《碳的多样性》解析

第三章自然界中的元素安徽省灵璧第一中学第一节碳的多样性石笋和钟乳石方解石珊瑚CaCO3CCaCO3金刚石C煤碳这些物质都含有什么元素，以什么形态存在？碳元素游离态：金刚石、石墨、C60、木炭、焦炭等；化合态：CO、CO2、CaCO3、CH4等。一、多种多样的碳单质石墨深灰色、硬度小、不透明、易导电的片状固体，熔点极高。金刚石金刚石是硬度最大，熔点最高的单质，无色透明的晶体，无自由电子，不导电。C60灰黑色的固体,不导电，又名富勒烯

1.定义：由同一种元素组成的性质不同

的几种单质。例：C元素的同素异形体有：金刚石、

石墨、C60；

O元素的同素异形体有：O2、O3；

P元素的同素异形体有：红磷、白磷为什么同是碳元素能组成而性质不同呢？思考同素异形体:335pm核间距142pm结论：碳原子的排列方式不同109º28'

金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体，在晶体中，每个碳原都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以共价键与4个碳原子结合。成为正四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（>3550℃）和沸点（4827℃）都很高,硬度很大。金刚石------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------120º共价键范德华力石墨是层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间，是以分子间作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高(比金刚石的还要高）,沸点与金刚石相同。但由于层与层之间的分子间作用力很弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。石墨C60分子结构示意图共价键12个正五边形20个正六边形二、广泛存在含碳的化合物天然气天然碳酸盐含碳无机化合物（矿物）含碳有机化合物（几十万种）含碳化合物无机物：有机物：CO、CO2、H2CO3及碳酸盐，HCN、HSCN及其盐。除了以上物质，含碳的化合物。(一)Na2CO3与NaHCO3物理性质比较名称碳酸钠碳酸氢钠俗名色态水溶性用途白色固体纯碱、苏打小苏打都易溶于水（呈碱性）但溶解度S碳酸钠＞S碳酸氢钠用于制玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业发酵剂、灭火剂制药练习：向饱和Na2CO3溶液中通入CO2,写出产生的现象及化学方程式。现象：产生白色沉淀。方程式：Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3根据学过的碳酸钙的性质预测碳酸钠和碳酸氢钠的性质1、碳酸钠可能与哪些物质反应？2、碳酸氢钠可能与哪些物质反应？活动探究（二）Na2CO3与NaHCO3的化学性质比较实验内容实验现象结论与H+与NaOH与CaCl2与Ca(OH)2加热都产生气泡CO32-+2H+=CO2↑

+H2OHCO3-+H+=CO2↑+H2O无明显现象Na2CO3不反应HCO3-+OH-=CO32-+H2O都产生白色沉淀CO32-+Ca2+=Ca

CO3↓Ca2++HCO3-+OH-=Ca

CO3

↓+H2ONa2CO3产生白色沉淀NaHCO3无现象CO32-+Ca2+=Ca

CO3↓NaHCO3不反应Na2CO3无现象NaHCO3分解产生CO22NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△Na2CO3不分解2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△碳酸氢钠受热分解实验装置：（三）Na2CO3与NaHCO3的相互转变⒈Na2CO3转变成NaHCO3_____________________________⒉NaHCO3转变成Na2CO3①______________________________②_______________________________Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O△〖讨论〗1、如何鉴别Na2CO3与NaHCO3？2、如何除去Na2CO3中少量的NaHCO3？3、如何除去NaHCO3中少量的Na2CO3？加CaCl2溶液；加热加热；加适量NaOH溶液；通入足量CO2Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑106g2mol1molNaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑思考：1、等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应，消耗盐酸的物质的量之比为：______；产生的CO2的物质的量之比为：______2、等质量的Na2CO3（106g·mol-1）和NaHCO3（84g·mol-1）与盐酸反应，______消耗盐较多；______产生的CO2多。————产生的CO2较快。2：11：1Na2CO3

84g1mol1molNaHCO3

NaHCO31、自然界中碳及其化合物间的转化大气中的二氧化碳绿色植物海洋光合作用呼吸动物呼吸排泄岩石风化溶解光合作用森林草原化石燃料喷发火山燃烧燃烧动植物遗体演变三、碳及其化合物之间的转化温室效应（厄尔尼诺效应）：CO2气体（罪魁祸首）还有CH4、CO、SO2等气体。危害：气候变暖，冰川融化，海平面上升，陆地减少。措施：植树造林，减少化石燃料使用。【活动探究】通过阅读材料，讨论溶洞形成的原因，设计和实施简单的实验--模拟溶洞的形成。【实施步骤】1、讨论溶洞形成的原因2、设计模拟实验的方案3、实施模拟实验4、完成P67表格溶洞桂林石笋模拟“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过量时沉淀溶解澄清溶液加热出现白色沉淀Ca2++2OH-

+CO2

=

Ca

CO3↓+H2OCa

CO3+CO2+H2O=Ca2++2H

CO3-Ca2++2H

CO3-

==Ca

CO3↓+CO2↑+H2O△2、生产和生活中碳及其化合物间的转化①写出高炉炼铁过程中碳元素所发生化学反应方程式高炉炼铁主要的反应原理C+O2==CO2C+CO2==2COFe2O3+3CO==2Fe+3CO2②碳“三角”C+O2==CO22C+O2==2COC+CO2==2CO2CO+O2==2CO2③水垢的主要成分是什么？它是怎样形成的？如何除去水壶中的水垢？Ca(HCO3)2==CaCO3↓+CO2↑+H2OCaCO3+2HCl==CaCl2+CO2↑+H2O高温高温高温水垢的主要成分：CaCO3与Mg(OH)2

除去水垢：日常生活：食醋工业：浓盐酸1828年，德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH4CNO)合成出有机化合物[CO（NH2）2],由此突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。关于Na2CO3与NaHCO3混合物中各成份的计算。〖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

2mol62.0g

n(NaHCO3)0.620gn(NaHCO3)=0.02moln(Na2CO3)=（2.74g-0.02mol×84g/mol）/106g·mol-1=0.01molCO32-+2H+=CO2↑+H2OHCO3-+H+=CO2↑+H2O∴n(CO2)=n(NaHCO3)+n(Na2CO3)=0.03mol

V(CO2)=0.03mol×22.4L·mol-1=0.672L碳的多样性具体表现:碳单质的多样性----石墨\金刚石\C60含碳化合物的多样性----有机物\无机物碳转化的多样性----自然界转化\生产中转化碳及其化合物应用的多样性----

炼铁\能源\材料【概括·整合】——碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化自然界中碳及其化合物间的转化人类生产生活中碳及其化合物间的转化光合作用钟乳石的形成高炉炼铁水垢的形成和去除【