高中化學(xué)碳的多樣性文字素材5魯科版必修1

1、第1節(jié) 碳的多樣性在一百多種元素中，有一種元素組成的單質(zhì)和化合物種類已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過三千萬種，你知道這是哪一種元素嗎？對了，這種元素就是碳元素。在初中我們接觸過碳，知道碳既是構(gòu)成生物體的基本元素，又是構(gòu)成地殼中巖石和化石燃料的主要元素。碳以多種形態(tài)存在于自然界中。下面，就讓我們一起來感受碳的多樣性吧。 研習(xí)教材重難點碳單質(zhì)的多樣性1同素異形體（1）同素異形體的概念：由同一種元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì)，叫做該元素的同素異形體。（2）常見的同素異形體：碳：金剛石、石墨、c60；氧：氧氣、臭氧（o3）?！绢I(lǐng)悟·整合】由于同素異形體由同種元素構(gòu)成，所以同素異形體往往具有相似的化學(xué)性質(zhì)；但由于組

2、成同素異形體各種單質(zhì)的原子間連接的方式不同（即結(jié)構(gòu)不同），因此同素異形體的物理性質(zhì)往往有很大差別。2金剛石、石墨、c60（1）結(jié)構(gòu)金剛石：每個碳原子與另外4個碳原子以一種較強的相互作用相連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。石墨：石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)。在同一層內(nèi)，碳原子排列成正六邊形(碳原子位于正六邊形的頂點上)，一個個正六邊形排列成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相連。在同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以較強的相互作用相結(jié)合，但層與層之間以一種較弱的相互作用相結(jié)合。c60：c60分子是由60個碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球，由12個正五邊形和20個正六邊形組成。分子內(nèi)部，碳原子間

3、以較強的相互作用結(jié)合，但分子間的相互作用較弱。（2）性質(zhì)同素異形體金剛石石墨c60主要物理性質(zhì)硬度大、熔沸點高硬度小、熔沸點高，易導(dǎo)電硬度小、熔沸點低主要化學(xué)性質(zhì)相似，如在一定條件下都可與氧氣反應(yīng)，生成co2【知識·鏈接】 昂貴的實驗：1797年英國化學(xué)家錢南為了測出金剛石的成分，做了一個非常昂貴的實驗。他將金剛石放在密閉的、充滿氧氣的箱子里進行燃燒（箱子是純金制的），結(jié)果卻令人非常意外-子里的氣體成分竟然是二氧化碳。 碳-60家族：這一類物質(zhì)的分子式可以表示為cn，n為28到540之間的整數(shù)值，有c50、c60、c70、c84、c240等，科學(xué)家預(yù)言c540有可能實現(xiàn)室溫超導(dǎo)；也有

4、設(shè)想將某些藥物置入c60球體空腔內(nèi)，成為緩釋型的藥物。碳-60家族已經(jīng)廣泛地影響到物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命及醫(yī)藥科學(xué)各領(lǐng)域。碳納米管：碳納米管可分單層及多層的碳納米管，它是由單層或多層同心軸石墨層卷曲而成的中空碳管。碳納米管非常微小，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)絲寬。利用碳納米管可以制成高強度碳纖維材料和復(fù)合材料，如其強度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6，被科學(xué)家稱為未來的“超級纖維”。 碳納米管在航天、電子、儲氫等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。 廣泛存在的含碳化合物1常見的含碳化合物（1）有機化合物：如蛋白質(zhì)、淀粉、油脂、以及石油、液化氣、天然氣等的主要成分；（2）無機化合物：co、co

5、2、h2co3、碳酸鈉、碳酸氫鈉、大理石、方解石、白云石、菱鋅礦、菱鎂礦、菱鐵礦等。2碳酸鈉和碳酸氫鈉（1）碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較化學(xué)式na2co3nahco3俗名純堿、蘇打小蘇打色態(tài)白色粉末細(xì)小白色晶體溶解性易溶于水較易溶于水(溶解度較na2co3小)熱穩(wěn)定性不易分解受熱易分解2nahco3na2co3co2h2o與hcl反應(yīng)na2co32hclco2h2o(較快)nahco3hclco2h2o(劇烈)與naoh反應(yīng)不反應(yīng)hco3-ohco32-h2o與co2反應(yīng)na2co3co2h2o2nahco3不反應(yīng)用途用于玻璃、肥皂、造紙、紡織等工業(yè)；洗滌劑發(fā)酵劑、滅火器，醫(yī)療上用于治胃酸過多（2）

6、碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別方法熱穩(wěn)定性不同。分別加熱少量固體，若發(fā)生分解反應(yīng)，將產(chǎn)生的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁的原試劑是nahco3，另一個為na2co3。和酸反應(yīng)生成氣體的速率不同。分別取一定量的固體，加入等濃度等體積的鹽酸，反應(yīng)快、產(chǎn)生氣體相應(yīng)多的為碳酸氫鈉，另一個為碳酸鈉。陰離子不同。分別取其稀溶液，滴加氯化鋇稀溶液或cacl2溶液，產(chǎn)生沉淀的原試劑為碳酸鈉，另一個為碳酸氫鈉（特別注意：該方法必須取極稀溶液）。（3）na2co3和nahco3在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化：溶液中：nahco3+naoh=na2co3+h2o， na2co3+co2+h2o=2nahco3固體中：naoh

7、+nahco3na2co3+h2o，2nahco3na2co3+co2+h2o【品思·感悟】na2co3與鹽酸反應(yīng)是分步進行的：na2co3hclnahco3nacl， nahco3hclco2h2o（1）由于nahco3跟hcl反應(yīng)一步完成，所以nahco3跟hcl反應(yīng)比na2co3跟hcl反應(yīng)放出co2的速率快。（2）當(dāng)na2co3溶液與稀鹽酸反應(yīng)時，加入試劑的次序不同，產(chǎn)生的現(xiàn)象不同若往碳酸鈉溶液中滴加鹽酸，由于碳酸鈉的量多，而加入的酸（氫離子）少，第二步反應(yīng)尚未進行，產(chǎn)生的氣體較少（有可能在滴加的局部范圍內(nèi)完成二步反應(yīng)，看到有氣體產(chǎn)生）。滴加一定量以后，溶液已轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉溶

8、液，再加入鹽酸，很快反應(yīng)產(chǎn)生氣體，量也較多若將碳酸鈉溶液滴加到鹽酸中，則情況大不一樣，試管中酸充足過量，滴入碳酸鈉溶液很快完成上述二步反應(yīng)，因此很容易觀察到氣體產(chǎn)生。利用上述現(xiàn)象，可以不用任何試劑鑒別二者。碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1自然界中碳及其化合物的轉(zhuǎn)化（1）碳及其化合物在自然界中的轉(zhuǎn)化示意圖（2）模擬溶洞的形成溶洞的形成原理石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣。碳酸鈣遇到溶有二氧化碳的水時，會慢慢變成可溶于水的碳酸氫鈣ca(hco3)2。當(dāng)受熱或壓強突然變小時，水中碳酸氫鈣會分解，重新變成碳酸鈣沉積下來。在自然界里不斷發(fā)生上述反應(yīng)，石灰?guī)r逐漸變成碳酸氫鈣而溶解掉，形成溶洞；碳酸氫鈣不斷分解，生成的碳酸鈣

9、逐漸沉積，形成千姿百態(tài)的鐘乳石、石筍和石柱。實驗報告：實驗?zāi)康模禾骄咳芏吹男纬稍韺嶒灉?zhǔn)備：將co2通入澄清石灰水中，得到caco3白色沉淀，備用。實驗方案及實驗記錄：實驗步驟實驗現(xiàn)象化學(xué)方程式向得到的懸濁液中繼續(xù)通入足量的co2氣體caco3白色沉淀逐漸溶解caco3co2+h2oca(hco3)2 將所得溶液小心加熱溶液重新變渾濁并冒出氣泡ca(hco3)2caco3co2+h2o【梳理·總結(jié)】自然界在永不停息的進行著碳的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化形式多種多樣，速度也有快有慢，總體上處于平衡狀態(tài)。但是，由于現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳?xì)怏w進入大氣

10、，破壞了這種平衡，造成了“溫室效應(yīng)”。2生產(chǎn)和生活中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化（1）高爐煉鐵原料：焦炭、鐵礦石；高爐煤氣的主要成分：co、co2、fe2o3、n2等；co生成的化學(xué)方程式： co2co2；c co2 2co還原鐵的氧化物的化學(xué)方程式：fe2o3 3co2 fe 3co2（2）木炭燃燒：co2 co2 2co22co 2coo22co2 cco2 2co生成水煤氣的化學(xué)方程式為：ch2ocoh2【聯(lián)想·發(fā)散】碳作還原劑的特殊性碳作還原劑，溫度越高，還原性越強，在反應(yīng)中碳的氧化產(chǎn)物可以是co2和co。當(dāng)溫度較低時（理論上小于710），碳傾向生成穩(wěn)定的co2（如：實驗室用c還原cuo），一般溫度超過1000，只要有固態(tài)碳存在，生成的氣體是co而co作還原劑，溫度越低還原性越強，如co只有在低于600時，才能還原feo，所以在高爐中主要的出鐵反應(yīng)是在爐體上部（低溫區(qū)）發(fā)生的。（3）水垢