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第1节 碳的多样性互动课堂疏导引导 一、碳在自然界的存在形态在自然界中有游离态的碳元素，有化合态的碳元素。二、多种多样的碳单质1.同素异形体的定义由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。如：氧气和臭氧；金刚石、石墨和C60。疑难突破怎样理解同素异形体的含义？同素异形体可从字面理解其含义，“同素”即同种元素，“异形”即不同的外形或不同的结构，当然具有不同的性质。同素异形体中只含1种元素，是单质，不是原子，更不是化合物。 2.碳的两种同素异形体（1）石墨的结构及性质：在石墨中，碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以强的相互作用形成平面六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相对滑动。石墨较软，能导电。（2）金刚石的结构及性质：在金刚石中，每个碳原子都与相邻的四个碳原子以强的相互作用直接连接，形成正四面体结构。金刚石硬度大，不导电。方法点拨碳的各种单质的物理性质相异的主要原因的理解方法碳原子的排列不同，在这里可以采用比喻的方法，把碳原子比喻为建筑用的砖，把金刚石、石墨、C60比喻成用砖盖成的建筑物，用相同的砖但不同的方式盖成的建筑物，其外形不同，牢固程度可能会存在较大差异。疑难突破如何比较碳元素的三种同素异形体的物理性质及化学性质？ （1）物理性质的比较：由于在石墨、金刚石、C60中碳原子的排列方式不同，其中石墨是层状结构，层与层之间可以滑动，金刚石每一个碳与其他四个碳原子形成正四面体，向空间发展的空间立体网状结构，C60是球状结构。由于结构不同，所以物理性质相差很大。（2）化学性质的比较：由于都是碳元素的单质，所以，化学性质相似。案例1金刚石和石墨的物理性质不同，是由于（）A.构成它们的碳原子结构不同B.它们有不同的用途C.构成它们的碳原子相同，但碳原子之间的排列方式不同D.它们在一定条件下可以相互转化，但是物理变化【剖析】 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，组成它们的碳原子的排列方式不同，使二者的物理性质不同，化学性质相同。在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，但这种物质变化的性质却是化学性质。因此，C选项是正确的。【答案】 C【借题发挥】 物质的性质除了与组成其元素的原子种类和数量有关外，还决定于它的晶体结构，即原子的排列情况。原子种类决定了物质的化学性质，而原子数量和排列情况则决定了物质的物理性质。物质的用途则由性质来决定。三、碳的化合物1.碳的氧化物（1）一氧化碳:无色无味气体，有毒，难溶于水；易燃烧，高温下有还原性。2CO+O2=2CO2CuO+COCu+CO2（2）CO2：无色无味气体，无毒，能溶于水的酸性氧化物；不能燃烧，常作灭火剂，固态时俗称干冰。CO2+H2O2=H2CO3Ca(OH)2+CO22=CaCO3+H2O2.碳酸的盐（1）Na2CO3：俗称纯碱或苏打，白色固体。与酸反应：Na2CO3+2HCl2=2NaCl+CO2+H2ONa2CO3+Ba(OH)22=BaCO3+2NaOH（2）NaHCO3：俗称小苏打，白色固体。受热易分解：2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O问题探究如何用实验探究溶洞形成的化学原理？不溶性的CaCO3受H2O和CO2作用能转化为可溶性的Ca(HCO3)2。由于石灰岩层各部分所含碳酸钙的多少不同，石灰岩就逐渐被溶解成互不相依、千姿百态、奇异壮观的溶洞。（1）形成CaCO3的实验探究：可在Ca(OH)2（aq）中通入CO2，如果观察到澄清石灰水变浑浊，则可说明有CaCO3生成。（2）不溶性的CaCO3转化为可溶性的Ca(HCO3)2的实验探究：可在CaCO3浊液中通入足量CO2，如果观察到CaCO3浊液变澄清，则可说明有Ca（HCO3）2生成。（3）Ca(HCO3)2分解而析出CaCO3的实验探究：可加热Ca(HCO3)2（aq），如果观察到Ca(HCO3)2（aq）变浑浊，则可说明有CaCO3生成。知识拓展 NaHCO3的热稳定性不仅固体NaHCO3受热易分解，所有的碳酸氢盐固体受热都易发生分解，但是溶液中NaHCO3受热不分解。与酸碱反应：NaHCO3+HCl2=NaCl+CO2+H2ONaHCO3+NaOH2=Na2CO3+H2O2NaHCO3+Ba（OH）22=BaCO3+Na2CO3+2H2O（3）Na2CO3与NaHCO3的转化：Na2CO3+CO2+H2O2=2NaHCO32NaHCO3Na2CO3+CO2+H2ONaHCO3+NaOH2=Na2CO3+H2O方法点拨Na2CO3和NaHCO3的鉴别方法（1）颜色、状态的比较：观察固体外观状态的粗细，初步断定细小者是NaHCO3。(2)用加热及石灰水鉴别：加热固体，将生成的气体通入石灰水中，石灰水变浑浊的是NaHCO3。(3)与盐酸反应速率的比较：固体中加同浓度盐酸，观察气体的速率。快者是NaHCO3。 (4)与BaCl2溶液反应的比较：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，无明显现象的是NaHCO3溶液。案例2在实验室中，要除去一氧化碳中混有的二氧化碳，可采用什么办法？要除去二氧化碳中混有的一氧化碳，则可采取什么办法？【剖析】 除去气体中混有的杂质气体，可根据气体性质的差别，选取除杂试剂对杂质加以吸收或转化。由于CO2能与石灰水(或NaOH溶液反应而CO不能；C能与CO2反应生成CO则既可除去CO2又可增加CO，可一举两得。CO具有还原性而CO2无，故可用氧化铜来氧化CO，使它变成CO2，也可一举两得。【答案】 可将混合气体通过石灰水或NaOH溶液或灼热的碳可把混合气体通过灼热的氧化铜【借题发挥】 除杂试剂的选择原则是：（1）不增加新的杂质;（2）不减少主要成分的含量;（3）操作方法简单，易于进行分离;（4）如果将主要成分进行了转化，最后要能将其还原过来。可以归纳为“不增、不减、易分、复原”。活学巧用1.下列说法正确的是（）A.木炭和石墨都是由碳元素组成的纯净物B.石墨能导电，木炭有吸附能力C.造成金刚石和石墨物理性质的差异是由于组成两种物质的元素不同D.C60是一种新化合物【思路解析】 石墨是由碳元素组成的单质，属于纯净物；而木炭是由石墨和少量杂质组成的混合物，故A错。金刚石和石墨都是由碳元素组成的不同单质，由于碳原子的排列方式不同而造成了它们物理性质上的差异。C也是错的。C60是由60个碳原子组成的分子，由于同种元素组成的纯净物是单质，D也不正确。【答案】 B2.下列有关物质的用途，由物质的化学性质决定的是()A.用活性炭吸附有色物质 B,用金刚石作钻头 C.用氢气充灌气球作广告D.用盐酸除铁锈【思路解析】 、三项物质的用途与物理性质有关;项盐酸的酸性是化学性质。【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.将混合物隔绝空气加强热B.采用先溶解后过滤混合物C.将H2不断通过灼热的混合物D.将O2不断通过灼热的混合物【思路解析】 CuO具有氧化性，炭粉具有还原性，如果隔绝空气强热，则将发生氧化还原反应，生成铜和二氧化碳，故A错。CuO和C都不溶于水，故不能采用B法。若将其灼热时通H2，则会使CuO还原成Cu，与题意相违背。只有灼热时通O2，将C转变为CO2除去，可得纯净的CuO。【答案】 D4.下列物质属于纯净物的是()A.金刚石与石墨的混合物B.冰和水的混合物C.无定形碳D.加热纯净高锰酸钾后的剩余物【思路解析】 A项是碳的两种同素异形体,是混合物;B项冰是水的固体形态,二者是一种物质;C项无定形碳是混合物,主要成分是碳;项加热后的物质是二氧化锰和锰酸钾的混合物。【答案】 B5.自然界中，硬度最大的物质是（）A.特种钢B.石墨C.金刚石D.钠【思路解析】 金刚石是自然界中硬度最大的物质，石墨和钠很软，B、D不可选。特种钢有的硬度较大，有的硬度一般，指代不明确，A不可选。金刚石硬度最大。通常规定金刚石的硬度为10，其他物质的硬度是跟金刚石硬度相比较而确定的。如铬的硬度为9，它是最硬的金属。石墨呈片状结构，决定了其硬度不大。有一点应该注意，石墨和金刚石的熔沸点都很高，其中沸点二者相同，但熔点石墨大于金刚石。【答案】 C6.下列反应或作用中不产生二氧化碳的是（）A.用赤热的木炭还原氧化铜B.大理石与稀盐酸反应C.在空气中点燃木炭D.绿色植物的光合作用【思路解析】 A项赤热的木炭还原氧化铜,生成铜和二氧化碳，故A错;B项是实验室制取二氧化碳的方法;C项木炭在空气中燃烧可生成二氧化碳;项绿色植物的光合作用是把二氧化碳转化为氧气。【答案】 7.把燃着的木条放入盛满气体的集气瓶中，木条立即熄灭，则该气体（）A.一定是CO2B.一定是O2C.一定是空气D.可能是CO2【思路解析】 在通常情况下，CO2不可燃，也不支持燃烧，所以燃着的木条在CO2中会熄灭。但是，不支持燃烧的气体除了CO2外，还有一些气体，如N2等也能使燃烧的木条熄灭。所以，使木条熄灭的气体不一定是CO2，只能说有可能是CO2气体。【答案】 D8.实验室制取二氧化碳常用的方法是（）A.木炭与空气反应 B.大理石与稀盐酸反应C.煅烧石灰石D石灰石与稀硫酸反应【思路解析】 实验室制备某气体，要符合以下原则：装置简单，反应条件易行，反应速率适中，便于操作和控制，产品较纯，便于分离。木炭燃烧虽可生成CO2，但空气中还有N2，因而所得气体不纯。煅烧石灰石太难，不适合于实验室操作。由于碳酸钙与稀硫酸反应生成微溶的硫酸钙会把反应物包裹起来，阻止了反应的进一步发生，因此不能选用。实验室里一般选用石灰石或大理石与15的稀盐酸反应来制取CO2，符合反应速率和产品纯度的要求。【答案】 B9.大气中CO2的含量增多会引起“温室效应”，你认为目前大气中CO2的主要来源是（）A.植物的呼吸与腐烂放出CO2B.人类和动物呼吸放出CO2C.工业上大量燃烧含C燃料D.建筑工业的发展使大量碳酸盐分解【思路解析】 所列选项都能产生CO2，但造成温室效应的主要是含C燃料燃烧的结果。【答案】 C10.可用来鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的最好方法是（）A.加入澄清的石灰水B.分别加热C.加稀盐酸D.加CaCl2溶液【思路解析】 A不可选，因为澄清石灰水既能与Na2CO3作用生成沉淀，又能与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因为Na2CO3溶液受热无化学变化，NaHCO3溶液受热发生分解反应，但是在溶液中，现象不明显，不可用。C不可选，加入稀盐酸溶液，都产生CO2气体，虽同浓度Na2CO3溶液放出CO2的速率比NaHCO3溶液慢，但这里浓度不明确，故不能将二者分别开来：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2D可选，Na2CO3溶液中出现沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应：Na2CO3+CaCl2=CaCO3+2NaCl【答案】 D
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