高考化学一轮复习 碳的多样性教案 鲁科版必修1

第1节碳的多样性
1 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
①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。

②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。

③C60：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作用结合，但分子间的相互作用较弱。

（2）性质
【知识·链接】
①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。

②碳-60家族：这一类物质的分子式可以表示为C n，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。

③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。

2 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、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
（2）碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法
①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。

②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。

③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+NaHCO3△
Na2CO3+H2O，2NaHCO3
△
Na2CO3+CO2↑+H2O
【品思·感悟】
Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl， NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O （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。

3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
①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、石笋和石柱。

②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：
【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加热CO2；C＋CO2加热 2CO
还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 ＋3CO加热 2 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加热CO＋H2
【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：
①有关化学方程式为：Ca(HCO3)2加热CaCO3↓＋CO2↑＋H2O
②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。