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1、第1节 碳的多样性在一百多种元素中，有一种元素组成的单质和化合物种类已经远远超过三千万种，你知道这是哪一种元素吗？对了，这种元素就是碳元素。在初中我们接触过碳，知道碳既是构成生物体的基本元素，又是构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素。碳以多种形态存在于自然界中。下面，就让我们一起来感受碳的多样性吧。 研习教材重难点碳单质的多样性1同素异形体（1）同素异形体的概念：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。（2）常见的同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60；氧：氧气、臭氧（O3）。【领悟整合】由于同素异形体由同种元素构成，所以同素异形体往往具有相似的化学性质；但由于组成同素异形体
2、各种单质的原子间连接的方式不同（即结构不同），因此同素异形体的物理性质往往有很大差别。2金刚石、石墨、C60（1）结构金刚石：每个碳原子与另外4个碳原子以一种较强的相互作用相连接，形成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。石墨：石墨晶体是层状结构。在同一层内，碳原子排列成正六边形(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他3个碳原子相连。在同一层内，相邻的碳原子以较强的相互作用相结合，但层与层之间以一种较弱的相互作用相结合。C60：C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，由12个正五边形和20个正六边形组成。分子内部，碳原子间以较强的相互
3、作用结合，但分子间的相互作用较弱。（2）性质同素异形体金刚石石墨C60主要物理性质硬度大、熔沸点高硬度小、熔沸点高，易导电硬度小、熔沸点低主要化学性质相似，如在一定条件下都可与氧气反应，生成CO2【知识链接】 昂贵的实验：1797年英国化学家钱南为了测出金刚石的成分，做了一个非常昂贵的实验。他将金刚石放在密闭的、充满氧气的箱子里进行燃烧（箱子是纯金制的），结果却令人非常意外-子里的气体成分竟然是二氧化碳。 碳-60家族：这一类物质的分子式可以表示为Cn，n为28到540之间的整数值，有C50、C60、C70、C84、C240等，科学家预言C540有可能实现室温超导；也有设想将某些药物置入C60
4、球体空腔内，成为缓释型的药物。碳-60家族已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域。碳纳米管：碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管。碳纳米管非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽。利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料和复合材料，如其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”。 碳纳米管在航天、电子、储氢等诸多领域有广泛的应用前景。 广泛存在的含碳化合物1常见的含碳化合物（1）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；（2）无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、
5、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。2碳酸钠和碳酸氢钠（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较化学式Na2CO3NaHCO3俗名纯碱、苏打小苏打色态白色粉末细小白色晶体溶解性易溶于水较易溶于水(溶解度较Na2CO3小)热稳定性不易分解受热易分解2NaHCO3Na2CO3CO2H2O与HCl反应Na2CO32HClCO2H2O(较快)NaHCO3HClCO2H2O(剧烈)与NaOH反应不反应HCO3-OHCO32-H2O与CO2反应Na2CO3CO2H2O2NaHCO3不反应用途用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业；洗涤剂发酵剂、灭火器，医疗上用于治胃酸过多（2）碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方
6、法热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。和酸反应生成气体的速率不同。分别取一定量的固体，加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠（特别注意：该方法必须取极稀溶液）。（3）Na2CO3和NaHCO3在一定条件下的相互转化：溶液中：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3固体中：NaOH+NaHCO3Na2CO
7、3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O【品思感悟】Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3HClNaHCO3NaCl， NaHCO3HClCO2H2O（1）由于NaHCO3跟HCl反应一步完成，所以NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应放出CO2的速率快。（2）当Na2CO3溶液与稀盐酸反应时，加入试剂的次序不同，产生的现象不同若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸（氢离子）少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少（有可能在滴加的局部范围内完成二步反应，看到有气体产生）。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
8、也较多若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此很容易观察到气体产生。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。碳及其化合物间的转化1自然界中碳及其化合物的转化（1）碳及其化合物在自然界中的转化示意图（2）模拟溶洞的形成溶洞的形成原理石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙Ca(HCO3)2。当受热或压强突然变小时，水中碳酸氢钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来。在自然界里不断发生上述反应，石灰岩逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉，形成溶洞；碳酸氢钙不断分解，生成的碳酸钙逐渐沉积，形成千姿百态的钟乳石、石笋
9、和石柱。实验报告：实验目的：探究溶洞的形成原理实验准备：将CO2通入澄清石灰水中，得到CaCO3白色沉淀，备用。实验方案及实验记录：实验步骤实验现象化学方程式向得到的悬浊液中继续通入足量的CO2气体CaCO3白色沉淀逐渐溶解CaCO3CO2+H2OCa(HCO3)2 将所得溶液小心加热溶液重新变浑浊并冒出气泡Ca(HCO3)2CaCO3CO2+H2O【梳理总结】自然界在永不停息的进行着碳的转化，这种转化形式多种多样，速度也有快有慢，总体上处于平衡状态。但是，由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气，破坏了这种平衡，造成了“温室效应”。2生产和生
10、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： CO2CO2；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：CO2 CO2 2CO22CO 2COO22CO2 CCO2 2CO生成水煤气的化学方程式为：CH2OCOH2【联想发散】碳作还原剂的特殊性碳作还原剂，温度越高，还原性越强，在反应中碳的氧化产物可以是CO2和CO。当温度较低时（理论上小于710），碳倾向生成稳定的CO2（如：实验室用C还原CuO），一般温度超过1000，只要有固态碳存在，生成的气体是CO而CO作还原剂，温度越低还原性越强，如CO只有在低于600时，才能还原FeO，所以在高炉中主要的出铁反应是在炉体上部（低温区）发生的。（3）水垢的形成：有关化学方程式为：Ca(HCO3)2CaCO3 CO2H2O如何除去水壶中的水垢？加入醋酸，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1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵合成出有机化合物尿素，打破了无机物和有机物之间的界限。碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。5用心 爱心 专心