鲁教版高中化学必修一第7讲碳的多样性学生版李昕阳.docx

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鲁教版高中化学必修一第7讲碳的多样性学生版李昕阳

碳的多样性

__________________________________________________________________________________

1．了解同素异形体的概念，了解碳的多样性。

知道碳有三种同素异形体以及导致它们物理性质相异的主要原因。

2.了解碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，体会它们性质的差异。

3.了解碳及其化合物间的相互转化；能够解释与含碳物质有关的现象，能够解决简单的问题 

4.了解碳及其化合物在人类生产、生活中的应用。

知识点一.多种多样的碳单质

　　知识回顾：

初中已讲过碳元素有金刚石、石墨两种单质，氧元素有O2、O3两种单质，磷元素有白磷、红磷两种单质。

一种元素组成几种不同单质的现象叫同素异形现象。

　1.同素异形体

（1）概念：

同种元素组成的性质不同的几种单质互称同素异形体。

（2）与同位素的比较：

　2.碳元素的同素异形体：

金刚石、石墨、C60。

（1）金刚石：

正四面体结构。

每个碳原子与另外4个C原子形成正四面体结构。

碳原子都以这种方式一直排列，形成具有空间网状结构的原子晶体。

该方式决定了金刚石的硬度相当大。

（2）石墨：

层状结构。

石墨中的碳原子呈片层结构，每一层内碳原子都形成正六边形结构，每个C原子能形成3个正六边形，碳原子一直以这种方式排列，决定了石墨的熔点、沸点相当高，但层与层之间的作用较弱，易被破坏，故石墨的硬度不大。

　　（3）C60：

球形结构，每60个C原子构成一个C60分子，C60分子形似足球，又名“足球烯”或“富勒烯”。

60个C原子位于球的表面，呈正五边形和正六边形排列，C60的式量为720。

要点解释：

①金刚石、石墨、C60的结构不同，晶体类型也不同，前两个为原子晶体（石墨结构又稍特殊，有时又叫混合晶体），C60为分子晶体。

，它们是由于碳原子排列方式不同，形成了三种性质不同的碳的同素异形体。

②碳元素之所以在自然界有稳定存在的碳单质，主要是因为C原子最外层4个电子，得失电子都不容易，在自然界中能稳定存在，不过，碳元素在自然界中还主要是以化合态的形式存在。

知识点二.广泛存在的含碳化合物

1.含碳元素的矿石

　　大理石或石灰石或方解石（CaCO3）、菱锌矿（ZnCO3）、菱镁矿（MgCO3）、菱铁矿（FeCO3）、白云石（CaMg（CO3）2）等，这些矿石是自然界中的典型无机物。

自然界中的有机物都含有碳元素，以后再专门分析有机物。

下面主要以Na2CO3、NaHCO3为代表物，分析含碳无机化合物的性质。

2.Na2CO3、NaHCO3性质

　　预测一：

CaCO3与HCl反应放出CO2，Na2CO3、NaHCO3也应与HCl反应，生成CO2气体。

　　验证：

Na2CO3、NaHCO3分别溶于水配成溶液，然后各取少许于两支试管中，分别滴加盐酸，两试管均能产生无色无味气体，把气体分别通入澄清石灰水中，石灰水都变浑浊。

　　结论：

Na2CO3、NaHCO3都能与盐酸反应生成CO2。

反应的离子方程式分别为：

　　CO32-＋2H+＝H2O＋CO2↑，HCO3-＋H+＝H2O＋CO2↑

　　故用该法可检验碳酸盐或碳酸氢盐。

　　利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

（1）Na2CO3、NaHCO与盐酸反应

　　Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑

　　NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑

　　由上述方程可知，1molNa2CO3消耗2molHCl，1molNaHCO3消耗1molHCl。

1molNa2CO3消耗2molHCl，可以理解为1molNa2CO3先消耗1molHCl生成1molNaHCO3，1molNaHCO3再消耗1molHCl生成CO2。

预测二：

Na2CO3滴加少量盐酸放不出CO2

　　实验验证：

在Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸,现象为：

开始无气泡生成，后来产生气泡，在盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液，立即产生气泡。

　　现象分析：

Na2CO3溶液中逐滴滴入少量盐酸，开始无气泡，说明先生成NaHCO3，反应为：

CO32-＋H+＝HCO3-，后来产生气泡，反应为：

HCO3-＋H+＝H2O＋CO2↑；盐酸中滴入Na2CO3溶液，立即产生气泡,是因为酸的量多，反应为：

CO32-＋2H+＝H2O＋CO2↑

　　结论：

①Na2CO3与少量盐酸反应不放出CO2，生成NaHCO3。

化学方程式为：

Na2CO3＋HCl（少量）＝NaCl＋NaHCO3

　　②利用Na2CO3与盐酸相互滴加产生的现象不同，可鉴别二者。

预测三：

根据CaCO3难溶而Ca（HCO3）2可溶，推测Na2CO3应能与可溶性钙盐发生复分解反应，而NaHCO3不反应。

实验验证：

Na2CO3、NaHCO3溶液中分别滴加CaCl2溶液，Na2CO3溶液中产生白色浑浊，NaHCO3溶液中无现象。

　　结论：

Na2CO3与CaCl2生成CaCO3沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应。

　　利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

（2）Na2CO3、NaHCO3与可溶性盐的反应

　　Na2CO3＋CaCl2＝CaCO3↓＋2NaCl

　　Na2CO3＋Ba（NO3）2＝BaCO3↓＋2NaNO3

　　利用该性质可鉴别Na2CO3、NaHCO3。

预测四：

NaHCO3为酸式盐，NaHCO3应能与碱反应生成正盐。

　　实验验证：

在上述NaHCO3、CaCl2的混合溶液中加入NaOH溶液，产生白色沉淀。

　　现象分析：

产生的白色沉淀应为CaCO3，反应原理是HCO3-与OH-结合生成CO32-、H2O，

　　CO32-与Ca2+生成CaCO3沉淀，离子方程式为：

　　HCO3-＋OH-＋Ca2+＝CaCO3↓＋H2O，该反应相当于在NaHCO3溶液中滴加Ca（OH）2溶液。

　　结论：

NaHCO3能与碱反应

　　利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

　　（3）NaHCO3与可溶性碱的反应

　　2NaHCO3＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O（NaHCO3足量）

　　或NaHCO3＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋NaOH＋H2O（NaHCO3少量）

　　利用NaOH可实现NaHCO3与Na2CO3的转化，即NaHCO3和NaOH反应生成Na3CO3和水。

预测五：

Ca（HCO3）2受热可分解为CaCO3；NaHCO3受热也应能分解。

　　实验验证：

取NaHCO3固体少许于试管中，加热，导气管通入石灰水，可看到石灰水变浑浊，证明生成了CO2，试管壁上有水滴出现，证明生成了H2O，反应后的固体溶于水，滴加CaCl2溶液，生成白色沉淀,说明NaHCO3变成为Na2CO3。

　　结论：

NaHCO3固体受热可分解。

　　利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

　　（4）NaHCO3的不稳定性

　　2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑

　　该反应可把NaHCO3固体变为Na2CO3固体，而且该反应在差量计算中经常用到，反应前后用固体质量的差值为NaHCO3生成的H2O、CO2的质量和。

要点解释：

①Na2CO3与NaHCO3的相互转化：

②者的相互转化常用于除杂，如除去Na2CO3中的少量NaHCO3，若为固体，可加热，若为溶液，可加入适量的NaOH，除去NaHCO3中的少量Na2CO3，可往溶液中通入过量的CO2。

③除了在实验室能进行Na2CO3、NaHCO3的相互转化外，自然界及日常生活中还存在着很多含碳物质间的转化。

知识点三.碳及其化合物间的转化

　　1.自然界中碳及其化合物间的转化

　　自然中的上述转化使碳及其化合物的转化处于平衡状态，但由于人类活动的加剧，破坏了上述平衡，出现“温室效应”等问题。

2.生产和生活中的碳及其化合物间的转化

　高炉炼铁中碳的转化

　　原理：

碳的化合物还原铁矿石得到Fe单质。

　　原料：

焦炭、铁矿石（Fe2O3或Fe3O4）、石灰石。

　　反应：

　　①还原剂的生成：

　　C＋O2CO2，CO2＋C2CO。

　　②Fe2O3被还原：

　　3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO2

　　Fe3O4＋CO3FeO＋CO2，

　　FeO＋COFe＋CO2

　　三个反应合并得总反应：

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

　　平时写Fe2O3被还原的方程式就是该总反应方程式。

　　③辅助反应：

SiO2＋CaCO3CaSiO3＋CO2↑。

该反应可以除去矿石中的SiO2杂质，因SiO2的熔点很高，转化为CaSiO3后熔点降低，从而使SiO2变为CaSiO3炉渣而除去。

要点解释：

C、CO2、CO之间的相互转化　

　　上述转化中涉及到的典型反应有：

（1）C→CO：

　　2C＋O22CO

　　C＋H2O（气）CO＋H2（工业制水煤气）

　　2C＋SiO2Si＋2CO（工业制硅）

（2）C→CO2：

　　C＋O2CO2

　　C＋2CuO2Cu＋CO2

　　（3）CO2→C：

　　CO2＋2Mg2MgO＋C（镁条在CO2中燃烧的反应）

　　（4）CO→CO2：

　　2CO＋O22CO2

　　3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2

　　（5）CO2→CO：

　　CO2＋C2CO

类型一.石墨的性质

例1.下列关于石墨的性质和用途的说法中，不正确的是（　　）

A．熔点高，有滑腻感，可用于制润滑剂

B．质软，在纸上划过留痕迹，可用于制铅笔芯

C．有良好的导电性，可用于制干电池的电极

D．耐高温，可用于制作刻画玻璃的工具

解析：

物质的用途与性质是紧密联系的。

由于石墨有滑腻感，可减小物质间的摩擦力，可作润滑剂，又由于耐高温，因此可作耐高温的润滑剂。

作电池电极材料，要求必须要有良好的导电性。

玻璃较硬，刻画玻璃的工具必须是硬度很大的物质。

答案：

D

类型二.Na2CO3、NaHCO3性质

例2.关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法中，正确的是（　　）

A．NaHCO3比Na2CO3更易溶于水

B．NaHCO3比Na2CO3稳定

C．石灰水能与Na2CO3反应，不与NaHCO3反应

D．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸反应时，

消耗盐酸的物质的量之比为2∶1

解析：

NaHCO3的溶解度小于Na2CO3的溶解度，A项错误；从热稳定性看，Na2CO3受热不能分解，而NaHCO3受热易分解，选项B错误；石灰水与Na2CO3、NaHCO3均能反应，选项C错误；Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的方程式分别为Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，故选项D正确。

答案:

D

例3.下列各组物质相互作用，生成物不随反应条件或反应物的用量变化而变化的是（　　）

A．Na和O2　　　　　　　　B．NaOH和CO2

C．NaHCO3和NaOHD．Na2CO3和HCl

解析:

A项中Na和O2在常温下生成Na2O，加热条件下生成Na2O2；B项中向NaOH溶液中通入少量CO2生成Na2CO3，通入过量CO2会生成NaHCO3；D项中因滴加顺序不同，其产物也不同。

答案:

C

例4.在一干燥的试管里放入1g左右的NaHCO3粉末。

用带有导管的塞子塞紧试管口，并将试管固定在铁架台上，使试管口略向下倾斜。

导管的另一端浸入盛有澄清的石灰水的烧杯里（如图）。

（1）给试管中的NaHCO3加热。

观察发生的现象，当从导管口逸出的气体减少时，先将导管从液体中移出，再熄灭酒精灯。

请填写以下内容：

　　实验现象：

__________

　　实验结论：

__________

　　有关反应：

__________

（2）实验探究

　　①NaHCO3受热分解装置组装时应注意什么？

为什么？

　　②NaHCO3受热分解完成时，为什么要先将导管移出烧杯，然后再熄灭酒精灯？

　　（3）若1g为Na2CO3、NaHCO3的混合物，充分加热后，冷却称量试管中固体的质量为0.69g，则混合物中NaHCO3的质量分数为多少？

解析:

该题主要考查NaHCO3的不稳定性，以及利用此性质进行差量计算。

同时应该能联想到该装置与制O2的装置类似。

答案:

（1）实验现象：

试管口处有水滴出现，澄清石灰水变浑浊。

　　实验结论：

说明NaHCO3加热分解生成了新物质，即NaHCO3具有不稳定性。

　　有关反应：

2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑

　　CO2＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋H2O

（2）实验探究：

　　①试管口应稍向下倾斜，防止生成的水在试管口冷凝后倒流而引起试管炸裂。

　　②若先熄灭酒精灯，由于试管内不再产生气体，冷却后气体压强变小，易引起烧杯中的溶液倒吸入试管中。

　　（3）反应后固体质量减少了1g－0.69g＝0.31g

　　设混合物中NaHCO3的质量为x

　　2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑固体减少

　　2×84　　106　　18　44　　62

　　　x　　　　　　　　　　　　　0.31g

　　x＝＝0.84g

　　故混合物中的NaHCO3的质量分数为　

类型三.联系生活

例5.

（1）图瓦卢是由珊瑚形成的岛国。

由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）__________。

（2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是：

__________。

　　（3）为了控制温室效应。

各国科学家提出了不少方法和设想。

有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底。

以减小大气中CO2的浓度。

为使CO2液化，可采用的措施是（）。

　　A、减压、升温　　B、增压、升温

　　C、减压、降温　　D、增压、降温　　

　　（4）科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。

原因是它能：

①加强呼吸作用；②加强光合作用；③改良碱性土壤、调节pH；④加强植物蒸腾作用。

（）

　　A、①②　B、②③　　C、③④　　D、②③④

　　（5）快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是（）

　　A、使用天然气等燃料　　　B、控制全球人口增长

　　C、植树造林，保护森林　　D、立即减少煤和石油的燃烧

解析：

该题涉及到CO2与CaCO3生成Ca（HCO3）2的转化，同时涉及对温室效应的分析。

答案：

（1）CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2

（2）大量燃烧化石燃料，生成大量的CO2，超过了自然界调节CO2的能力。

　　（3）D　　（4）B　　（5）C。

例6.自然界存在的碳酸类铜矿（如孔雀石、石青等）的化学组成为：

aCuCO3·bCu（OH）2（a、b正整数，且a≤2，b≤2）。

（1）将孔雀石、石青矿样分别加盐酸至完全溶解，耗用HCl的物质的量与产生CO2物质的量之比：

孔雀石为4：

1，石青为3∶1。

则它们的化学式为：

　　孔雀石：

________________

　　石青：

________________

（2）今有一份碳酸盐类铜矿样品，将其等分为A、B两份。

然后，加盐酸使A样品完全溶解，产生CO23.36L（标准状况），加热B样品使其完全分解，得到20gCuO。

试计算并确定该矿石的化学组成。

解析：

本题是以碳酸盐为基础进行的计算，涉及到碳酸盐的重要化学性质：

与酸反应放出CO2。

答案：

（1）CuCO3＋2HCl＝CuCl2＋H2O＋CO2↑

　　　1mol　2mol　　　　　1mol

　　　a　　　2a　　　　　　　a

　　Cu（OH）2＋2HCl＝CuCl2＋2H2O

　　1mol　　2mol

　　b　　　2b

　　孔雀石中，即，整理得：

　　即孔雀石的化学组成为CuCO3·Cu（OH）2

　　石青中，则，整理得：

　　即石青的化学组成为2CuCO3·Cu（OH）2

（2）已知n（CO2）＝,故n（CuCO3）＝0.15mol

　　由铜元素原子个数守恒知，0.15molCuCO3加热分解生成0.15molCuO

　　质量为：

0.15mol×80g/mol＝12g

　　故Cu（OH）2受热分解生成的CuO的物质的量为：

　　即n（Cu（OH）2）＝0.1mol，可知矿石中n（CuCO3）＝n（Cu（OH）2）＝0.15mol∶0.1mol＝3∶2

　　该比例介于孔雀石和石青中间，应为二者的混合物。

　　即该矿石的化学组成为CuCO3·Cu（OH）2和2CuCO3·Cu（OH）2的混合物。

基础演练

1.选择题

.当今化学界关注的热点之一的C60，它可以看成金刚石的（）

　　A、同素异形体　　B、同分异构体　　C、同位素　　D、同系物

2.石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏,这是由于石墨（）

　　A、有放射性　B、易燃、易爆　　C、能导电　　D、有剧毒

3.纯净的碳酸氢钙试样在高温下分解，当剩余的固体质量为原试样质量的一半时，碳酸氢钙的分解率是（）

　　A、50％　　B、75％　C、92.7％　　D、100％

4.把下列物质分别滴入盐酸，会产生相同气体的是（）

　　①大理石；②钟乳石；③锅垢；④贝壳；⑤蛋壳。

　　A、①②　B、③④　C、①②③　　D、全部

5.[2014·天津六校联考]下列各项操作中不发生先沉淀后溶解现象的是（　　）

①向饱和碳酸钠溶液中通入过量的CO2

②向Fe（OH）3胶体中逐滴滴加入过量H2SO4

③向Ba（NO3）2溶液中通入过量SO2

④向石灰水中通入过量CO2

⑤向硅酸钠溶液中逐滴加入过量的盐酸

A．①②③　　　　　　　B．①②⑤

C．①②③⑤D．①③⑤

6.将空气与CO2按5∶1体积比混合，跟足量的赤热焦炭充分反应后，若反应前后的温度相同，则在所得气体中，CO的体积分数为（假设空气中氮气、氧气的体积比为4∶1，其他成分可忽略不计）（）

　　A、29％　　B、43％　　C、50％　　D、100％

7.纯碱和小苏打是厨房中两种常见的用品，它们都是白色固体。

下列区分这两种物质的方法正确的是（）

　　A、分别用炒锅加热两种样品，全部分解挥发，没有残留物的是小苏打。

　　B、用洁净铁丝蘸取两种样品在火焰上灼烧，使火焰颜色发生明显变化的是小苏打。

　　C、用两只小玻璃杯，分别加入少量的两种样品，再加入等量的食醋，产生气泡快的是小苏打。

　　D、先将两种样品配制成溶液，分别加入石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打。

8.[2015·湖北重点中学联考]在实验室进行物质制备，下列设计中，理论上正确、操作上可行、经济上合理、环境上友好的是（　　）

A．C

CO

CO2

Na2CO3

B．Cu

Cu（NO3）2溶液

Cu（OH）2

C．Fe

Fe2O3

Fe2（SO4）3溶液

D．CaO

Ca（OH）2溶液

NaOH溶液

二.填空题

9．如下图所示，加热一段时间后，在烧杯A、B中看到的现象为________，有关化学方程式为_______，此实验得出的结论为________。

10.在两支试管中中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3gNa2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口（如图所示）将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，则放出CO2的速度_______较快，两支试管中发生反应的化学方程式分别为_______。

11.

（1）如何除去Na2CO3固体中的NaHCO3，写出化学方程式。

（2）如何除去Na2CO3溶液中的NaHCO3，写出离子方程式。

巩固提高

一．选择题

1．下列气体中，均属于大气污染物的一组是（　）

　　A．CO、SO2、NO2　　B．N2、O2、CO2

　　C．H2、N2、SO2　　　D．CO、CO2、SO2

2．下列关于NaHCO3的叙述，不正确的是（）

A．它是一种白色粉末，溶解度小于Na2CO3

B．加热至200℃左右，可完全分解，利用这种性质，可由NaHCO3制取纯碱

C．与Na2CO3相同质量时，分别跟足量盐酸反应后，则NaHCO3可得到较多的二氧化碳

D．它是一种碳酸盐

3．欲除去NaHCO3溶液中少量的Na2CO3可加人（）

A.饱和石灰水B．NaOH溶液C．盐酸D．通人CO2

4．下列离子方程式正确的是（）

A．钠与水反应：

2Na＋2H2O=2Na＋2OH-＋H2↑

B．氧化钠与盐酸：

O2-+2H+=H2O

C．碳酸氢钠与稀硫酸：

CO32-＋2H＋=H2O＋CO2↑

D．烧碱溶液与碳酸氢钠溶液：

HCO3-＋OH－=H2O＋CO2↑

5．下列物质中与其它三组组成不同的是（）

A．金刚石、石墨、C60B．红磷、白磷

C．氧气、臭氧D．一氧化碳、二氧化碳

6．下列各组离子能在溶液中大量共存的是（）

A、HCO3―、Na＋、OH―、K＋B、CO32―、Ba2＋、K＋、NO3―

C、Ba2＋、OH―、Cl―、Na＋D、CO32―、Na＋、NO3―、H＋

7．在下列物质中，受热能放出某气体A，并将所得残渣与盐酸反应又能生成气体A的化合物是（）

A.NH4HCO3B.K2CO3C.Ca（HCO3）2D.KClO3

8．为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通人装有下列物质的两个吸收装置，两个装置应依次装人（）

A．水；无水CaCl2固体B．饱和NaHCO3溶液；浓H2SO4

C．浓H2SO4；饱和NaHCO3溶液D．饱和NaHCO3溶液；稀H2SO4

9．下列各组物质中的两种物质作用时，反应条件或反应物用量的改变，对生成物没有影响的是（）

A．Na2O2和CO2B.Na和O2C．NaOH和CO2D．C和O2

10．[2015·福州期末]在含Na2CO3和NaHCO3各1mol的混合溶液中加入0.5mol下列物质，其中能使HCO

的数目减少，CO

数目增加的是（　　）

A．HClB．Na2SO4

C．NaOHD．BaCl2

二．填空题

11．在稀NaOH溶液中持续通入CO2气体，则溶液中CO32―的浓度变化趋势是，用离子方程式表示原因：

。

12.在下列图象中，横坐标表示加入试剂的体积V，纵坐标表示沉淀的质量m。

根据实验内容把相对应曲线标号填入横线上。

（1）在澄清石灰水中通入CO2，直至过量。

（2）在硫酸和盐酸混合溶液中滴加氢氧化钡溶液，直至过量。

（3）在碳酸钡的悬浊液中加盐酸，直至过量。

回答：

（1）_______

（2）