2019_2020学年高中化学第3章自然界中的元素第1节第1课时多种多样的碳单质广泛存在的含碳化合物学案鲁科版.docx

多种多样的碳单质广泛存在的含碳化合物核心素养发展目标1.了解碳单质的多样性及同素异形体的概念。2.了解自然界中含碳化合物的多样性。3.认识碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，初步体会它们性质的差异。一、多种多样的碳单质1.碳在自然界中的存在碳元素的存在形态2.同素异形体(1)定义：由同一种元素组成的性质不同的几种单质。(2)实例：O2与O3，白磷与红磷，金刚石与石墨及C60。3.碳的同素异形体的比较物质性质金刚石(C)石墨(C)C60外观无色透明晶体深灰色、不透明的片状固体灰黑色固体结构由正四面体构成的空间网状结构由平面六边形构成的层状结构由正五边形和正六边形排列而成的“足球”分子硬度很大质软，在纸上可留痕迹导电性不导电良好不导电(1)构成同素异形体的三个要素必须由同一种元素构成；必须是单质；必须具有不同的结构。(2)构成同素异形体的两种形式单质中原子的排列方式不同，如金刚石、石墨；单质中原子数目不同，如O2和O3。(3)同素异形体之间的转化是化学变化，但不属于氧化还原反应。例1下列说法中正确的是()A.仅由碳元素组成的物质一定是纯净物B.金刚石、石墨、足球烯(C60)互为同素异形体C.金刚石转化为石墨，有单质生成，该反应属于氧化还原反应D.金刚石和石墨的物理性质不同，化学性质也不相同答案B解析碳元素的单质有金刚石、石墨、C60等，金刚石是纯净物，但金刚石与石墨组成的物质就是混合物；同素异形体间的转化，由于反应物与生成物不同，应属化学变化，碳在反应前后元素化合价不变，该反应不是氧化还原反应；金刚石、石墨、C60是碳元素的三种同素异形体，它们的物理性质有差异，但化学性质是相同的。思维启迪(1)金刚石和石墨都是由碳原子构成的，足球烯是由C60分子构成的，C60是由60个碳原子构成的分子。(2)由于结构上的差异，同素异形体的物理性质不同；由于同素异形体的组成元素相同，化学性质相似，而且同素异形体之间的转化是化学变化。(3)有单质参加或生成的反应不一定是氧化还原反应。如同素异形体之间的转化不是氧化还原反应。二、广泛存在的含碳化合物1.种类繁多的含碳化合物含碳化合物2.Na2CO3和NaHCO3分别与盐酸反应及热稳定性实验探究实验内容实验现象两组化学试剂分别混合后都生成无色气体，气球体积膨胀，盛有NaHCO3的气球膨胀的快且大棉花球变蓝色，刚加热时A中导管有气泡冒出，一会儿停止冒气泡，无浑浊出现，B中持续出现气泡，溶液出现白色浑浊实验结论NaHCO3与盐酸反应比Na2CO3与盐酸反应剧烈Na2CO3受热不分解，NaHCO3受热易分解，生成H2O和CO2化学反应方程式Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2，NaHCO3HCl=NaClH2OCO22NaHCO3Na2CO3H2OCO2Na2CO3和NaHCO3的性质比较碳酸钠碳酸氢钠俗名苏打或纯碱小苏打颜色状态白色固体白色固体溶解性易溶于水易溶于水(比Na2CO3的溶解度小)与酸反应放出二氧化碳气体反应剧烈，放出二氧化碳气体与碱反应能与Ba(OH)2、Ca(OH)2溶液反应生成沉淀与碱溶液都能反应与CaCl2溶液反应生成白色沉淀不反应热稳定性稳定、受热不易分解受热易分解例2除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是()A.通入足量二氧化碳B.加入适量氢氧化钠溶液C.加入适量澄清石灰水D.加入适量稀盐酸答案A解析向该溶液中通入CO2发生反应Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，CO2与NaHCO3不反应，A项可采取；NaOH、Ca(OH)2和稀盐酸都能与NaHCO3反应，B、C、D项不能采取。规律总结(1)Na2CO3、NaHCO3的相互转化Na2CO3NaHCO3(2)Na2CO3、NaHCO3的提纯方法(括号内为杂质)Na2CO3(NaHCO3)NaHCO3(Na2CO3)固体加热：2NaHCO3Na2CO3CO2H2O加水溶解制成饱和溶液，通入足量CO2气体，结晶、过滤溶液加适量NaOH溶液：NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O通入足量CO2：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3例3不能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的实验操作是()A.分别加热这两种固体物质，并将生成的气体通入澄清的石灰水中B.分别在这两种物质的溶液中加入CaCl2溶液C.分别在这两种固体中加入同浓度的稀盐酸D.分别在这两种物质的溶液中加入少量澄清的石灰水答案D解析A项，利用Na2CO3和NaHCO3的稳定性可鉴别；B项，利用Na2CO3和NaHCO3的化学性质差异，Na2CO3能与CaCl2反应生成白色沉淀而NaHCO3不能，可鉴别；C项，利用Na2CO3和NaHCO3的化学性质差异，NaHCO3与等浓度盐酸反应比Na2CO3剧烈，可鉴别；D项，CO、HCO均与Ca(OH)2反应生成白色沉淀CaCO3，不能鉴别。思维启迪鉴别Na2CO3、NaHCO3的方法提醒鉴别Na2CO3和NaHCO3两种溶液时，不能用Ba(OH)2、Ca(OH)2溶液及NaOH溶液。例4下列关于Na2CO3和NaHCO3的说法正确的是()A.Na2CO3比NaHCO3更易溶于水B.NaHCO3比Na2CO3稳定C.石灰水能和Na2CO3反应，不能与NaHCO3反应D.等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸反应，消耗盐酸的物质的量之比为12答案A解析20时，Na2CO3的溶解度为21.5g，NaHCO3的溶解度为9.6g，A项正确；Na2CO3加热不分解，而NaHCO3加热完全分解，B项错误；石灰水与Na2CO3、NaHCO3均能反应，C项错误；Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O，NaHCO3HCl=NaClH2OCO2，D项错误。方法规律(1)能与稀盐酸反应放出无色无味使澄清石灰水变浑浊气体的离子不一定是CO，还有可能是HCO。(2)Na2CO3、NaHCO3与足量盐酸反应的比较1.判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)由同一种元素构成的物质一定是纯净物()(2)H2O和H2O2组成元素相同，两者属于同素异形体()(3)氧气转化为臭氧的变化是化学变化，属于氧化还原反应()(4)向Na2CO3饱和溶液中通入CO2一定析出NaHCO3晶体()(5)用饱和NaHCO3溶液除去CO2气体中的HCl气体()(6)除去NaHCO3溶液中的Na2CO3，可采用通入CO2或滴加盐酸的方法()(7)除去NaCl溶液中的Na2CO3，可以加入适量稀盐酸，将溶液调至中性()(8)等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量稀盐酸反应放出CO2物质的量相同()(9)等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量稀盐酸反应放出CO2，Na2CO3消耗盐酸多()(10)除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3，可以采用加热法()2.下列说法中正确的是()A.金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是所含碳原子的数目不同B.金刚石、石墨和C60在氧气中完全燃烧都生成二氧化碳C.C60和P4、H2O和H2O2均互为同素异形体D.C60是新发现的一种碳的化合物答案B解析金刚石、石墨和C60性质不同是由于它们的结构不同，A项错误；三者均由碳元素组成，完全燃烧都生成CO2，B项正确；同素异形体是同种元素组成的不同单质，C60和P4组成元素不同，H2O和H2O2均为化合物，C项错误；由同种元素组成的纯净物属于单质，C60是单质，而不是化合物，D项错误。3.(2018武汉期末)下列化合物与小苏打溶液反应，没有气体或沉淀生成的是()A.烧碱B.硫酸氢钠C.氢氧化钡D.过氧化钠答案A解析烧碱与碳酸氢钠反应的离子方程式为HCOOH=COH2O，反应中无气体和沉淀生成，A项正确；硫酸氢钠与碳酸氢钠反应的离子方程式为HCOH=CO2H2O，有气体生成，B项错误；氢氧化钡与碳酸氢钠反应的离子方程式为Ba22OH2HCO=BaCO3CO2H2O或Ba2OHHCO=BaCO3H2O，有沉淀生成，C项错误；过氧化钠与碳酸氢钠溶液中的水反应产生氧气，D项错误。4.下列关于NaHCO3性质的有关叙述不正确的是()A.既能与强酸反应，又能与强碱反应B.医疗上可用于治疗胃酸过多C.与足量的酸反应时放出的CO2比与等质量的Na2CO3要多D.同温度时，NaHCO3的溶解度Na2CO3的溶解度答案D解析同温度时，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3。5.除去混在Na2CO3粉末中的少量NaHCO3，最合理的方法是()A.加热B.加过量氢氧化钠溶液，再蒸发结晶C.加盐酸D.加氢氧化钙溶液答案A解析将固体加热到质量不变，NaHCO3受热易分解生成Na2CO3，A项合理；加入过量NaOH溶液，会引入新杂质NaOH，B项不合理；加入适量盐酸，与两者均反应，C项不合理；加入适量氢氧化钙溶液，与两者均反应，D项不合理。6.通常用NaHCO3饱和溶液除去混在CO2中的少量的HCl气体，其离子方程式为_，而不用NaOH溶液的原因(用离子方程式表示)为_，也不用饱和Na2CO3溶液的原因(用离子方程式表示)为_。答案HCOH=H2OCO22OHCO2=H2OCOCOH2OCO2=2HCO解析NaOH能与HCl反应，也能与CO2反应；Na2CO3能与HCl反应，也能与CO2反应。题组1多种多样的碳单质1.下列说法中正确的是()A.某物质经检测只含一种元素，该物质一定是纯净物B.金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是所含碳原子的数目不同C.金刚石、石墨和C60物理性质相差很大的原因是碳原子排列方式不同D.白磷转化为红磷的反应属于氧化还原反应答案C2.最近科学家制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状的结构，化学式为C60。下列说法中不正确的是()A.C60是由碳元素构成的B.C60和石墨都是碳的同素异形体C.C60是一种新的碳单质D.C60的相对分子质量为720答案A解析C60和石墨都是单质，是碳的同素异形体；C60分子中含60个碳原子，相对分子质量等于1260720。题组2Na2CO3和NaHCO3与酸的反应3.下列离子组在溶液中能大量共存的是()A.Na、Ca2、HCO、COB.K、H、CO、HCOC.Na、Ba2、HCO、OHD.Ca2、Ba2、Cl、HCO答案D解析A项，Ca2CO=CaCO3；B项，HHCO=CO2H2O,2HCO=CO2H2O；C项，HCOOH=COH2O，Ba2CO=BaCO3。4.将106gNa2CO3和84gNaHCO3分别跟足量的盐酸反应。下列说法错误的是()A.消耗盐酸一样多B.放出CO2的总量一样多C.后者生成的NaCl是前者的一半D.后者消耗盐酸是前者的一半答案A解析由题意知Na2CO3、NaHCO3的物质的量均为1mol。由反应方程式分析：Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2，NaHCO3HCl=NaClH2OCO2。消耗的盐酸、生成的NaCl后者是前者的一半，放出CO2总量一样多，B、C、D项正确。5.下列化学方程式中，可用离子方程式2HCO=CO2H2O表示的是()A.稀硫酸中滴加小苏打溶液B.稀盐酸中滴加纯碱溶液C.稀盐酸与石灰石反应D.碳酸钾与足量醋酸反应答案B解析A项，小苏打不能拆写成CO，只能拆写成Na和HCO；C项，石灰石应写化学式；D项，醋酸是弱酸，应该写化学式。6.已知将盐酸逐滴加入Na2CO3中，发生的反应依次为HClNa2CO3=NaHCO3NaCl，NaHCO3HCl=NaClH2OCO2；将0.4gNaOH和1.06gNa2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0.1molL1稀盐酸。下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是()答案C解析0.4gNaOH和1.06gNa2CO3的物质的量都是0.01mol，n(OH)n(CO)0.01mol。滴加盐酸先发生反应：OHH=H2O，此时要消耗0.01molHCl，再发生反应：COH=HCO，又需要消耗0.01molHCl，都没有二氧化碳气体产生，最后发生反应：HCOH=CO2H2O，再消耗0.01molHCl，产生二氧化碳的物质的量为0.01mol，故加入0.02molHCl后开始有气体生成，C项正确。题组3Na2CO3和NaHCO3性质的综合7.下列方法中，用于鉴别稀的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的最好的方法是()A.加入澄清石灰水B.分别加热C.滴加稀盐酸D.加CaCl2溶液答案D解析A项，澄清石灰水和两者均能反应生成白色沉淀，不能鉴别；B项，分别加热两溶液，Na2CO3和NaHCO3都不分解，现象不明显，不能鉴别；C项，因Na2CO3溶液和NaHCO3溶液均较稀，与稀盐酸反应的速率差异不明显；D项，Na2CO3溶液能与CaCl2溶液反应生成白色沉淀，而NaHCO3溶液和CaCl2溶液不反应，方法最好。8.有关Na2CO3和NaHCO3的叙述中正确的是()A.相同质量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸作用时，产生的气体质量相同B.Na2CO3比NaHCO3热稳定性强C.Na2CO3不能与澄清石灰水反应D.Na2CO3和NaHCO3均可与NaOH溶液反应答案B解析Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O，NaHCO3HCl=NaClCO2H2O，相同质量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸作用时，产生的气体质量不同，A项错误；NaHCO3受热易分解，而Na2CO3受热不分解，B项正确；Na2CO3能与澄清石灰水反应，不能与氢氧化钠反应，C、D项错误。9.可以说明溶液中大量存在CO的理由是()A.加入AgNO3溶液有白色沉淀产生B.加入盐酸有无色无味气体产生C.加入MgCl2时有白色沉淀产生，再加稀盐酸，沉淀溶解，放出使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D.加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加入稀盐酸，沉淀溶解，且产生可使澄清石灰水变浑浊的无色气体答案C解析与AgNO3溶液反应能生成白色沉淀的有Cl、SO、CO等，A项不能证明；B、D项中HCO也会产生同样现象；C项可以排除HCO的干扰，HCO与Mg2不会生成沉淀，可以说明溶液中大量存在CO。10.1mol过氧化钠与2mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭容器中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是()A.Na2CO3B.Na2O2Na2CO3C.NaOHNa2CO3D.Na2O2NaOHNa2CO3答案A解析由题意可知，首先发生反应：2NaHCO3Na2CO3H2OCO2，生成H2O和CO2各1mol；然后H2O和CO2与Na2O2反应：2Na2O22H2O=4NaOHO2，2Na2O22CO2=2Na2CO3O2，CO2和H2O完全反应需消耗2molNa2O2，但题中只有1molNa2O2，可以先考虑：(1)假设1molNa2O2先与1molH2O反应，生成2molNaOH和0.5molO2，然后2molNaOH与1molCO2反应：2NaOHCO2=Na2CO3H2O，最后生成1molNa2CO3和0.5molO2；(2)若假设1molNa2O2先与1molCO2反应，最后也生成1molNa2CO3和0.5molO2。所以最后残留的固体一定是Na2CO3。11.碳酸氢钠容易分解为碳酸钠。现加热5.00g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸氢钠完全分解，混合物质量减小了0.31g，则原混合物中碳酸钠的质量为()A.3.38gB.4.58gC.4.16gD.4.41g答案C解析设混合物中NaHCO3的质量为x，则2NaHCO3Na2CO3CO2H2Om28410628410662x0.31gx0.84g则原混合物中碳酸钠的质量为5.00g0.84g4.16g。12.有两份质量相同的NaHCO3固体，向第一份中加入盐酸使其充分反应；将第二份加热使其完全分解，冷却至原温度再加入相同浓度的盐酸，充分反应，则它们所耗用的盐酸的体积比为()A.21B.11C.12D.41答案B解析本题可从Na守恒角度考虑。无论NaHCO3是直接与盐酸反应，还是先加热分解后再与盐酸反应，Na的量不变，生成的NaCl的量相等，则消耗盐酸的量相等。13.欲除去下列物质中的少量杂质，请填写所用方法及反应的化学方程式：欲除去的少量杂质方法反应的化学方程式(1)Na2CO3固体中的NaHCO3(2)NaCl溶液中的Na2CO3(3)NaOH溶液中的Na2CO3(4)CO2气体中的HCl答案(1)加热2NaHCO3Na2CO3CO2H2O(2)加入适量的盐酸至无气体放出Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O(3)加入适量的石灰水Ca(OH)2Na2CO3=2NaOHCaCO3(4)通入饱和碳酸氢钠溶液NaHCO3HCl=NaClH2OCO2解析(1)将固体混合物加热，即可将Na2CO3固体中的NaHCO3除去；(2)为不增加新的杂质，应用盐酸除去NaCl溶液中的Na2CO3；(3)根据复分解反应的原理，向混合液中加入适量的石灰水，过滤即可除去杂质；(4)利用强酸制弱酸原理，为防止二氧化碳的溶解或反应，应选择饱和碳酸氢钠溶液除去氯化氢气体。14.A、B、C、D、E五种物质是含钠元素的单质或化合物，其中B为淡黄色固体，它们有如图所示的转化关系：(1)推断各符号所代表的物质的化学式：A._，B._，C._，D._，E._。(2)写出反应的化学方程式：_。(3)向D的饱和溶液中通入CO2时，反应的化学方程式为_。答案(1)NaNa2O2NaOHNa2CO3NaHCO3(2)2Na2H2O=2NaOHH2(3)CO2H2ONa2CO3=2NaHCO3解析推断题的关键是找突破口，根据B为淡黄色固体可知B为Na2O2，前后联系可推知其他物质。15.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图所示。(1)只根据图、所示实验，能够达到实验目的的是_(填装置序号)。(2)图、所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为_；与实验相比，实验的优点是_(填字母)。A.比复杂B.比安全C.比操作简便D.可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而不行(3)若用实验验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是_(填化学式)，实验过程中的现象为_。(4)除了以上方法，请你再举出一例鉴别二者的方法：_。答案(1)(2)2NaHCO3Na2CO3H2OCO2，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2OD(3)NaHCO3a中澄清石灰水变浑浊，b中澄清石灰水不变浑浊(4)把二者分别配成溶液后滴加BaCl2试剂，有白色沉淀生成的为Na2CO3，无现象的为NaHCO3解析(1)图不能达到实验目的，因为无论碳酸钠还是碳酸氢钠均可以与盐酸反应产生二氧化碳，二氧化碳气体与澄清石灰水作用变浑浊，故不可以；图可以鉴别，因为等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的稀盐酸反应，生成的二氧化碳气体的量不同，可根据气球膨胀程度来判断。(2)图、所涉及的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3H2OCO2、CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，实验的优点是可同时做对比实验。(3)碳酸钠直接加热不产生气体，而碳酸氢钠不直接加热就产生气体，就可说明碳酸氢钠不稳定，所以试管B中装入的固体最好是碳酸氢钠，观察到的现象为a中澄清石灰水变浑浊，b中澄清石灰水不变浑浊。(4)鉴别Na2CO3和NaHCO3还可利用其在溶液中电离出的阴离子的不同性质选择试剂，CO与Ba2或Ca2反应生成白色沉淀，HCO