高中化学 3.1.1 多种多样的碳单质 广泛存在的含碳化合物（精讲优练课型） 鲁科版必修1

1、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,一、多种多样的碳单质 1.同素异形体:由同一种元素组成的性质不同的几种_。 2.碳元素的同素异形体: (1)常见的同素异形体主要有_。 (2)性质不同的原因:碳原子的_不同。 【微点拨】C60是由60个碳原子形成的分子,单质,金刚石、石墨和C60,排列方式,二、广泛存在的含碳化合物 1.含碳化合物: (1)有机物:如CH4、蛋白质、淀粉等。 (2)无机物:氧化物,如CO、CO2等;碳酸盐,如正盐,如方解石(CaCO3),白云石CaMg(CO3)2,菱镁矿(MgCO3),菱铁矿(FeCO3),纯碱或苏打(Na

2、2CO3),小苏打(NaHCO3)等。 【微点拨】纯碱溶液显碱性,但不是碱,2.碳酸钠和碳酸氢钠,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,微点拨】钾、钠的碳酸氢盐的溶解度小于其碳酸盐,而钙、钡的碳酸氢盐的溶解度大于其碳酸盐,自我小测】 1.思考辨析: (1)组成元素相同的物质互为同素异形体。() 分析:。组成元素相同的不同单质互为同素异形体。 (2)由石墨制取金刚石属于物理变化。() 分析:。

3、石墨与金刚石属于不同物质,二者之间的转化属于化学变化,3)碳酸钠与酸反应但与碱不反应。() 分析:。碳酸钠既可以与酸反应,也可以与氢氧化钙反应。 (4)碳酸钠与碳酸氢钠可以相互转化。() 分析:。碳酸钠溶液通入二氧化碳生成碳酸氢钠,碳酸氢钠固体加热分解可以生成碳酸钠,2.下列物质互为同素异形体的是() A.CaCO3和MgCO3B.碳酸钠和碳酸氢钠 C.O2和O3D.Na和Na+ 【解析】选C。由同种元素组成的性质不同的单质是同素异形体,3.(LK必修1P72改编)下列叙述中,正确的是() A.由一种元素组成的物质一定是纯净物 B.金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的 C.石墨转化为金刚石不

4、属于化学变化 D.C60是新发现的一种碳的化合物,解析】选B。A项金刚石、石墨都是碳元素组成的单质,两者组成的物质是混合物;B项金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的,B正确;C项石墨转化为金刚石属于化学变化;D项C60是一种单质而不是化合物,4.下列物质中分别加入足量醋酸,会产生相同气体的是() 大理石;石灰石;小苏打;贝壳;纯碱 A.B.C.D. 【解析】选D。五种物质与醋酸反应都会产生CO2气体,5.除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3可采取的方法是() A.溶于水加入适量CaCl2溶液 B.加入过量氢氧化钠溶液 C.将混合物加热 D.加入稀盐酸 【解析】选C。加入CaCl2溶液

5、后与碳酸钠生成碳酸钙沉淀,A错;NaHCO3与氢氧化钠反应生成Na2CO3,但使用过量氢氧化钠会引入杂质,B错;NaHCO3受热分解为Na2CO3,C正确;盐酸与碳酸钠、碳酸氢钠都发生反应,D错,6.(LK必修1P72改编)下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较正确的 是() A.碳酸氢钠的热稳定性比碳酸钠的强 B.与盐酸反应放出等量的二氧化碳消耗碳酸钠的质量小于碳酸氢钠 C.等质量的固体与等浓度的盐酸分别反应时,碳酸氢钠反应的速率快 D.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应,前者消耗的盐酸少,解析】选C。NaHCO3受热容易分解,A项错误。放出1 mol CO2消耗 Na2CO3106 g

6、,消耗NaHCO384 g,B项错误。NaHCO3与盐酸反应的速率比 Na2CO3要快,这是因为HC +H+=H2O+CO2,而C 与H+结合生成CO2 分两步进行,先要生成HC ,然后再生成CO2,C项正确。1 mol Na2CO3 消耗2 mol HCl,而1 mol NaHCO3消耗1 mol HCl,D项错误,7.下列既能跟NaOH溶液反应、又能跟盐酸反应的是() A.Na2CO3溶液B.CaCO3 C.NaHCO3溶液D.Na2SO4溶液 【解析】选C。Na2CO3不与氢氧化钠反应,CaCO3不与氢氧化钠反应,Na2SO4与盐酸、氢氧化钠都不反应,故选C,一、同素异形体的理解及碳的同

7、素异形体 思考探究: 自然界中存在的金刚石、石墨以及人工合成的足球烯(C60)等都是由碳元素形成的。石墨因其良好的导电性常用作电极,金刚石硬度极大可作玻璃刻刀,而足球烯因为特殊的结构常用作催化剂的载体。 结合上述信息及相关知识,思考下列问题,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? (2)它们的化学性质相同吗,归纳总结】 1.正确理解同素异形体的概念: (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方式。 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

8、异形体,3.同素异形体的性质: (1)物理性质:由于结构上的差异,同素异形体的物理性质,如颜色、熔沸点、硬度等有较大的差异。 (2)化学性质:由于同素异形体组成元素相同,因此化学性质基本相同,如金刚石、石墨在高温下与氧气反应都生成二氧化碳,点拨】同素异形体的存在与性质 (1)金属元素无同素异形体,部分非金属元素有同素异形体。 (2)同素异形体之间的转化一定属于化学变化,但不是氧化还原反应。 (3)同种元素组成的物质不一定是纯净物,如石墨和金刚石组成的物质就是混合物。 (4)同素异形体物理性质不同,但是化学性质几乎相同,典题训练】(2015武汉高一检测)据报道,科学家已成功由N2合成 了少量N4

9、、 ,下列有关说法正确的是() A.N4、 互为同素异形体 B.N4、N2的组成元素相同,因此性质完全相同 C.28 g的N4和N2的混合物中所含氮原子数为2NA D. 的摩尔质量是71 gmol-1,解题指南】解答本题需注意以下3点: (1)同素异形体是同种元素形成的不同单质。 (2)结构决定物质的性质。 (3)摩尔质量在数值上等于相对分子质量,解析】选C。同种元素形成的不同单质之间互称同素异形体,N4是氮元素形成的单质,但是 属于离子,故A错;N4与N2互为同素异形体,二者的物理性质不同,化学性质相近,B错;N4与N2均是由氮原子组成的,因此28 g的混合物中氮原子为2 mol,数目为2N

10、A,C正确; 的摩尔质量应是70 gmol-1,D错,方法规律】解答同素异形体问题的关键点 (1)组成元素是同一种化学性质相似; (2)分子组成与结构不同物理性质有差异; (3)物质类别属于单质既不是化合物也不能是混合物,对点训练】 下列说法正确的是() 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、P4互为同素异形体 D.H2O和H2O2互为同素异形体,解析】选B。金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是碳原子排列的方式不同,即结构不同,A不正确;金刚石、石墨和C60都由碳元素组成,与足量氧气反应产物都是

11、二氧化碳,B正确;C60、P4不是由同种元素组成的,C不正确;同素异形体的研究对象是单质,H2O和H2O2属于化合物,D不正确,补偿训练】1.(双选)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

12、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,2.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,二、碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别及相

13、互转化 典题探究:1.(2015衡水高一检测)有两个分别装有Na2CO3和NaHCO3固体的试剂瓶,因标签脱落而无法区分。有四位同学为鉴别它们,分别设计了下列四种不同的方法,其中不可行的是() A.分别取样配成溶液,再加入澄清石灰水,观察是否有沉淀生成 B.分别取样配成溶液后,逐滴加入相同浓度和相同体积的稀盐酸,观察反应的快慢 C.分别取样加热,再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生 D.分别取样加热,称量加热前后的固体质量,解题指南】解答本题要注意以下3点: (1)碳酸钠与碳酸氢钠的性质区别在于阴离子不同。 (2)澄清石灰水与碳酸钠、碳酸氢钠都反应,产生沉淀。 (3)碳酸钠溶液中逐滴滴加盐

14、酸时,开始时无气泡,解析】选A。Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2 =CaCO3+Na2CO3+2H2O,现象相同,A项不可行;向Na2CO3中滴加盐 酸发生Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaClNaHCO3+HCl=NaCl+CO2 +H2O,开始无明显现象,后有无色气体产生,向NaHCO3中滴加盐酸发 生反应,立即有无色气体产生,B可以;2NaHCO3 Na2CO3+CO2 +H2O,Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O,C项可以;NaHCO3受热分解,质量 减少,Na2CO3加热前后质量不变,D项可以,2.(2015镇江高一检

15、测)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12 C.NaHCO3能转化成Na2CO3,但Na2CO3不能转化成NaHCO3 D.向Na2CO3饱和溶液中通入CO2,有NaHCO3结晶析出,解题指南】解答本题需注意以下两点: (1)Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸先转化为HC ,再转化为CO2。 (2)NaHCO3的溶解度小于Na2CO3,解析】选D。A项,根据碳原子守恒,等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分 别与

16、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:C +H+=HC ,不生成CO2;C项,能相互转化:NaHCO3+NaOH =Na2CO3+H2O,Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3;D项,向饱和Na2CO3溶液 中通入CO2时发生反应:Na2CO3+CO2+H2O=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,归纳总结】 1.固体的鉴别方法: (1)加热:产生使石灰水变浑浊气体的是NaHCO3。 (2)加酸:NaHCO3比Na2CO3反应剧烈。 (3)加少量水:Na2CO3结块且有明显的热量变化,2.溶液的鉴

17、别方法: (1)沉淀法:滴加氯化钡或氯化钙溶液,有沉淀生成的是Na2CO3,无变化的是NaHCO3。 (2)气体法:逐滴加入稀盐酸立即产生气体的是NaHCO3,开始不产生气体,滴加一定稀盐酸才产生气体的是Na2CO3。 (3)酚酞法:等浓度Na2CO3和NaHCO3溶液中滴入2滴酚酞溶液,溶液变红较深的是Na2CO3,较浅的是NaHCO3,3.二者的相互转化: Na2CO3 NaHCO3,1)Na2CO3NaHCO3。 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

18、,反应方程式为 Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl,2)NaHCO3Na2CO3。 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2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O。 溶液:向碳酸氢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,警示】(1)Na2CO3溶液与盐酸反应时,滴加方式不同,反应不同,现象不同,产生CO2的量也不一定相同。 (2)不能利用Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液来鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液,因两者现象相同都产生白色沉淀,拓展深化】饱和碳酸钠溶液中通入CO2会生成白

19、色沉淀的原因 饱和碳酸钠溶液中通入CO2发生的反应为Na2CO3+H2O+CO2= 2NaHCO3。产生白色沉淀的原因有三点: (1)NaHCO3的溶解度比Na2CO3小; (2)反应中有水参与,导致溶剂质量减少; (3)生成NaHCO3的质量大于Na2CO3的质量,导致溶质质量增加,对点训练】 纯净的碳酸钠ag;碳酸钠与碳酸氢钠的混合物ag,两者相比下列各种情况的描述正确的是() A.分别和盐酸完全反应时,混合物的耗酸量大 B.分别和盐酸完全反应时,纯净的碳酸钠放出的CO2多 C.分别溶于水,再加入足量澄清石灰水,混合物得到的沉淀质量大 D.分别配成等体积溶液,混合物溶液中的Na+的物质的量

20、浓度大,解析】选C。同质量的Na2CO3比NaHCO3耗酸量要多,但是产生的CO2要少,故A、B项均错误;同质量的两组物质,混合物含的碳元素较多,故最终转化成CaCO3沉淀的质量就大,C项正确;同质量的Na2CO3比NaHCO3所含Na+的物质的量大,故配成等体积溶液后纯净的碳酸钠溶液中的Na+的物质的量浓度大,故D项错误,补偿训练】下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的质量分数的是() A.取ag混合物充分加热,减重bg B.取ag混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得bg固体 C.取ag混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重bg

21、D.取ag混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得bg固体,解析】选C。A中:将混合物加热时NaHCO3分解,则 2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2Om 842 62 m(NaHCO3) b 故m(NaHCO3)= b, m(Na2CO3)=a- b。 w(Na2CO3)= 100%=1-,B中:取ag混合物与足量盐酸发生反应: Na2CO3+2HCl=CO2+H2O +2NaCl 106 58.52 m(Na2CO3) m1(NaCl) NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2 84 58.5 m(NaHCO3) m2(NaCl,可列方程组如下: m(Na2

22、CO3)+m(NaHCO3)=a m1(NaCl)+m2(NaCl)=b 可求得m(Na2CO3),进而求得质量分数。 C中:取ag混合物加入足量稀硫酸时,发生反应 Na2CO3+H2SO4=CO2+H2O+Na2SO4 2NaHCO3+H2SO4=2CO2+2H2O+Na2SO4,因逸出的气体中既包括CO2气体,又包括水蒸气,且无法确定二者关系,故依据增重bg无法进行计算。 D中:取ag混合物加入足量Ba(OH)2溶液时,发生反应 Ba(OH)2+Na2CO3=BaCO3+2NaOH 106 197 m(Na2CO3) m1(BaCO3) Ba(OH)2+NaHCO3=BaCO3+NaOH+H2O 84 197 m(NaHCO3) m2(BaCO3,可列方程组如下: m(Na2CO3)+m(NaHCO3)=a m1(BaCO3)+m2(BaCO3)=b 可求得m(Na2CO3),进而求得质量分数,碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性的比较,合作探究】 分析上述甲、乙两套装置,回答下列相关问题。 1.在甲图所示装置中分别加入Na2CO3、NaHCO3来探究其热稳定性的强弱。分析在实验操作时甲装置有哪些缺点? 提示:反应不是同步进行,不能保证外部温度完全相同,对比性也不明显,2