高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學(xué)案(1)魯科版必修1.doc
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第1節(jié) 碳的多樣性 互動課堂 疏導(dǎo)引導(dǎo) 一、碳在自然界的存在形態(tài) 在自然界中有游離態(tài)的碳元素,有化合態(tài)的碳元素。 二、多種多樣的碳單質(zhì) 1.同素異形體的定義 由同一種元素組成的性質(zhì)不同的幾種單質(zhì),叫做該元素的同素異形體。如:氧氣和臭氧;金剛石、石墨和C60。 疑難突破 怎樣理解同素異形體的含義? 同素異形體可從字面理解其含義,“同素”即同種元素,“異形”即不同的外形或不同的結(jié)構(gòu),當(dāng)然具有不同的性質(zhì)。同素異形體中只含1種元素,是單質(zhì),不是原子,更不是化合物。 2.碳的兩種同素異形體 (1)石墨的結(jié)構(gòu)及性質(zhì):在石墨中,碳原子呈層狀排列,每一層上的碳原子以強的相互作用形成平面六邊形結(jié)構(gòu);層與層之間的相互作用較弱,容易發(fā)生相對滑動。石墨較軟,能導(dǎo)電。(2)金剛石的結(jié)構(gòu)及性質(zhì):在金剛石中,每個碳原子都與相鄰的四個碳原子以強的相互作用直接連接,形成正四面體結(jié)構(gòu)。金剛石硬度大,不導(dǎo)電。 方法點撥 碳的各種單質(zhì)的物理性質(zhì)相異的主要原因的理解方法 碳原子的排列不同,在這里可以采用比喻的方法,把碳原子比喻為建筑用的磚,把金剛石、石墨、C60比喻成用磚蓋成的建筑物,用相同的磚但不同的方式蓋成的建筑物,其外形不同,牢固程度可能會存在較大差異。 疑難突破 如何比較碳元素的三種同素異形體的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)? (1)物理性質(zhì)的比較:由于在石墨、金剛石、C60中碳原子的排列方式不同,其中石墨是層狀結(jié)構(gòu),層與層之間可以滑動,金剛石每一個碳與其他四個碳原子形成正四面體,向空間發(fā)展的空間立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),C60是球狀結(jié)構(gòu)。由于結(jié)構(gòu)不同,所以物理性質(zhì)相差很大。 (2)化學(xué)性質(zhì)的比較:由于都是碳元素的單質(zhì),所以,化學(xué)性質(zhì)相似。 案例1金剛石和石墨的物理性質(zhì)不同,是由于( ) A.構(gòu)成它們的碳原子結(jié)構(gòu)不同 B.它們有不同的用途 C.構(gòu)成它們的碳原子相同,但碳原子之間的排列方式不同 D.它們在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化,但是物理變化 【剖析】 金剛石和石墨是碳的兩種同素異形體,組成它們的碳原子的排列方式不同,使二者的物理性質(zhì)不同,化學(xué)性質(zhì)相同。在一定條件下,石墨可以轉(zhuǎn)化為金剛石,但這種物質(zhì)變化的性質(zhì)卻是化學(xué)性質(zhì)。因此,C選項是正確的。 【答案】 C 【借題發(fā)揮】 物質(zhì)的性質(zhì)除了與組成其元素的原子種類和數(shù)量有關(guān)外,還決定于它的晶體結(jié)構(gòu),即原子的排列情況。原子種類決定了物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),而原子數(shù)量和排列情況則決定了物質(zhì)的物理性質(zhì)。物質(zhì)的用途則由性質(zhì)來決定。 三、碳的化合物 1.碳的氧化物 (1)一氧化碳:無色無味氣體,有毒,難溶于水;易燃燒,高溫下有還原性。 2CO+O2====2CO2 CuO+COCu+CO2 (2)CO2:無色無味氣體,無毒,能溶于水的酸性氧化物;不能燃燒,常作滅火劑,固態(tài)時俗稱干冰。 CO2+H2O2====H2CO3 Ca(OH)2+CO22====CaCO3↓+H2O 2.碳酸的鹽 (1)Na2CO3:俗稱純堿或蘇打,白色固體。 與酸反應(yīng):Na2CO3+2HCl2====2NaCl+CO2↑+H2O Na2CO3+Ba(OH)22====BaCO3↓+2NaOH (2)NaHCO3:俗稱小蘇打,白色固體。 受熱易分解:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 問題探究 如何用實驗探究溶洞形成的化學(xué)原理? 不溶性的CaCO3受H2O和CO2作用能轉(zhuǎn)化為可溶性的Ca(HCO3)2。由于石灰?guī)r層各部分所含碳酸鈣的多少不同,石灰?guī)r就逐漸被溶解成互不相依、千姿百態(tài)、奇異壯觀的溶洞。 (1)形成CaCO3的實驗探究:可在Ca(OH)2(aq)中通入CO2,如果觀察到澄清石灰水變渾濁,則可說明有CaCO3生成。 (2)不溶性的CaCO3轉(zhuǎn)化為可溶性的Ca(HCO3)2的實驗探究:可在CaCO3濁液中通入足量CO2,如果觀察到CaCO3濁液變澄清,則可說明有Ca(HCO3)2生成。 (3)Ca(HCO3)2分解而析出CaCO3的實驗探究:可加熱Ca(HCO3)2(aq),如果觀察到Ca(HCO3)2(aq)變渾濁,則可說明有CaCO3生成。 知識拓展 NaHCO3的熱穩(wěn)定性 不僅固體NaHCO3受熱易分解,所有的碳酸氫鹽固體受熱都易發(fā)生分解,但是溶液中NaHCO3受熱不分解。 與酸堿反應(yīng): NaHCO3+HCl2====NaCl+CO2↑+H2O NaHCO3+NaOH2====Na2CO3+H2O 2NaHCO3+Ba(OH)22====BaCO3↓+Na2CO3+2H2O (3)Na2CO3與NaHCO3的轉(zhuǎn)化: Na2CO3+CO2+H2O2====2NaHCO3 2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O NaHCO3+NaOH2====Na2CO3+H2O 方法點撥 Na2CO3和NaHCO3的鑒別方法 (1)顏色、狀態(tài)的比較:觀察固體外觀狀態(tài)的粗細(xì),初步斷定細(xì)小者是NaHCO3。 (2)用加熱及石灰水鑒別:加熱固體,將生成的氣體通入石灰水中,石灰水變渾濁的是NaHCO3。 (3)與鹽酸反應(yīng)速率的比較:固體中加同濃度鹽酸,觀察氣體的速率??煺呤荖aHCO3。 (4)與BaCl2溶液反應(yīng)的比較:配置水溶液,向其中加入BaCl2溶液。能生成白色沉淀的是Na2CO3溶液,無明顯現(xiàn)象的是NaHCO3溶液。 案例2在實驗室中,①要除去一氧化碳中混有的二氧化碳,可采用什么辦法?②要除去二氧化碳中混有的一氧化碳,則可采取什么辦法? 【剖析】 除去氣體中混有的雜質(zhì)氣體,可根據(jù)氣體性質(zhì)的差別,選取除雜試劑對雜質(zhì)加以吸收或轉(zhuǎn)化。由于CO2能與石灰水(或NaOH溶液反應(yīng)而CO不能;C能與CO2反應(yīng)生成CO則既可除去CO2又可增加CO,可一舉兩得。CO具有還原性而CO2無,故可用氧化銅來氧化CO,使它變成CO2,也可一舉兩得。 【答案】 ①可將混合氣體通過石灰水或NaOH溶液或灼熱的碳 ②可把混合氣體通過灼熱的氧化銅 【借題發(fā)揮】 除雜試劑的選擇原則是:(1)不增加新的雜質(zhì);(2)不減少主要成分的含量;(3)操作方法簡單,易于進行分離;(4)如果將主要成分進行了轉(zhuǎn)化,最后要能將其還原過來??梢詺w納為“不增、不減、易分、復(fù)原”。 活學(xué)巧用 1.下列說法正確的是( ?。┆? A.木炭和石墨都是由碳元素組成的純凈物 B.石墨能導(dǎo)電,木炭有吸附能力 C.造成金剛石和石墨物理性質(zhì)的差異是由于組成兩種物質(zhì)的元素不同 D.C60是一種新化合物 【思路解析】 石墨是由碳元素組成的單質(zhì),屬于純凈物;而木炭是由石墨和少量雜質(zhì)組成的混合物,故A錯。金剛石和石墨都是由碳元素組成的不同單質(zhì),由于碳原子的排列方式不同而造成了它們物理性質(zhì)上的差異。C也是錯的。C60是由60個碳原子組成的分子,由于同種元素組成的純凈物是單質(zhì),D也不正確。 【答案】 B 2.下列有關(guān)物質(zhì)的用途,由物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)決定的是( ) A.用活性炭吸附有色物質(zhì) B,用金剛石作鉆頭 C.用氫氣充灌氣球作廣告 D.用鹽酸除鐵銹 【思路解析】 A、B、C三項物質(zhì)的用途與物理性質(zhì)有關(guān);D項鹽酸的酸性是化學(xué)性質(zhì)。 【答案】 D 3.欲除去CuO粉末中混有的少量炭粉,可采用的方法是( ) A.將混合物隔絕空氣加強熱 B.采用先溶解后過濾混合物 C.將H2不斷通過灼熱的混合物 D.將O2不斷通過灼熱的混合物 【思路解析】 CuO具有氧化性,炭粉具有還原性,如果隔絕空氣強熱,則將發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成銅和二氧化碳,故A錯。CuO和C都不溶于水,故不能采用B法。若將其灼熱時通H2,則會使CuO還原成Cu,與題意相違背。只有灼熱時通O2,將C轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2除去,可得純凈的CuO。 【答案】 D 4.下列物質(zhì)屬于純凈物的是( ) A.金剛石與石墨的混合物 B.冰和水的混合物 C.無定形碳 D.加熱純凈高錳酸鉀后的剩余物 【思路解析】 A項是碳的兩種同素異形體,是混合物;B項冰是水的固體形態(tài),二者是一種物質(zhì);C項無定形碳是混合物,主要成分是碳;D項加熱后的物質(zhì)是二氧化錳和錳酸鉀的混合物?!敬鸢浮?B 5.自然界中,硬度最大的物質(zhì)是( ?。┆? A.特種鋼 B.石墨 C.金剛石 D.鈉 【思路解析】 金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì),石墨和鈉很軟,B、D不可選。特種鋼有的硬度較大,有的硬度一般,指代不明確,A不可選。金剛石硬度最大。通常規(guī)定金剛石的硬度為10,其他物質(zhì)的硬度是跟金剛石硬度相比較而確定的。如鉻的硬度為9,它是最硬的金屬。 石墨呈片狀結(jié)構(gòu),決定了其硬度不大。有一點應(yīng)該注意,石墨和金剛石的熔沸點都很高,其中沸點二者相同,但熔點石墨大于金剛石。 【答案】 C 6.下列反應(yīng)或作用中不產(chǎn)生二氧化碳的是( ?。┆? A.用赤熱的木炭還原氧化銅 B.大理石與稀鹽酸反應(yīng) C.在空氣中點燃木炭 D.綠色植物的光合作用 【思路解析】 A項赤熱的木炭還原氧化銅,生成銅和二氧化碳,故A錯;B項是實驗室制取二氧化碳的方法;C項木炭在空氣中燃燒可生成二氧化碳;D項綠色植物的光合作用是把二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。 【答案】 D 7.把燃著的木條放入盛滿氣體的集氣瓶中,木條立即熄滅,則該氣體( ) A.一定是CO2 B.一定是O2 C.一定是空氣 D.可能是CO2 【思路解析】 在通常情況下,CO2不可燃,也不支持燃燒,所以燃著的木條在CO2中會熄滅。但是,不支持燃燒的氣體除了CO2外,還有一些氣體,如N2等也能使燃燒的木條熄滅。所以,使木條熄滅的氣體不一定是CO2,只能說有可能是CO2氣體。 【答案】 D 8.實驗室制取二氧化碳常用的方法是( ?。┆? A.木炭與空氣反應(yīng) B.大理石與稀鹽酸反應(yīng) C.煅燒石灰石 D石灰石與稀硫酸反應(yīng) 【思路解析】 實驗室制備某氣體,要符合以下原則:裝置簡單,反應(yīng)條件易行,反應(yīng)速率適中,便于操作和控制,產(chǎn)品較純,便于分離。木炭燃燒雖可生成CO2,但空氣中還有N2,因而所得氣體不純。煅燒石灰石太難,不適合于實驗室操作。由于碳酸鈣與稀硫酸反應(yīng)生成微溶的硫酸鈣會把反應(yīng)物包裹起來,阻止了反應(yīng)的進一步發(fā)生,因此不能選用。實驗室里一般選用石灰石或大理石與1∶5的稀鹽酸反應(yīng)來制取CO2,符合反應(yīng)速率和產(chǎn)品純度的要求。 【答案】 B 9.大氣中CO2的含量增多會引起“溫室效應(yīng)”,你認(rèn)為目前大氣中CO2的主要來源是( ?。〢.植物的呼吸與腐爛放出CO2 B.人類和動物呼吸放出CO2 C.工業(yè)上大量燃燒含C燃料 D.建筑工業(yè)的發(fā)展使大量碳酸鹽分解 【思路解析】 所列選項都能產(chǎn)生CO2,但造成溫室效應(yīng)的主要是含C燃料燃燒的結(jié)果。 【答案】 C 10.可用來鑒別Na2CO3溶液和NaHCO3溶液的最好方法是( ?。┆? A.加入澄清的石灰水 B.分別加熱 C.加稀鹽酸 D.加CaCl2溶液 【思路解析】 A不可選,因為澄清石灰水既能與Na2CO3作用生成沉淀,又能與NaHCO3作用生成沉淀: Ca(OH)2+Na2CO3====CaCO3↓+2NaOH Ca(OH)2+2NaHCO3====2H2O+CaCO3↓+Na2CO3 Ca(OH)2+NaHCO3====H2O+CaCO3↓+NaOH B因為Na2CO3溶液受熱無化學(xué)變化,NaHCO3溶液受熱發(fā)生分解反應(yīng),但是在溶液中,現(xiàn)象不明顯,不可用。 C不可選,加入稀鹽酸溶液,都產(chǎn)生CO2氣體,雖同濃度Na2CO3溶液放出CO2的速率比NaHCO3溶液慢,但這里濃度不明確,故不能將二者分別開來: Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑ NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑ D可選,Na2CO3溶液中出現(xiàn)沉淀,NaHCO3與CaCl2不反應(yīng): Na2CO3+CaCl2====CaCO3↓+2NaCl 【答案】 D- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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