三-1-碳的多样性知识点

碳的多样性

一、多种多样的碳单质

知识回顾：初中已讲过碳元素有金刚石、石墨两种单质，氧元素有O2、O3两种单质，磷元素有白磷、红磷两种单质。一种元素组成几种不同单质的现象叫同素异形现象。

1、同素异形体

(1)概念：同种元素组成的性质不同的几种单质互称同素异形体。

(2)与同位素的比较：

2、碳元素的同素异形体：金刚石、石墨、C60。

(1)金刚石：正四面体结构。每个碳原子与另外4个C原子形成正四面体结构。碳原子都以这种方式一直排列，形成具有空间网状结构的原子晶体。该方式决定了金刚石的硬度相当大。

(2)石墨：层状结构。石墨中的碳原子呈片层结构，每一层内碳原子都形成正六边形结构，每个C原子能形成3个正六边形，碳原子一直以这种方式排列，决定了石墨的熔点、沸点相当高，但层与层之间的作用较弱，易被破坏，故石墨的硬度不大。

(3)C60：球形结构，每60个C原子构成一个C60分子，C60分子形似足球，又名“足球烯”或“富勒烯”。60个C 原子位于球的表面，呈正五边形和正六边形排列，C60的式量为720。

总结：金刚石、石墨、C60的结构不同，晶体类型也不同，前两个为原子晶体(石墨结构又稍特殊，有时又叫混合晶体)，C60为分子晶体。可知，它们是由于碳原子排列方式不同，形成了三种性质不同的碳的同素异形体。碳元素之所以在自然界有稳定存在的碳单质，主要是因为C原子最外层4个电子，得失电子都不容易，在自然界中能稳定存在，不过，碳元素在自然界中还主要是以化合态的形式存在。

二、广泛存在的含碳化合物

1、含碳元素的矿石

大理石或石灰石或方解石(CaCO3)、菱锌矿(ZnCO3)、菱镁矿(MgCO3)、菱铁矿(FeCO3)、白云石(CaMg(CO3)2) 等，这些矿石是自然界中的典型无机物。自然界中的有机物都含有碳元素，以后再专门分析有机物。下面主要以Na2 CO3、NaHCO3为代表物，分析含碳无机化合物的性质。

2、Na2CO

3、NaHCO3性质

预测一：CaCO3与HCl反应放出CO2，Na2CO3、NaHCO3也应与HCl反应，生成CO2气体。

验证：Na2CO3、NaHCO3分别溶于水配成溶液，然后各取少许于两支试管中，分别滴加盐酸，两试管均能产生无色无味气体，把气体分别通入澄清石灰水中，石灰水都变浑浊。

结论：Na2CO3、NaHCO3都能与盐酸反应生成CO2。反应的离子方程式分别为：

CO32-＋2H+＝H2O＋CO2↑，HCO3-＋H+＝H2O＋CO2↑

故用该法可检验碳酸盐或碳酸氢盐。

利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

(1)Na2CO3、NaHCO与盐酸反应

Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑

NaHCO3＋HCl＝NaCl＋H2O＋CO2↑

由上述方程可知，1molNa2CO3消耗2molHCl，1molNaHCO3消耗1molHCl。1molNa2CO3消耗2molHCl，可以理解为1molNa2CO3先消耗1molHCl生成1molNaHCO3，1molNaHCO3再消耗1molHCl生成CO2。

预测二：Na2CO3滴加少量盐酸放不出CO2

实验验证：在Na2CO3溶液中逐滴滴入盐酸,现象为：开始无气泡生成，后来产生气泡，在盐酸中逐滴滴入Na2CO3溶液，立即产生气泡。

现象分析：Na2CO3溶液中逐滴滴入少量盐酸，开始无气泡，说明先生成NaHCO3，反应为：CO32-＋H+＝HCO3-，后来产生气泡，反应为：HCO3-＋H+＝H2O＋CO2↑；盐酸中滴入Na2CO3溶液，立即产生气泡,是因为酸的量多，反应为：CO32-＋2H+＝H2O＋CO2↑

结论：①Na2CO3与少量盐酸反应不放出CO2，生成NaHCO3。化学方程式为：Na2CO3＋HCl(少量)＝NaCl

＋NaHCO3

②利用Na2CO3与盐酸相互滴加产生的现象不同，可鉴别二者。

预测三：根据CaCO3难溶而Ca(HCO3)2可溶，推测Na2CO3应能与可溶性钙盐发生复分解反应，而NaHCO3不反应。

实验验证：Na2CO3、NaHCO3溶液中分别滴加CaCl2溶液，Na2CO3溶液中产生白色浑浊，NaHCO3溶液中无现象。

结论：Na2CO3与CaCl2生成CaCO3沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应。

利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

(2)Na2CO3、NaHCO3与可溶性盐的反应

Na2CO3＋CaCl2＝CaCO3↓＋2NaCl

Na2CO3＋Ba(NO3)2＝BaCO3↓＋2NaNO3

利用该性质可鉴别Na2CO3、NaHCO3。

预测四：NaHCO3为酸式盐，NaHCO3应能与碱反应生成正盐。

实验验证：在上述NaHCO3、CaCl2的混合溶液中加入NaOH 溶液，产生白色沉淀。

现象分析：产生的白色沉淀应为CaCO3，反应原理是HCO3-与OH-结合生成CO32-、H2O，

CO32-与Ca2+生成CaCO3沉淀，离子方程式为：

HCO3-＋OH-＋Ca2+＝CaCO3↓＋H2O，该反应相当于在NaHCO3溶液中滴加Ca(OH)2溶液。

结论：NaHCO3能与碱反应

利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

(3)NaHCO3与可溶性碱的反应

2NaHCO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O(NaHCO3足量)

或NaHCO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋NaOH＋H2O(NaHCO3少量)

利用NaOH可实现NaHCO3与Na2CO3的转化，即NaHCO3和NaOH反应生成Na3CO3和水。

预测五：Ca(HCO3)2受热可分解为CaCO3；NaHCO3受热也应能分解。

实验验证：取NaHCO3固体少许于试管中，加热，导气管通入石灰水，可看到石灰水变浑浊，证明生成了CO2，试管壁上有水滴出现，证明生成了H2O，反应后的固体溶于水，滴加CaCl2溶液，生成白色沉淀,说明NaHCO3变成为Na2CO3。

结论：NaHCO3固体受热可分解。

利用上述预测及验证得到Na2CO3、NaHCO3的性质：

(4)NaHCO3的不稳定性

2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑

该反应可把NaHCO3固体变为Na2CO3固体，而且该反应在差量计算中经常用到，反应前后用固体质量的差值为NaHCO3生成的H2O、CO2的质量和。

总结：Na2CO3与NaHCO3的相互转化：

二者的相互转化常用于除杂，如除去Na2CO3中的少量NaHCO3，若为固体，可加热，若为溶液，可加入适