高中化学 第三章 自然界中的元素 第1节 碳的多样性学案（2）鲁科版必修1.doc

第1节 碳的多样性庖丁巧解牛知识巧学升华 一、多种多样的碳单质 1碳元素的存在 2不同碳单质列表比较碳单质物理性质化学性质主要用途石墨深灰色、质软、不透明、易导电的片状固体能够燃烧生成二氧化碳作电极、润滑剂金刚石无色透明、硬度大的固体能够燃烧生成二氧化碳饰品、切削工具c60灰黑色固体能够燃烧生成二氧化碳用于材料科学等领域，作润滑剂 要点提示 注意此处空半格金刚石、石墨、c60都是碳的同素异形体。（同素异形体是指同种元素形成的不同单质） 3不同碳单质的结构特点 （1）石墨的结构特点石墨的片层结构 c原子呈层状排列，每层上的所有c原子都在同一平面上。 片层内每个c原子与它周围的3个c原子相连，形成平面正六边形。 （2）金刚石的结构特点 最小环状结构 每个c原子与它周围相连的4个c原子形成1个正四面体。 每6个c原子形成1个最小的环状结构，6个c原子不在同一平面上。 （3）c60的结构特点c60中的正五边形和正六边形 球状结构，形似足球，号称足球烯。 每个c60分子中，含有12个正五边形和20个正六边形。 4同素异形体 由同一种元素形成的不同的单质，叫做该元素的同素异形体。 碳元素的同素异形体有金刚石、石墨、c60等，氧元素的同素异形体有o2、o3。 要点提示 注意此处空半格（1）同素异形体可从字面理解其含义，“同素”即同种元素，“异形”即不同的结构，具有不同的物理性质。 （2）同素异形体中只含1种元素，是单质，不是原子，更不是化合物。 二、广泛存在的含碳化合物 1含碳化合物：碳元素在自然界中主要以化合态的形式存在，碳元素是构成化合物种类最多的元素。 2na2co3与nahco3 （1）物理性质和用途：碳酸钠俗称纯碱或苏打，是白色固体，广泛用于玻璃、造纸等工业；碳酸氢钠俗称小苏打，是白色固体，是焙制糕点所用的发酵粉的主要成分之一。 （2）na2co3和nahco3的化学性质 与酸反应实验方案实验现象实验结论na2co3（s）+hcl（aq）生成无色气体，气体能使澄清石灰水变浑浊生成co2气体nahco3（s）+hcl（aq）生成无色气体，气体能使澄清石灰水变浑浊生成co2，反应速率比na2co3快 化学方程式：na2co3+2hcl2nacl+h2o+co2,nahco3+hclnacl+h2o+co2 离子方程式：+2h+h2o+co2, +h+h2o+co2 要点提示 注意此处空半格na2co3与hcl的反应共分两步进行： （1）na2co3+hclnahco3+nacl （2）nahco3+hclnacl+h2o+co2 总：na2co3+2hcl2nacl+h2o+co2 与碱反应实验方案实验现象实验结论na2co3（aq）+ba（oh）2（aq）生成白色沉淀生成baco3沉淀nahco3（aq）+ba（oh）2（aq）生成白色沉淀生成baco3沉淀 化学方程式：na2co3+ba（oh）2baco3+2naoh 2nahco3+ba（oh）2baco3+na2co3+2h2o 离子方程式：+ba2+baco32h+2oh+ba2+baco3+2h2o+ 与盐反应实验方案实验现象实验结论na2co3（aq）+bacl2（aq）生成白色沉淀生成baco3沉淀nahco3（aq）+bacl2（aq）无明显现象不反应 化学方程式：na2co3+bacl2baco3+2nacl nahco3+bacl2不反应 离子方程式：+ba2baco3 要点提示 注意此处空半格可以与ba2+反应生成白色沉淀，但与ba2+不反应。鉴别na2co3和nahco3可用bacl2溶液：滴入bacl2溶液能生成白色沉淀的是na2co3溶液，无明显现象的是nahco3溶液。 nahco3的其他性质受热分解。 nahco3热稳定性差，受热发生分解反应：2nahco3na2co3+h2o+co2na2co3热稳定性好，受热不发生分解反应。 要点提示 注意此处空半格不仅固体nahco3受热易分解，所有的碳酸氢盐固体受热都易发生分解。 （3）碳酸盐与碳酸氢盐的相互转化： 一般说来，碳酸盐能与碳酸（二氧化碳和水）反应转化为碳酸氢盐，碳酸氢盐能与碱反应转化为碳酸盐。 上述转化的化学方程式为 na2co3+h2o+co22nahco3 nahco3+hclnacl+h2o+co2 na2co3+2hcl2nacl+h2o+co2 co2+naohnahco3 2nahco3na2co3+h2o+co2 nahco3+naohna2co3+h2o co2+2naohna2co3+h2o（4）na2co3与nahco3比较na2co3nahco3俗名纯碱、苏打小苏打色态白色粉末白色晶体溶解性大较小稳定性难分解受热易分解与盐酸反应+2h+h2o+co2+h+h2o+co2与氢氧化钠反应不反应+oh+h2o与cacl2反应ca2+caco3不反应鉴别加热不分解，与cacl2反应生成白色沉淀加热易分解，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊；与cacl2不反应转化用途玻璃、造纸发酵粉、制药 三、碳及其化合物之间的转化 1自然界中碳及其化合物间的转化 （1）转化 碳在自然界中的循环是生命活动的一部分，因为碳是构成蛋白质的重要元素。 （2）模拟溶洞的形成实验内容实验现象有关化学方程式及离子方程式ca（oh）2（aq）中通入co2澄清石灰水变浑浊ca（oh）2+co2caco3+h2oca2+2oh+co2caco3+h2ocaco3浊液中通入足量co2caco3溶液变澄清caco3+h2o+co2ca（hco3）2caco3+h2o+co2ca2+2加热ca（hco3）2（aq）ca（hco3）2（aq）变浑浊ca（hco3）2caco3+h2o+co2ca2+2caco3+h2o+co2 要点提示 注意此处空半格溶洞的形成就是通过caco3与ca（hco3）2之间的相互转化来实现的。在书写离子方程式时，ca（oh）2有两种形式。若题干中指明是澄清石灰水则写成离子形式，若题干中指明是石灰乳则写成化学式。 （3）自然界中碳及其化合物的其他转化 火山喷发比较频繁的时代，火山把大量的co2喷发到大气里。 热带植物大量死亡的时代，死亡的植物经过漫长的过程转化成煤。人类的活动，特别是化石燃料的大量燃烧，使大气中co2的含量猛增，破坏了自然界里碳及其化合物间的转化平衡，导致了“温室效应”。 2生活和生产中碳及其化合物间的转化 （1）高炉炼铁原理 co的产生：c+o2co2，co2+c2co 在co还原铁矿石的过程中，c元素被氧化：feo+cofe+co2，fe3o4+4co3fe+4co2，fe2o3+3co2fe+3co2。 （2）cco:2+2 cco2：+ coco2：2+2 co2co：+2o 要点提示 o2是常见的氧化剂，c、co是常见的还原剂。 （2）木炭燃烧 （3）水垢的形成过程：水垢的主要成分是caco3 ca（hco3）2caco3+h2o+co2 水垢中还有mg（oh）2，其形成过程为： mg（hco3）2mgco3+h2o+co2 mgco3+h2omg（oh）2+co2 （4）有机物的合成 1828年，德国化学家维勒用无机化合物首次合成出有机物尿素。 今天人类已合成出几千万种的有机物。 有机合成大师是美国化学家伍德沃德，10年间合成了20多种复杂化合物，荣获1965年诺贝尔化学奖。1965年，正是我国化学家合成出结晶牛胰岛素的那一年。问题思路探究 问题1 （1）如何除去na2co3固体中少量的nahco3杂质？ （2）如何除去na2co3溶液中少量的nahco3杂质？ （3）如何除去nahco3溶液中少量的na2co3？ （4）在饱和na2co3溶液中通入足量的co2，有何现象？ 思路:nahco3固体受热分解，nahco3能与naoh反应生成na2co3,而na2co3与naoh不反应。na2co3+h2o+co22nahco3利用此反应可以除去nahco3溶液中少量的na2co3杂质。 探究:（1）加热。（2）加适量的naoh溶液。（3）通足量co2。（4）析出固体（理由是nahco3的溶解度比na2co3的溶解度小）。 问题2 向澄清石灰水中通co2气体会不会产生越通越浑浊的现象？将含有碳酸氢钙的水加热，会有什么现象？ 思路:澄清石灰水与co2反应生成沉淀，继续通入沉淀会消失。碳酸氢钙受热分解生成caco3。 探究:不会，因为生成的碳酸钙与含有二氧化碳的水溶液继续反应，生成可溶性的碳酸氢钙，而含有碳酸氢钙的水溶液加热时，可溶性的碳酸氢钙又会分解生成不溶性的碳酸钙，这也是自然界中碳酸钙与碳酸氢钙的相互转化典题热题新题 例1（1）为什么碳元素的三种同素异形体物理性质差别很大，化学性质却相似？ （2）如何证明石墨、金刚石、c60都是由碳元素组成的？ 解析：石墨、金刚石、c60中碳原子的排列方式（结构）不同，所以，性质不同，分析结构和组成是解决问题的关键，证明石墨、金刚石、c60都是由碳元素组成，因为同种元素的燃烧产物相同，所以，燃烧法可证明都含有碳元素。 答案：（1）由于石墨是层状结构、金刚石是空间立体网状结构、c60是球形小分子，它们碳原子的连接和排列方式不同，所以物理性质相差很大。由于组成元素都是碳元素，所以化学性质相似。 （2）可以用燃烧都生成二氧化碳的方法来证明这三种物质的组成元素相同。 深化升华 注意此处空半格物质的结构决定物质的性质，所以分析一种或几种物质的性质时，要从结构入手分析，属于同素体的物质还有o2与o3，红磷和白磷等，它们之间都是物理性质不同，其中红磷与白磷化学性质相似，o2与o3化学性质略有不同。 例2甲、乙两同学都来制取较纯净的碳酸钠溶液，分别设计了下列实验方案： 甲：如图所示实验装置，将大理石与稀盐酸反应得到的co2直接通入氢氧化钠溶液中。 乙：如图所示，将氢氧化钠溶液分成两等份，用下列实验装置，再将大理石与稀盐酸反应得到的co2经饱和碳酸氢钠洗涤后长时间通入其中一份氢氧化钠溶液中，并将所得溶液小心加热煮沸12分钟，以赶走溶解在溶液中的过量co2；再将另一份氢氧化钠溶液与此份溶液混合。哪位同学能获得较纯净的碳酸钠？为什么？乙同学的加热煮沸有没有必要？ 解析：向氢氧化钠溶液中通入二氧化碳时，若二氧化碳不足，则得到的是碳酸钠和氢氧化钠的混合物；若二氧化碳大于naoh的物质的量、小于2倍的naoh的物质的量，则得到的是碳酸钠和碳酸氢钠的混合物；若二氧化碳大于2倍的naoh的物质的量，则得到nahco3。即二氧化碳的量很难控制。根据化学方程式：nahco3+naohna2co3+h2o，等物质的量的nahco3和naoh混合生成na2co3。如果乙同学加热煮沸赶尽溶解的co2，则溶解的co2与氢氧化钠反应，最终得到的是nahco3和na2co3的混合物。 答案：乙同学。向氢氧化钠溶液中通co2，很难把握co2的量，乙用等物质的量的碳酸氢钠与氢氧化钠反应，两者恰好完全反应，生成的是碳酸钠。煮沸是为了除去碳酸氢钠溶液中溶解的co2，因碳酸氢钠在100以上才分解，所以不会使碳酸氢钠发生分解。 深化升华 注意此处空半格向氢氧化钠溶液中通入二氧化碳，制取较纯净的碳酸钠溶液，要考虑co2过量产生的碳酸氢钠和二氧化碳的溶解会带来杂质。所以，用等物质的量的碳酸氢钠与氢氧化钠反应，两者恰好完全反应，生成的是纯净的碳酸钠溶液。 例3根据以下叙述，回答第（1）（3）小题： 某化工厂按如下步骤进行生产：以煤为燃料煅烧石灰石；用饱和na2co3溶液充分吸收步骤中产生的二氧化碳；使步骤中产生的氧化钙与水反应；消石灰与碳酸钠反应。 （1）该厂生产过程中起始原料是_；最终产品是_。 （2）该厂生产过程的优点是（） 排放的气体对大气无污染生产过程中的部分产品可作为原料使用高温作业 a只有b只有c和d和 （3）写