3.1.1 多种多样的碳单质 广泛存在的含碳化合物 (2)

氧化物：CO2 、CO
含 碳 物 质
无
机 物
酸：H2CO3
化 合
盐：CaCO3、Na2CO3 、NaHCO3
物有
机 物
CH4 、CH3COOH 、C2H5OH
1、多种多样的碳单质
金 刚 石 的 结 构
C60的结构
石墨的结构
天然石墨
多种多样的碳单质
由同一种元素组成的性质不同的几种单质
O2和O3 SO3 冰和水 磷
你知道吗？
3.焰色反应的主要作用是什么？ 由于一般钠盐、钾盐易溶于水，在溶液中
又无颜色，无法通过其他反应进行检验“Na+”、 “K+ ”，所以常常用焰色反应来检验
4.焰色反应是物质的物理性质还是化学性质？
物理性质，属元素性质，与价态无关
关于Na2CO3与NaHCO3混合物中各成份质 量分数的计算。
CO32-+Ca2+= Ca CO3↓ Ca2+ +HCO3-+OH- =
Ca CO3 ↓ +H2O
CO32-+Ca2+= Ca CO3↓ NaHCO3不反应
Na2CO△3不分解
2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O
BaCO3
Na2CO3
NaO H或加 热
少量的 HCl
NaHCO3
CO2
寻 找 身 边 的 碳 元 素
石墨
自然界中碳及其化合物间的转化
大 气 火山 喷发 中 的 森林草原 燃烧 二 氧 化石燃料 燃烧 化 碳
光合作用
绿色植物
呼吸
光合作用 呼吸排泄
海洋 动物
风化溶解
岩石
动植物遗体演变
请把碳及其化合物按单质、氧化物、酸、盐的顺序 进行分类 。
单质：金钢石、墨石、C60
Na2CO3与NaHCO3的化学性质比较
实验内容 实验现象
结论
与H+反应 与NaOH 与Ca(OH)2
与CaCl 2 加热
产生气泡 无明显现象
产生白色沉淀
Na2CO3产生白色沉淀 NaHCO3无现象
Na2CO3无现象 NaHCO3分解产生CO2
CO32-+2H+= CO2↑ + H2O HCO3-+H+= CO2↑ +H2O Na2CO3不反应 HCO3-+OH-= CO32- +H2O
_。 ③ 高 温 下 被 二 氧 化 碳 氧 化 ： C ＋ CO2 =高==温==
_____________________2_C_O____________________________。 ④水煤气的制备碳与水蒸汽：C＋H2O=高==温==CO+H2
2、生产和生活中碳及其化合物间的转化
1、工业炼铁
厦门大学研究组首次“捕获” C50 （论文发表于《科学》杂志） 我校郑兰荪院士领导的研究小组在全球首次捕获天性活 泼的碳分子——C50 4月30日出版的美国《科学》杂志，发表了我校郑兰荪 院士领导的研究组与中国科学院化学所完成的论文《活 泼 C50的捕获》。 在美国出版的《科学》是世界科学家公认的权威杂志之一，在某种程度上说， 能够在《科学》上发表文章，也是对科学家成果的最大肯定。 研究组第一次将活泼的C50用氯原子稳定下来，生成的新型富勒烯C50 Cl10具有极 高稳定性，可以方便地进行分离、纯化和结构表征。 《科学》审稿人对这一成果给予了高度评价，认为这是一篇应该在《科学》上 发表的里程碑式论文。科学家评价说，这是全世界首次明确无误地合成出比C60 小的富勒烯，是富勒烯科学的一个重要突破，有可能开辟新的研究领域，掀起 又一轮富勒烯研究热潮。
Ca CO3 +CO2+ H2O = Ca2+ + 2 H CO3-
澄清溶液
加热
出现白色沉淀
Ca2+ + 2 H CO3- =△= Ca CO3 ↓ +CO2+ H2O
广泛存在的含碳化合物
天
然
碳
含碳无机化合物
酸 盐
（矿物）
天
然
有机化合物
气
（几十万种）
含碳化合物
24
碳酸钠(纯碱、苏打) 白色固体粉末
SO2和
白磷和红
9
由碳原子构成 的正四面体
由平面六边形构 由正六边形和正五边形
成的层状结构
排列而成的球状分子
10
C60的潜在应用前景 ①气体的贮存 C60不但可以贮存氢气，还可以用来贮存氧气。利用C60在低压下大量贮存氧气对 于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。 ②新型催化剂 日本丰桥科技大学的研究人员合成了具有高度催化活性的钯与C60的化合物 C60Pd6。中国武汉大学的研究人员合成了Pt(PPh3)2C60(PPh3为三苯基膦)，对于硅 氢加成反应具有很高的催化活性。 ③光学应用 具有独特微观结构的C60具有特殊的光学性质，其中令人感兴趣的光学性质之一 是光限制性，即在增加入射光的强度时，C60会使光学材料的传输性能降低。 ④癌细胞的杀伤效应 C60经光激发后有很高的单线态氧的产率，而单线态氧与生物机体的生理生化功 能、组织损伤、肿瘤以及光化治疗技术都有着重要关系。
第3章 自然界中的元素
第1节 碳的多样性
第1课时 多种多样的碳单质 广泛存在的含碳化合物
新课导入
钻石
金刚石是由 什么元素组
成？
介绍史实：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—箱子里的气体成分竟然是二氧化碳。
32
〖讨 论〗
1、如何鉴别Na2CO3与NaHCO3 ？ 加CaCl2溶液；加热
2、如何除去Na2CO3中少量的NaHCO3？ 加适量NaOH溶液；加热
3、如何除去NaHCO3中少量的Na2CO3？ 通入中量CO2
鉴别物质，可以从它们的不同部分来思考，根据不同部分具 有不同的性质这一点来进行鉴别。
碳酸氢钠(小苏打) 白色晶体
1物理性质比较:
性质 俗称 颜色 溶解性 用途
Na2CO3 纯碱或苏打
白色粉末
NaHCO3 小苏打 细小的白色晶体
Na2CO3比NaHCO3易溶于水
用于玻璃、肥皂、纺织、造纸等工业， 做糕点时的发酵粉，医疗
洗涤剂
上治疗胃酸过多，灭火器
2 碳酸钠和碳酸氢钠溶液的鉴别 ①滴加盐酸
实验操作
反应现象
反应方程式
开始时无明显 现象，后来有 气体放出
开始：Na2CO3＋HCl=== NaHCO3＋NaCl， 后来：NaHCO3＋HCl=== CO2↑＋H2O＋NaCl
一滴加盐酸，立 NaHCO3＋HCl===NaCl＋ 刻有气体放出 CO2↑＋H2O
②滴加CaCl2溶液 实验操作
反应现象 有白色沉 淀产生
碳 纳 米 管 的 应 用
总结：结构决定性质！
碳的同素异形体的比较
物质 内容
金刚石(C)
外观
__无__色___透___明晶体
石墨(C)
____深__灰__色、不透
明的片状固体
C60
___灰___黑__色固体
碳原子
由__________构成 碳原子呈层状排列,每层
碳正原六子呈边__形________和
[自我测评]————(做一做) 判断正误 (1)同素异形体的物理性质不同，化学性质一定相同。( × ) (2)同素异形体的研究对象也可以是化合物。( × ) (3)碳的同素异形体均为黑色固体。( × ) (4)CO 和 CO2 组成元素相同，两者属于同素异形体。( × ) (5)石墨转化为金刚石的变化是化学变化。( √ )
(2)NaHCO3―→Na2CO3 ①固体：碳酸氢钠固体受热可完全分解为碳酸钠、水和二氧化 碳，反应方程式为 2NaHCO3==△===Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 ②溶液：向碳酸氢钠溶液中加入适量氢氧化钠可使碳酸氢钠转 化为碳酸钠，反应方程式为 NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋ H2O。
n (NaHCO3)
0.620g
n (NaHCO3)=0.02mol
n (Na2CO3) =（2.74g-0.02mol×84g/mol）/106g·mol-1
=0.01mol
CO32-+2H+= CO2↑ + H2O HCO3-+H+= CO2↑ +H2O
∴ n =n (CO2) (NaHCO3) + n (Na2CO3)=0.03mol V = (CO2) 0.03mol ×22.4L ·mol-1=0.672L
碳“三角”
C
2、木炭燃烧
CO
CO2
考点 整合
3．CO2与CO的比较。
CO
①无色无味有毒
物理性质
②难溶于水 ③比空气略轻
④熔沸点低
CO2
①无色无味 ②溶于水(常温 1∶1) ③比空气重 ④熔沸点低
化学性质
①强还原性 ②不与碱反应
石灰水
鉴别
燃烧产物使澄清________变
浑浊
还原
主要用途
冶金工业作________剂、燃 料
(6)由同种元素构成的物质一定是纯净物。( × )
考点 整合
知识梳理
1.碳单质。
(1)碳单质的存在形式主要有：金刚石、石墨、足球烯分子(如C60、C9、 C120等)，其中能溶于有机溶剂的足是球__烯__分__子__、在死火山口存在较多的是金刚石 ________、能作电极材料的是___石__墨___。
①弱氧化性 ②与碱反应
石灰水
使澄清________变 浑浊
化工原料、灭火、 饮料添加剂、人工 降雨
CO:煤气中毒；CO2:温室效应
考点 整合
CO2 典型的酸性氧化物
CO2与碱反应： 少量： CO2+2OH-=CO32-+H2O
过量： CO2+2OH-=HCO3-
例如：把足量CO2通入石灰水中现象 ：
〖例题〗将某碳酸钠和碳酸氢钠的混合物 2.74g 加热到质量不再变化时，剩余物质 量为 2.12g 。求：
⑴混合物中碳酸氢钠与碳酸钠的物质的量； ⑵将这种混合物与足量的稀盐酸反应可以
生成标准状况下的气体体积。
解:用差量法计算：
2NaHCO3==Na2CO3+CO2↑+H2O 固体质量减少
2mol
62.0g
先有沉淀： CO2+Ca (OH-)2 =CaCO3 +H2O
后沉淀溶解： CaCO3+CO2 +H2O= Ca(HCO3)2
【活动·探究】 模拟“溶洞的形成”
实验方案及实验记录： 实验内容 实验现象
离子方程式
澄清石灰水
持续通入CO2
开始出现白色沉淀 CO2过量时沉淀溶解
Ca2+ + 2OH- + CO2 = Ca CO3↓+ H2O
结构
的构正___四___面__体____结 上__的_平_碳__面原__六子__形_边_成__形结构
__正___五___边__形____排列，
形成球状分子
硬度 导电性
__极___高___ ___不___导__电__
质___软___，在纸上
可留痕迹
__易___导___电__
—— 不导电
[规律方法] 同素异形体的判断 同素异形体的判断必须为单质之间，组成元素是一种——性质 有相似性，分子组成与结构不同——性质有差异性。因此要抓 住结构不同导致性质不同这一理论来分析。
无明显 现象
反应方程式
Na2CO3＋CaCl2 ===CaCO3↓+2NaC l
2.相互转化
(1)Na2CO3―→NaHCO3 ①向碳酸钠溶液中通入足量的二氧化碳，可使碳酸钠转化为碳 酸氢钠，反应方程式为 Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3。 ②向碳酸钠溶液中逐滴加入适量盐酸可使碳酸钠转化为碳酸氢 钠，反应方程式为 Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl。
(2)碳单质主要化学性质：碳有较强的还原性，主要有如下反应：
① 碳 与 石 英 砂 高 温 反 应 ： SiO2 ＋ 2C =电==炉== _____________S_i_＋__2_C_O_↑_______________________________。
考点 整合
② 碳 与 氧 化 铜 反 应 ： 2CuO ＋ C =高==温== _______________2_C_u_＋_C__O_2_↑______________________________
若是钾元素，应透过蓝色钴玻璃， 滤去遮盖紫色的黄光。
⑷ 铂丝用稀盐酸洗净，在火焰上灼烧至 没有颜色
1.每次试验完后，为什么都要用盐酸洗净铂 丝，并灼烧至无色？
因为金属氯化物灼烧时易气化而挥发， 灼烧至无色后能除去能起焰色反应的少量 杂质。
2.除金属的化合物之外，单质能不能有同样 的现象呢？ 能，因为焰色反应是金属元素的性质， 无论化合物还是单质，只要含有某种金属 元素，这种物质就具有这种金属元素的焰 色反应。
那么 Na+ 和 K+ 有何不同呢？
焰色反应
许多金属或它们的化合物在灼烧时都会使 火焰呈现特殊的颜色，在化学上叫焰色反应。
钠 黄色
焰 钾 紫色（透过蓝色钴玻璃） 色 铜 绿色
钙 砖红色
焰色反应
⑴ 点燃酒精灯(最好用煤气灯,火焰颜
操
色较浅)
⑵ 铂丝在酒精灯上灼烧至没有颜色
作 ⑶ 源自文库丝蘸取固体或溶液灼烧,观察。