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1、2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 碳的多樣性教案 魯科版必修1 1 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）。 【領(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) ①金剛石：每個(gè)碳原子與另外4個(gè)碳原子以一種較強(qiáng)的相互作用相連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)，向空間伸展

2、形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 ②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(diǎn)上)，一個(gè)個(gè)正六邊形排列成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每一個(gè)碳原子都跟其他3個(gè)碳原子相連。在同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以較強(qiáng)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。 ③C60：C60分子是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的，它的形狀像足球，由12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形組成。分子內(nèi)部，碳原子間以較強(qiáng)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(diǎn)高 硬度小、熔沸點(diǎn)高，易導(dǎo)電 硬度小、熔沸點(diǎn)低 主要化學(xué)性質(zhì) 相

3、似，如在一定條件下都可與氧氣反應(yīng)，生成CO2 【知識·鏈接】 ① 昂貴的實(shí)驗(yàn)：1797年英國化學(xué)家錢南為了測出金剛石的成分，做了一個(gè)非常昂貴的實(shí)驗(yàn)。他將金剛石放在密閉的、充滿氧氣的箱子里進(jìn)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。 ② 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(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)；也有設(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。 ③碳納米管：碳納米管可分

4、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(gè)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(qiáng)度碳纖維材料和復(fù)合材料，如其強(qiáng)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。 2 廣泛存在的含碳化合物 1．常見的含碳化合物 （1）有機(jī)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(jī)化合物：CO、CO2、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

5、酸氫鈉的比較 化學(xué)式 Na2CO3 NaHCO3 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2NaHCO3＝Na2CO3＋CO2↑＋H2O 與HCl反應(yīng) Na2CO3＋2HCl＝CO2↑＋H2O(較快) NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O(劇烈) 與NaOH反應(yīng) 不反應(yīng) HCO3-＋OH－＝CO32-＋H2O 與CO2反應(yīng) Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3 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

6、，醫(yī)療上用于治胃酸過多 （2）碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別方法 ①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(gè)為Na2CO3。 ②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(gè)為碳酸鈉。 ③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(gè)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， N

7、a2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3 固體中：NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 【品思·感悟】 Na2CO3與鹽酸反應(yīng)是分步進(jìn)行的：Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl， NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O （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(shí)，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(jìn)行，產(chǎn)生的氣體較少（有可能在

8、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。 3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 ①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(shí)，會(huì)慢慢變成可溶于水的碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2]。 當(dāng)受熱或壓強(qiáng)突然變小時(shí)，水中碳酸氫鈣會(huì)

9、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，生成的碳酸鈣逐漸沉積，形成千姿百態(tài)的鐘乳石、石筍和石柱。 ②實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄咳芏吹男纬稍? 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將CO2通入澄清石灰水中，得到CaCO3白色沉淀，備用。 實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)記錄： 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)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 CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(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)2CaCO3↓＋CO2+H2O 【梳理

10、·總結(jié)】 自然界在永不停息的進(jìn)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(huì)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(jìn)入大氣，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： C＋O2CO2；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：C＋O2＝ CO2 2C＋O2＝2CO 2CO＋O

11、2＝2CO2 C＋CO2 ＝2CO 生成水煤氣的化學(xué)方程式為：C＋H2OCO＋H2 【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(qiáng)，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(shí)（理論上小于710℃），碳傾向生成穩(wěn)定的CO2（如：實(shí)驗(yàn)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(qiáng)，如CO只有在低于600℃時(shí)，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）水垢的形成： ①　有關(guān)化學(xué)方程式為：Ca(HCO3)2CaCO3 ↓＋CO2↑＋H2O ②　如何除去水壺中的水垢？加入醋酸，可以將CaCO3物質(zhì)等溶解。 （4）無機(jī)化合物與有機(jī)化合物間的轉(zhuǎn)化 1828年，德國化學(xué)家維勒用無機(jī)物氰酸銨合成出有機(jī)化合物——尿素，打破了無機(jī)物和有機(jī)物之間的界限。碳及其化合物的轉(zhuǎn)化，對人的生活、生產(chǎn)來說意義重大。