《碳的多样性》 导学案
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《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。
