2023年化学鲁科版必修 第章第节碳的多样性 学案.doc

第1节　碳的多样性1．碳单质的多样性(1)三种重要的碳单质碳元素有多种单质，其中较有代表性的是金刚石、石墨和C60它们的性质比较如下：单质金刚石石墨C60结构特点碳原子的排列方式每个碳原子均与相邻的四个碳原子以强的相互作用直接连接，形成正四面体结构，并向空间伸展形成空间网状结构碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以强的相互作用形成平面正六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相对滑动由60个碳原子构成的分子，形似足球，碳原子在球的表面，呈正六边形和正五边形排列在C60分子内碳原子间以较强的相互作用结合，但分子间的相互作用较弱主要性质①硬度极高②无色透明的晶体③熔点高、不导电①深灰色、质软、不透明的片状固体②易导电③具有滑腻感①灰黑色的固体②易与金属掺杂形成超导体主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、铅笔芯新型催化剂或催化剂载体(2)同素异形体同素异形体是由同一种元素组成的性质不同的几种单质例如：氧元素可形成氧气(O2)、臭氧(O3)两种同素异形体；碳元素有金刚石、石墨、C60等多种同素异形体；磷元素有红磷和白磷两种同素异形体释疑点 剖析同素异形体：①“同素”指同种元素，“异形”指结构不同，“体”指单质。

②金属元素无同素异形体，部分非金属元素有同素异形体③同素异形体的形成原因是由于形成单质的原子个数及排列方式不同④同素异形体的物理性质不同，化学性质几乎相同⑤同素异形体之间的转化是化学变化而不是物理变化该转化过程虽有单质参加和生成，但没有化合价的变化，故不属于氧化还原反应，如3O22O3例1－1】 下列叙述中正确的是(　　)A．仅由碳元素组成的物质一定是纯净物B．金刚石和石墨具有相同的化学组成C．石墨转变为金刚石不属于化学变化D．只含有碳元素的物质可能是单质也可能是化合物解析：仅由同一元素组成的性质不同的几种单质，叫该元素的同素异形体单质与单质之间为不同的物质，因而仅由一种元素组成的物质可能是纯净物，也可能是混合物，例如金刚石为纯净物，而金刚石、石墨、C60混在一起就为混合物既然金刚石和石墨属于不同的单质，因而它们之间的转化属于化学变化由于都是由碳原子构成的单质，所以金刚石和石墨具有相同的化学组成，也具有相同的化学性质答案：B【例1－2】 下列说法中正确的是(　　)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和P4互为同素异形体D．H2O和H2O2互为同素异形体解析：金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是结构不同，与所含碳原子数的多少无关，A项错误；同素异形体是由同种元素组成的不同单质，而C60和P4是由不同元素组成的不同单质，故二者不属于同素异形体，C项错误；H2O和H2O2属于化合物而非单质，D项错误。

答案：B2.含碳化合物的多样性(1)自然界中广泛存在的含碳化合物①含碳的有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂以及石油、液化气、天然气等的主要成分②含碳的无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、大理石(CaCO3)、方解石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]、菱镁矿(MgCO3)、菱铁矿(FeCO3)等2)碳的氧化物碳的氧化物有CO和CO2两种，二者的性质比较如下表：(3)碳酸钠(Na2CO3)和碳酸氢钠(NaHCO3)①碳酸钠和碳酸氢钠的主要物理性质化学式NaHCO3Na2CO3Na2CO3·10H2O学名碳酸氢钠碳酸钠十水合碳酸钠俗名小苏打纯碱或苏打结晶碳酸钠状态细小晶体粉末晶体颜色白色白色白色溶解度比较易溶于水比NaHCO3的溶解度还大比Na2CO3的溶解度还大②碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的比较实验操作：如下图所示(装置气密性合格)，在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸，将两个分别装有0.3 g Na2CO3和0.3 g NaHCO3粉末的小气球套在两支试管口将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，观察反应现象实验现象：a.两组化学试剂分别混合后都产生无色气体，气球体积膨胀；b.装有碳酸氢钠的气球比装有碳酸钠的气球膨胀得快且大。

实验结论：碳酸钠和碳酸氢钠都能跟盐酸反应并产生气体，并且碳酸氢钠与盐酸的反应要比碳酸钠与盐酸的反应剧烈得多结论分析：碳酸钠与盐酸的反应实际分两步进行，即Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaClNaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O因此，碳酸钠与盐酸反应时，首先是将碳酸钠转化为碳酸氢钠，然后碳酸氢钠再与盐酸反应产生二氧化碳气体，由此可知，相对于碳酸氢钠直接与盐酸反应产生二氧化碳气体而言，碳酸钠就显得“慢了一步”实验注意事项：a．两组实验所用盐酸的浓度、体积相同，Na2CO3和NaHCO3的质量相同以便于对比；b.进行实验时，要同时把碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸混合析规律 复分解反应的剖析：碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸的反应都属于复分解反应，复分解反应发生的条件是产物中有沉淀生成或有气体产生或有难电离的物质(或原子团)生成例2－1】 在饱和碳酸钠溶液中加入稀盐酸，边加边搅拌，最初无气体产生，溶液变浑浊，其原因是______________________________________________________________，反应的化学方程式为_____________________________________________________________。

继续滴加稀盐酸有气体放出，溶液变澄清，其原因是_____________________________ ______________________________________________________________________________，反应的化学方程式为___________________________________________________________解析：相同条件下，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3，当在饱和Na2CO3溶液中滴加稀盐酸时，发生反应：Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，因而析出NaHCO3晶体继续加入盐酸时，发生反应：NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，NaCl的溶解度较大，溶液澄清，生成CO2气体答案：Na2CO3与盐酸反应生成NaHCO3，相同条件下NaHCO3溶解度比Na2CO3小，从而析出NaHCO3晶体　Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl　NaHCO3与盐酸反应生成CO2气体和NaCl，NaCl的溶解度比NaHCO3大　NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O③碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性实验操作：如下图所示(装置气密性合格)，把少量Na2CO3装入试管里，往另一支试管里倒入澄清石灰水，然后加热，观察澄清石灰水是否起变化。

换上一支放入同样多的NaHCO3的试管，加热，观察澄清石灰水的变化实验现象：碳酸钠受热没有变化，碳酸氢钠受热生成了使澄清石灰水变浑浊的气体实验结论：碳酸钠比碳酸氢钠稳定，碳酸氢钠受热易分解，分解时的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O实验注意事项：a.被加热的试管要内、外干燥，试管口稍向下倾斜，铁夹夹在距试管口处；b.实验装置在装入药品之前要检查其气密性，只有气密性合格才能使用；c.药品在试管内要铺平而不要过于堆积；d.实验结束时，先将导气管从石灰水中取出，然后再熄灭酒精灯停止加热④碳酸钠和碳酸氢钠与碱的反应实验操作：将Na2CO3和NaHCO3分别加入含等量NaOH的溶液中，并用pH试纸测反应后溶液的pH实验现象：加入Na2CO3后的溶液的pH几乎不变，且大于加入NaHCO3后溶液的pH实验结论：Na2CO3与NaOH不反应，NaHCO3与NaOH反应反应原理：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2ONa2CO3和NaHCO3与Ca(OH)2的反应：将Na2CO3和NaHCO3分别加入含等量Ca(OH)2的澄清溶液中，两溶液中都产生白色沉淀反应原理分别为：Na2CO3＋Ca(OH)2===2NaOH＋CaCO3↓，2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O(NaHCO3足量)。

离子方程式：CO＋Ca2＋===CaCO3↓，2HCO＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O⑤碳酸钠和碳酸氢钠与某些盐溶液的反应实验操作：如下图所示，向盛有少量BaCl2溶液的两支试管中，分别滴入少许Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，观察现象实验现象：滴入Na2CO3溶液的试管中产生白色沉淀，而滴入NaHCO3溶液的试管中无明显现象实验结论：Na2CO3溶液可与BaCl2溶液反应，而NaHCO3不能化学方程式：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl离子方程式：CO＋Ba2＋===BaCO3↓【例2－2】 有相同质量的两份NaHCO3粉末，第一份加入足量的盐酸，第二份先加热使其完全分解，冷却后，再加入足量的相同质量分数的盐酸，两者所消耗的盐酸中氯化氢的质量比是(　　)A．2∶1　　　　　　　　 B．1∶1C．1∶2 D．4∶1解析：设两份NaHCO3的质量都为84 g，第一份：NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑84 g　 　36.5 g第二份：2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　　　　 84 g　　 　　53 gNa2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑106　 7353 g　 36.5 g由以上分析可以看出，两份NaHCO3消耗的盐酸中所含HCl的质量之比为1∶1。

本题也可从另外一个角度来分析：NaHCO3受热时，钠元素完全转化到Na2CO3中，NaHCO3和Na2CO3分别与HCl反应时，都得到NaCl，由于钠元素的质量相等，则生成的NaCl的质量相同，消耗HCl的量也相同答案：B3．含碳物质转化的多样性(1)自然界中碳及其化合物的转化自然界中能够释放出CO2的过程有：①火山喷发；②化石燃料的燃烧；③森林、草原燃烧；④动植物的呼吸排泄；⑤动植物遗体经微生物分解等自然界中能够消耗CO2的过程有：①绿色植物的光合作用；②在海水中的溶解等转化过程可用图表示：具体实例：溶洞的形成原理：石灰岩的主要成分是碳酸钙，碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙当溶有碳酸氢钙的水在流动过程中，受热或压强突然变小时，水中的碳酸氢钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来实验室模拟溶洞的“形成”：实验步骤：在一支大试管中放入少量大理石( CaCO3)粉末并加入适量的水，不断向里面通入CO2待粉末溶解后，对溶液进行加热实验现象：持续不断通CO2，经过较长时间，CaCO3逐渐溶解，变为澄清溶液；加热又产生沉淀实验分析：CaCO3在H2O和CO2作用下变为可溶于水的Ca(HCO3)2。

Ca(HCO3)2不稳定，在较高温度下发生分解，又生成CaCO3久而久之，便形成了溶洞；另外，溶有Ca(HCO3)2的水，在由洞顶滴落过程中，水分的蒸发、压强的减小及温度的升高都会使其分解成CaCO3。