从金刚石到石墨： 同素异形现象的演示实验

宋 伟 杜洁丽 凌一洲

摘要： 金刚石和石墨是同素异形现象的经典教学素材。本演示实验用高温热源加热纯氧环境中的人工合成金刚石，使金刚石在氧气中燃烧并生成二氧化碳，然后用燃烧的镁条把二氧化碳还原为石墨。根据质量守恒定律，石墨中的碳元素全部来源于金刚石，直观地证明了两者是同素异形体。与已有研究相比，本实验采用非全程密闭的实验方案，进一步简化了实验材料，用中学常见仪器就能完成。

关键词： 同素异形现象; 金刚石; 石墨; 演示实验; 实验探究

文章编号： 10056629（2020）06006404  中图分类号： G633.8  文献标识码： B

同素异形现象是指由同一种元素形成几种性质不同单质的现象，这些单质互称为同素异形体。金刚石和石墨是碳的同素异形体，非常适合作为介绍同素异形现象的素材，目前已经被广泛地应用于教学实践中。在日常生活中，金刚石常被用于制造装饰品和钻头，石墨常被用于制造铅笔芯、润滑剂和电极，因此学生对金刚石和石墨物理性质的巨大差异有一定的感性认识。在初中阶段，学生已经学习了“金刚石、石墨和C60”的相关知识，初步了解了金刚石和石墨的“同”（组成元素相同）与“异”（原子的结合方式不同）。在高中阶段，苏教版教科书《化学2》将同素异形现象等相关内容编排在专题1第三单元“从微观结构看物质的多样性”中[1]，相配套的教师教学参考用书则分配给这部分内容1课时，使学生对该概念有较深刻的理解。

但是，由于金刚石和石墨的物理性质差异巨大，教师如果仅仅用语言介绍其组成元素是相同的，或许并不能让学生完全信服。……