高中化学 第3章 第1节 多种多样的碳单质广泛存在的含碳化合物课件 鲁科版必修1.ppt

第3章自然界中的元素第1节碳的多样性第1课时多种多样的碳单质广泛存在的含碳化合物 1 了解同素异形体的概念 2 了解碳元素的多种存在形态及碳的多种同素异形体 3 掌握碳酸钠与碳酸氢钠的主要性质以及二者的相互转化 区别与鉴定 一 多种多样的碳单质1 同素异形体 三条件 2 碳的同素异形体 1 碳元素常见的同素异形体主要有 和 2 它们的性质不同的原因是各自的 不同即结构不同 单质 金刚石 石墨 c60 碳原子的排列方式 二 广泛存在的含碳化合物1 种类繁多的含碳化合物 1 有机物 如 等 2 无机物 氧化物 如 等 碳酸盐 正盐 如方解石 白云石 菱镁矿 菱铁矿 等 酸式盐 碳酸氢钠 碳酸氢钾等 蛋白质 淀粉 甲烷 co co2 caco3 camg co3 2 mgco3 feco3 2 na2co3和nahco3 na2co3 nahco3 苏打 纯碱 小苏打 小 2nahco3 na2co3 h2o co2 na2co3 2hcl 2nacl h2o co2 nahco3 hcl nacl h2o co2 nahco3 naoh na2co3 h2o 思考辨析 1 判断正误 1 仅由同一种元素组成的物质一定是纯净物 分析 由同一种元素组成的物质 由于同素异形体的存在 不一定为纯净物 2 co与co2互为同素异形体 分析 互为同素异形体的物质一定是单质且是由同一种元素组成的 3 等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应 生成二氧化碳一样多 分析 每1mol碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应都能生成1mol二氧化碳 4 可用氢氧化钙溶液鉴别碳酸钠与碳酸氢钠 分析 碳酸钠与碳酸氢钠都能与氢氧化钙溶液反应生成沉淀 故不能用氢氧化钙溶液鉴别碳酸钠与碳酸氢钠 2 问题思考 1 碳酸钠俗称纯碱 它属于碱类物质吗 分析 碱是指电离出的阴离子全部是oh 的化合物 碳酸钠虽然俗称纯碱 但其属于盐类 2 碳酸钠固体中混有碳酸氢钠杂质 如何除去 分析 可用加热的方法 碳酸氢钠受热不稳定可分解生成碳酸钠 水和二氧化碳 知识链接 正盐既不含能电离的氢离子 又不含氢氧根离子的盐 酸式盐电离时生成的阳离子 易失电子 除金属离子或 有金属离子性质 外还有氢离子 阴离子 易得电子 为酸根离子的盐 一 同素异形体1 概念理解 1 构成同素异形体的三个要素 必须由同一种元素组成 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 如金刚石和石墨 单质中原子的数目不同 如o2和o3 2 碳的同素异形体 3 常见的同素异形体 1 碳元素的同素异形体有 金刚石 石墨 c60 2 氧元素的同素异形体有 氧气 o2 臭氧 o3 3 磷元素的同素异形体有 白磷 红磷 学而后思 1 金刚石 石墨和c60均是由碳元素构成的单质 为什么物理性质不同 提示 由于碳原子间的排列方式不同 结构不同 所以物理性质不同 2 组成元素相同的物质一定是同素异形体吗 提示 只有组成元素相同的不同单质才是同素异形体 二 碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别及相互转化1 鉴别方法 知识备选 鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的其他方法 1 研磨后观察状态 碳酸钠固体为白色粉末 而碳酸氢钠固体为细小白色的晶体 2 根据溶解度的差别 碳酸钠固体的溶解度比碳酸氢钠大 向饱和碳酸钠溶液中通入二氧化碳气体 会有晶体析出 加入适量水 碳酸钠固体可全部溶解 而碳酸氢钠不能全部溶解 3 加热 质量减少的是碳酸氢钠 2 相互转化na2co3nahco3 1 na2co3 nahco3 向碳酸钠溶液中通入足量的二氧化碳 可使碳酸钠转化为碳酸氢钠 反应方程式为na2co3 co2 h2o 2nahco3 向碳酸钠溶液中逐滴加入适量盐酸可使碳酸钠转化为碳酸氢钠 反应方程式为na2co3 hcl nahco3 nacl 2 nahco3 na2co3 固体 碳酸氢钠固体受热可完全分解为碳酸钠 水和二氧化碳 反应方程式为2nahco3na2co3 co2 h2o 溶液 向碳酸钠溶液中加入适量氢氧化钠可使碳酸氢钠转化为碳酸钠 反应方程式为nahco3 naoh na2co3 h2o 学而后思 1 能否用ba oh 2 或ca oh 2 溶液来鉴别na2co3与nahco3 提示 不能 因为碳酸钠和碳酸氢钠溶液均能与它们反应产生白色沉淀 2 nahco3溶液中混有少量的na2co3 能否向溶液中滴加盐酸而除去 最好的方法是什么 提示 不能用滴加盐酸的方法 因为碳酸氢钠与碳酸钠都能与盐酸反应 可向溶液中通入足量二氧化碳气体除去碳酸钠 类型一同素异形体 典例 双选 2013 榆林高一检测 下列各项是某科学工作者列举的说明金刚石和石墨两种单质是碳的同素异形体的依据 你认为依据充分的是 a 高温 高压条件下 石墨能转化成金刚石 且它们之间的转化是化学变化b 金刚石和石墨的化学性质差别很大c 在一定温度下 金刚石和石墨在纯净的足量的氧气中燃烧都只产生二氧化碳d 金刚石和石墨的物理性质差别较大 解题指南 解答本题要注意以下2点 1 只要有新物质生成的变化都是化学变化 2 同素异形体的组成元素相同 解析 选a c 由a项可知石墨与金刚石是两种不同的物质 由c项知金刚石和石墨均是由碳元素组成的 结合此两项即可说明金刚石和石墨是由同一元素 碳元素 组成的结构 性质不同的单质 b d两项只能说明金刚石和石墨是两种不同的物质 误区警示 同素异形体的常见判断误区 1 同素异形体的判断一定注意不要忽略同素异形体的范畴一定是单质 2 同素异形体的物理性质不同 但化学性质相似 同素异形体间的转化是化学变化 变式训练 美国和墨西哥的研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳 碳的第五种单质形态 中 得到不同形状的纳米银微粒 该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒 hiv 1 下列说法正确的是 a 纳米泡沫碳与金刚石是同素异形体b 纳米泡沫碳的性质与石墨的性质完全相同c 纳米泡沫碳是碳元素的一种新型化合物d 纳米泡沫碳不能在氧气中燃烧 解析 选a 纳米泡沫碳与金刚石都是碳的单质形态 同种元素形成的不同单质互称为同素异形体 纳米泡沫碳的化学性质与石墨相似 可在氧气中燃烧 但物理性质不同 类型二碳酸氢钠的热稳定性 典例 已知碳酸钠稳定而碳酸氢钠不稳定 受热易分解 现取碳酸氢钠和碳酸钠的混合物10g 加热到质量不再改变为止 剩余固体质量为6 9g 下列说法正确的是 a 反应后生成co2的质量为3 1gb 原混合物中nahco3的质量为1 6gc 反应后生成co2和h2o的质量比为11 9d 原混合物中na2co3的质量分数为16 解题指南 解答本题要注意以下2点 1 利用差量法计算求得碳酸氢钠的质量 2 碳酸氢钠受热分解后生成co2和h2o的物质的量相等 解析 选d 加热时只有碳酸氢钠会分解 碳酸钠不会分解 当混合物质量不再改变时 说明碳酸氢钠已完全分解 其减少的质量就是分解后逸出的二氧化碳和水蒸气的质量 而剩余固体的质量等于原混合物质量减去碳酸氢钠的质量再加上生成的碳酸钠的质量 根据质量守恒定律可知 反应后生成的co2和h2o质量之和为3 1g a项错误 b项 设原混合物中nahco3的质量为x 2nahco3na2co3 h2o co2 m16862x 10 6 9 g解得 x 8 4g 原混合物中na2co3的质量分数 d项正确 co2和h2o的质量比为22 9 c项错误 名师点评 讲解本题时应注意以下2点 1 强化碳酸氢钠受热分解时减少的质量是生成的二氧化碳和水蒸气的质量之和 2 差量法的应用中理论差量和实际差量的对应关系学生较难掌握 应着重讲解 方法规律 差量法在复杂计算问题中的应用 1 内涵实质 差量法是依据化学反应前后的某些 差量 固体质量差 溶液质量差 气体体积差 气体物质的量之差等 与反应物或生成物的变化量成正比而建立的一种解题方法 2 适用范围 反应前后固体或液体的质量发生变化时 反应前后气体的物质的量 体积 压强 密度等发生变化时 3 解题关键 抓住造成差量的实质 正确找出理论差量 将 差量 看作化学方程式右端的一项 将已知差量 实际差量 与化学方程式中的理论差量列成比例 其他解题步骤与化学方程式列比例式解题步骤完全一致 例 2nahco3na2co3 h2o co2 m168g106g18g44g62g m可由两种方法得出 m 168g 106g 62g m 18g 44g 62g此外 在解答有关碳酸钠与碳酸氢钠的计算题时除了常用差量法外 还可运用守恒法和极值法 变式训练 为了检验某含有nahco3杂质的na2co3样品的纯度 现将w1g样品加热 其质量变为w2g 则该样品的纯度 质量分数 是 a b c d 解析 选a 因碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠 水 二氧化碳 导致固体质量减少 可用差量法进行计算 2nahco3na2co3 co2 h2o m2 8410662x w1 w2 解得 将其代入下式可得 w na2co3 w1 x w1 a项正确 变式备选 将一定量的na2co3和nahco3混合物加热到不再放出气体为止 收集到0 25molco2 冷却后 向残余物中加入足量盐酸又收集到0 5molco2 则原混合物中na2co3和nahco3的物质的量之比为 a 2 1b 1 1c 1 2d 3 2 解析 选c 由2nahco3na2co3 co2 h2o知 若nahco3受热产生0 25molco2时则知n nahco3 0 5mol 生成的n na2co3 0 25mol 残余物中加入足量盐酸又收集到0 5molco2说明残余物中含0 5molna2co3 故原混合物中na2co3的物质的量是0 25mol na2co3和nahco3的物质的量之比为1 2 类型三na2co3和nahco3的鉴别 典例 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 填选项序号 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 解题指南 解答本题需注意以下2点 1 物质鉴别的关键是找出性质尤其是化学性质的不同点 2 实验题应结合实验目的进行解答 解析 1 na2co3 nahco3均能与盐酸反应生成使澄清石灰水变浑浊的co2 但等质量nahco3比na2co3反应快 且产生co2量多 因此装置 能鉴别na2co3和nahco3 2 nahco3受热发生分解反应2nahco3na2co3 co2 h2o 但na2co3受热不易分解 3 酒精灯火焰直接加热试管a 然后预热试管b 因此试管b中盛放nahco3 更能说明稳定性na2co3 nahco3 答案 1 2 2nahco3na2co3 h2o co2 d 3 nahco3 方法规律 物质的检验方法 互滴法互滴法是指当两种物质发生反应时有两个不同的反应过程 且这两个过程的现象各不相同时 则可以通过滴加顺序不同 产生现象不同进行鉴别 例 利用互滴法鉴别碳酸钠溶液与盐酸的过程分析na2co3溶液与盐酸反应时 滴加顺序不同 实验现象不同 产生的co2的量也可能不同 变式训练 纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品 它们都是白色固体 下列区分这两种物质的方法正确的是 a 分别用炒锅加热两种样品 全部分解挥发 没有残留物的是小苏打b 能溶于水的白色固体为小苏打c 等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应 前者产生二氧化碳少d 先将两样品配成溶液 再分别加入石灰水 无白色沉淀产生的是小苏打 解析 选c nahco3分解后生成na2co3 有残留物 a错 na2co3和nahco3均能溶于水 b错 等质量的碳酸钠和碳酸氢钠前者物质的量小 分别与足量的盐酸反应 前者产生二氧化碳少 c正确 二者均能与ca oh 2反应生成沉淀 d错 变式备选 双选 下列各组物质的溶液 不另加任何试剂就能将它们区别开来的是 a na2co3 na2so4 hno3 bacl2b kcl agno3 hcl hno3c fe no3 3 naoh h2so4 kcld hno3 naoh na2co3 hcl 解析 选a c a项 四组中的现象都不相同 可以鉴别 故a正确 b项 有两组现象完全相同 不能鉴别 故b错误 c项 依据铁离子显黄色 首先鉴别出硝酸铁 然后将硝酸铁滴入剩余的三种溶液中 生成红褐色沉淀的是氢氧化钠 再将无现象的两种液体 滴入沉淀中 沉淀溶解的是硫酸 无现象的是氯化钾 可以鉴别 故c正确 d项 可利用互滴法鉴别出na2co3 但不能鉴别其他物质 故d错误 类型四na2co3与盐酸反应的计算 典例 有15ml2mol l 1的h2so4溶液与15ml3mol l 1的na2co3溶液 欲使其反应生成co2的量最多 则正确的操作是 a 把两种溶液快速混合并不断搅拌b 把两种溶液缓慢混合并不断搅拌c 把h2so4溶液滴加到na2co3溶液中d 把na2co3溶液滴加到h2so4溶液中 解题指南 解答本题需注意以下2点 1 把na2co3溶液滴加到h2so4溶液中 开始时h2so4过量 而把h2so4溶液滴加到na2co3溶液中 开始时h2so4不足 2 h2so4不足时na2co3与h 的反应分步进行 解析 选d 把h2so4溶液滴加到na2co3溶液中 先生成nahco3 然后才生成co2 把na2co3溶液滴加到h2so4溶液中 直接生成co2 所以当h 的物质的量小于的物质的量的二倍的时候 把碳酸盐溶液滴加到酸中生成co2的量最多 互动探究 1 把na2co3溶液滴加到h2so4溶液中产生的co2在标准状况下的体积是多少 提示 2h co2 h2o210 06moln co2 解得 n co2 0 03molv co2 0 03mol 22 4l mol 1 0 672l 2 把h2so4溶液滴加到na2co3溶液过程中产生的co2在标准状况下的体积是多少 提示 分步反应 h 1110 045mol0 045mol0 045molh 剩余0 06mol 0 045mol 0 015mol h co2 h2o110 015moln co2 解得 n co2 0 015molv co2 0 015mol 22 4l mol 1 0 336l 变式备选 将106g的na2co3和84gnahco3都经充分加热 再分别跟足量的盐酸反应 下列说法正确的是 a 消耗盐酸一样多b 整个过程中放出co2的总量后者是前者的一半c 生成的nacl一样多d 后者消耗盐酸是前者的一半 解析 选d na2co3和nahco3均为1mol 加热时na2co3不反应 nahco3分解生成na2co3 放出co2 然后与盐酸反应时 前者消耗的盐酸是后者的二倍 生成的nacl也是后者的二倍 整个过程中两者放出的co2都是1mol 1 2013 济南高一检测 下列叙述中正确的是 a 由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物b 金刚石和石墨具有相同的化学性质c 金刚石与石墨之间的转化不属于化学变化d c60是新发现的一种碳的化合物 解析 选b 由碳元素组成的单质有金刚石 石墨 c60等 为不同物质 由其组成的物质为混合物 a项错误 物质的化学性质根本取决于原子的最外层电子数 同种原子 原子完全相同 化学性质也应相同 b正确 金刚石与石墨为不同的物质之间的转化为化学变化 c错误 c60是由碳元素构成的单质 d项错误 2 将固体x放在如图所示装置的试管中加热片刻 澄清石灰水变浑浊 x可能是 a naclb cacl2c na2co3d nahco3 解析 选d nahco3受热分解产生co2 导致澄清石灰水变浑浊 3 某学生对小苏打样品的质量进行检验 其中能够说明小苏打样品中可能含有杂质纯碱的事实的是 样品溶于水 并加入足量的澄清石灰水 变浑浊 样品溶于水 并加入足量的bacl2溶液 变浑浊 样品在硬质试管中加强热 排出的气体通入澄清石灰水 变浑浊 向样品中滴加稀盐酸 排出的气体通入澄清石灰水 变浑浊a b c d 只有 解析 选d nahco3不能与bacl2溶液反应 而na2co3能与bacl2溶液反应生成白色沉淀 4 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 解析 选b na2co3 2hcl 2nacl co2 h2o nahco3 hcl nacl co2 h2o 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 nahco3在80 左右即分解 而na2co3的热稳定性很好 na2co3能与澄清石灰水反应 不能与氢氧化钠反应 nahco3既能与澄清石灰水反应 又能与氢氧化钠反应 5 双选 2013 榆林高一检测 除去下列各组物质中的杂质 所用试剂和方法均正确的是 解析 选a c 除去氢气中的氯化氢气体 先通过氢氧化钠溶液 除掉氯化氢 再通过浓硫酸干燥 除去水分 a可行 加入过量的碳酸钠会带入新的碳酸钠杂质 b不可行 二氧化碳中混有少量一氧化碳 可通过灼热的氧化铜 一氧化碳还原氧化铜生成二氧化碳 c可行 氧化钙和碳酸钙都能和盐酸反应 达不到除杂目的 d不可行 6 可以说明溶液中大量存在的是 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溶液时有白色沉淀产生 再加稀盐酸沉淀全部溶解 且产生可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 再加稀盐酸 反应现象如选项c所述 解析 选c a项不可说明 与agno3作用生成白色沉淀的还有cl 等 b项不可说明 与盐酸作用产生无色无味气体的还有nahco3等 d项不可说明 nahco3等物质亦会有此现象 7 自然界中存在形形色色的含碳物质 包括价值不菲的金刚石 建筑用的价格低廉的石头 食品加工用的发酵粉以及用作燃料的煤 石油 液化气 天然气等 1 1797年 英国化学家钱南为了测出金刚石的成分 做了一个非常著名的实验 他将金刚石放在密闭的 充满氧气的纯金做的箱子里让其燃烧 实验结果令人非常意外 箱子里的气体成分竟然变成了二氧化碳 这一实验说明了 金刚石与石墨的关系是 2 工业上常用煅烧石灰石的方法制取生石灰 写出相关的化学方程式 3 家庭用的主要成分为碳酸氢钠的发酵粉中还含有某些酸性物质 写出蒸馒头时发生反应的离子方程式 4 液化气的主要成分在空气中充分燃烧的化学方程式为x 5o2 3co2 4h2o 下列对x的判断正确的是 a x是一种有机化合物b x一定含碳 氢 氧三种元素c x是一种重要的燃料d x的化学式是c3h8 解析 1 金刚石燃烧生成二氧化碳说明金刚石中含碳元素 金刚石与石墨互为同素异形体 2 石灰石的主要成分为caco3 3 蒸馒头时碳酸氢钠在酸性条件下生成气体二氧化碳从而使馒头松软 4 由反应前后原子守恒知液化气的主要成分的化学式为c3h8 是一种有机物 答案 1 金刚石中含碳元素同素异形体 2 caco3cao co2 3 h h2o co2 4 a c d 8 已知nahco3的溶解度很小 在饱和的nh3和nacl混合溶液中通入co2 可析出nahco3 固体 nacl nh3 co2 h2o nahco3 nh4cl 据此 我国杰出的化学家侯德榜博士设计出了生产纯碱的方法 这被称为侯氏制碱法 打破了帝国主义对我国经济的一种封锁 大长了中国人的民族志气 试回答下列问题 1 写出由nahco3制取na2co3的化学方程式 2 如果na2co3 固体 中混有nahco3 固体 应如何除去 写出方法 如果nahco3 溶液 中混有na2co3 溶液 应如何除去