草稿 6月3日 发 必修1-3-1《碳的多样性》

必修1-3-1《碳的多样性》学习目标：1．了解同素异形体的概念，知道碳有三种常见的同素异形体，它们的物理性质差异主要是由于碳原子的排列方式不同引起的。

能判断同素异形体关系。

2．知道含碳化合物种类繁多，一般为无机化合物和有机化合物。

3．认识Na2CO3和NaHCO3的主要性质，初步体会其性质差异。

4．了解碳及其化合物之间的转化和性质，并利用所学知识解释社会生活和自然现象。

体会化学在人类生产生活中的应用。

考点扫描：碳既是构成生物体的基本元素，又是构成地壳中岩石和化石燃料（煤、石油、天然气〉的主要元素。

碳以多种形态存在于自然界中。

一．多种多样的碳单质○1金刚石、石墨和○2C60都是由碳元素组成的单质。

○3石墨是一种深灰色、质软、不透明的、易导电的片状固体；○4金刚石是硬度极高、无色透明的晶体；○5C60是灰黑色的固体。

同素异形体是指：○6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。

○7氧气和○8臭氧是氧元素的同索异形体。

在碳的单质中碳原子的排列方式不同。

在石墨中，碳原子呈○9层状排列，每一层上的碳原子以强的相互作用形成○10平面六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相对滑动。

在金刚石中，每个碳原子都与相邻的四个碳原子以强的相互作用直接连接，形成○11正四面体结构。

C 60分子是由60个 碳原子构成的分子，形似足球，碳原子位于球的表面，呈○12正六边形和○13正五边形排列，球内是空的。

结构不同，决定着碳的各种单质有着不同的○14性质。

二．广泛存在的含碳化合物1．碳元素在自然界中主要是以○15 化合物的形式存在的。

2．蛋白质、淀粉以及天然气的主要成分○16甲烷 等是由碳元素与氢、氧、氮等元素中的一种或几种组成的○17有机化合物；大气中的二氧化碳，多种碳酸盐矿石像大理石、方解石、 白云石、菱锌矿、菱镁矿和菱铁矿等则是含有碳元素的○18无机化合物。

3．重要的含碳化合物：Na 2CO 3和NaHCO 3（1）化学性质① 碳酸盐都能与盐酸反应： ○22○19 ○20 ○2123○② NaHCO3既能与盐酸反应，也能与碱反应：24○25○③与盐反应：Na2CO3与CaCl2在溶液中反应的化学方程式为○26 Na2CO3+ CaCl2-=CaCO3↓+ 2 NaCl ；④对热稳定性：加热时，碳酸钠不分解，而碳酸氢钠则分解。

27○（3）Na2CO3（正盐）和NaHCO3（酸式盐）之间的相互转化：正盐（Na2CO3）酸式盐（NaHCO3）如：Na2CO3和NaHCO3相互转化的化学方程式是：NaHCO3→Na2CO3：282NaHCO3Na2CO3+ CO2↑+H2O①○29NaHCO3+NaOH= Na2CO3+ H2O；②○Na2CO3→NaHCO3：○30Na2CO3+ CO2+H2O=2NaHCO3三．碳及其化合物间的转化4．自然界中碳及其化合物间的转化椬物通过光合作用吸收空气中的○31二氧化碳，形成葡萄糖，并释放出氧气，葡萄糖再转化为淀粉。

植物被动物采食后，淀粉被动物吸收并转化为葡萄糖，部分葡萄糖在动物体内被氧化成二氧化碳。

同时，植物和动物在呼吸过程中吸入氧气，放出○32二氧化碳。

此外，动物的遗体经微生物分解破坏，最后变成○33二氧化碳、水和其他无机盐，这些物质又被植物利用。

化石燃料如煤、石油、天然气等是动植物遗骸经过长期演化形成的，当它们燃烧时，释放出○34二氧化碳。

空气中的二氧化碳有很大一部分被海水吸收，这种交换发生在气和水的界面处。

溶人水中的二氧化碳逐渐转变为○35碳酸盐沉积海底形成新的岩石，或通过水生生物的贝壳和36碳酸氢盐而溶于水骨骼转移到陆地。

这些碳酸盐又与空气中的二氧化碳和水反应，生成○中归入海洋。

活动·探究自然界中碳及其化合物间的转化有时是非常剧烈的。

现有的研究表明，地质史上有过这样的时代，那时候火山活动比较频繁，把大量的二氧化碳喷发到大气里；还有过这样的时代，生长得非常茂盛的热带植物大量死亡，经过漫长的过程转化成煤。

碳及其化合物在自然界中的转化本来处于平衡状态，但是由于人类的活动，特别是生产和生活中化石燃料燃烧量的38二氧化碳的含量猛增，破坏了自然界中碳及其化合物间的原有平衡，大幅度增加，使大气中○对人类与生存环境造成一定的影响。

6．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、空气。

还原剂CO生成的方程式为：39C+O2CO2,○CO2+C2CO。

CO还原铁的氧化物的反应方程式：40Fe2O3+3CO2Fe+3CO2○（2）木炭燃烧用化学方程式表示下列转化过程：41C+O2（不足）CO,○C+O2（足量）CO2,CO+O2 2CO2，CO2+C2CO;。

（3）水垢的形成我们使用的自来水中往往含有碳酸氢钙，因此水壶内壁常含有水垢。

写出形成水垢的主42Ca(HCO3)2CaCO3↓+ CO2↑+H2O，用食醋浸泡，再用水清洗可除之，写出有要化学方程式○关的化学方程式○43CaCO3+2CH3COOH=Ca(CH3COO)2+ CO2↑+H2O。

（4）无机化合物与有机化合物之间的转化44维勒用无机物1828年，德国化学家○NH4CNO合成出有机物○45尿素。

由此突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。

(5)从下面视角总结碳及其化合物间的转化：视角①：各类物质间的转化视角②：不同价态含碳物质间的转化：○46探究思考：1.向Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸和向盐酸中逐滴加入Na2CO3溶液的现象和本质一样吗？答：不一样；前者是Na2CO3+HCl＝NaHCO3+NaCl ， NaHCO3 +HCl＝NaCl+H2O+CO2↑，开始没有气泡产生，一段时间后有气泡产生；后者是Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑，开始有气泡产生。

2.饱和的Na2CO3溶液中通入过量的CO2，有大量的沉淀产生，原理是什么？答案：因为Na2CO3+ CO2+H2O=2NaHCO3；NaHCO3的溶解度小于Na2CO3；溶剂质量减少；NaHCO3的质量大于原溶液中Na2CO3的质量，所以饱和的Na2CO3溶液中通入过量的CO2，有大量的沉淀产生。

3．碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法有哪些？答案：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↑+H2O4．如何理解Na2CO3与盐酸的反应：答案：（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Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl， NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O（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。

自我测评：1．下列属于同素异形体的是（）A．Na2O2和Na2O B．O2和O3 C．CO和CO2 D．H2O和H2O22．石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料（结构示意图如下），可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。

下列说法正确的是A.石墨烯与C60互为同素异形体B.0.12g石墨烯中含有6.02×1022个碳原子C石墨烯是一种有机物D.石墨烯没有还原性3．在①植物的光合作用②植物的呼吸作用③岩石的风化④海水的吸收⑤工业上制干冰⑥使熟石灰变石灰石等这些过程中，属于自然界消耗CO2的主要过程是A ．仅①B ．仅①⑥C ．①②③D ．①③④4．碳的多样性体现在：①碳单质的多样性，②含碳化合物的多样性，③碳转化的多样性，④碳及其化合物应用的多样性等方面。

碳有多种同素异形体，所体现的是上述：A ．①B ．②C ．③D ．④5．大理石可以用作墙面、地面和厨房桌面，其主要成份是碳酸钙。

食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙，下列能正确解释此现象的是A ．食醋中的水使碳酸钙溶解B ．食醋中的醋酸将碳酸钙氧化C ．食醋中的醋酸将碳酸钙还原D ．食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应 6．下列关于NaHCO 3的叙述，不正确的是（ D ） A ．它是一种白色粉末，溶解度小于Na 2CO 3B ．加热至200℃左右，可完全分解，利用这种性质，可由NaHCO 3制取纯碱C ．与Na 2CO 3相同质量时，分别跟足量盐酸反应后，则NaHCO 3可得到较多的二氧化碳D ．它是一种碳酸盐7．向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸直到不再产生二氧化碳气体为止，则在此过程中，溶液的碳酸氢根离子浓度变化趋势可能是：A ．逐渐减小B ．逐渐增大C ．先逐渐增大，而后减小D ．先逐渐减小而后增大 你的选择是 （填正确选项的标号）。

试用化学方程式和简要文字表达其理由。

8．图A 是一种用于显示事物异同点的信息处理方法。

请你在图下的空格内填写与图B 中(1)、(2)区域对应的适当内容(每处只要求填一点)。

(1)________________________(2)________________________。

9.右图为一定量饱和Ca(OH)2溶液中通入CO 2 气体后，产生CaCO 3 白色沉淀的质量与通入的CO 2体积之间的关系曲线。

请回答：（1）OA 段曲线与AB 段曲线所表示的化学反应方程式：OA ； AB 。

固体 碳单质 可燃硬度大 不导电质软 导电A 金刚石 石墨（1）有毒 易燃（2）BCO CO 2（2）A 点处已参加反应的CO 2与Ca(OH)2的物质的量之比为 。

（3）B 点处溶液中存在的浓度大的两种离子是 和 。