2019-2020年高一化学自然界中的元素 碳的多样性.doc

2019-2020年高一化学自然界中的元素 碳的多样性一. 教学内容： 第3章 第1节 碳的多样性二. 教学目的1、了解同素异形体的概念，知道碳的三种同素异形体和其物理性质的差异及其原因；2、知道含碳化合物种类及其分类，认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质并体会其差异；3、据生产、生活实例，了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，能解释水垢的形成与消除、木炭燃烧的现象、工业上炼铁的原理等。三. 教学重点、难点 碳元素之间的转化，碳酸钠和碳酸氢钠的性质四. 知识分析碳在自然界中的存在： 游离态和化合态， 化石燃料是指：煤、石油、天然气。（一）多种多样的碳单质1、金刚石：（1）性质及应用：硬度极高、无色的晶体。可用于做装饰品、切割玻璃及大理石等。（2）结构：每个碳原子都与相邻的四个碳原子以较强的相互作用直接连接，形成正四面体结构。2、石墨：（1）性质及应用：深灰色、质软、不透明、易导电的片状固体。常用于做电极、铅笔芯等。（2）结构：碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以较强的相互作用形成平面六边形结构，层与层作用较弱，可以相对滑动。3、C60分子：（1）性质及应用：灰黑色的固体。在材料科学、超导体等方面有广泛的用途。（2）结构：由60个碳原子构成的形似足球的分子，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。4、碳纳米管及其他碳单质：碳纳米管管状单质。同素异形体定义：由同种元素组成的性质不同的单质。 思考： 同素异形体的成因是什么？ 你所知道的其他元素的同素异形体还有哪些？（解答： 原子的排列方式不同，结构不同。 O2与O3 、 红磷和白磷等）小结：1、判断同素异形体的要素：（1）必须由同一元素组成（2）必须是单质（3）必须结构不同2、不同的同素异形体，物理性质不同，化学性质相似（二）广泛存在的含碳化合物1、分类：有机物和无机物2、常见的碳酸盐及其成分大理石方解石CaCO3 白云石CaMgCO3 菱锌矿ZnCO3 菱镁矿MgCO3 菱铁矿FeCO33、重要的两种盐Na2CO3（碳酸盐）和NaHCO3（碳酸氢盐） （1）主要的物理性质和应用：化学式学名俗名 状态 颜色溶解度比较应用NaHCO3碳酸氢钠小苏打细小晶体白色较小做发酵粉、胃药Na2CO3碳酸钠苏打、纯碱粉末白色较大制玻璃、造纸Na2CO310H2O十水合碳酸钠结晶碳酸钠晶体无色最大同Na2CO3（2）主要的化学性质a 碳酸钠的化学性质与酸 Na2CO3+HCl Na2CO3+CO2+H2O Na2CO3+CH3COOH CO32- +2H+=CO2+H2O; CO32-+CO2+H2O=2HCO3- CO32-+CH3COOH=CO2+H2O+2CH3COO- 与碱 Na2CO3+Ca（OH）2 Na2CO3+Ba（OH）2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=BaCO3与盐 Na2CO3+ CaCl2 Na2CO3+BaCI2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=BaCO3 b 碳酸氢钠的性质与酸NaHCO3 +HCI HCO3- +H+=CO2+H2O与碱NaHCO3+NaOH HCO3-+OH-= CO32-+H2O受热易分解 NaHCO3 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O c Na2CO3 与Na2CO310H2O之间的转化Na2CO3溶液结晶生成Na2CO310H2O ,Na2CO310H2O风化失水变为Na2CO3 。Na2CO3 与Na2CO310H2O在水溶液里的溶质都是Na2CO3。思考：如何区分Na2CO3与 NaHCO3两种粉末？请用三种以上的方法。 向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有什么现象？ 现有50mL1molL的NaOH溶液和足量的CO2气体，简述制取纯Na2CO3溶液的方法。 简答：加热法；配成溶液加BaCl2溶液法；配成溶液滴加盐酸法等 溶液变浑浊 将50mL碱液平分为两等份，向一份中通入过量的CO2，充分反应后，将所得溶液与另一份碱液混和，充分搅拌即可。)小结： Na2CO3和NaHCO3的相互转化（三）碳及其化合物间的转化1、自然界中碳及其化合物间的转化 （1）碳的循环图：（2）溶洞及石笋、钟乳石的形成：相关的化学方程式为：CaCO3CO2+H2OCa(HCO3)2 Ca(HCO3)2= CaCO3CO2+H2O（3）温室效应：2、生产和生活中碳及其化合物间的转化（1）高炉炼铁原料：焦炭、铁矿石 高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等CO生成的化学方程式： C+O2= CO2 C+ CO2 = 2CO还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 +3CO2 Fe +3CO2（2）木炭燃烧：C+O2= CO2 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 C+ CO2 = 2CO生成水煤气的化学方程式为：C+H2O=CO+H2思考：如何防止煤气中毒？提示：要保持室内空气流通；冬季室内燃煤要安装烟囱等（3）水垢的形成：有关化学方程式为：Ca(HCO3)2CaCO3 CO2+H2O思考：如何除去水壶中的水垢？提示：加入酸，可以将CaCO3物质等溶解（4）无机化合物与有机化合物间的转化小结：碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。【典型例题】例1、金刚石、石墨、C60性质有所不同，是由于 （ ）A. 构成原子不同B. 原子的各自排列方式不同C. 具有不同的几何外形D. 硬度不同答案：B解析：金刚石、石墨、C60三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，才导致它们结构不同，进而性质不同。点评：“结构决定性质”是化学的重要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。例2、把7.4gNa2CO310H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100mLD 溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等质量的混合物加热到恒重时，残留物的质量是（ ）A. 3.18gB. 2.21gC. 5.28gD. 4.22g答案：A解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据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点评：守恒法是常用的解题方法，使用时关键认真分析题意，要找准不变量，忽略了繁杂过程，使问题变得简单易解。例3、现有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和75mL 1mol/L的稀盐酸，将Na2CO3溶液缓缓滴加到盐酸中 将稀盐酸缓缓滴加到Na2CO3溶液中，在标准状况下产生的气体情况是（ ）A. 均为0.84L B. 均为0.56L C. D. 答案：C解析：虽然都是Na2CO3与盐酸反应，但滴加顺序不同，结果产生的CO2的量不一定相同。将Na2CO3溶液滴入盐酸中，刚开始盐酸过量：Na2CO3 +2HCl2NaCl+CO2+H2O应按盐酸的量计算气体体积：V1=22.4L/mol0.075mol1/2=0.84L将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步：Na2CO3 +HClNaCl+NaHCO3 ；NaHCO3HClNaCl+CO2+H2O生成的CO2用第二步余下的盐酸计算：V2=(0.075mol-0.05mol)22.4L=0.56L所以V1V2点评：本题考查的是Na2CO3 与盐酸反应时，滴加顺序不同时，产生的气体体积也不同，计算时，要分析清楚化学反应的过程，正确写出反应式是关键。例4、近年来大气中CO2增多引起“温室效应”，请回答有关问题：（1）空气中CO2的主要来源是什么？（2）自然界中消耗CO2的主要过程是哪些？答案：（1）含碳燃料的大量燃烧。（2）溶于江水、海水; 绿色植物的光合作用；岩石的风化等。解析：尽管二氧化碳的产生途径很多，但是大量化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源。由于江、海的面积大，将溶解大量二氧化碳，光合作用、岩石的风化也将消耗大量二氧化碳。点评：本题引导学生要关注生活、关注环境问题，做到学以致用，这是新课程的重要精神。【模拟试题】一、选择题 （每小题有12个选项符合题意）1、有关C60的下列说法中正确的是（ ）A. 是一种新型的化合物B. 是由60个碳原子构成的一种单质分子C. 摩尔质量是720g ，1摩尔该物质含60摩碳原子D. 该物质能导电 2、下列叙述中正确的是（ ） A. 由碳元素组成的物质一定是纯净物 B. 金刚石和石墨具有相同的元素组成 C. 金刚石和石墨的相互转化不属于化学变化 D. 将等质量金刚石、石墨、C60 分别放在足量氧气中充分燃烧，生成等质量的CO2 可证明三者是同素异形体3、下列各组中是同素异形体的是（ ）A. H2O2 、H2OB. Cl2和氯水C. 含中子数分别是1和2的两种氢原子D. S4 、S64、下列物质既可以与碳酸钠反应，又可以与碳酸氢钠反应的是 （ ）A. NaOH溶液B. CaCl2溶液C. Ca(OH)2溶液D. 硝酸5、高温下，6gC和8gO2在密闭容器中反应，当碳、氧气已耗尽时，所得的产物是（ ）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还原32g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60g沉淀，则该氧化物是（ ）A. FeOB. Fe2O3C. CuOD. Cu2O7、用1L1mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中CO32-和HCO3-的物质的量浓度之比约是（ ）A. 1：3B. 1：2C. 2：3D. 3：28、在一定温度下，向足量的饱和碳酸钠溶液中加入1.06g无水碳酸钠，搅拌后静置，最终所得晶体的质量是（ ）A. 等于1.06g B. 大于1.06g小于2.86g C. 等于2.86g D. 大于2.86g9、为制备干燥、纯净的CO2 ，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过有下列物质的两个吸收装置，两个装置中应分别盛放（ ） A. 水；无水CaCl2 固体 B. 饱和NaHCO3 溶液； 浓H2SO4 C. 浓H2SO4 ; 饱和NaHCO3 溶液 D. 饱和NaHCO3 溶液; 稀H2SO4 10、一氧化碳和氧气的混和气体aL, 在密闭容器中用电火花引燃，充分反应后，恢复到原状态，气体体积变为b L, 则原混和气体中CO的体积可能是（ ） A. b L B. （a-b）L C. 2 (a-b) L D. (2b-a) L二、填空题11、某无色气体可能含有H2 、CO、CO2和N2中的一种或几种，当混合气体依次通过紫色石蕊试液时，紫色石蕊试液没有变色；通过灼热的氧化铜时有红色的铜生成；通过澄清的石灰水时，石灰水变浑浊。该气体一定含有_，一定不含_，可能含有_。12、在25. 101 kPa 条件下，将15 L O2 通入10 L CO和H2 的混合气中，使其完全燃烧，干燥后，恢复至原来的温度和压强。（1）若剩余气体的体积是15L 则原CO 和 H2 的混和气体中V(CO)=_L, V(H2 )=_L.（2）若剩余气体的体积为a L，则原CO 和 H2 的混和气体中V(CO):V(H2 )=_。（3）若剩余气体的体积为a L，则a 的取值范围是_。13、吸烟有害健康，科学实验表明香烟所产生的烟雾中，至少有300多种化合物不同程度的对人体有害。为了检验该烟雾中是否存在CO2 和CO，对香烟产生的烟雾进行适当处理后，依次通过足量的以下试剂：澄清石灰水，浓硫酸，灼热的黑色氧化铜粉末，澄清石灰水，发现变浑浊。试回答：（1）中发生的现象说明_；（2）烟雾中是否存在CO ?_，作出此判断依据的实验现象为_。三、计算题14、将一定量的NaOH 和 NaHCO3 的混合物X ，放在密闭容器中加热，充分反应后生成CO2 V1 L(V10),将反应后的固体残渣Y 与过量盐酸反应，又生成CO2 V2 L(气体体积均在标准状况下测定)（1）Y的成分是_;A. Na2CO3与NaOH B. Na2CO3 与 NaHCO3 C. Na2CO3 D. NaOH （2）X 中NaOH与NaHCO3共_mol，NaOH与NaHCO3 的物质的量之比为_15、取一定量的 Na2CO3 . NaHCO3 和Na2SO4 的混合物与250 mL 1.00mol/L 过量盐酸反应，生成2.016L CO2 (标准状况)，然后加入500 mL 0.100 mol/L Ba(OH)2 溶液，得到沉淀的质量为2.33g , 溶液中过量的碱用10ml 1.00mol/L 盐酸恰好完全中和。计算混合物中各物质的质量。参考答案一、选择题（每题有1或2个正确答案）1、B2、BD3、D4、CD5、D6、B7、A8、D9、AB10、AC 二、填空题11、CO CO2 H2 N2 12、（1）5 5 （2）(a-10)/(20-a) （3）10a2013、（1）燃烧产物中存在二氧化碳 （2）存在；中澄清石灰水变浑浊三、计算题14、（1）C （2）V2/11.2 (V2-V1)/(V2+V1)15、Na2CO3为7.42g ； NaHCO3 为 1.68g ； Na2SO4 为 1.42g