碳的多样性解析.ppt

第三章第三章 自然界中的元素自然界中的元素安徽省灵璧第一中学安徽省灵璧第一中学第一节第一节 碳的多样性碳的多样性石笋和钟乳石石笋和钟乳石方解石方解石珊瑚珊瑚CaCO3CCaCO3金刚石金刚石C煤煤碳碳这些物质都含有什么元素，以什么形态存在？这些物质都含有什么元素，以什么形态存在？碳元素碳元素游离态：金刚石、石墨游离态：金刚石、石墨、、C60、木、木炭炭、焦、焦炭炭等；等；化合态：化合态：CO、、CO2、、CaCO3、、CH4等一、多种多样的碳单质一、多种多样的碳单质石石 墨墨 深灰色、硬度深灰色、硬度小、不透明、易小、不透明、易导电的导电的片状固体，片状固体，熔点极高熔点极高金刚石金刚石 金刚石是硬度金刚石是硬度最大，熔点最高的单质，最大，熔点最高的单质，无色透明的晶体，无色透明的晶体，无自无自由电子，不导电由电子，不导电C60灰黑色的固体灰黑色的固体, ,不导电，又名不导电，又名富勒烯富勒烯 1.1.定义：由定义：由同一种元素同一种元素组成的组成的性质不同性质不同 的几种的几种单质单质例例：：C元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：金刚石金刚石、、 石墨、石墨、C60；； O元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：O2、、O3；； P元素的同素异形体有：元素的同素异形体有：红磷、白磷红磷、白磷为什么同是碳元素能组成而性质不同呢？为什么同是碳元素能组成而性质不同呢？同素异形体同素异形体:335pm核间距142pm结论：结论：碳原子的碳原子的排列方式排列方式不同不同109º28' 金刚石是一种具有金刚石是一种具有空间网状结构空间网状结构的的原子晶体原子晶体，在晶体中，每，在晶体中，每个碳原都被相邻的个碳原都被相邻的4个碳原子包围，处于个碳原子包围，处于4个碳原子的个碳原子的中心中心，以，以共价键与共价键与4个碳原子结合。

成为个碳原子结合成为正四面体结构正四面体结构，这些正四面体向，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的空间发展，构成彼此联结的立体网状结构立体网状结构金刚石的熔点金刚石的熔点（（>3550℃））和沸点（和沸点（4827℃））都很高都很高,硬度硬度很大金刚石金刚石- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 120º共价键共价键范德华力范德华力 石墨是石墨是层状结构层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它3个个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间在层与层之间，，是以是以分子间作用分子间作用力力结合的。

由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的结合的由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高熔点很高 (比金刚比金刚石的还要高）石的还要高） ,沸点与金刚石相同沸点与金刚石相同但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容易滑动，使石墨的易滑动，使石墨的硬度很小硬度很小石墨石墨C60分子结构示意图分子结构示意图共共价价键键12个正五边形个正五边形20个正六边形个正六边形二、广泛存在含碳的化合物天天然然气气天天然然碳碳酸酸盐盐含碳无机化合物含碳无机化合物（矿物）（矿物）含碳含碳有机化合物有机化合物（几十万种）（几十万种）含含碳碳化化合合物物无机物：无机物：有机物：有机物：CO、、CO2、、H2CO3及碳酸盐，及碳酸盐，HCN、、HSCN及其盐除了以上物质，含碳除了以上物质，含碳的化合物的化合物(一一)Na2CO3与与NaHCO3物理性质比较物理性质比较名名 称称碳酸钠碳酸钠碳酸氢钠碳酸氢钠俗俗 名名 色色 态态水溶性水溶性用途用途白色固体白色固体纯碱、纯碱、苏打苏打小苏打小苏打都易溶于水都易溶于水（（呈碱性呈碱性））但溶解度但溶解度S碳酸钠碳酸钠＞＞S碳酸氢钠碳酸氢钠用于制玻璃、肥皂、用于制玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业造纸、纺织等工业发酵剂、灭火剂发酵剂、灭火剂制药制药v练习：向饱和练习：向饱和Na2CO3溶液中通入溶液中通入CO2,写出产生的现象及化学方程式。

写出产生的现象及化学方程式v现象：产生白色沉淀现象：产生白色沉淀 方程式：方程式：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3根据学过的碳酸钙的性质根据学过的碳酸钙的性质预测碳酸钠和碳酸氢钠的预测碳酸钠和碳酸氢钠的性质性质1、碳酸钠可能与哪些物质、碳酸钠可能与哪些物质反应？反应？2、碳酸氢钠可能与哪些物、碳酸氢钠可能与哪些物质反应？质反应？活动探究活动探究（二）（二）Na2CO3与与NaHCO3的化学性质比较的化学性质比较实验内容实验内容实验现象实验现象结论结论与与H+与与NaOH与与CaCl2与与Ca(OH)2加热加热都产生气泡都产生气泡CO32-+2H+= CO2↑ + H2OHCO3-+H+= CO2↑ +H2O无明显现象无明显现象Na2CO3不反应不反应HCO3-+OH-= CO32- +H2O都产生白色沉淀都产生白色沉淀CO32-+Ca2+= Ca CO3↓Ca2+ +HCO3-+OH- = Ca CO3 ↓ +H2ONaNa2 2COCO3 3产生白色沉淀产生白色沉淀产生白色沉淀产生白色沉淀NaHCONaHCO3 3无现象无现象无现象无现象CO32-+Ca2+= Ca CO3↓NaHCO3不反应不反应Na2CO3无现象无现象NaHCO3分解产生分解产生CO22NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△△Na2CO3不分解不分解2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△△碳酸氢钠受热分解实验装置：碳酸氢钠受热分解实验装置：（三）（三）Na2CO3与与NaHCO3的相互转变的相互转变⒈⒈ Na2CO3转变成转变成 NaHCO3 _____________________________ ⒉⒉ NaHCO3转变成转变成Na2CO3①①______________________________②②_______________________________Na2CO3+CO2+H2O = 2NaHCO3NaHCO3+NaOH = Na2CO3+H2O2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△△〖〖讨讨 论论〗〗1、如何鉴别、如何鉴别Na2CO3与与NaHCO3 ？？2、如何除去、如何除去Na2CO3中少量的中少量的NaHCO3？？3、如何除去、如何除去NaHCO3中少量的中少量的Na2CO3？？加加CaClCaCl2 2溶液；溶液； 加热加热加热；加热； 加适量加适量NaOHNaOH溶液；溶液；通入足量通入足量COCO2 2Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑106g 2mol 1molNaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑思考：思考：1、等物质的量的、等物质的量的Na2CO3和和NaHCO3与盐酸反应，与盐酸反应，消耗盐酸的物质的量之比为：消耗盐酸的物质的量之比为：______；；产生的产生的CO2的物质的量之比为：的物质的量之比为：______2、等质量的、等质量的 Na2CO3（（106 g·mol-1）和）和 NaHCO3（（84 g·mol-1）与盐酸反应，）与盐酸反应，______消耗盐较多；消耗盐较多；______产生的产生的CO2多。

多————产生的产生的CO2较快2：：11：：1Na2CO3 84g 1mol 1molNaHCO3 NaHCO31、自然界中碳及其化合物间的转化、自然界中碳及其化合物间的转化大大气气中中的的二二氧氧化化碳碳绿色植物绿色植物海洋海洋光合作用光合作用呼吸呼吸动物动物呼吸排泄呼吸排泄岩石岩石风化溶解风化溶解光合作用光合作用森林草原森林草原化石燃料化石燃料喷发喷发火山火山燃烧燃烧燃烧燃烧动植物遗体演变动植物遗体演变三、碳及其化合物之间的转化三、碳及其化合物之间的转化v温室效应（厄尔尼诺效应）：温室效应（厄尔尼诺效应）：CO2气体气体（罪魁祸首）（罪魁祸首） 还有还有CH4、、CO、、SO2等气等气体v危害：气候变暖，冰川融化，海平面上危害：气候变暖，冰川融化，海平面上升，陆地减少升，陆地减少v措施：植树造林，减少化石燃料使用措施：植树造林，减少化石燃料使用【【活动探究活动探究】】通过阅读材料，讨论溶洞形成的原因，通过阅读材料，讨论溶洞形成的原因， 设计和实施简单的实验设计和实施简单的实验--模拟溶洞的形成。

模拟溶洞的形成实施步骤实施步骤】】1、讨论溶洞形成的原因、讨论溶洞形成的原因2、设计模拟实验的方案、设计模拟实验的方案3、实施模拟实验、实施模拟实验4、完成、完成P67表格表格模拟模拟“溶洞的形成溶洞的形成”实验方案及实验记录：实验方案及实验记录：实验内容实验内容实验现象实验现象离子方程式离子方程式澄清石灰水澄清石灰水持续通入持续通入CO2开始出现开始出现白色沉淀白色沉淀,CO2过量时过量时沉淀溶解沉淀溶解澄清溶液澄清溶液加热加热出现出现白色沉淀白色沉淀CaCa2+2+ + 2OH + 2OH- - + CO+ CO2 2 = = Ca Ca COCO3 3↓+ H↓+ H2 2OOCaCa COCO3 3 +CO +CO2 2+ H+ H2 2O O = = Ca Ca2+2+ + 2 H + 2 H COCO3 3- -CaCa2+2+ + 2 H + 2 H COCO3 3- - ====CaCa COCO3 3 ↓ +CO ↓ +CO2 2↑+ H↑+ H2 2O O △△2、生产和生活中碳及其化合物间的转化、生产和生活中碳及其化合物间的转化①①写出高炉炼铁过程中碳元素所发生化学反应方程式写出高炉炼铁过程中碳元素所发生化学反应方程式 高炉炼铁主要的反应原理高炉炼铁主要的反应原理 C+O2==CO2 C+CO2==2CO Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2②②碳碳“三角三角” C+O2==CO2 2C+O2==2CO C+CO2==2CO 2CO+O2==2CO2③③水垢的主要成分是什么？它是怎样形成的？如何除去水垢的主要成分是什么？它是怎样形成的？如何除去水壶中的水垢？水壶中的水垢？ Ca(HCO3)2==CaCO3↓+CO2↑+H2O CaCO3+2HCl== CaCl2+CO2↑+H2O高温高温高温高温高温高温v水垢的水垢的主要成主要成分：分： CaCO3与与Mg(OH)2 除去水垢：除去水垢：日常生活：食醋日常生活：食醋工业：浓盐酸工业：浓盐酸v1828年，德国化学家维勒用无机化年，德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵合物氰酸铵(NH4CNO)合成出有机化合成出有机化合物合物[CO（（NH2））2],由此突破了无机由此突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。

化合物与有机化合物之间的界限关于关于Na2CO3与与NaHCO3混合物中各成份的计算混合物中各成份的计算〖〖例题例题〗〗将某碳酸钠和碳酸氢钠的混合物将某碳酸钠和碳酸氢钠的混合物 2.74g 加热到质量不再变化时，剩余物质量为加热到质量不再变化时，剩余物质量为 2.12g 求：⑴⑴混合物中碳酸氢钠与碳酸钠的物质的量；混合物中碳酸氢钠与碳酸钠的物质的量；⑵⑵将这种混合物与足量的稀盐酸反应可以将这种混合物与足量的稀盐酸反应可以 生成标准状况下的气体体积生成标准状况下的气体体积解解:用差量法计算用差量法计算：2NaHCO3==Na2CO3+CO2↑+H2O 固体质量减少固体质量减少 2mol 62.0g n (NaHCO3) 0.620gn (NaHCO3)=0.02mol n (Na2CO3) =（2.74g-0.02mol×84g/mol）/106g·mol-1 =0.01molCO32-+2H+= CO2↑ + H2O HCO3-+H+= CO2↑ +H2O∴ n (CO2)=n (NaHCO3) + n (Na2CO3)=0.03mol V (CO2)= 0.03mol ×22.4L ·mol-1=0.672L碳的多样性具体表现碳的多样性具体表现: :碳单质的多样性碳单质的多样性--------石墨石墨\金刚石金刚石\C60含碳化合物的多样性含碳化合物的多样性--------有机物有机物\无机物无机物碳转化的多样性碳转化的多样性--------自然界转化自然界转化\生产中转化生产中转化碳及其化合物应用的多样性碳及其化合物应用的多样性-------- 炼铁炼铁\能源能源\材料材料【【概括概括·整合整合】】 ——碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化自然界中碳及其自然界中碳及其自然界中碳及其自然界中碳及其化合物间的转化化合物间的转化化合物间的转化化合物间的转化人类生产生活中碳及人类生产生活中碳及人类生产生活中碳及人类生产生活中碳及其化合物间的转化其化合物间的转化其化合物间的转化其化合物间的转化光合作用光合作用光合作用光合作用 钟乳石钟乳石钟乳石钟乳石 的形成的形成的形成的形成高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁 水垢的形成水垢的形成水垢的形成水垢的形成 和去除和去除和去除和去除【【概括概括·整合整合】】 ——碳的同素异形体和碳的化合物碳的同素异形体和碳的化合物碳元素碳元素碳元素碳元素碳单质碳单质碳单质碳单质 含碳化合物含碳化合物含碳化合物含碳化合物游离态游离态游离态游离态化合态化合态化合态化合态同素异形体同素异形体同素异形体同素异形体金刚石金刚石金刚石金刚石 石墨石墨石墨石墨 C C6060无机化合物无机化合物无机化合物无机化合物 有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物CO HCO H2 2COCO3 3 Na Na2 2COCO3 3COCO2 2 NaHCO NaHCO3 3请写出下列反应的化学方程式：请写出下列反应的化学方程式：CCO2Na2CO3NaHCO3COCaCO3Ca(HCO3)2⑴⑴⑴⑴⑵⑵⑵⑵⑶⑶⑶⑶ ⑷⑷⑷⑷⑸⑸⑸⑸⑹⑹⑹⑹⑺⑺⑺⑺⑻⑻⑻⑻⑼⑼⑼⑼⑽⑽⑽⑽⑾⑾⑾⑾⒀⒀⒀⒀⒁⒁⒁⒁⒂⒂⒂⒂⑿⑿⑿⑿。