化學(xué)魯科版必修1 碳的多樣性 學(xué)案2

1、庖丁巧解牛知識(shí)·巧學(xué)·升華 一、多種多樣的碳單質(zhì) 1碳元素的存在 2不同碳單質(zhì)列表比較碳單質(zhì)物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)主要用途石墨深灰色、質(zhì)軟、不透明、易導(dǎo)電的片狀固體能夠燃燒生成二氧化碳作電極、潤(rùn)滑劑金剛石無色透明、硬度大的固體能夠燃燒生成二氧化碳飾品、切削工具C60灰黑色固體能夠燃燒生成二氧化碳用于材料科學(xué)等領(lǐng)域，作潤(rùn)滑劑 要點(diǎn)提示 注意此處空半格金剛石、石墨、C60都是碳的同素異形體。（同素異形體是指同種元素形成的不同單質(zhì)） 3不同碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）石墨的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)石墨的片層結(jié)構(gòu) C原子呈層狀排列，每層上的所有C原子都在同一平面上。 片層內(nèi)每個(gè)C原子與它周圍的3個(gè)C原子相連

2、，形成平面正六邊形。 （2）金剛石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 最小環(huán)狀結(jié)構(gòu) 每個(gè)C原子與它周圍相連的4個(gè)C原子形成1個(gè)正四面體。 每6個(gè)C原子形成1個(gè)最小的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，6個(gè)C原子不在同一平面上。 （3）C60的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)C60中的正五邊形和正六邊形 球狀結(jié)構(gòu)，形似足球，號(hào)稱足球烯。 每個(gè)C60分子中，含有12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形。 4同素異形體 由同一種元素形成的不同的單質(zhì)，叫做該元素的同素異形體。 碳元素的同素異形體有金剛石、石墨、C60等，氧元素的同素異形體有O2、O3。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格（1）同素異形體可從字面理解其含義，“同素”即同種元素，“異形”即不同的結(jié)構(gòu)，具有不同的物理性質(zhì)。 （2）同

3、素異形體中只含1種元素，是單質(zhì)，不是原子，更不是化合物。 二、廣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態(tài)的形式存在，碳元素是構(gòu)成化合物種類最多的元素。 2Na2CO3與NaHCO3 （1）物理性質(zhì)和用途：碳酸鈉俗稱純堿或蘇打，是白色固體，廣泛用于玻璃、造紙等工業(yè)；碳酸氫鈉俗稱小蘇打，是白色固體，是焙制糕點(diǎn)所用的發(fā)酵粉的主要成分之一。 （2）Na2CO3和NaHCO3的化學(xué)性質(zhì) 與酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論Na2CO3（s）+HCl（aq）生成無色氣體，氣體能使澄清石灰水變渾濁生成CO2氣體NaHCO3（s）+HCl（aq）生成無色氣體，氣體能使澄清石灰水變渾濁生成CO

4、2，反應(yīng)速率比Na2CO3快 化學(xué)方程式：Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2,NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2 離子方程式：+2H+H2O+CO2, +H+H2O+CO2 要點(diǎn)提示 注意此處空半格Na2CO3與HCl的反應(yīng)共分兩步進(jìn)行： （1）Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl （2）NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2 總：Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 與堿反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論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

5、 化學(xué)方程式：Na2CO3+Ba（OH）2BaCO3+2NaOH 2NaHCO3+Ba（OH）2BaCO3+Na2CO3+2H2O 離子方程式：+Ba2+BaCO32H+2OH+Ba2+BaCO3+2H2O+ 與鹽反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論Na2CO3（aq）+BaCl2（aq）生成白色沉淀生成BaCO3沉淀NaHCO3（aq）+BaCl2（aq）無明顯現(xiàn)象不反應(yīng) 化學(xué)方程式：Na2CO3+BaCl2BaCO3+2NaCl NaHCO3+BaCl2不反應(yīng) 離子方程式：+Ba2BaCO3 要點(diǎn)提示 注意此處空半格可以與Ba2+反應(yīng)生成白色沉淀，但與Ba2+不反應(yīng)。鑒別Na2CO3和NaHCO3

6、可用BaCl2溶液：滴入BaCl2溶液能生成白色沉淀的是Na2CO3溶液，無明顯現(xiàn)象的是NaHCO3溶液。 NaHCO3的其他性質(zhì)受熱分解。 NaHCO3熱穩(wěn)定性差，受熱發(fā)生分解反應(yīng)：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2Na2CO3熱穩(wěn)定性好，受熱不發(fā)生分解反應(yīng)。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格不僅固體NaHCO3受熱易分解，所有的碳酸氫鹽固體受熱都易發(fā)生分解。 （3）碳酸鹽與碳酸氫鹽的相互轉(zhuǎn)化： 一般說來，碳酸鹽能與碳酸（二氧化碳和水）反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽，碳酸氫鹽能與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。 上述轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式為 Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3 NaHCO3+HClNaCl+H2O

7、+CO2 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 CO2+NaOHNaHCO3 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O CO2+2NaOHNa2CO3+H2O（4）Na2CO3與NaHCO3比較Na2CO3NaHCO3俗名純堿、蘇打小蘇打色態(tài)白色粉末白色晶體溶解性大較小穩(wěn)定性難分解受熱易分解與鹽酸反應(yīng)+2H+H2O+CO2+H+H2O+CO2與氫氧化鈉反應(yīng)不反應(yīng)+OH+H2O與CaCl2反應(yīng)Ca2+CaCO3不反應(yīng)鑒別加熱不分解，與CaCl2反應(yīng)生成白色沉淀加熱易分解，生成的氣體能使澄清的石灰水變渾濁；與CaCl2不反應(yīng)轉(zhuǎn)化用途玻璃、造

8、紙發(fā)酵粉、制藥 三、碳及其化合物之間的轉(zhuǎn)化 1自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 （1）轉(zhuǎn)化 碳在自然界中的循環(huán)是生命活動(dòng)的一部分，因?yàn)樘际菢?gòu)成蛋白質(zhì)的重要元素。 （2）模擬溶洞的形成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)化學(xué)方程式及離子方程式Ca（OH）2（aq）中通入CO2澄清石灰水變渾濁Ca（OH）2+CO2CaCO3+H2OCa2+2OH+CO2CaCO3+H2OCaCO3濁液中通入足量CO2CaCO3溶液變澄清CaCO3+H2O+CO2Ca（HCO3）2CaCO3+H2O+CO2Ca2+2加熱Ca（HCO3）2（aq）Ca（HCO3）2（aq）變渾濁Ca（HCO3）2CaCO3+H2O+CO2Ca2+2Ca

9、CO3+H2O+CO2 要點(diǎn)提示 注意此處空半格溶洞的形成就是通過CaCO3與Ca（HCO3）2之間的相互轉(zhuǎn)化來實(shí)現(xiàn)的。在書寫離子方程式時(shí)，Ca（OH）2有兩種形式。若題干中指明是澄清石灰水則寫成離子形式，若題干中指明是石灰乳則寫成化學(xué)式。 （3）自然界中碳及其化合物的其他轉(zhuǎn)化 火山噴發(fā)比較頻繁的時(shí)代，火山把大量的CO2噴發(fā)到大氣里。 熱帶植物大量死亡的時(shí)代，死亡的植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的過程轉(zhuǎn)化成煤。人類的活動(dòng)，特別是化石燃料的大量燃燒，使大氣中CO2的含量猛增，破壞了自然界里碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化平衡，導(dǎo)致了“溫室效應(yīng)”。 2生活和生產(chǎn)中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 （1）高爐煉鐵原理 CO的產(chǎn)生：C+O2C

10、O2，CO2+C2CO 在CO還原鐵礦石的過程中，C元素被氧化：FeO+COFe+CO2，F(xiàn)e3O4+4CO3Fe+4CO2，F(xiàn)e2O3+3CO2Fe+3CO2。 （2）CCO:2+2 CCO2：+ COCO2：2+2 CO2CO：+2O 要點(diǎn)提示 O2是常見的氧化劑，C、CO是常見的還原劑。 （2）木炭燃燒 （3）水垢的形成過程：水垢的主要成分是CaCO3 Ca（HCO3）2CaCO3+H2O+CO2 水垢中還有Mg（OH）2，其形成過程為： Mg（HCO3）2MgCO3+H2O+CO2 MgCO3+H2OMg（OH）2+CO2 （4）有機(jī)物的合成 1828年，德國(guó)化學(xué)家維勒用無機(jī)化合物首次

11、合成出有機(jī)物尿素。 今天人類已合成出幾千萬種的有機(jī)物。 有機(jī)合成大師是美國(guó)化學(xué)家伍德沃德，10年間合成了20多種復(fù)雜化合物，榮獲1965年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1965年，正是我國(guó)化學(xué)家合成出結(jié)晶牛胰島素的那一年。問題·思路·探究 問題1 （1）如何除去Na2CO3固體中少量的NaHCO3雜質(zhì)？ （2）如何除去Na2CO3溶液中少量的NaHCO3雜質(zhì)？ （3）如何除去NaHCO3溶液中少量的Na2CO3？ （4）在飽和Na2CO3溶液中通入足量的CO2，有何現(xiàn)象？ 思路:NaHCO3固體受熱分解，NaHCO3能與NaOH反應(yīng)生成Na2CO3,而Na2CO3與NaOH不反應(yīng)。Na2C

12、O3+H2O+CO22NaHCO3利用此反應(yīng)可以除去NaHCO3溶液中少量的Na2CO3雜質(zhì)。 探究:（1）加熱。（2）加適量的NaOH溶液。（3）通足量CO2。（4）析出固體（理由是NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小）。 問題2 向澄清石灰水中通CO2氣體會(huì)不會(huì)產(chǎn)生越通越渾濁的現(xiàn)象？將含有碳酸氫鈣的水加熱，會(huì)有什么現(xiàn)象？ 思路:澄清石灰水與CO2反應(yīng)生成沉淀，繼續(xù)通入沉淀會(huì)消失。碳酸氫鈣受熱分解生成CaCO3。 探究:不會(huì)，因?yàn)樯傻奶妓徕}與含有二氧化碳的水溶液繼續(xù)反應(yīng)，生成可溶性的碳酸氫鈣，而含有碳酸氫鈣的水溶液加熱時(shí)，可溶性的碳酸氫鈣又會(huì)分解生成不溶性的碳酸鈣，這也是自然界中碳

13、酸鈣與碳酸氫鈣的相互轉(zhuǎn)化典題·熱題·新題 例1（1）為什么碳元素的三種同素異形體物理性質(zhì)差別很大，化學(xué)性質(zhì)卻相似？ （2）如何證明石墨、金剛石、C60都是由碳元素組成的？ 解析：石墨、金剛石、C60中碳原子的排列方式（結(jié)構(gòu)）不同，所以，性質(zhì)不同，分析結(jié)構(gòu)和組成是解決問題的關(guān)鍵，證明石墨、金剛石、C60都是由碳元素組成，因?yàn)橥N元素的燃燒產(chǎn)物相同，所以，燃燒法可證明都含有碳元素。 答案：（1）由于石墨是層狀結(jié)構(gòu)、金剛石是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、C60是球形小分子，它們碳原子的連接和排列方式不同，所以物理性質(zhì)相差很大。由于組成元素都是碳元素，所以化學(xué)性質(zhì)相似。 （2）可以用燃燒都生成

14、二氧化碳的方法來證明這三種物質(zhì)的組成元素相同。 深化升華 注意此處空半格物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì)，所以分析一種或幾種物質(zhì)的性質(zhì)時(shí)，要從結(jié)構(gòu)入手分析，屬于同素體的物質(zhì)還有O2與O3，紅磷和白磷等，它們之間都是物理性質(zhì)不同，其中紅磷與白磷化學(xué)性質(zhì)相似，O2與O3化學(xué)性質(zhì)略有不同。 例2甲、乙兩同學(xué)都來制取較純凈的碳酸鈉溶液，分別設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)方案： 甲：如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置，將大理石與稀鹽酸反應(yīng)得到的CO2直接通入氫氧化鈉溶液中。 乙：如圖所示，將氫氧化鈉溶液分成兩等份，用下列實(shí)驗(yàn)裝置，再將大理石與稀鹽酸反應(yīng)得到的CO2經(jīng)飽和碳酸氫鈉洗滌后長(zhǎng)時(shí)間通入其中一份氫氧化鈉溶液中，并將所得溶液小心加熱煮沸12

15、分鐘，以趕走溶解在溶液中的過量CO2；再將另一份氫氧化鈉溶液與此份溶液混合。哪位同學(xué)能獲得較純凈的碳酸鈉？為什么？乙同學(xué)的加熱煮沸有沒有必要？ 解析：向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳時(shí)，若二氧化碳不足，則得到的是碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物；若二氧化碳大于NaOH的物質(zhì)的量、小于2倍的NaOH的物質(zhì)的量，則得到的是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物；若二氧化碳大于2倍的NaOH的物質(zhì)的量，則得到NaHCO3。即二氧化碳的量很難控制。根據(jù)化學(xué)方程式：NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O，等物質(zhì)的量的NaHCO3和NaOH混合生成Na2CO3。如果乙同學(xué)加熱煮沸趕盡溶解的CO2，則溶解的CO2與氫氧化鈉反應(yīng)，

16、最終得到的是NaHCO3和Na2CO3的混合物。 答案：乙同學(xué)。向氫氧化鈉溶液中通CO2，很難把握CO2的量，乙用等物質(zhì)的量的碳酸氫鈉與氫氧化鈉反應(yīng)，兩者恰好完全反應(yīng)，生成的是碳酸鈉。煮沸是為了除去碳酸氫鈉溶液中溶解的CO2，因碳酸氫鈉在100以上才分解，所以不會(huì)使碳酸氫鈉發(fā)生分解。 深化升華 注意此處空半格向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳，制取較純凈的碳酸鈉溶液，要考慮CO2過量產(chǎn)生的碳酸氫鈉和二氧化碳的溶解會(huì)帶來雜質(zhì)。所以，用等物質(zhì)的量的碳酸氫鈉與氫氧化鈉反應(yīng)，兩者恰好完全反應(yīng)，生成的是純凈的碳酸鈉溶液。 例3根據(jù)以下敘述，回答第（1）（3）小題： 某化工廠按如下步驟進(jìn)行生產(chǎn)：以煤為燃料煅燒石灰石；用飽和Na2CO3溶液充分吸收步驟中產(chǎn)生的二氧化碳；使步驟中產(chǎn)生的氧化鈣與水反應(yīng)；消石灰與碳酸鈉反應(yīng)。 （1）該廠生產(chǎn)過程中起始原料是_；最終產(chǎn)品是_。 （2）該廠生產(chǎn)過程的優(yōu)點(diǎn)是（） 排放的氣體對(duì)大氣無污染生產(chǎn)過程中的部分產(chǎn)品可作為原料使用高溫作業(yè) A只有B只有C和D和 （