1、第第1 1节碳的多样性节碳的多样性第第1 1课时碳单质的多样性及含碳化合物课时碳单质的多样性及含碳化合物 自然界中的元素自然界中的元素 1通过对碳的三种重要单质性质的学习来认通过对碳的三种重要单质性质的学习来认识碳的多样性。识碳的多样性。2掌握碳酸钠与碳酸氢钠的性质。掌握碳酸钠与碳酸氢钠的性质。知识清单知识清单多种多样的碳单质多种多样的碳单质1同素异形体同素异形体(1)同素异形体的概念：由同一种同素异形体的概念：由同一种_组成组成的性质不同的几种的性质不同的几种_，叫做该元素的同素异形，叫做该元素的同素异形体。体。(2)常见的同素异形体：碳：常见的同素异形体：碳：_；氧：；氧：_。(1)元素单
2、质元素单质(2)金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60氧气、臭氧氧气、臭氧(O3)2金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60(1)结构结构金刚石：每个碳原子与另外金刚石：每个碳原子与另外_个碳原子以个碳原子以一种较强的相互作用相连接，形成一种较强的相互作用相连接，形成_结构，向空结构，向空间伸展形成间伸展形成_结构。结构。4正四面体空间网状正四面体空间网状石墨：石墨晶体是石墨：石墨晶体是_结构。在同一层内，碳结构。在同一层内，碳原子排列成原子排列成_边形边形(碳原子位于正六边形的顶点上碳原子位于正六边形的顶点上)，一个个正六边形排列成平面网状结构，每一个碳原子都跟其一个个正六边形排列成平面网状结构，每一
3、个碳原子都跟其他他_个碳原子相连。在同一层内，相邻的碳原子以个碳原子相连。在同一层内，相邻的碳原子以_的相互作用相结合，但层与层之间以一种的相互作用相结合，但层与层之间以一种_的相互作用相结合。的相互作用相结合。层状正六层状正六3较强较弱较强较弱C60 C60分子是由分子是由60个碳原子构成的，它的形状像个碳原子构成的，它的形状像足球，由足球，由12个个_和和20个个_组成。分子内部，组成。分子内部，碳原子间以碳原子间以_的相互作用结合，但分子间的相互作的相互作用结合，但分子间的相互作用用_。C60分子结构，形似足球，故又名足球烯分子结构，形似足球，故又名足球烯正五边形正六边形较强较弱正五边形
4、正六边形较强较弱问题探究问题探究金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60 都是由碳元素组成的单质，为什都是由碳元素组成的单质，为什么性质差别如此之大？么性质差别如此之大？金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60 是碳元素的同素异形体，但三者是碳元素的同素异形体，但三者在碳原子的排列方式、相邻碳原子的作用力等方面有较大在碳原子的排列方式、相邻碳原子的作用力等方面有较大差异。石墨为层状结构，每一层内每个原子参与形成三个差异。石墨为层状结构，每一层内每个原子参与形成三个平面六边形，层内相邻原子间作用力强，层间作用力弱，平面六边形，层内相邻原子间作用力强，层间作用力弱，故石墨层与层之间易发生相对滑动，从而具有滑腻
5、感；金故石墨层与层之间易发生相对滑动，从而具有滑腻感；金刚石为空间网状结构，以每个碳原子为中心形成一个正四刚石为空间网状结构，以每个碳原子为中心形成一个正四面体，相邻碳原子间作用力强，要是破坏该作用力，需要面体，相邻碳原子间作用力强，要是破坏该作用力，需要相当多的能量，故金刚石具有较高的硬度和熔沸点；相当多的能量，故金刚石具有较高的硬度和熔沸点；C60 为球形分子，每个分子由为球形分子，每个分子由60个碳原子构成，形个碳原子构成，形似足球，碳原子位于球的表面，呈正六边形和正五边形似足球，碳原子位于球的表面，呈正六边形和正五边形排列，球内是空的，内部空间可以用来储存氢气，亦可排列，球内是空的，内
6、部空间可以用来储存氢气，亦可以容纳一些金属原子。以容纳一些金属原子。特别提示特别提示：物质之所以具有不同的性质，主要是因物质之所以具有不同的性质，主要是因为它们具有不同的结构，应为结构决定了性质。为它们具有不同的结构，应为结构决定了性质。尝试应用尝试应用1近年来，科学家在氦的气氛中给石墨通电，使近年来，科学家在氦的气氛中给石墨通电，使石墨挥发，在石墨挥发的黑烟中发现了石墨挥发，在石墨挥发的黑烟中发现了C60，它的金属，它的金属渗入物具有可贵的超导性质。北京大学首先将渗入物具有可贵的超导性质。北京大学首先将C60渗锡，渗锡，获超导转变温度为获超导转变温度为37 K的好成绩。下列关于的好成绩。下列
7、关于C60的叙述的叙述正确的是正确的是()A是一种新型的化合物是一种新型的化合物B是碳元素的一种同素异形体是碳元素的一种同素异形体CC60燃烧时可生成燃烧时可生成CO2D摩尔质量是摩尔质量是720解析解析：C60属于单质，由一种元素组成，与金刚石、属于单质，由一种元素组成，与金刚石、石墨互为同素异形体；由于石墨互为同素异形体；由于C60由碳元素构成，因此，由碳元素构成，因此，在一定条件下可以燃烧生成在一定条件下可以燃烧生成CO2，D选项中摩尔质量的选项中摩尔质量的单位为单位为gmol1。答案答案：BC知识清单知识清单广泛存在的含碳化合物广泛存在的含碳化合物1常见的含碳化合物常见的含碳化合物(1
8、)有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂，以及石油、有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂，以及石油、液化气、天然气等的主要成分。液化气、天然气等的主要成分。(2)无机化合物：无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、碳、碳酸钠、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。菱铁矿等。2碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较碳酸钠碳酸氢钠俗名_溶解性_稳定性_与盐酸反应_与NaOH反应_与BaCl2反应_转化Na2CO3 NaHCO3用途_纯碱或苏打小苏打易溶于水较易溶于水稳定纯碱或苏打小苏打易溶于水较易溶于水稳定不稳定，受热
9、易分解反应，放出气体不稳定，受热易分解反应，放出气体反应放出气体，但反应放出气体，但NaHCO3与酸反应的剧烈程度强于与酸反应的剧烈程度强于Na2CO3不反应不反应反应：反应：NaHCO3NaOH NaClH2ONa2CO3BaCl2 BaCO32NaCl不反应纺织、肥皂、玻璃、造纸等工业不反应纺织、肥皂、玻璃、造纸等工业发酵粉、制胃药发酵粉、制胃药问题探究问题探究碳酸钙有哪些化学性质？由此，可推知碳酸钠和碳碳酸钙有哪些化学性质？由此，可推知碳酸钠和碳酸氢钠可能具有哪些化学性质？酸氢钠可能具有哪些化学性质？碳酸钙的化学性质：碳酸钙的化学性质：CaCO3和酸反应和酸反应(如如CaCO3和和盐酸反
10、应，盐酸反应，CaCO3和醋酸反应，和醋酸反应，CaCO3遇到溶有遇到溶有CO2的的水水)；碳酸钙受热分解。；碳酸钙受热分解。由此可知碳酸钠的化学性质：由此可知碳酸钠的化学性质：Na2CO3和酸反应和酸反应(如如Na2CO3和盐酸反应和盐酸反应)；在酒精灯加热的条件下；在酒精灯加热的条件下Na2CO3受热不能分解。受热不能分解。碳酸氢钠的化学性质：碳酸氢钠的化学性质：NaHCO3与盐酸反应；与盐酸反应；碳酸氢钠与碳酸氢钠与NaOH溶液反应；在酒精灯加热的条件下溶液反应；在酒精灯加热的条件下NaHCO3分解。分解。特别提示特别提示：碳酸钠与酸反应的过程分析碳酸钠与酸反应的过程分析Na2CO3与盐
11、酸反应是分步进行的：与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3HCl NaHCO3NaCl,NaHCO3HCl NaClCO2H2O。若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，在开始时由于碳酸钠的若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，在开始时由于碳酸钠的量多，而加入的酸量多，而加入的酸(氢离子氢离子)少，第二步反应尚未进行，故没少，第二步反应尚未进行，故没有气体生成；滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶有气体生成；滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多。若将碳液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多。若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，由于试管中酸酸钠溶液滴加到盐酸中，则情
12、况大不一样，由于试管中酸充足，滴入的碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此立充足，滴入的碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此立即产生气泡。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。即产生气泡。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。尝试应用尝试应用2苏打和小苏打都是家庭中常备用品，试从消苏打和小苏打都是家庭中常备用品，试从消耗反应物的量的角度，回答下列问题：耗反应物的量的角度，回答下列问题：(1)做面条时为防止湿面在较长时间后变酸，应选做面条时为防止湿面在较长时间后变酸，应选用用_，理由：，理由：_。(2)制泡沫灭火器时，需要与酸性物质反应产生大制泡沫灭火器时，需要与酸性物质反应产生大量量CO2，
13、此时应选用，此时应选用_，理由：，理由：_。解析解析：为防止湿面在较长时间后变酸，应选用耗为防止湿面在较长时间后变酸，应选用耗酸多的；制泡沫灭火器时，需要产生大量酸多的；制泡沫灭火器时，需要产生大量CO2 的且耗酸的且耗酸少的。由于：少的。由于：故前者选苏打，后者选小苏打。故前者选苏打，后者选小苏打。答案答案：(1)苏打因为与等量的酸反应时，苏打的苏打因为与等量的酸反应时，苏打的用量少用量少(2)小苏打因为产生等量的小苏打因为产生等量的CO2 时，小苏打的用时，小苏打的用量少而且反应速率快量少而且反应速率快同素异形体同素异形体 金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60性质有所不同，是由于性质有所不同
14、，是由于()A构成原子不同构成原子不同B原子的各自排列方式不同原子的各自排列方式不同C具有不同的几何外形具有不同的几何外形D硬度不同硬度不同解析解析：金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60三者是碳元素的同素异形体，三者是碳元素的同素异形体，构成原子完全相同，只是其内部碳原子排列方式不同，才导构成原子完全相同，只是其内部碳原子排列方式不同，才导致它们结构不同，进而性质不同。致它们结构不同，进而性质不同。答案答案：B名师点睛名师点睛：同素异形体是一个重要的概念，同学同素异形体是一个重要的概念，同学们一定要把握其实质：们一定要把握其实质：“同素同素”即由同种元素组成；即由同种元素组成；“异形异形”即结构
15、不同，这也决定了它们的性质，特别即结构不同，这也决定了它们的性质，特别是物理性质是不同的。是物理性质是不同的。“结构决定性质结构决定性质”是化学的重是化学的重要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。变式训练变式训练11985年科学家发现的年科学家发现的C60分子是由分子是由60个碳原子构成的，个碳原子构成的，它的形状像足球它的形状像足球(图图C)，因此又叫足球烯。，因此又叫足球烯。1991年科学家又年科学家又发现一种碳的单质发现一种碳的单质碳纳米管，它是由六边形的碳原子构碳纳米管，它是由六边形的碳原子构成的管状大分子成的管状大分子(图图D)，图中，图中A
16、、B分别是金刚石和石墨的结分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。用你所学到构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。用你所学到的化学知识回答下列问题：的化学知识回答下列问题：(1)常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？(2)请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的碳元素组成的(以足球烯为例，用简要文字叙述以足球烯为例，用简要文字叙述)。解析解析：分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原
17、子排列性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原子排列的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质的化学性质(常温下稳定性、可燃性、还原性常温下稳定性、可燃性、还原性)是相同的，是相同的，因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。碳
18、元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。答案答案：(1)不活泼。不活泼。(2)将它放在充满将它放在充满O2的密闭容器里的密闭容器里使之燃烧，只生成使之燃烧，只生成CO2，且，且CO2里所含碳元素的质量等于里所含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量。足球烯所减少的质量。碳酸根离子的检验碳酸根离子的检验 可以说明溶液中大量存在可以说明溶液中大量存在CO32-的理由是的理由是()A加入加入AgNO3溶液有白色沉淀产生溶液有白色沉淀产生B加入盐酸有无色无味气体产生加入盐酸有无色无味气体产生C加入加入MgCl2时有白色沉淀产生，再加稀盐酸，沉时有白色沉淀产生，再加稀盐酸，沉淀溶解，放出使澄清石灰水变浑浊的
19、无色气体淀溶解，放出使澄清石灰水变浑浊的无色气体D加入加入Ba(OH)2 溶液有白色沉淀产生，再加入稀盐溶液有白色沉淀产生，再加入稀盐酸，沉淀溶解，且产生可使澄清石灰水变浑浊的无色气体酸，沉淀溶解，且产生可使澄清石灰水变浑浊的无色气体解析解析：与与AgNO3溶液反应生成白色沉淀的有：溶液反应生成白色沉淀的有：Cl、SO42-、CO32-等许多离子，等许多离子，A不能证明；不能证明；B、D选项中选项中HCO3-也会产生同样现象，也会产生同样现象，C项可以排除项可以排除HCO3-的干扰，的干扰，HCO3-与与Ba2或或Mg2不会生成沉淀，所以应选不会生成沉淀，所以应选C。答案答案：C名师点睛：在溶
20、液中加入酸时 HCO3 H=CO2 H2O，加入澄清石灰 水时 Ca2CO23=CaCO3或加入 Ba(OH)2时 Ba22OH2HCO3=BaCO3CO232H2O。故溶液中 CO23的检验时容易忽视了 HCO3、SO23、HSO3的干扰，望同学们注意！变式训练变式训练2某同学做某同学做“证明鸡蛋壳的成分中含有碳酸证明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子根离子”的实验，设计了如下方案的实验，设计了如下方案(如下图所示如下图所示)，经检验装置的气密性合格后加入试剂。经检验装置的气密性合格后加入试剂。结果发现结果发现中先变浑浊，稍后又变澄清。中先变浑浊，稍后又变澄清。(1)描述描述中发生的现象是中发生的
21、现象是_。(2)分析分析中可能出现的现象是中可能出现的现象是_。(3)根据我们所学的知识，你认为上述哪几种现象结根据我们所学的知识，你认为上述哪几种现象结合在一起足以说明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子？合在一起足以说明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子？_。(4)上述方案中，什么实验是多余的？上述方案中，什么实验是多余的？_。解析解析：证明物质中含有证明物质中含有CO32-的方法是：该物质与盐酸的方法是：该物质与盐酸反应能产生无色气泡，且该气体能使澄清的石灰水变浑浊，反应能产生无色气泡，且该气体能使澄清的石灰水变浑浊，出现上述两点现象即可证明物质中含有出现上述两点现象即可证明物质中含有 CO32-。鸡
22、蛋壳不溶。鸡蛋壳不溶于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳气体，该气体通过导管进入气体，该气体通过导管进入中，使石灰水变浑浊。变浑浊中，使石灰水变浑浊。变浑浊的原因是因有难溶于水的的原因是因有难溶于水的CaCO3生成的缘故，继续通入生成的缘故，继续通入CO2后，后，CO2与与CaCO3、H2O反应能生成易溶解的反应能生成易溶解的Ca(HCO3)2，使，使石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋壳浮在液面上。使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋
23、壳浮在液面上。CO2还能还能与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。答案答案：(1)鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，鸡蛋壳鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，鸡蛋壳浮在液面上浮在液面上(2)溶液由紫色变成红色溶液由紫色变成红色(3)中鸡蛋壳逐渐溶中鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，解，并有大量气泡产生，中出现浑浊，两种现象结合足以中出现浑浊，两种现象结合足以说明鸡蛋壳含有说明鸡蛋壳含有CO32-(或或中现象和中现象和中现象中现象)(4)碳酸钠与盐酸的反应机理碳酸钠与盐酸的反应机理 现有现有25 mL 2 molL1Na2CO3和和75 mL 1
24、molL1的稀盐酸，将的稀盐酸，将Na2CO3溶液缓缓滴到稀盐酸溶液缓缓滴到稀盐酸中；将稀盐酸缓缓滴到中；将稀盐酸缓缓滴到Na2CO3溶液中，在标准状溶液中，在标准状况下产生气体的体积情况是况下产生气体的体积情况是()A均为均为0.84 LB均为均为0.56 LC D名师点睛名师点睛：此类题目考查了物质在反应时由于滴加此类题目考查了物质在反应时由于滴加顺序不同而发生不同反应的问题，计算时，首先要正确顺序不同而发生不同反应的问题，计算时，首先要正确写出反应过程中的化学方程式，然后再根据量的不同进写出反应过程中的化学方程式，然后再根据量的不同进行分析。类似的问题还有行分析。类似的问题还有AlCl3
25、溶液与溶液与NaOH溶液的反应，溶液的反应，反应顺序不同，反应的现象不同，产物不同。反应顺序不同，反应的现象不同，产物不同。变式训练变式训练3某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应，消耗量盐酸反应，消耗H和产生和产生CO2的物质的量之比为的物质的量之比为 65，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为为()A11 B12C13 D14解析：设二价金属为 M，正盐的物质的量为 x，酸式盐的物质的量为 y，则有：MCO3 2HCl=MCl2CO2H2O x 2x x M(HCO3)2 2HCl=MCl2 2
26、CO2 2H2O y 2y 2y 由题意得：2x2yx2y65，解得xy12，选 A。答案：A 二氧化碳与碱反应的有关计算二氧化碳与碱反应的有关计算 将足量将足量CO2通入通入KOH和和Ca(OH)2的混合稀的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入）和通入CO2体积体积（V）的关系正确的是）的关系正确的是()解析解析：CO2通入通入KOH和和Ca(OH)2的混合稀溶液中，的混合稀溶液中，首先首先CO2和和Ca(OH)2反应生成反应生成CaCO3沉淀，当沉淀，当Ca(OH)2完完全反应后，沉淀达到最大量，然后全反应后，沉淀达到最大量，然后CO2与与KOH溶液反应
27、溶液反应生成生成K2CO3，K2CO3再转化为再转化为KHCO3溶液，在此过程中溶液，在此过程中沉淀量保持不变；如果继续通入沉淀量保持不变；如果继续通入CO2，因，因CO2与与CaCO3反反应生成易溶于水的碳酸氢钙，故沉淀溶解，直到溶解完全。应生成易溶于水的碳酸氢钙，故沉淀溶解，直到溶解完全。且生成沉淀消耗的且生成沉淀消耗的CO2和溶解沉淀消耗的和溶解沉淀消耗的CO2的量相等。的量相等。答案答案：A名师点睛名师点睛：在解决有关图象问题时应注意首先要理在解决有关图象问题时应注意首先要理解坐标的含义，然后观察曲线的形状走向，注意曲线的解坐标的含义，然后观察曲线的形状走向，注意曲线的起点、折点、终点
28、等特殊点，再与反应原理结合综合分起点、折点、终点等特殊点，再与反应原理结合综合分析。具体到每个题目时，还应注意判断反应的先后顺序，析。具体到每个题目时，还应注意判断反应的先后顺序，如在此题中当足量二氧化碳通入氢氧化钾和氢氧化钙混如在此题中当足量二氧化碳通入氢氧化钾和氢氧化钙混合稀溶液中，因二氧化碳在强碱水溶液中以合稀溶液中，因二氧化碳在强碱水溶液中以CO32-形式存形式存在，在，CO32-与与Ca2生成白色沉淀，所以二氧化碳与氢氧化生成白色沉淀，所以二氧化碳与氢氧化钙溶液先反应，当二氧化碳再通入碳酸钙和氢氧化钾的钙溶液先反应，当二氧化碳再通入碳酸钙和氢氧化钾的混合物中，二氧化碳先与氢氧化钾溶液反应。混合物中，二氧化碳先与氢氧化钾溶液反应。变式训练变式训练4用用1 L1.0 molL1 NaOH溶液吸收溶液吸收0.8 mol CO2，所得溶液中的，所得溶液中的CO32-和和HCO3-的物质的量浓度之的物质的量浓度之比约是比约是()A1 3 B1 2C2 3 D3 2解析：设 CO23、HCO3 的物质的量分别为 x、y 则：xy0.8 mol2xy1.0 mol 解得：x0.2 mol；y0.6 mol 所以：CO23和 HCO3 的物质的量浓度之比为 13，选 A。答案：A
