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

第1節(jié) 碳的多樣性互動課堂疏導(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)生相對滑動。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，每個碳原子都與相鄰的四個碳原子以強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，金剛石每一個碳與其他四個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.它們在一定條件下可以相互轉(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選項是正確的?！敬鸢浮?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)來決定。三、碳的化合物1.碳的氧化物（1）一氧化碳:無色無味氣體，有毒，難溶于水；易燃燒，高溫下有還原性。2CO+O2=2CO2CuO+COCu+CO2（2）CO2：無色無味氣體，無毒，能溶于水的酸性氧化物；不能燃燒，常作滅火劑，固態(tài)時俗稱干冰。CO2+H2O2=H2CO3Ca(OH)2+CO22=CaCO3+H2O2.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+H2ONa2CO3+Ba(OH)22=BaCO3+2NaOH（2）NaHCO3：俗稱小蘇打，白色固體。受熱易分解：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O問題探究如何用實驗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的實驗探究：可在Ca(OH)2（aq）中通入CO2，如果觀察到澄清石灰水變渾濁，則可說明有CaCO3生成。（2）不溶性的CaCO3轉(zhuǎn)化為可溶性的Ca(HCO3)2的實驗探究：可在CaCO3濁液中通入足量CO2，如果觀察到CaCO3濁液變澄清，則可說明有Ca（HCO3）2生成。（3）Ca(HCO3)2分解而析出CaCO3的實驗探究：可加熱Ca(HCO3)2（aq），如果觀察到Ca(HCO3)2（aq）變渾濁，則可說明有CaCO3生成。知識拓展 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+H2ONaHCO3+NaOH2=Na2CO3+H2O2NaHCO3+Ba（OH）22=BaCO3+Na2CO3+2H2O（3）Na2CO3與NaHCO3的轉(zhuǎn)化：Na2CO3+CO2+H2O2=2NaHCO32NaHCO3Na2CO3+CO2+H2ONaHCO3+NaOH2=Na2CO3+H2O方法點撥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，初步斷定細小者是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?？煺呤荖aHCO3。 (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，無明顯現(xiàn)象的是NaHCO3溶液。案例2在實驗室中，要除去一氧化碳中混有的二氧化碳，可采用什么辦法？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，故可用氧化銅來氧化CO，使它變成CO2，也可一舉兩得?！敬鸢浮?可將混合氣體通過石灰水或NaOH溶液或灼熱的碳可把混合氣體通過灼熱的氧化銅【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）操作方法簡單，易于進行分離;（4）如果將主要成分進行了轉(zhuǎn)化，最后要能將其還原過來?？梢詺w納為“不增、不減、易分、復(fù)原”?；顚W(xué)巧用1.下列說法正確的是（）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。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也是錯的。C60是由60個碳原子組成的分子，由于同種元素組成的純凈物是單質(zhì)，D也不正確。【答案】 B2.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】 、三項物質(zhì)的用途與物理性質(zhì)有關(guān);項鹽酸的酸性是化學(xué)性質(zhì)。【答案】 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熱B.采用先溶解后過濾混合物C.將H2不斷通過灼熱的混合物D.將O2不斷通過灼熱的混合物【思路解析】 CuO具有氧化性，炭粉具有還原性，如果隔絕空氣強熱，則將發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成銅和二氧化碳，故A錯。CuO和C都不溶于水，故不能采用B法。若將其灼熱時通H2，則會使CuO還原成Cu，與題意相違背。只有灼熱時通O2，將C轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2除去，可得純凈的CuO。【答案】 D4.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.無定形碳D.加熱純凈高錳酸鉀后的剩余物【思路解析】 A項是碳的兩種同素異形體,是混合物;B項冰是水的固體形態(tài),二者是一種物質(zhì);C項無定形碳是混合物,主要成分是碳;項加熱后的物質(zhì)是二氧化錳和錳酸鉀的混合物?！敬鸢浮?B5.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。有一點應(yīng)該注意，石墨和金剛石的熔沸點都很高，其中沸點二者相同，但熔點石墨大于金剛石?！敬鸢浮?C6.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.在空氣中點燃木炭D.綠色植物的光合作用【思路解析】 A項赤熱的木炭還原氧化銅,生成銅和二氧化碳，故A錯;B項是實驗室制取二氧化碳的方法;C項木炭在空氣中燃燒可生成二氧化碳;項綠色植物的光合作用是把二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣?！敬鸢浮?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CO2B.一定是O2C.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，只能說有可能是CO2氣體?！敬鸢浮?D8.實驗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】 實驗室制備某氣體，要符合以下原則：裝置簡單，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，不適合于實驗室操作。由于碳酸鈣與稀硫酸反應(yīng)生成微溶的硫酸鈣會把反應(yīng)物包裹起來，阻止了反應(yīng)的進一步發(fā)生，因此不能選用。實驗室里一般選用石灰石或大理石與15的稀鹽酸反應(yīng)來制取CO2，符合反應(yīng)速率和產(chǎn)品純度的要求?！敬鸢浮?B9.大氣中CO2的含量增多會引起“溫室效應(yīng)”，你認為目前大氣中CO2的主要來源是（）A.植物的呼吸與腐爛放出CO2B.人類和動物呼吸放出CO2C.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?！敬鸢浮?C10.可用來鑒別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，因為澄清石灰水既能與Na2CO3作用生成沉淀，又能與NaHCO3作用生成沉淀：Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3+2NaOHCa(OH)2+2NaHCO3=2H2O+CaCO3+Na2CO3Ca(OH)2+NaHCO3=H2O+CaCO3+NaOHB因為Na2CO3溶液受熱無化學(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：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2D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