2019-2020年高一化學(xué)自然界中的元素 碳的多樣性.doc

2019-2020年高一化學(xué)自然界中的元素 碳的多樣性一. 教學(xué)內(nèi)容： 第3章 第1節(jié) 碳的多樣性二. 教學(xué)目的1、了解同素異形體的概念，知道碳的三種同素異形體和其物理性質(zhì)的差異及其原因；2、知道含碳化合物種類及其分類，認(rèn)識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)并體會其差異；3、據(jù)生產(chǎn)、生活實(shí)例，了解碳單質(zhì)、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉(zhuǎn)化，能解釋水垢的形成與消除、木炭燃燒的現(xiàn)象、工業(yè)上煉鐵的原理等。三. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 碳元素之間的轉(zhuǎn)化，碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)四. 知識分析碳在自然界中的存在： 游離態(tài)和化合態(tài)， 化石燃料是指：煤、石油、天然氣。（一）多種多樣的碳單質(zhì)1、金剛石：（1）性質(zhì)及應(yīng)用：硬度極高、無色的晶體?？捎糜谧鲅b飾品、切割玻璃及大理石等。（2）結(jié)構(gòu)：每個(gè)碳原子都與相鄰的四個(gè)碳原子以較強(qiáng)的相互作用直接連接，形成正四面體結(jié)構(gòu)。2、石墨：（1）性質(zhì)及應(yīng)用：深灰色、質(zhì)軟、不透明、易導(dǎo)電的片狀固體。常用于做電極、鉛筆芯等。（2）結(jié)構(gòu)：碳原子呈層狀排列，每一層上的碳原子以較強(qiáng)的相互作用形成平面六邊形結(jié)構(gòu)，層與層作用較弱，可以相對滑動。3、C60分子：（1）性質(zhì)及應(yīng)用：灰黑色的固體。在材料科學(xué)、超導(dǎo)體等方面有廣泛的用途。（2）結(jié)構(gòu)：由60個(gè)碳原子構(gòu)成的形似足球的分子，碳原子位于球的表面，呈正六邊形和正五邊形排列，球內(nèi)是空的。4、碳納米管及其他碳單質(zhì)：碳納米管管狀單質(zhì)。同素異形體定義：由同種元素組成的性質(zhì)不同的單質(zhì)。 思考： 同素異形體的成因是什么？ 你所知道的其他元素的同素異形體還有哪些？（解答： 原子的排列方式不同，結(jié)構(gòu)不同。 O2與O3 、 紅磷和白磷等）小結(jié)：1、判斷同素異形體的要素：（1）必須由同一元素組成（2）必須是單質(zhì)（3）必須結(jié)構(gòu)不同2、不同的同素異形體，物理性質(zhì)不同，化學(xué)性質(zhì)相似（二）廣泛存在的含碳化合物1、分類：有機(jī)物和無機(jī)物2、常見的碳酸鹽及其成分大理石方解石CaCO3 白云石CaMgCO3 菱鋅礦ZnCO3 菱鎂礦MgCO3 菱鐵礦FeCO33、重要的兩種鹽Na2CO3（碳酸鹽）和NaHCO3（碳酸氫鹽） （1）主要的物理性質(zhì)和應(yīng)用：化學(xué)式學(xué)名俗名 狀態(tài) 顏色溶解度比較應(yīng)用NaHCO3碳酸氫鈉小蘇打細(xì)小晶體白色較小做發(fā)酵粉、胃藥Na2CO3碳酸鈉蘇打、純堿粉末白色較大制玻璃、造紙Na2CO310H2O十水合碳酸鈉結(jié)晶碳酸鈉晶體無色最大同Na2CO3（2）主要的化學(xué)性質(zhì)a 碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)與酸 Na2CO3+HCl Na2CO3+CO2+H2O Na2CO3+CH3COOH CO32- +2H+=CO2+H2O; CO32-+CO2+H2O=2HCO3- CO32-+CH3COOH=CO2+H2O+2CH3COO- 與堿 Na2CO3+Ca（OH）2 Na2CO3+Ba（OH）2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=BaCO3與鹽 Na2CO3+ CaCl2 Na2CO3+BaCI2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=BaCO3 b 碳酸氫鈉的性質(zhì)與酸NaHCO3 +HCI HCO3- +H+=CO2+H2O與堿NaHCO3+NaOH HCO3-+OH-= CO32-+H2O受熱易分解 NaHCO3 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O c Na2CO3 與Na2CO310H2O之間的轉(zhuǎn)化Na2CO3溶液結(jié)晶生成Na2CO310H2O ,Na2CO310H2O風(fēng)化失水變?yōu)镹a2CO3 。Na2CO3 與Na2CO310H2O在水溶液里的溶質(zhì)都是Na2CO3。思考：如何區(qū)分Na2CO3與 NaHCO3兩種粉末？請用三種以上的方法。 向飽和Na2CO3溶液中通入過量的CO2氣體，有什么現(xiàn)象？ 現(xiàn)有50mL1molL的NaOH溶液和足量的CO2氣體，簡述制取純Na2CO3溶液的方法。 簡答：加熱法；配成溶液加BaCl2溶液法；配成溶液滴加鹽酸法等 溶液變渾濁 將50mL堿液平分為兩等份，向一份中通入過量的CO2，充分反應(yīng)后，將所得溶液與另一份堿液混和，充分?jǐn)嚢杓纯伞?小結(jié)： Na2CO3和NaHCO3的相互轉(zhuǎn)化（三）碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1、自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 （1）碳的循環(huán)圖：（2）溶洞及石筍、鐘乳石的形成：相關(guān)的化學(xué)方程式為：CaCO3CO2+H2OCa(HCO3)2 Ca(HCO3)2= CaCO3CO2+H2O（3）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+O2= CO2 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+O2=2CO2 C+ CO2 = 2CO生成水煤氣的化學(xué)方程式為：C+H2O=CO+H2思考：如何防止煤氣中毒？提示：要保持室內(nèi)空氣流通；冬季室內(nèi)燃煤要安裝煙囪等（3）水垢的形成：有關(guān)化學(xué)方程式為：Ca(HCO3)2CaCO3 CO2+H2O思考：如何除去水壺中的水垢？提示：加入酸，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)化小結(jié)：碳及其化合物的轉(zhuǎn)化，對人的生活、生產(chǎn)來說意義重大?！镜湫屠}】例1、金剛石、石墨、C60性質(zhì)有所不同，是由于 （ ）A. 構(gòu)成原子不同B. 原子的各自排列方式不同C. 具有不同的幾何外形D. 硬度不同答案：B解析：金剛石、石墨、C60三者是碳元素的同素異形體，構(gòu)成原子完全相同，只是其內(nèi)部碳原子排列方式不同，才導(dǎo)致它們結(jié)構(gòu)不同，進(jìn)而性質(zhì)不同。點(diǎn)評：“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”是化學(xué)的重要規(guī)律，對此要不斷地加深理解，注重應(yīng)用。例2、把7.4gNa2CO310H2O和NaHCO3組成的混合物溶于水，配成100mLD 溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等質(zhì)量的混合物加熱到恒重時(shí)，殘留物的質(zhì)量是（ ）A. 3.18gB. 2.21gC. 5.28gD. 4.22g答案：A解析：混合物加熱最終得到的是Na2CO3，根據(jù)Na+守恒，n (Na2CO3)=1/2 n(Na+)1/20.1L0.6mol/L=0.03mol所以，m(Na2CO3)=0.03mol106g/mol=3.18g點(diǎn)評：守恒法是常用的解題方法，使用時(shí)關(guān)鍵認(rèn)真分析題意，要找準(zhǔn)不變量，忽略了繁雜過程，使問題變得簡單易解。例3、現(xiàn)有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和75mL 1mol/L的稀鹽酸，將Na2CO3溶液緩緩滴加到鹽酸中 將稀鹽酸緩緩滴加到Na2CO3溶液中，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下產(chǎn)生的氣體情況是（ ）A. 均為0.84L B. 均為0.56L C. D. 答案：C解析：雖然都是Na2CO3與鹽酸反應(yīng)，但滴加順序不同，結(jié)果產(chǎn)生的CO2的量不一定相同。將Na2CO3溶液滴入鹽酸中，剛開始鹽酸過量：Na2CO3 +2HCl2NaCl+CO2+H2O應(yīng)按鹽酸的量計(jì)算氣體體積：V1=22.4L/mol0.075mol1/2=0.84L將鹽酸滴入Na2CO3溶液中，反應(yīng)分兩步：Na2CO3 +HClNaCl+NaHCO3 ；NaHCO3HClNaCl+CO2+H2O生成的CO2用第二步余下的鹽酸計(jì)算：V2=(0.075mol-0.05mol)22.4L=0.56L所以V1>V2點(diǎn)評：本題考查的是Na2CO3 與鹽酸反應(yīng)時(shí)，滴加順序不同時(shí)，產(chǎn)生的氣體體積也不同，計(jì)算時(shí)，要分析清楚化學(xué)反應(yīng)的過程，正確寫出反應(yīng)式是關(guān)鍵。例4、近年來大氣中CO2增多引起“溫室效應(yīng)”，請回答有關(guān)問題：（1）空氣中CO2的主要來源是什么？（2）自然界中消耗CO2的主要過程是哪些？答案：（1）含碳燃料的大量燃燒。（2）溶于江水、海水; 綠色植物的光合作用；巖石的風(fēng)化等。解析：盡管二氧化碳的產(chǎn)生途徑很多，但是大量化石燃料的燃燒是產(chǎn)生二氧化碳的主要來源。由于江、海的面積大，將溶解大量二氧化碳，光合作用、巖石的風(fēng)化也將消耗大量二氧化碳。點(diǎn)評：本題引導(dǎo)學(xué)生要關(guān)注生活、關(guān)注環(huán)境問題，做到學(xué)以致用，這是新課程的重要精神?！灸M試題】一、選擇題 （每小題有12個(gè)選項(xiàng)符合題意）1、有關(guān)C60的下列說法中正確的是（ ）A. 是一種新型的化合物B. 是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的一種單質(zhì)分子C. 摩爾質(zhì)量是720g ，1摩爾該物質(zhì)含60摩碳原子D. 該物質(zhì)能導(dǎo)電 2、下列敘述中正確的是（ ） A. 由碳元素組成的物質(zhì)一定是純凈物 B. 金剛石和石墨具有相同的元素組成 C. 金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化不屬于化學(xué)變化 D. 將等質(zhì)量金剛石、石墨、C60 分別放在足量氧氣中充分燃燒，生成等質(zhì)量的CO2 可證明三者是同素異形體3、下列各組中是同素異形體的是（ ）A. H2O2 、H2OB. Cl2和氯水C. 含中子數(shù)分別是1和2的兩種氫原子D. S4 、S64、下列物質(zhì)既可以與碳酸鈉反應(yīng)，又可以與碳酸氫鈉反應(yīng)的是 （ ）A. NaOH溶液B. CaCl2溶液C. Ca(OH)2溶液D. 硝酸5、高溫下，6gC和8gO2在密閉容器中反應(yīng)，當(dāng)碳、氧氣已耗盡時(shí)，所得的產(chǎn)物是（ ）A. 14克CO2 B. 11克CO2和3克COC. CO2、CO各7克D. 14克CO6、用足量的CO還原32g某種氧化物，將生成的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到60g沉淀，則該氧化物是（ ）A. FeOB. Fe2O3C. CuOD. Cu2O7、用1L1mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中CO32-和HCO3-的物質(zhì)的量濃度之比約是（ ）A. 1：3B. 1：2C. 2：3D. 3：28、在一定溫度下，向足量的飽和碳酸鈉溶液中加入1.06g無水碳酸鈉，攪拌后靜置，最終所得晶體的質(zhì)量是（ ）A. 等于1.06g B. 大于1.06g小于2.86g C. 等于2.86g D. 大于2.86g9、為制備干燥、純凈的CO2 ，將大理石和鹽酸反應(yīng)生成的氣體先后通過有下列物質(zhì)的兩個(gè)吸收裝置，兩個(gè)裝置中應(yīng)分別盛放（ ） A. 水；無水CaCl2 固體 B. 飽和NaHCO3 溶液； 濃H2SO4 C. 濃H2SO4 ; 飽和NaHCO3 溶液 D. 飽和NaHCO3 溶液; 稀H2SO4 10、一氧化碳和氧氣的混和氣體aL, 在密閉容器中用電火花引燃，充分反應(yīng)后，恢復(fù)到原狀態(tài)，氣體體積變?yōu)閎 L, 則原混和氣體中CO的體積可能是（ ） A. b L B. （a-b）L C. 2 (a-b) L D. (2b-a) L二、填空題11、某無色氣體可能含有H2 、CO、CO2和N2中的一種或幾種，當(dāng)混合氣體依次通過紫色石蕊試液時(shí)，紫色石蕊試液沒有變色；通過灼熱的氧化銅時(shí)有紅色的銅生成；通過澄清的石灰水時(shí)，石灰水變渾濁。該氣體一定含有_，一定不含_，可能含有_。12、在25. 101 kPa 條件下，將15 L O2 通入10 L CO和H2 的混合氣中，使其完全燃燒，干燥后，恢復(fù)至原來的溫度和壓強(qiáng)。（1）若剩余氣體的體積是15L 則原CO 和 H2 的混和氣體中V(CO)=_L, V(H2 )=_L.（2）若剩余氣體的體積為a L，則原CO 和 H2 的混和氣體中V(CO):V(H2 )=_。（3）若剩余氣體的體積為a L，則a 的取值范圍是_。13、吸煙有害健康，科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明香煙所產(chǎn)生的煙霧中，至少有300多種化合物不同程度的對人體有害。為了檢驗(yàn)該煙霧中是否存在CO2 和CO，對香煙產(chǎn)生的煙霧進(jìn)行適當(dāng)處理后，依次通過足量的以下試劑：澄清石灰水，濃硫酸，灼熱的黑色氧化銅粉末，澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)變渾濁。試回答：（1）中發(fā)生的現(xiàn)象說明_；（2）煙霧中是否存在CO ?_，作出此判斷依據(jù)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為_。三、計(jì)算題14、將一定量的NaOH 和 NaHCO3 的混合物X ，放在密閉容器中加熱，充分反應(yīng)后生成CO2 V1 L(V10),將反應(yīng)后的固體殘?jiān)黋 與過量鹽酸反應(yīng)，又生成CO2 V2 L(氣體體積均在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測定)（1）Y的成分是_;A. Na2CO3與NaOH B. Na2CO3 與 NaHCO3 C. Na2CO3 D. NaOH （2）X 中NaOH與NaHCO3共_mol，NaOH與NaHCO3 的物質(zhì)的量之比為_15、取一定量的 Na2CO3 . NaHCO3 和Na2SO4 的混合物與250 mL 1.00mol/L 過量鹽酸反應(yīng)，生成2.016L CO2 (標(biāo)準(zhǔn)狀況)，然后加入500 mL 0.100 mol/L Ba(OH)2 溶液，得到沉淀的質(zhì)量為2.33g , 溶液中過量的堿用10ml 1.00mol/L 鹽酸恰好完全中和。計(jì)算混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量。參考答案一、選擇題（每題有1或2個(gè)正確答案）1、B2、BD3、D4、CD5、D6、B7、A8、D9、AB10、AC 二、填空題11、CO CO2 H2 N2 12、（1）5 5 （2）(a-10)/(20-a) （3）10<a<2013、（1）燃燒產(chǎn)物中存在二氧化碳 （2）存在；中澄清石灰水變渾濁三、計(jì)算題14、（1）C （2）V2/11.2 (V2-V1)/(V2+V1)15、Na2CO3為7.42g ； NaHCO3 為 1.68g ； Na2SO4 為 1.42g