高中化学第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教学案.docx

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 课标要求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。,1碳元素的同素异形体有：金刚石、石墨、C60等。2Na2CO3俗称纯碱或苏打，主要用于玻璃、造纸等工业。3NaHCO3俗称小苏打，主要用于制造发酵粉；既能与酸反应，又能与碱反应。4主要的化学方程式：2NaHCO3Na2CO3CO2H2ONaHCO3NaOH=Na2CO3H2ONaHCO3HCl=NaClCO2H2ONa2CO3HCl=NaHCO3NaClNa2CO3CaCl2=CaCO32NaCl 1同素异形体由同一种元素组成的性质不同的几种单质，如氧元素的同素异形体有O2和O3，碳元素的同素异形体有金刚石、石墨和C60等。特别提醒(1)同素异形体的物理性质不同，化学性质相似。(2)同素异形体间的转化为化学变化，但不是氧化还原反应。2碳的同素异形体物质内容金刚石(C)石墨(C)足球烯(C60)外观无色透明的晶体深灰色、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正六边形构成的平面层状结构由正五边形和正六边形排列而成的足球状分子硬度很大质软，在纸上可留痕迹导电性不导电易导电不导电1下列物质互为同素异形体的是()ACaCO3和MgCO3BO2和O3CCO和CO2 DH2O和H2O2解析：选B同素异形体是指同一种元素组成的性质不同的几种单质，A、C、D三组物质均为化合物，故不属于同素异形体。2用短线连接和中相应的物质和用途。解析：碳元素存在金刚石、石墨和C60等多种同素异形体，由于它们的颜色、光泽、透明度、质地、导电性等物理性质不同，决定了它们有不同的用途。石墨质软，具有润滑性和导电性，可用于制作铅笔芯、电极、电车滑块、润滑剂等；金刚石具有晶莹剔透、硬度大等性质，可用做装饰品和磨具等；C60具有一些特性，有可能成为新型的催化剂或催化剂的载体。答案：ABC 1种类繁多的含碳化合物碳的化合物特别提醒(1)有机化合物一定含有碳元素，含碳元素的化合物不一定是有机化合物。(2)碳元素是形成物质种类最多的元素。2碳酸钠和碳酸氢钠(1)物理性质名称碳酸钠碳酸氢钠化学式Na2CO3NaHCO3色态白色粉末细小白色粉末俗名纯碱、苏打小苏打溶解性都易溶于水，Na2CO3的溶解度更大水溶液酸碱性都呈碱性，Na2CO3的碱性更强(2)化学性质与足量盐酸反应aNa2CO3与足量的盐酸反应：Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O。bNaHCO3与足量的盐酸反应：NaHCO3HCl=NaClCO2H2O。与碱(NaOH)溶液反应aNa2CO3溶液与NaOH溶液不反应。bNaHCO3与NaOH溶液反应：NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O。稳定性(后续探究)(3)重要应用碳酸钠：重要的化工原料，在玻璃、肥皂、合成洗涤剂、造纸、纺织、石油等方面有广泛的应用。碳酸氢钠：发酵粉的主要成分，可以做治疗胃酸过多的药剂。1碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性比较利用下图装置探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性问题思考(1)实验开始时，烧杯a、b中均有气泡冒出，能否说明Na2CO3和NaHCO3加热都发生了分解反应？提示：不能；因为气体受热时膨胀，烧杯中都会有气泡冒出。(2)实验时，烧杯a中澄清石灰水不变浑浊而烧杯b中澄清石灰水变浑浊，依据该实验现象得出的实验结论是什么？提示：Na2CO3受热不易分解，而NaHCO3受热分解生成CO2气体，因此热稳定性：Na2CO3NaHCO3。(3)若将大小试管中的Na2CO3和NaHCO3位置互换，能否给出相同的实验结论？提示：不能；因为大试管中固体受热温度高而小试管中受热温度低，NaHCO3受热分解的原因也可能是温度高引起的。2碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别问题思考(1)分别向等浓度的Na2CO3、NaHCO3溶液中滴加同浓度的CaCl2溶液如图1、图2所示，产生的实验现象相同吗？原因是什么？提示：不相同；图1中有白色沉淀生成，因为发生反应：Na2CO3CaCl2=2NaClCaCO3。图2中无明显现象，因为NaHCO3与CaCl2不反应。(2)利用该实验方法，能否鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液？提示：因为两者的实验现象不同，故可以鉴别两种溶液。1鉴别Na2CO3和NaHCO3的方法(1)固体鉴别法加热法给固体加热时产生使澄清石灰水变浑浊气体的为NaHCO3，无明显现象的为Na2CO3。(2)溶液鉴别方法沉淀法：向溶液中滴加BaCl2溶液，有白色沉淀生成的为Na2CO3，无明显现象的为NaHCO3；气体法：向溶液中逐滴加入稀盐酸，立即产生气泡的是NaHCO3，过一会才产生气泡的是Na2CO3。2Na2CO3与NaHCO3的除杂混合物(括号内的为杂质)除杂方法或所用试剂Na2CO3固体(NaHCO3)加热NaHCO3溶液(Na2CO3)通入足量CO2Na2CO3溶液(NaHCO3)加入适量的NaOH溶液3.Na2CO3与NaHCO3的相互转化涉及反应：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO32NaHCO3Na2CO3H2OCO2NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O1有两个试管分别装有Na2CO3和NaHCO3溶液，下列操作或判断正确的是()选项操作判断A分别加入澄清石灰水产生沉淀者为Na2CO3B分别加入等浓度的稀盐酸反应较剧烈者为Na2CO3C分别加入CaCl2溶液产生沉淀者为Na2CO3D逐滴加入等浓度的盐酸立即产生气泡者为Na2CO3解析：选CA项，Na2CO3Ca(OH)2=CaCO32NaOH,2NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3Na2CO32H2O；B项，Na2CO3、NaHCO3分别与等浓度盐酸反应时，NaHCO3反应剧烈；C项，Na2CO3CaCl2=CaCO32NaCl，NaHCO3与CaCl2不反应；D项，Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸，先后发生反应：Na2CO3HCl=NaHCO3NaCl，NaHCO3HCl=NaClCO2H2O，反应开始无现象，过一段时间产生气泡。2除去Na2CO3粉末中NaHCO3的方法是()A加入过量的NaOH溶液，再蒸发结晶B直接加热C加入Ba(OH)2固体D加入盐酸解析：选B除去Na2CO3粉末中的NaHCO3，利用加热分解NaHCO3的方法。三级训练节节过关1下列各组物质，不属于同素异形体的是()A金刚石和石墨B白磷和红磷CNa2O和Na2O2 D氧气和臭氧解析：选C同素异形体的研究对象是单质。2下列各组物质中的两种物质反应时，反应物用量或反应条件的改变对生成物没有影响的是()AC和O2 BNa2CO3和盐酸CNa和O2 DNaHCO3和NaOH解析：选DA项，CO2(足量)CO2,2CO2(不足)2CO；B项，Na2CO3HCl(少量)=NaClNaHCO3、Na2CO32HCl(足量)=2NaClCO2H2O；C项，4NaO2=2Na2O,2NaO2Na2O2；D项，NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O。3现有两瓶白色固体化学药品，一瓶为Na2CO3，另一瓶为NaHCO3。无法将其鉴别开来的方法是()A加热B两者分别与同浓度的稀盐酸反应C溶于水，加入CaCl2溶液D两者分别加入氢氧化钠溶液或Ba(OH)2溶液解析：选D加热时，试管内壁有较多水珠生成，且生成使澄清石灰水变浑浊的气体的是NaHCO3，A项正确；与同浓度的稀盐酸反应，可根据产生气泡的速度不同鉴别，B项正确；Na2CO3与CaCl2反应生成沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应，C项正确；两者与氢氧化钠溶液混合后均没有明显现象，与Ba(OH)2都能反应生成白色沉淀，现象完全相同，D项不能鉴别。4下列叙述中正确的是()A等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积不相同B向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为12C等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同D向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出解析：选DA项，根据碳原子守恒，等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同。B项，发生反应：COH=HCO，不生成CO2。C项，等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应时，NaHCO3产生的CO2多。D项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时发生反应：Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，反应中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、质量多，故NaHCO3会结晶析出。5在下列的空白处填写最适宜的除杂试剂或方法。(1)小苏打溶液中含少量苏打_；(2)苏打固体中含少量小苏打_；(3)CO2气体中混有少量的HCl气体_；(4)NaCl中含有少量碳酸钠_。解析：除杂时发生的反应分别为：(1)Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3；(2)2NaHCO3Na2CO3CO2H2O；(3)NaHCO3HCl=NaClCO2H2O；(4)Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O。答案：(1)通入过量的CO2气体(2)充分加热(3)混合气体通过盛有饱和的NaHCO3溶液的洗气瓶(4)加适量稀盐酸1.“只有一层碳原子厚的碳薄片”的石墨烯被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料，应用前景十分广阔。下列关于石墨烯的叙述正确的是()A石墨烯与金刚石、C60、C70是同素异形体B石墨烯是一种有机物C石墨烯中碳原子的化合价为3D石墨烯可导电，说明它是电解质解析：选AB项，石墨烯不是有机物；C项，石墨烯中碳原子呈0价；D项，石墨烯是单质，不是电解质。2下列物质的化学名称、化学式和俗名一致的是()A碳酸钙、CaCO3、生石灰B氢氧化钠、NaOH、纯碱C碳酸钠、Na2CO3、苏打D碳酸氢钠、NaHCO3、苏打解析：选CA项中，生石灰是CaO；B项中，纯碱是Na2CO3；D项中，苏打是Na2CO3。3下列说法错误的是()A铅笔芯的主要原料是石墨，儿童在使用时不会引起中毒BCO有毒，生有煤炉的居室可放置数盆清水，这样可有效地吸收CO，防止煤气中毒C纯碱水溶液显碱性，但不属于碱D大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧解析：选BCO不溶于水，故居室内放置清水，不能减少CO的含量。4除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是()A通入过量的二氧化碳气体B加入氢氧化钡溶液C加入澄清石灰水 D加入稀盐酸解析：选A二氧化碳与Na2CO3反应而不与NaHCO3反应，A正确；Na2CO3溶液、NaHCO3溶液与氢氧化钡溶液、澄清石灰水、盐酸均能发生反应，B、C、D错误。5下列既能跟NaOH溶液反应，又能跟盐酸反应的是()ANa2CO3溶液 BCaCO3CNaHCO3溶液 DNa2SO4溶液解析：选CA项只能与盐酸反应而不与氢氧化钠反应，错误；B项只能与盐酸反应而不与氢氧化钠反应，错误；C项与氢氧化钠反应生成碳酸钠，与盐酸反应生成二氧化碳，正确；D项既不能与氢氧化钠反应，又不能与盐酸反应，错误。6下列离子组在溶液中能大量共存的是()ANa、Ca2、HCO、COBK、H、CO、HCOCNa、Ba2、HCO、OHDCa2、Ba2、Cl、HCO解析：选DA项，Ca2CO=CaCO3；B项，HHCO=CO2H2O,2HCO=CO2H2O；C项，HCOOH=COH2O，Ba2CO=BaCO3。7下列试剂能用来鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的是()A盐酸 B澄清石灰水CNaCl溶液 DNaOH溶液解析：选A由于盐酸与NaHCO3反应比与Na2CO3反应剧烈，A项可以；澄清石灰水与NaHCO3、Na2CO3溶液均能生成白色沉淀，B项不可以；Na2CO3溶液、NaHCO3溶液与NaCl溶液均不反应，C项不可以；Na2CO3溶液与NaOH溶液不反应，NaHCO3溶液与NaOH溶液虽然反应但无明显现象，D项不可以。8有两份质量相同的NaHCO3，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()A21 B11C12 D41解析：选B不论NaHCO3是直接与酸反应，还是受热分解后的固体再与酸反应，其中的Na均转化为NaCl，即有关系NaHCO3NaClHCl，因此，所消耗盐酸的体积比为11。9(1)向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸，直到不再生成二氧化碳气体为止，则在此过程中，溶液中的碳酸氢根离子浓度的变化趋势可能是_。A逐渐减小B逐渐增大C先逐渐增大而后减小 D先逐渐减小而后增大简要说明理由：_。(2)向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2时，反应的离子方程式为_；现象为_；产生该现象的原因是_。答案：(1)CCO与H分两步反应，开始时发生反应：COH=HCO，HCO浓度增大，随着盐酸不断滴入，发生反应：HCOH=H2OCO2，HCO浓度减小(2)2NaCOCO2H2O=2NaHCO3析出晶体(或溶液变浑浊)NaHCO3的溶解度比Na2CO3的小，且溶剂质量减小，溶质NaHCO3结晶析出10充分加热碳酸钠和碳酸氢钠的混合物19 g，完全反应后固体质量减轻了3.1 g，求：(1)原混合物中碳酸钠的质量。(2)在剩余固体中，加入过量盐酸，反应后放出二氧化碳的体积(标准状况)。解析：(1)2NaHCO3Na2CO3H2OCO2m 168 g 62 g m 3.1 gm168 g8.4 g，则碳酸钠的质量为：19 g8.4 g10.6 g。(2)Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2106 g 22.4 L(193.1) g VV22.4 L3.36 L。答案：(1)10.6 g(2)3.36 L1下列叙述中，正确的是()A只含碳元素的物质一定是纯净物B金刚石和石墨具有相同的空间结构C石墨转变为金刚石属于物理变化DC60也是碳的单质解析：选D由金刚石、石墨组成的混合物只含碳元素，A项错误；由于金刚石、石墨的空间结构不同，才导致二者性质不同，B项错误；石墨、金刚石属于不同物质，二者的相互转化属于化学变化，C项错误。2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稀盐酸解析：选AA项，NaHCO3NaOH=Na2CO3H2O；B项，NaHCO3NaHSO4=Na2SO4CO2H2O，有气体生成；C项，NaHCO3Ba(OH)2=NaOHBaCO3H2O或2NaHCO3Ba(OH)2=Na2CO3BaCO32H2O，有沉淀生成；D项，NaHCO3HCl=NaClCO2H2O，有气体生成。3下列说法中不正确的是()ANa2CO3比NaHCO3易溶于水BNa2CO3比NaHCO3稳定CNa2CO3和NaHCO3都能跟石灰水反应得到白色沉淀D物质的量相等的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应得到CO2的物质的量之比为21解析：选DNaHCO3与石灰水反应时，反应物的量不同，产物也不相同，但不管以何种比例混合，都有CaCO3生成。当加入少量石灰水时，化学方程式为2NaHCO3Ca(OH)2=Na2CO3CaCO32H2O；当加入过量石灰水时，化学方程式为NaHCO3Ca(OH)2=NaOHCaCO3H2O，C正确；物质的量相等的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应可得到等量的CO2，D不正确。4关于Na2CO3和NaHCO3的比较中，下列说法不正确的是()ANaHCO3固体受热容易分解，而Na2CO3固体受热不容易分解B等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量同浓度的盐酸反应，前者消耗盐酸的量比后者多C等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中分别滴加2滴酚酞溶液，前者颜色比后者深DNa2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式相同解析：选D根据Na2CO3和NaHCO3的性质可知A正确；53 g (0.5 mol) Na2CO3消耗1 mol HCl,84 g (1 mol) NaHCO3消耗1 mol HCl，故等质量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量同浓度的盐酸反应，Na2CO3消耗盐酸的量比NaHCO3多，B正确；Na2CO3比NaHCO3水解能力强，等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液，前者碱性更强，滴加酚酞溶液，前者颜色比后者深，C正确；Na2CO3溶液与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式为Ba2CO=BaCO3，NaHCO3与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式为Ba22HCO2OH=BaCO3CO2H2O，D错误。5在天平的两个托盘上，分别放上质量相等的两个烧杯，在烧杯中分别加入等质量的质量分数相等的硫酸，此时天平处于平衡状态，然后分别向两只烧杯中加入等质量的NaHCO3和Na2CO3粉末，待Na2CO3和NaHCO3完全反应，则天平两边()A放Na2CO3的一端托盘下沉B放NaHCO3的一端托盘下沉C仍保持平衡D无法判断解析：选A设两者的质量均为m g，则碳酸钠的物质的量为m/106 mol，碳酸氢钠的物质的量为m/84 mol，1 mol 碳酸钠和硫酸反应生成1 mol二氧化碳，1 mol碳酸氢钠和硫酸反应也生成1 mol二氧化碳，因为相同质量碳酸氢钠的物质的量大于碳酸钠的物质的量，故碳酸氢钠放出的二氧化碳多，即反应后放碳酸氢钠一端质量小，所以A项正确。6下列各组物质不用任何外加试剂，只用胶头滴管和试管就能鉴别的是()AAgNO3溶液和NaCl溶液BBaCl2溶液和KHSO4溶液CCaCl2溶液和Na2CO3溶液DNa2CO3溶液和盐酸解析：选D不用外加试剂，只用胶头滴管和试管就能鉴别，必须是两种溶液改变互相滴加顺序出现不同的现象才能鉴别。D项，Na2CO3溶液滴入盐酸中：Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O，立即有气体产生，盐酸滴入Na2CO3溶液中时：HClNa2CO3=NaClNaHCO3、NaHCO3HCl=NaClCO2H2O，开始无气体，后来产生气体。7将106 g 的Na2CO3和84 g 的NaHCO3都经充分加热，再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解析：选ANa2CO32HCl=2NaClCO2H2O,106 g Na2CO3恰好与2 mol HCl反应，生成2 mol NaCl、1 mol CO2。2NaHCO3Na2CO3CO2H2O,84 g NaHCO3分解产生0.5 mol Na2CO3、0.5 mol CO2；0.5 mol Na2CO3再与HCl反应，消耗1 mol HCl，产生0.5 mol CO2、1 mol NaCl。B、C、D正确，A错误。8为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度，现将w1 g样品加热，其质量变为w2 g，则该样品的纯度(质量分数)是()A. B.C. D.解析：选A由2NaHCO3Na2CO3CO2H2Om 284 62 m(NaHCO3) w1w2m(NaHCO3)，则m(Na2CO3)w1m(NaHCO3)，Na2CO3的纯度为100%。9如图所示，向某Na2CO3溶液中滴入稀盐酸产生CO2的过程。(1)写出a点以前发生反应的离子方程式：_。(2)写出a点到b点发生反应的离子方程式：_。(3)若某Na2CO3溶液中含m mol Na2CO3，滴入一定量的稀盐酸，恰好使溶液中Cl和HCO的物质的量之比为21，则滴入稀盐酸的物质的量等于_ mol(用m表示)。解析：(1)a点以前无CO2产生，发生的反应为Na2CO3HCl=NaClNaHCO3。(2)a点到b点产生CO2的量随加入盐酸的量的增大而逐渐增加，发生的反应为NaHCO3HCl=N