发生时却又能够导电？

【问题4-1】阅读材料一：从结构角度分析GO遇热后恢复导电性的过程中C原子的杂化方式发生了怎样的变化？并解释为什么在室温下GO是绝缘体，火情发生时却又能够导电？

【问题4-2】阅读材料二：钯（Pd）是第五周期VIII族元素，从微粒间作用力解释二价钯离子（Pd²⁺）是如何负载到GO-2N表面合成催化剂GO-2N-Pd（II）的？N原子的杂化方式有没有发生改变？

【问题4-3】阅读材料三：分析DXR药物分子之间存在的作用力有哪些？ 试从结构的角度分析DXR能够负载在GO上的主要原因可能是什么？

【归纳总结】