高中化學 第三章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學案(2)魯科版必修1.doc
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第1節(jié) 碳的多樣性庖丁巧解牛知識巧學升華 一、多種多樣的碳單質(zhì) 1碳元素的存在 2不同碳單質(zhì)列表比較碳單質(zhì)物理性質(zhì)化學性質(zhì)主要用途石墨深灰色、質(zhì)軟、不透明、易導電的片狀固體能夠燃燒生成二氧化碳作電極、潤滑劑金剛石無色透明、硬度大的固體能夠燃燒生成二氧化碳飾品、切削工具C60灰黑色固體能夠燃燒生成二氧化碳用于材料科學等領(lǐng)域,作潤滑劑 要點提示 注意此處空半格金剛石、石墨、C60都是碳的同素異形體。(同素異形體是指同種元素形成的不同單質(zhì)) 3不同碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點 (1)石墨的結(jié)構(gòu)特點石墨的片層結(jié)構(gòu) C原子呈層狀排列,每層上的所有C原子都在同一平面上。 片層內(nèi)每個C原子與它周圍的3個C原子相連,形成平面正六邊形。 (2)金剛石的結(jié)構(gòu)特點 最小環(huán)狀結(jié)構(gòu) 每個C原子與它周圍相連的4個C原子形成1個正四面體。 每6個C原子形成1個最小的環(huán)狀結(jié)構(gòu),6個C原子不在同一平面上。 (3)C60的結(jié)構(gòu)特點C60中的正五邊形和正六邊形 球狀結(jié)構(gòu),形似足球,號稱足球烯。 每個C60分子中,含有12個正五邊形和20個正六邊形。 4同素異形體 由同一種元素形成的不同的單質(zhì),叫做該元素的同素異形體。 碳元素的同素異形體有金剛石、石墨、C60等,氧元素的同素異形體有O2、O3。 要點提示 注意此處空半格(1)同素異形體可從字面理解其含義,“同素”即同種元素,“異形”即不同的結(jié)構(gòu),具有不同的物理性質(zhì)。 (2)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。 二、廣泛存在的含碳化合物 1含碳化合物:碳元素在自然界中主要以化合態(tài)的形式存在,碳元素是構(gòu)成化合物種類最多的元素。 2Na2CO3與NaHCO3 (1)物理性質(zhì)和用途:碳酸鈉俗稱純堿或蘇打,是白色固體,廣泛用于玻璃、造紙等工業(yè);碳酸氫鈉俗稱小蘇打,是白色固體,是焙制糕點所用的發(fā)酵粉的主要成分之一。 (2)Na2CO3和NaHCO3的化學性質(zhì) 與酸反應(yīng)實驗方案實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論Na2CO3(s)+HCl(aq)生成無色氣體,氣體能使澄清石灰水變渾濁生成CO2氣體NaHCO3(s)+HCl(aq)生成無色氣體,氣體能使澄清石灰水變渾濁生成CO2,反應(yīng)速率比Na2CO3快 化學方程式:Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2,NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2 離子方程式:+2H+H2O+CO2, +H+H2O+CO2 要點提示 注意此處空半格Na2CO3與HCl的反應(yīng)共分兩步進行: (1)Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl (2)NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2 總:Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 與堿反應(yīng)實驗方案實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論Na2CO3(aq)+Ba(OH)2(aq)生成白色沉淀生成BaCO3沉淀NaHCO3(aq)+Ba(OH)2(aq)生成白色沉淀生成BaCO3沉淀 化學方程式:Na2CO3+Ba(OH)2BaCO3+2NaOH 2NaHCO3+Ba(OH)2BaCO3+Na2CO3+2H2O 離子方程式:+Ba2+BaCO32H+2OH+Ba2+BaCO3+2H2O+ 與鹽反應(yīng)實驗方案實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論Na2CO3(aq)+BaCl2(aq)生成白色沉淀生成BaCO3沉淀NaHCO3(aq)+BaCl2(aq)無明顯現(xiàn)象不反應(yīng) 化學方程式:Na2CO3+BaCl2BaCO3+2NaCl NaHCO3+BaCl2不反應(yīng) 離子方程式:+Ba2BaCO3 要點提示 注意此處空半格可以與Ba2+反應(yīng)生成白色沉淀,但與Ba2+不反應(yīng)。鑒別Na2CO3和NaHCO3可用BaCl2溶液:滴入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。 NaHCO3的其他性質(zhì)受熱分解。 NaHCO3熱穩(wěn)定性差,受熱發(fā)生分解反應(yīng):2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2Na2CO3熱穩(wěn)定性好,受熱不發(fā)生分解反應(yīng)。 要點提示 注意此處空半格不僅固體NaHCO3受熱易分解,所有的碳酸氫鹽固體受熱都易發(fā)生分解。 (3)碳酸鹽與碳酸氫鹽的相互轉(zhuǎn)化: 一般說來,碳酸鹽能與碳酸(二氧化碳和水)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸氫鹽,碳酸氫鹽能與堿反應(yīng)轉(zhuǎn)化為碳酸鹽。 上述轉(zhuǎn)化的化學方程式為 Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3 NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2 Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 CO2+NaOHNaHCO3 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O CO2+2NaOHNa2CO3+H2O(4)Na2CO3與NaHCO3比較Na2CO3NaHCO3俗名純堿、蘇打小蘇打色態(tài)白色粉末白色晶體溶解性大較小穩(wěn)定性難分解受熱易分解與鹽酸反應(yīng)+2H+H2O+CO2+H+H2O+CO2與氫氧化鈉反應(yīng)不反應(yīng)+OH+H2O與CaCl2反應(yīng)Ca2+CaCO3不反應(yīng)鑒別加熱不分解,與CaCl2反應(yīng)生成白色沉淀加熱易分解,生成的氣體能使澄清的石灰水變渾濁;與CaCl2不反應(yīng)轉(zhuǎn)化用途玻璃、造紙發(fā)酵粉、制藥 三、碳及其化合物之間的轉(zhuǎn)化 1自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 (1)轉(zhuǎn)化 碳在自然界中的循環(huán)是生命活動的一部分,因為碳是構(gòu)成蛋白質(zhì)的重要元素。 (2)模擬溶洞的形成實驗內(nèi)容實驗現(xiàn)象有關(guān)化學方程式及離子方程式Ca(OH)2(aq)中通入CO2澄清石灰水變渾濁Ca(OH)2+CO2CaCO3+H2OCa2+2OH+CO2CaCO3+H2OCaCO3濁液中通入足量CO2CaCO3溶液變澄清CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2Ca2+2加熱Ca(HCO3)2(aq)Ca(HCO3)2(aq)變渾濁Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2Ca2+2CaCO3+H2O+CO2 要點提示 注意此處空半格溶洞的形成就是通過CaCO3與Ca(HCO3)2之間的相互轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。在書寫離子方程式時,Ca(OH)2有兩種形式。若題干中指明是澄清石灰水則寫成離子形式,若題干中指明是石灰乳則寫成化學式。 (3)自然界中碳及其化合物的其他轉(zhuǎn)化 火山噴發(fā)比較頻繁的時代,火山把大量的CO2噴發(fā)到大氣里。 熱帶植物大量死亡的時代,死亡的植物經(jīng)過漫長的過程轉(zhuǎn)化成煤。人類的活動,特別是化石燃料的大量燃燒,使大氣中CO2的含量猛增,破壞了自然界里碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化平衡,導致了“溫室效應(yīng)”。 2生活和生產(chǎn)中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 (1)高爐煉鐵原理 CO的產(chǎn)生:C+O2CO2,CO2+C2CO 在CO還原鐵礦石的過程中,C元素被氧化:FeO+COFe+CO2,F(xiàn)e3O4+4CO3Fe+4CO2,F(xiàn)e2O3+3CO2Fe+3CO2。 (2)CCO:2+2 CCO2:+ COCO2:2+2 CO2CO:+2O 要點提示 O2是常見的氧化劑,C、CO是常見的還原劑。 (2)木炭燃燒 (3)水垢的形成過程:水垢的主要成分是CaCO3 Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2 水垢中還有Mg(OH)2,其形成過程為: Mg(HCO3)2MgCO3+H2O+CO2 MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2 (4)有機物的合成 1828年,德國化學家維勒用無機化合物首次合成出有機物尿素。 今天人類已合成出幾千萬種的有機物。 有機合成大師是美國化學家伍德沃德,10年間合成了20多種復雜化合物,榮獲1965年諾貝爾化學獎。1965年,正是我國化學家合成出結(jié)晶牛胰島素的那一年。問題思路探究 問題1 (1)如何除去Na2CO3固體中少量的NaHCO3雜質(zhì)? (2)如何除去Na2CO3溶液中少量的NaHCO3雜質(zhì)? (3)如何除去NaHCO3溶液中少量的Na2CO3? (4)在飽和Na2CO3溶液中通入足量的CO2,有何現(xiàn)象? 思路:NaHCO3固體受熱分解,NaHCO3能與NaOH反應(yīng)生成Na2CO3,而Na2CO3與NaOH不反應(yīng)。Na2CO3+H2O+CO22NaHCO3利用此反應(yīng)可以除去NaHCO3溶液中少量的Na2CO3雜質(zhì)。 探究:(1)加熱。(2)加適量的NaOH溶液。(3)通足量CO2。(4)析出固體(理由是NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小)。 問題2 向澄清石灰水中通CO2氣體會不會產(chǎn)生越通越渾濁的現(xiàn)象?將含有碳酸氫鈣的水加熱,會有什么現(xiàn)象? 思路:澄清石灰水與CO2反應(yīng)生成沉淀,繼續(xù)通入沉淀會消失。碳酸氫鈣受熱分解生成CaCO3。 探究:不會,因為生成的碳酸鈣與含有二氧化碳的水溶液繼續(xù)反應(yīng),生成可溶性的碳酸氫鈣,而含有碳酸氫鈣的水溶液加熱時,可溶性的碳酸氫鈣又會分解生成不溶性的碳酸鈣,這也是自然界中碳酸鈣與碳酸氫鈣的相互轉(zhuǎn)化典題熱題新題 例1(1)為什么碳元素的三種同素異形體物理性質(zhì)差別很大,化學性質(zhì)卻相似? (2)如何證明石墨、金剛石、C60都是由碳元素組成的? 解析:石墨、金剛石、C60中碳原子的排列方式(結(jié)構(gòu))不同,所以,性質(zhì)不同,分析結(jié)構(gòu)和組成是解決問題的關(guān)鍵,證明石墨、金剛石、C60都是由碳元素組成,因為同種元素的燃燒產(chǎn)物相同,所以,燃燒法可證明都含有碳元素。 答案:(1)由于石墨是層狀結(jié)構(gòu)、金剛石是空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、C60是球形小分子,它們碳原子的連接和排列方式不同,所以物理性質(zhì)相差很大。由于組成元素都是碳元素,所以化學性質(zhì)相似。 (2)可以用燃燒都生成二氧化碳的方法來證明這三種物質(zhì)的組成元素相同。 深化升華 注意此處空半格物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)的性質(zhì),所以分析一種或幾種物質(zhì)的性質(zhì)時,要從結(jié)構(gòu)入手分析,屬于同素體的物質(zhì)還有O2與O3,紅磷和白磷等,它們之間都是物理性質(zhì)不同,其中紅磷與白磷化學性質(zhì)相似,O2與O3化學性質(zhì)略有不同。 例2甲、乙兩同學都來制取較純凈的碳酸鈉溶液,分別設(shè)計了下列實驗方案: 甲:如圖所示實驗裝置,將大理石與稀鹽酸反應(yīng)得到的CO2直接通入氫氧化鈉溶液中。 乙:如圖所示,將氫氧化鈉溶液分成兩等份,用下列實驗裝置,再將大理石與稀鹽酸反應(yīng)得到的CO2經(jīng)飽和碳酸氫鈉洗滌后長時間通入其中一份氫氧化鈉溶液中,并將所得溶液小心加熱煮沸12分鐘,以趕走溶解在溶液中的過量CO2;再將另一份氫氧化鈉溶液與此份溶液混合。哪位同學能獲得較純凈的碳酸鈉?為什么?乙同學的加熱煮沸有沒有必要? 解析:向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳時,若二氧化碳不足,則得到的是碳酸鈉和氫氧化鈉的混合物;若二氧化碳大于NaOH的物質(zhì)的量、小于2倍的NaOH的物質(zhì)的量,則得到的是碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物;若二氧化碳大于2倍的NaOH的物質(zhì)的量,則得到NaHCO3。即二氧化碳的量很難控制。根據(jù)化學方程式:NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O,等物質(zhì)的量的NaHCO3和NaOH混合生成Na2CO3。如果乙同學加熱煮沸趕盡溶解的CO2,則溶解的CO2與氫氧化鈉反應(yīng),最終得到的是NaHCO3和Na2CO3的混合物。 答案:乙同學。向氫氧化鈉溶液中通CO2,很難把握CO2的量,乙用等物質(zhì)的量的碳酸氫鈉與氫氧化鈉反應(yīng),兩者恰好完全反應(yīng),生成的是碳酸鈉。煮沸是為了除去碳酸氫鈉溶液中溶解的CO2,因碳酸氫鈉在100以上才分解,所以不會使碳酸氫鈉發(fā)生分解。 深化升華 注意此處空半格向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳,制取較純凈的碳酸鈉溶液,要考慮CO2過量產(chǎn)生的碳酸氫鈉和二氧化碳的溶解會帶來雜質(zhì)。所以,用等物質(zhì)的量的碳酸氫鈉與氫氧化鈉反應(yīng),兩者恰好完全反應(yīng),生成的是純凈的碳酸鈉溶液。 例3根據(jù)以下敘述,回答第(1)(3)小題: 某化工廠按如下步驟進行生產(chǎn):以煤為燃料煅燒石灰石;用飽和Na2CO3溶液充分吸收步驟中產(chǎn)生的二氧化碳;使步驟中產(chǎn)生的氧化鈣與水反應(yīng);消石灰與碳酸鈉反應(yīng)。 (1)該廠生產(chǎn)過程中起始原料是_;最終產(chǎn)品是_。 (2)該廠生產(chǎn)過程的優(yōu)點是() 排放的氣體對大氣無污染生產(chǎn)過程中的部分產(chǎn)品可作為原料使用高溫作業(yè) A只有B只有C和D和 (3)寫出生產(chǎn)過程中涉及的化學方程式:_。 解析:仔細讀題,首先寫出整個過程的化學方程式,即可得答案:原料是指需要加入的物質(zhì),先生成后消耗的不能算作原料,也不是最終產(chǎn)品。 答案:(1)石灰石、碳酸鈉碳酸氫鈉、氫氧化鈉(2)C (3)CaCO3CaCO3+H2O,Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3 CaO+H2OCa(OH)2,Ca(OH)2+Na2CO3CaCO3+2NaOH 深化升華 注意此處空半格首先寫出有關(guān)反應(yīng)的化學方程式,以此分析原料和最終產(chǎn)品,從節(jié)約原料降低成本和污染環(huán)境方面,評價生產(chǎn)過程的優(yōu)缺點。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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