高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學(xué)案（1）魯科版必修1.doc

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第1節(jié) 碳的多樣性 互動(dòng)課堂 疏導(dǎo)引導(dǎo)　 一、碳在自然界的存在形態(tài) 在自然界中有游離態(tài)的碳元素，有化合態(tài)的碳元素。 二、多種多樣的碳單質(zhì) 1.同素異形體的定義 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。如：氧氣和臭氧；金剛石、石墨和C60。 疑難突破　怎樣理解同素異形體的含義？ 同素異形體可從字面理解其含義，“同素”即同種元素，“異形”即不同的外形或不同的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然具有不同的性質(zhì)。同素異形體中只含1種元素，是單質(zhì)，不是原子，更不是化合物。 2.碳的兩種同素異形體 （1）石墨的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)：在石墨中，碳原子呈層狀排列，每一層上的碳原子以強(qiáng)的相互作用形成平面六邊形結(jié)構(gòu)；層與層之間的相互作用較弱，容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。石墨較軟，能導(dǎo)電。（2）金剛石的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)：在金剛石中，每個(gè)碳原子都與相鄰的四個(gè)碳原子以強(qiáng)的相互作用直接連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)。金剛石硬度大，不導(dǎo)電。 方法點(diǎn)撥　碳的各種單質(zhì)的物理性質(zhì)相異的主要原因的理解方法 碳原子的排列不同，在這里可以采用比喻的方法，把碳原子比喻為建筑用的磚，把金剛石、石墨、C60比喻成用磚蓋成的建筑物，用相同的磚但不同的方式蓋成的建筑物，其外形不同，牢固程度可能會(huì)存在較大差異。 疑難突破　如何比較碳元素的三種同素異形體的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)？  （1）物理性質(zhì)的比較：由于在石墨、金剛石、C60中碳原子的排列方式不同，其中石墨是層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間可以滑動(dòng)，金剛石每一個(gè)碳與其他四個(gè)碳原子形成正四面體，向空間發(fā)展的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，C60是球狀結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)不同，所以物理性質(zhì)相差很大。 （2）化學(xué)性質(zhì)的比較：由于都是碳元素的單質(zhì)，所以，化學(xué)性質(zhì)相似。 案例1金剛石和石墨的物理性質(zhì)不同，是由于（　　） A.構(gòu)成它們的碳原子結(jié)構(gòu)不同 B.它們有不同的用途 C.構(gòu)成它們的碳原子相同，但碳原子之間的排列方式不同 D.它們?cè)谝欢l件下可以相互轉(zhuǎn)化，但是物理變化 【剖析】 金剛石和石墨是碳的兩種同素異形體，組成它們的碳原子的排列方式不同，使二者的物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相同。在一定條件下，石墨可以轉(zhuǎn)化為金剛石，但這種物質(zhì)變化的性質(zhì)卻是化學(xué)性質(zhì)。因此，C選項(xiàng)是正確的。 【答案】 C 【借題發(fā)揮】 物質(zhì)的性質(zhì)除了與組成其元素的原子種類和數(shù)量有關(guān)外，還決定于它的晶體結(jié)構(gòu)，即原子的排列情況。原子種類決定了物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，而原子數(shù)量和排列情況則決定了物質(zhì)的物理性質(zhì)。物質(zhì)的用途則由性質(zhì)來(lái)決定。 三、碳的化合物 1.碳的氧化物 （1）一氧化碳:無(wú)色無(wú)味氣體，有毒，難溶于水；易燃燒，高溫下有還原性。 2CO+O2====2CO2 CuO+COCu+CO2 （2）CO2：無(wú)色無(wú)味氣體，無(wú)毒，能溶于水的酸性氧化物；不能燃燒，常作滅火劑，固態(tài)時(shí)俗稱干冰。 CO2+H2O2====H2CO3 Ca(OH)2+CO22====CaCO3↓+H2O 2.碳酸的鹽 （1）Na2CO3：俗稱純堿或蘇打，白色固體。 與酸反應(yīng)：Na2CO3+2HCl2====2NaCl+CO2↑+H2O Na2CO3+Ba(OH)22====BaCO3↓+2NaOH （2）NaHCO3：俗稱小蘇打，白色固體。 受熱易分解：2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 問(wèn)題探究　如何用實(shí)驗(yàn)探究溶洞形成的化學(xué)原理？ 不溶性的CaCO3受H2O和CO2作用能轉(zhuǎn)化為可溶性的Ca(HCO3)2。由于石灰?guī)r層各部分所含碳酸鈣的多少不同，石灰?guī)r就逐漸被溶解成互不相依、千姿百態(tài)、奇異壯觀的溶洞。 （1）形成CaCO3的實(shí)驗(yàn)探究：可在Ca(OH)2（aq）中通入CO2，如果觀察到澄清石灰水變渾濁，則可說(shuō)明有CaCO3生成。 （2）不溶性的CaCO3轉(zhuǎn)化為可溶性的Ca(HCO3)2的實(shí)驗(yàn)探究：可在CaCO3濁液中通入足量CO2，如果觀察到CaCO3濁液變澄清，則可說(shuō)明有Ca（HCO3）2生成。 （3）Ca(HCO3)2分解而析出CaCO3的實(shí)驗(yàn)探究：可加熱Ca(HCO3)2（aq），如果觀察到Ca(HCO3)2（aq）變渾濁，則可說(shuō)明有CaCO3生成。 知識(shí)拓展 NaHCO3的熱穩(wěn)定性 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，但是溶液中NaHCO3受熱不分解。 與酸堿反應(yīng)： NaHCO3+HCl2====NaCl+CO2↑+H2O NaHCO3+NaOH2====Na2CO3+H2O 2NaHCO3+Ba（OH）22====BaCO3↓+Na2CO3+2H2O （3）Na2CO3與NaHCO3的轉(zhuǎn)化： Na2CO3+CO2+H2O2====2NaHCO3 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O NaHCO3+NaOH2====Na2CO3+H2O 方法點(diǎn)撥　Na2CO3和NaHCO3的鑒別方法 （1）顏色、狀態(tài)的比較：觀察固體外觀狀態(tài)的粗細(xì)，初步斷定細(xì)小者是NaHCO3。 (2)用加熱及石灰水鑒別：加熱固體，將生成的氣體通入石灰水中，石灰水變渾濁的是NaHCO3。 (3)與鹽酸反應(yīng)速率的比較：固體中加同濃度鹽酸，觀察氣體的速率。快者是NaHCO3。　 (4)與BaCl2溶液反應(yīng)的比較：配置水溶液，向其中加入BaCl2溶液。能生成白色沉淀的是Na2CO3溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象的是NaHCO3溶液。 案例2在實(shí)驗(yàn)室中，①要除去一氧化碳中混有的二氧化碳，可采用什么辦法？②要除去二氧化碳中混有的一氧化碳，則可采取什么辦法？ 【剖析】 除去氣體中混有的雜質(zhì)氣體，可根據(jù)氣體性質(zhì)的差別，選取除雜試劑對(duì)雜質(zhì)加以吸收或轉(zhuǎn)化。由于CO2能與石灰水(或NaOH溶液反應(yīng)而CO不能；C能與CO2反應(yīng)生成CO則既可除去CO2又可增加CO，可一舉兩得。CO具有還原性而CO2無(wú)，故可用氧化銅來(lái)氧化CO，使它變成CO2，也可一舉兩得。 【答案】 ①可將混合氣體通過(guò)石灰水或NaOH溶液或灼熱的碳?、诳砂鸦旌蠚怏w通過(guò)灼熱的氧化銅 【借題發(fā)揮】 除雜試劑的選擇原則是：（1）不增加新的雜質(zhì);（2）不減少主要成分的含量;（3）操作方法簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行分離;（4）如果將主要成分進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，最后要能將其還原過(guò)來(lái)?？梢詺w納為“不增、不減、易分、復(fù)原”。 活學(xué)巧用 1.下列說(shuō)法正確的是（　　） A.木炭和石墨都是由碳元素組成的純凈物 B.石墨能導(dǎo)電，木炭有吸附能力 C.造成金剛石和石墨物理性質(zhì)的差異是由于組成兩種物質(zhì)的元素不同 D.C60是一種新化合物 【思路解析】 石墨是由碳元素組成的單質(zhì)，屬于純凈物；而木炭是由石墨和少量雜質(zhì)組成的混合物，故A錯(cuò)。金剛石和石墨都是由碳元素組成的不同單質(zhì)，由于碳原子的排列方式不同而造成了它們物理性質(zhì)上的差異。C也是錯(cuò)的。C60是由60個(gè)碳原子組成的分子，由于同種元素組成的純凈物是單質(zhì)，D也不正確。 【答案】 B 2.下列有關(guān)物質(zhì)的用途，由物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)決定的是(　　) A.用活性炭吸附有色物質(zhì)  B,用金剛石作鉆頭  C.用氫氣充灌氣球作廣告 D.用鹽酸除鐵銹 【思路解析】 Ａ、Ｂ、Ｃ三項(xiàng)物質(zhì)的用途與物理性質(zhì)有關(guān);Ｄ項(xiàng)鹽酸的酸性是化學(xué)性質(zhì)。 【答案】 Ｄ 3.欲除去CuO粉末中混有的少量炭粉，可采用的方法是(　　) A.將混合物隔絕空氣加強(qiáng)熱 B.采用先溶解后過(guò)濾混合物 C.將H2不斷通過(guò)灼熱的混合物 D.將O2不斷通過(guò)灼熱的混合物 【思路解析】 CuO具有氧化性，炭粉具有還原性，如果隔絕空氣強(qiáng)熱，則將發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成銅和二氧化碳，故A錯(cuò)。CuO和C都不溶于水，故不能采用B法。若將其灼熱時(shí)通H2，則會(huì)使CuO還原成Cu，與題意相違背。只有灼熱時(shí)通O2，將C轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2除去，可得純凈的CuO。 【答案】 D 4.下列物質(zhì)屬于純凈物的是(　　) A.金剛石與石墨的混合物 B.冰和水的混合物 C.無(wú)定形碳 D.加熱純凈高錳酸鉀后的剩余物 【思路解析】 A項(xiàng)是碳的兩種同素異形體,是混合物;B項(xiàng)冰是水的固體形態(tài),二者是一種物質(zhì);C項(xiàng)無(wú)定形碳是混合物,主要成分是碳;Ｄ項(xiàng)加熱后的物質(zhì)是二氧化錳和錳酸鉀的混合物。【答案】 B 5.自然界中，硬度最大的物質(zhì)是（　?。┆? A.特種鋼　　　　　　　B.石墨 C.金剛石 D.鈉 【思路解析】 金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，石墨和鈉很軟，B、D不可選。特種鋼有的硬度較大，有的硬度一般，指代不明確，A不可選。金剛石硬度最大。通常規(guī)定金剛石的硬度為10，其他物質(zhì)的硬度是跟金剛石硬度相比較而確定的。如鉻的硬度為9，它是最硬的金屬。 石墨呈片狀結(jié)構(gòu)，決定了其硬度不大。有一點(diǎn)應(yīng)該注意，石墨和金剛石的熔沸點(diǎn)都很高，其中沸點(diǎn)二者相同，但熔點(diǎn)石墨大于金剛石。 【答案】 C 6.下列反應(yīng)或作用中不產(chǎn)生二氧化碳的是（　?。┆? A.用赤熱的木炭還原氧化銅 B.大理石與稀鹽酸反應(yīng) C.在空氣中點(diǎn)燃木炭 D.綠色植物的光合作用 【思路解析】 A項(xiàng)赤熱的木炭還原氧化銅,生成銅和二氧化碳，故A錯(cuò);B項(xiàng)是實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的方法;C項(xiàng)木炭在空氣中燃燒可生成二氧化碳;Ｄ項(xiàng)綠色植物的光合作用是把二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。 【答案】 Ｄ 7.把燃著的木條放入盛滿氣體的集氣瓶中，木條立即熄滅，則該氣體（　?。┆? A.一定是CO2　　　　　　　 B.一定是O2 C.一定是空氣 D.可能是CO2 【思路解析】 在通常情況下，CO2不可燃，也不支持燃燒，所以燃著的木條在CO2中會(huì)熄滅。但是，不支持燃燒的氣體除了CO2外，還有一些氣體，如N2等也能使燃燒的木條熄滅。所以，使木條熄滅的氣體不一定是CO2，只能說(shuō)有可能是CO2氣體。 【答案】 D 8.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳常用的方法是（　?。┆? A.木炭與空氣反應(yīng) B.大理石與稀鹽酸反應(yīng) C.煅燒石灰石 D石灰石與稀硫酸反應(yīng) 【思路解析】 實(shí)驗(yàn)室制備某氣體，要符合以下原則：裝置簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易行，反應(yīng)速率適中，便于操作和控制，產(chǎn)品較純，便于分離。木炭燃燒雖可生成CO2，但空氣中還有N2，因而所得氣體不純。煅燒石灰石太難，不適合于實(shí)驗(yàn)室操作。由于碳酸鈣與稀硫酸反應(yīng)生成微溶的硫酸鈣會(huì)把反應(yīng)物包裹起來(lái)，阻止了反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，因此不能選用。實(shí)驗(yàn)室里一般選用石灰石或大理石與1∶5的稀鹽酸反應(yīng)來(lái)制取CO2，符合反應(yīng)速率和產(chǎn)品純度的要求。 【答案】 B 9.大氣中CO2的含量增多會(huì)引起“溫室效應(yīng)”，你認(rèn)為目前大氣中CO2的主要來(lái)源是（　?。〢.植物的呼吸與腐爛放出CO2 B.人類和動(dòng)物呼吸放出CO2 C.工業(yè)上大量燃燒含C燃料 D.建筑工業(yè)的發(fā)展使大量碳酸鹽分解 【思路解析】 所列選項(xiàng)都能產(chǎn)生CO2，但造成溫室效應(yīng)的主要是含C燃料燃燒的結(jié)果。 【答案】 C 10.可用來(lái)鑒別Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的最好方法是（　?。┆? A.加入澄清的石灰水　　　　　　 B.分別加熱 C.加稀鹽酸 D.加CaCl2溶液 【思路解析】 A不可選，因?yàn)槌吻迨宜饶芘cNa2CO3作用生成沉淀，又能與NaHCO3作用生成沉淀： Ca(OH)2+Na2CO3====CaCO3↓+2NaOH Ca(OH)2+2NaHCO3====2H2O+CaCO3↓+Na2CO3 Ca(OH)2+NaHCO3====H2O+CaCO3↓+NaOH B因?yàn)镹a2CO3溶液受熱無(wú)化學(xué)變化，NaHCO3溶液受熱發(fā)生分解反應(yīng)，但是在溶液中，現(xiàn)象不明顯，不可用。 C不可選，加入稀鹽酸溶液，都產(chǎn)生CO2氣體，雖同濃度Na2CO3溶液放出CO2的速率比NaHCO3溶液慢，但這里濃度不明確，故不能將二者分別開來(lái)： Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑ NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑ D可選，Na2CO3溶液中出現(xiàn)沉淀，NaHCO3與CaCl2不反應(yīng)： Na2CO3+CaCl2====CaCO3↓+2NaCl 【答案】 D