《碳的多样性》 导学案

《碳的多样性》导学案
一、学习目标
1、了解同素异形体的概念，知道碳的同素异形体有金刚石、石墨
和 C60 等，能从微观结构分析它们性质差异的原因。

2、掌握碳的各种单质的物理性质和用途。

3、了解含碳化合物的多样性，认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质差异。

4、了解碳及其化合物之间的转化关系，体会化学变化的规律性。

二、知识梳理
（一）同素异形体
1、概念：由同种元素组成的不同单质互称为同素异形体。

2、碳的同素异形体
（1）金刚石：
结构特点：每个碳原子都与相邻的 4 个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构。

物理性质：无色透明、硬度极大、不导电。

用途：用于制造钻石、切割玻璃和地质勘探的钻头等。

（2）石墨：
结构特点：碳原子呈层状排列，每一层内的碳原子以共价键结合形成平面六边形结构，层与层之间存在范德华力。

物理性质：灰黑色、质软、能导电。

用途：作电极、润滑剂、铅笔芯等。

（3）C60：
结构特点：由 60 个碳原子构成的分子，形似足球，又称足球烯。

性质：具有超导性等。

（二）含碳化合物
1、种类繁多的碳氢化合物（烃）
甲烷（CH4）：最简单的烃，是天然气、沼气的主要成分。

乙烯（C2H4）：重要的化工原料，可用于催熟水果。

苯（C6H6）：一种重要的有机溶剂。

2、碳的氧化物
（1）一氧化碳（CO）：
物理性质：无色、无味、难溶于水的气体。

化学性质：具有可燃性和还原性。

（2）二氧化碳（CO2）：
物理性质：无色、无味、能溶于水的气体。

化学性质：与水反应生成碳酸，能使澄清石灰水变浑浊。

3、碳酸盐和碳酸氢盐
（1）碳酸钠（Na2CO3）：
俗名：纯碱、苏打。

物理性质：白色粉末，易溶于水。

化学性质：能与酸反应、能与某些碱反应、能与某些盐反应。

（2）碳酸氢钠（NaHCO3）：
俗名：小苏打。

物理性质：白色细小晶体，易溶于水。

化学性质：受热易分解，能与酸反应。

（三）碳及其化合物的转化
1、自然界中的转化
植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物。

动植物遗体经过微生物的分解作用将有机物转化为二氧化碳等物质。

2、工业生产中的转化
高炉炼铁中，一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳。

三、重点难点突破
（一）同素异形体性质差异的原因
同素异形体的性质差异主要是由于它们的原子排列方式不同，导致原子间的结合力不同，从而影响了物质的物理性质。

例如，金刚石中碳原子形成的正四面体结构非常牢固，所以金刚石硬度极大；而石墨中碳原子的层状结构使得层与层之间容易滑动，所以石墨质软且能导电。

（二）碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较
1、热稳定性：碳酸氢钠受热易分解，而碳酸钠受热不易分解。

2、与酸反应的速率：碳酸氢钠与酸反应的速率比碳酸钠快。

3、与碱反应：碳酸钠能与氢氧化钙等碱反应生成沉淀，而碳酸氢钠与碱反应的情况较为复杂。

（三）碳及其化合物转化的化学方程式
1、二氧化碳与水反应：CO2 ＋ H2O ⇌ H2CO3
2、二氧化碳与澄清石灰水反应：CO2 ＋ Ca(OH)2 ＝CaCO3↓ ＋H2O
3、一氧化碳还原氧化铜：CO ＋ CuO 加热 Cu ＋ CO2
4、碳酸氢钠受热分解：2NaHCO3 加热 Na2CO3 ＋ H2O ＋CO2↑
四、典型例题
例 1：下列关于碳的同素异形体的说法中，错误的是（）
A 金刚石、石墨和 C60 都是由碳元素组成的
B 金刚石和石墨的物理性质差异很大
C C60 是一种新型的化合物
D 石墨转化为金刚石是化学变化
解析：C60 是由碳元素组成的单质，不是化合物，C 选项错误；石
墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化，D 选项正确。

答案：C
例 2：鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种固体，下列方法可行的是（）
A 分别加热，观察是否有气体产生
B 分别溶于水，滴加酚酞试液，观察溶液颜色变化
C 分别与相同浓度的盐酸反应，观察反应的剧烈程度
D 分别加入氯化钙溶液，观察是否有沉淀生成
解析：碳酸氢钠受热分解产生气体，碳酸钠受热不分解，A 选项可行；碳酸钠和碳酸氢钠溶液都显碱性，滴加酚酞试液都会变红，B 选
项不可行；碳酸氢钠与盐酸反应更剧烈，C 选项可行；碳酸钠与氯化
钙溶液反应生成沉淀，碳酸氢钠与氯化钙溶液不反应，D 选项可行。

答案：ACD
五、课堂练习
1、下列物质中，属于碳的同素异形体的是（）
A 一氧化碳
B 二氧化碳
C 活性炭
D 石墨
2、下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的叙述中，错误的是（）
A 等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应，碳酸氢钠产生的二氧化碳多
B 等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应，产生的二氧化碳一样多
C 碳酸钠和碳酸氢钠都能与氢氧化钠溶液反应
D 加热碳酸氢钠固体可以得到碳酸钠固体
3、写出下列转化的化学方程式：
（1）二氧化碳转化为一氧化碳
（2）碳酸氢钠转化为碳酸钠
六、课后作业
1、整理本节课的笔记，总结碳的同素异形体、含碳化合物的性质和碳及其化合物之间的转化关系。

2、完成课本上的相关习题。

3、查阅资料，了解碳纳米管的性质和用途。

七、学习拓展
碳在材料科学中的应用：除了金刚石、石墨和 C60 等常见的碳同素
异形体，碳纳米管和石墨烯也是近年来研究的热点。

碳纳米管具有优
异的电学、力学和热学性能，在电子器件、复合材料等领域有广泛的
应用前景；石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维材料，具有极高的
导电性和强度，在能源、电子、生物医药等领域也展现出巨大的潜力。

希望通过本节课的学习，同学们能够深入了解碳的多样性，感受化
学世界的奇妙，为今后的学习打下坚实的基础。