2022年高考化學一輪復習 碳的多樣性教案 魯科版必修11 碳單質的多樣性1同素異形體（1）同素異形體的概念：由同一種元素組成的性質不同的幾種單質，叫做該元素的同素異形體。（2）常見的同素異形體：碳：金剛石、石墨、C60；氧：氧氣、臭氧（O3）?！绢I悟·整合】由于同素異形體由同種元素構成，所以同素異形體往往具有相似的化學性質；但由于組成同素異形體各種單質的原子間連接的方式不同（即結構不同），因此同素異形體的物理性質往往有很大差別。2金剛石、石墨、C60（1）結構金剛石：每個碳原子與另外4個碳原子以一種較強的相互作用相連接，形成正四面體結構，向空間伸展形成空間網狀結構。石墨：石墨晶體是層狀結構。在同一層內，碳原子排列成正六邊形(碳原子位于正六邊形的頂點上)，一個個正六邊形排列成平面網狀結構，每一個碳原子都跟其他3個碳原子相連。在同一層內，相鄰的碳原子以較強的相互作用相結合，但層與層之間以一種較弱的相互作用相結合。C60：C60分子是由60個碳原子構成的，它的形狀像足球，由12個正五邊形和20個正六邊形組成。分子內部，碳原子間以較強的相互作用結合，但分子間的相互作用較弱。（2）性質同素異形體金剛石石墨C60主要物理性質硬度大、熔沸點高硬度小、熔沸點高，易導電硬度小、熔沸點低主要化學性質相似，如在一定條件下都可與氧氣反應，生成CO2【知識·鏈接】 昂貴的實驗：1797年英國化學家錢南為了測出金剛石的成分，做了一個非常昂貴的實驗。他將金剛石放在密閉的、充滿氧氣的箱子里進行燃燒（箱子是純金制的），結果卻令人非常意外-子里的氣體成分竟然是二氧化碳。 碳-60家族：這一類物質的分子式可以表示為Cn，n為28到540之間的整數(shù)值，有C50、C60、C70、C84、C240等，科學家預言C540有可能實現(xiàn)室溫超導；也有設想將某些藥物置入C60球體空腔內，成為緩釋型的藥物。碳-60家族已經廣泛地影響到物理、化學、材料科學、生命及醫(yī)藥科學各領域。碳納米管：碳納米管可分單層及多層的碳納米管，它是由單層或多層同心軸石墨層卷曲而成的中空碳管。碳納米管非常微小，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)絲寬。利用碳納米管可以制成高強度碳纖維材料和復合材料，如其強度為鋼的100倍，重量則只有鋼的1/6，被科學家稱為未來的“超級纖維”。 碳納米管在航天、電子、儲氫等諸多領域有廣泛的應用前景。2 廣泛存在的含碳化合物1常見的含碳化合物（1）有機化合物：如蛋白質、淀粉、油脂、以及石油、液化氣、天然氣等的主要成分；（2）無機化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸鈉、碳酸氫鈉、大理石、方解石、白云石、菱鋅礦、菱鎂礦、菱鐵礦等。2碳酸鈉和碳酸氫鈉（1）碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較化學式Na2CO3NaHCO3俗名純堿、蘇打小蘇打色態(tài)白色粉末細小白色晶體溶解性易溶于水較易溶于水(溶解度較Na2CO3小)熱穩(wěn)定性不易分解受熱易分解2NaHCO3Na2CO3CO2H2O與HCl反應Na2CO32HClCO2H2O(較快)NaHCO3HClCO2H2O(劇烈)與NaOH反應不反應HCO3-OHCO32-H2O與CO2反應Na2CO3CO2H2O2NaHCO3不反應用途用于玻璃、肥皂、造紙、紡織等工業(yè)；洗滌劑發(fā)酵劑、滅火器，醫(yī)療上用于治胃酸過多（2）碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別方法熱穩(wěn)定性不同。分別加熱少量固體，若發(fā)生分解反應，將產生的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁的原試劑是NaHCO3，另一個為Na2CO3。和酸反應生成氣體的速率不同。分別取一定量的固體，加入等濃度等體積的鹽酸，反應快、產生氣體相應多的為碳酸氫鈉，另一個為碳酸鈉。陰離子不同。分別取其稀溶液，滴加氯化鋇稀溶液或CaCl2溶液，產生沉淀的原試劑為碳酸鈉，另一個為碳酸氫鈉（特別注意：該方法必須取極稀溶液）。（3）Na2CO3和NaHCO3在一定條件下的相互轉化：溶液中：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3固體中：NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O【品思·感悟】Na2CO3與鹽酸反應是分步進行的：Na2CO3HClNaHCO3NaCl， NaHCO3HClCO2H2O（1）由于NaHCO3跟HCl反應一步完成，所以NaHCO3跟HCl反應比Na2CO3跟HCl反應放出CO2的速率快。（2）當Na2CO3溶液與稀鹽酸反應時，加入試劑的次序不同，產生的現(xiàn)象不同若往碳酸鈉溶液中滴加鹽酸，由于碳酸鈉的量多，而加入的酸（氫離子）少，第二步反應尚未進行，產生的氣體較少（有可能在滴加的局部范圍內完成二步反應，看到有氣體產生）。滴加一定量以后，溶液已轉化為碳酸氫鈉溶液，再加入鹽酸，很快反應產生氣體，量也較多若將碳酸鈉溶液滴加到鹽酸中，則情況大不一樣，試管中酸充足過量，滴入碳酸鈉溶液很快完成上述二步反應，因此很容易觀察到氣體產生。利用上述現(xiàn)象，可以不用任何試劑鑒別二者。3碳及其化合物間的轉化1自然界中碳及其化合物的轉化（1）碳及其化合物在自然界中的轉化示意圖（2）模擬溶洞的形成溶洞的形成原理石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣。碳酸鈣遇到溶有二氧化碳的水時，會慢慢變成可溶于水的碳酸氫鈣Ca(HCO3)2。當受熱或壓強突然變小時，水中碳酸氫鈣會分解，重新變成碳酸鈣沉積下來。在自然界里不斷發(fā)生上述反應，石灰?guī)r逐漸變成碳酸氫鈣而溶解掉，形成溶洞；碳酸氫鈣不斷分解，生成的碳酸鈣逐漸沉積，形成千姿百態(tài)的鐘乳石、石筍和石柱。實驗報告：實驗目的：探究溶洞的形成原理實驗準備：將CO2通入澄清石灰水中，得到CaCO3白色沉淀，備用。實驗方案及實驗記錄：實驗步驟實驗現(xiàn)象化學方程式向得到的懸濁液中繼續(xù)通入足量的CO2氣體CaCO3白色沉淀逐漸溶解CaCO3CO2+H2OCa(HCO3)2 將所得溶液小心加熱溶液重新變渾濁并冒出氣泡Ca(HCO3)2CaCO3CO2+H2O【梳理·總結】自然界在永不停息的進行著碳的轉化，這種轉化形式多種多樣，速度也有快有慢，總體上處于平衡狀態(tài)。但是，由于現(xiàn)代化工業(yè)社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣，這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳氣體進入大氣，破壞了這種平衡，造成了“溫室效應”。2生產和生活中碳及其化合物間的轉化（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生成的化學方程式： CO2CO2；CCO2 2CO還原鐵的氧化物的化學方程式：Fe2O3 3CO2 Fe 3CO2（2）木炭燃燒：CO2 CO2 2CO22CO 2COO22CO2 CCO2 2CO生成水煤氣的化學方程式為：CH2OCOH2【聯(lián)想·發(fā)散】碳作還原劑的特殊性碳作還原劑，溫度越高，還原性越強，在反應中碳的氧化產物可以是CO2和CO。當溫度較低時（理論上小于710），碳傾向生成穩(wěn)定的CO2（如：實驗室用C還原CuO），一般溫度超過1000，只要有固態(tài)碳存在，生成的氣體是CO而CO作還原劑，溫度越低還原性越強，如CO只有在低于600時，才能還原FeO，所以在高爐中主要的出鐵反應是在爐體上部（低溫區(qū)）發(fā)生的。（3）水垢的形成：有關化學方程式為：Ca(HCO3)2CaCO3 CO2H2O如何除去水壺中的水垢？加入醋酸，可以將CaCO3物質等溶解。（4）無機化合物與有機化合物間的轉化1828年，德國化學家維勒用無機物氰酸銨合成出有機化合物尿素，打破了無機物和有機物之間的界限。碳及其化合物的轉化，對人的生活、生產來說意義重大。