高中化學 3.1.1 多種多樣的碳單質 廣泛存在的含碳化合物（精講優(yōu)練課型）課件 魯科版必修1.ppt

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第3章自然界中的元素第1節(jié)碳的多樣性第1課時多種多樣的碳單質廣泛存在的含碳化合物,一、多種多樣的碳單質1.同素異形體:由同一種元素組成的性質不同的幾種_____。2.碳元素的同素異形體:(1)常見的同素異形體主要有_________________。(2)性質不同的原因:碳原子的_________不同?！疚Ⅻc撥】C60是由60個碳原子形成的分子。,單質,金剛石、石墨和C60,排列方式,二、廣泛存在的含碳化合物1.含碳化合物:(1)有機物:如CH4、蛋白質、淀粉等。(2)無機物:氧化物,如CO、CO2等;碳酸鹽,如正鹽,如方解石(CaCO3),白云石[CaMg(CO3)2],菱鎂礦(MgCO3),菱鐵礦(FeCO3),純堿或蘇打(Na2CO3),小蘇打(NaHCO3)等?！疚Ⅻc撥】純堿溶液顯堿性,但不是堿。,2.碳酸鈉和碳酸氫鈉:,Na2CO3,NaHCO3,蘇打、純堿,小蘇打,小,2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,Na2CO3+2HCl====,2NaCl+H2O+CO2↑,NaHCO3+HCl====,NaCl+H2O+CO2↑,NaHCO3+NaOH====,Na2CO3+H2O,【微點撥】鉀、鈉的碳酸氫鹽的溶解度小于其碳酸鹽,而鈣、鋇的碳酸氫鹽的溶解度大于其碳酸鹽。,【自我小測】1.思考辨析:(1)組成元素相同的物質互為同素異形體。()分析:。組成元素相同的不同單質互為同素異形體。(2)由石墨制取金剛石屬于物理變化。()分析:。石墨與金剛石屬于不同物質,二者之間的轉化屬于化學變化。,(3)碳酸鈉與酸反應但與堿不反應。()分析:。碳酸鈉既可以與酸反應,也可以與氫氧化鈣反應。(4)碳酸鈉與碳酸氫鈉可以相互轉化。()分析:√。碳酸鈉溶液通入二氧化碳生成碳酸氫鈉,碳酸氫鈉固體加熱分解可以生成碳酸鈉。,2.下列物質互為同素異形體的是()A.CaCO3和MgCO3B.碳酸鈉和碳酸氫鈉C.O2和O3D.Na和Na+【解析】選C。由同種元素組成的性質不同的單質是同素異形體。,3.(LK必修1P72改編)下列敘述中,正確的是()A.由一種元素組成的物質一定是純凈物B.金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的C.石墨轉化為金剛石不屬于化學變化D.C60是新發(fā)現(xiàn)的一種碳的化合物,【解析】選B。A項金剛石、石墨都是碳元素組成的單質,兩者組成的物質是混合物;B項金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的,B正確;C項石墨轉化為金剛石屬于化學變化;D項C60是一種單質而不是化合物。,4.下列物質中分別加入足量醋酸,會產(chǎn)生相同氣體的是()①大理石;②石灰石;③小蘇打;④貝殼;⑤純堿A.①②B.④⑤C.①②③D.①②③④⑤【解析】選D。五種物質與醋酸反應都會產(chǎn)生CO2氣體。,5.除去Na2CO3固體中混有的少量NaHCO3可采取的方法是()A.溶于水加入適量CaCl2溶液B.加入過量氫氧化鈉溶液C.將混合物加熱D.加入稀鹽酸【解析】選C。加入CaCl2溶液后與碳酸鈉生成碳酸鈣沉淀,A錯;NaHCO3與氫氧化鈉反應生成Na2CO3,但使用過量氫氧化鈉會引入雜質,B錯;NaHCO3受熱分解為Na2CO3,C正確;鹽酸與碳酸鈉、碳酸氫鈉都發(fā)生反應,D錯。,6.(LK必修1P72改編)下列關于碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較正確的是()A.碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性比碳酸鈉的強B.與鹽酸反應放出等量的二氧化碳消耗碳酸鈉的質量小于碳酸氫鈉C.等質量的固體與等濃度的鹽酸分別反應時,碳酸氫鈉反應的速率快D.等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉分別與足量鹽酸反應,前者消耗的鹽酸少,【解析】選C。NaHCO3受熱容易分解,A項錯誤。放出1molCO2消耗Na2CO3106g,消耗NaHCO384g,B項錯誤。NaHCO3與鹽酸反應的速率比Na2CO3要快,這是因為HC+H+====H2O+CO2↑,而C與H+結合生成CO2分兩步進行,先要生成HC,然后再生成CO2,C項正確。1molNa2CO3消耗2molHCl,而1molNaHCO3消耗1molHCl,D項錯誤。,7.下列既能跟NaOH溶液反應、又能跟鹽酸反應的是()A.Na2CO3溶液B.CaCO3C.NaHCO3溶液D.Na2SO4溶液【解析】選C。Na2CO3不與氫氧化鈉反應,CaCO3不與氫氧化鈉反應,Na2SO4與鹽酸、氫氧化鈉都不反應,故選C。,一、同素異形體的理解及碳的同素異形體思考探究:自然界中存在的金剛石、石墨以及人工合成的足球烯(C60)等都是由碳元素形成的。石墨因其良好的導電性常用作電極,金剛石硬度極大可作玻璃刻刀,而足球烯因為特殊的結構常用作催化劑的載體。結合上述信息及相關知識,思考下列問題:,(1)金剛石、石墨和C60均是由碳元素構成的單質,為什么物理性質不同?(2)它們的化學性質相同嗎?,【歸納總結】1.正確理解同素異形體的概念:(1)構成同素異形體的三個要素。①必須由同一種元素組成。②必須是單質。③必須具有不同的結構。,(2)構成同素異形體的兩種方式。①單質中原子的排列方式不同,如金剛石和石墨。②單質中原子的數(shù)目不同,如O2和O3。,2.碳的同素異形體:,3.同素異形體的性質:(1)物理性質:由于結構上的差異,同素異形體的物理性質,如顏色、熔沸點、硬度等有較大的差異。(2)化學性質:由于同素異形體組成元素相同,因此化學性質基本相同,如金剛石、石墨在高溫下與氧氣反應都生成二氧化碳。,【點撥】同素異形體的存在與性質(1)金屬元素無同素異形體,部分非金屬元素有同素異形體。(2)同素異形體之間的轉化一定屬于化學變化,但不是氧化還原反應。(3)同種元素組成的物質不一定是純凈物,如石墨和金剛石組成的物質就是混合物。(4)同素異形體物理性質不同,但是化學性質幾乎相同。,【典題訓練】(2015武漢高一檢測)據(jù)報道,科學家已成功由N2合成了少量N4、,下列有關說法正確的是()A.N4、互為同素異形體B.N4、N2的組成元素相同,因此性質完全相同C.28g的N4和N2的混合物中所含氮原子數(shù)為2NAD.的摩爾質量是71gmol-1,【解題指南】解答本題需注意以下3點:(1)同素異形體是同種元素形成的不同單質。(2)結構決定物質的性質。(3)摩爾質量在數(shù)值上等于相對分子質量。,【解析】選C。同種元素形成的不同單質之間互稱同素異形體,N4是氮元素形成的單質,但是屬于離子,故A錯;N4與N2互為同素異形體,二者的物理性質不同,化學性質相近,B錯;N4與N2均是由氮原子組成的,因此28g的混合物中氮原子為2mol,數(shù)目為2NA,C正確;的摩爾質量應是70gmol-1,D錯。,【方法規(guī)律】解答同素異形體問題的關鍵點(1)組成元素是同一種——化學性質相似;(2)分子組成與結構不同——物理性質有差異;(3)物質類別屬于單質——既不是化合物也不能是混合物。,【對點訓練】下列說法正確的是()A.金剛石、石墨和C60性質不同的根本原因是所含碳原子的數(shù)目不同B.金剛石、石墨和C60在氧氣中完全燃燒都生成二氧化碳C.C60、P4互為同素異形體D.H2O和H2O2互為同素異形體,【解析】選B。金剛石、石墨和C60性質不同的根本原因是碳原子排列的方式不同,即結構不同,A不正確;金剛石、石墨和C60都由碳元素組成,與足量氧氣反應產(chǎn)物都是二氧化碳,B正確;C60、P4不是由同種元素組成的,C不正確;同素異形體的研究對象是單質,H2O和H2O2屬于化合物,D不正確。,【補償訓練】1.(雙選)下列各項是某科學工作者列舉的說明金剛石和石墨兩種單質是碳的同素異形體的依據(jù)。你認為依據(jù)充分的是()A.高溫、高壓條件下,石墨能轉化成金剛石,且它們之間的轉化是化學變化B.金剛石和石墨的化學性質差別很大C.在一定溫度下,金剛石和石墨在純凈的足量的氧氣中燃燒都只產(chǎn)生二氧化碳D.金剛石和石墨的物理性質差別較大,【解析】選A、C。由A項可知石墨與金剛石是兩種不同的物質,由C項知金剛石和石墨均是由碳元素組成的。結合此兩項即可說明金剛石和石墨是由同一元素(碳元素)組成的結構、性質不同的單質。B、D兩項只能說明金剛石和石墨是兩種不同的物質。,2.美國和墨西哥的研究人員將普通納米銀微粒分散到納米泡沫碳(碳的第五種單質形態(tài))中,得到不同形狀的納米銀微粒,該納米銀微粒能有效殺死艾滋病病毒(HIV-1),下列說法正確的是()A.納米泡沫碳與金剛石是同素異形體B.納米泡沫碳的性質與石墨的性質完全相同C.納米泡沫碳是碳元素的一種新型化合物D.納米泡沫碳不能在氧氣中燃燒,【解析】選A。納米泡沫碳與金剛石都是碳的單質形態(tài),同種元素形成的不同單質互稱為同素異形體。納米泡沫碳的化學性質與石墨相似,可在氧氣中燃燒,但物理性質不同。,二、碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別及相互轉化典題探究:1.(2015衡水高一檢測)有兩個分別裝有Na2CO3和NaHCO3固體的試劑瓶,因標簽脫落而無法區(qū)分。有四位同學為鑒別它們,分別設計了下列四種不同的方法,其中不可行的是()A.分別取樣配成溶液,再加入澄清石灰水,觀察是否有沉淀生成B.分別取樣配成溶液后,逐滴加入相同濃度和相同體積的稀鹽酸,觀察反應的快慢C.分別取樣加熱,再檢驗是否有使澄清石灰水變渾濁的氣體產(chǎn)生D.分別取樣加熱,稱量加熱前后的固體質量,【解題指南】解答本題要注意以下3點:(1)碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質區(qū)別在于陰離子不同。(2)澄清石灰水與碳酸鈉、碳酸氫鈉都反應,產(chǎn)生沉淀。(3)碳酸鈉溶液中逐滴滴加鹽酸時,開始時無氣泡。,【解析】選A。Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,現(xiàn)象相同,A項不可行;向Na2CO3中滴加鹽酸發(fā)生①Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl②NaHCO3+HCl====NaCl+CO2↑+H2O,開始無明顯現(xiàn)象,后有無色氣體產(chǎn)生,向NaHCO3中滴加鹽酸發(fā)生反應②,立即有無色氣體產(chǎn)生,B可以;2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O,C項可以;NaHCO3受熱分解,質量減少,Na2CO3加熱前后質量不變,D項可以。,2.(2015鎮(zhèn)江高一檢測)下列敘述中正確的是()A.等物質的量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽酸反應,在同溫同壓下,生成的CO2體積不相同B.向Na2CO3溶液中逐滴加入等物質的量的稀鹽酸,生成的CO2與原Na2CO3的物質的量之比為1∶2C.NaHCO3能轉化成Na2CO3,但Na2CO3不能轉化成NaHCO3D.向Na2CO3飽和溶液中通入CO2,有NaHCO3結晶析出,【解題指南】解答本題需注意以下兩點:(1)Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸先轉化為HC,再轉化為CO2。(2)NaHCO3的溶解度小于Na2CO3。,【解析】選D。A項,根據(jù)碳原子守恒,等物質的量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽酸反應,在同溫同壓下,生成的CO2體積相同;B項,發(fā)生反應:C+H+====HC,不生成CO2;C項,能相互轉化:NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O,Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3;D項,向飽和Na2CO3溶液中通入CO2時發(fā)生反應:Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓,反應中消耗H2O,且生成的NaHCO3溶解度小、質量多,故NaHCO3會結晶析出。,【歸納總結】1.固體的鑒別方法:(1)加熱:產(chǎn)生使石灰水變渾濁氣體的是NaHCO3。(2)加酸:NaHCO3比Na2CO3反應劇烈。(3)加少量水:Na2CO3結塊且有明顯的熱量變化。,2.溶液的鑒別方法:(1)沉淀法:滴加氯化鋇或氯化鈣溶液,有沉淀生成的是Na2CO3,無變化的是NaHCO3。(2)氣體法:逐滴加入稀鹽酸立即產(chǎn)生氣體的是NaHCO3,開始不產(chǎn)生氣體,滴加一定稀鹽酸才產(chǎn)生氣體的是Na2CO3。(3)酚酞法:等濃度Na2CO3和NaHCO3溶液中滴入2滴酚酞溶液,溶液變紅較深的是Na2CO3,較淺的是NaHCO3。,3.二者的相互轉化:Na2CO3NaHCO3,(1)Na2CO3→NaHCO3。①向碳酸鈉溶液中通入足量的二氧化碳,可使碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉,反應方程式為Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3。②向碳酸鈉溶液中逐滴加入適量鹽酸可使碳酸鈉轉化為碳酸氫鈉,反應方程式為Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl,(2)NaHCO3→Na2CO3。①固體:碳酸氫鈉固體受熱可完全分解為碳酸鈉、水和二氧化碳,反應方程式為2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。②溶液:向碳酸氫鈉溶液中加入適量氫氧化鈉可使碳酸氫鈉轉化為碳酸鈉,反應方程式為NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O。,【警示】(1)Na2CO3溶液與鹽酸反應時,滴加方式不同,反應不同,現(xiàn)象不同,產(chǎn)生CO2的量也不一定相同。(2)不能利用Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液來鑒別Na2CO3和NaHCO3溶液,因兩者現(xiàn)象相同都產(chǎn)生白色沉淀。,【拓展深化】飽和碳酸鈉溶液中通入CO2會生成白色沉淀的原因飽和碳酸鈉溶液中通入CO2發(fā)生的反應為Na2CO3+H2O+CO2====2NaHCO3。產(chǎn)生白色沉淀的原因有三點:(1)NaHCO3的溶解度比Na2CO3小;(2)反應中有水參與,導致溶劑質量減少;(3)生成NaHCO3的質量大于Na2CO3的質量,導致溶質質量增加。,【對點訓練】①純凈的碳酸鈉ag;②碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物ag,兩者相比下列各種情況的描述正確的是()A.分別和鹽酸完全反應時,混合物的耗酸量大B.分別和鹽酸完全反應時,純凈的碳酸鈉放出的CO2多C.分別溶于水,再加入足量澄清石灰水,混合物得到的沉淀質量大D.分別配成等體積溶液,混合物溶液中的Na+的物質的量濃度大,【解析】選C。同質量的Na2CO3比NaHCO3耗酸量要多,但是產(chǎn)生的CO2要少,故A、B項均錯誤;同質量的兩組物質,混合物含的碳元素較多,故最終轉化成CaCO3沉淀的質量就大,C項正確;同質量的Na2CO3比NaHCO3所含Na+的物質的量大,故配成等體積溶液后純凈的碳酸鈉溶液中的Na+的物質的量濃度大,故D項錯誤。,【補償訓練】下列實驗方案中,不能測定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的質量分數(shù)的是()A.取ag混合物充分加熱,減重bgB.取ag混合物與足量稀鹽酸充分反應,加熱、蒸干、灼燒,得bg固體C.取ag混合物與足量稀硫酸充分反應,逸出氣體用堿石灰吸收,增重bgD.取ag混合物與足量Ba(OH)2溶液充分反應,過濾、洗滌、烘干,得bg固體。,【解析】選C。A中:將混合物加熱時NaHCO3分解,則2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O↑Δm84262m(NaHCO3)b故m(NaHCO3)=b,m(Na2CO3)=a-b。w(Na2CO3)=100%=1-。,B中:取ag混合物與足量鹽酸發(fā)生反應:Na2CO3+2HCl====CO2↑+H2O+2NaCl10658.52m(Na2CO3)m1(NaCl)NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑8458.5m(NaHCO3)m2(NaCl),可列方程組如下:m(Na2CO3)+m(NaHCO3)=am1(NaCl)+m2(NaCl)=b可求得m(Na2CO3),進而求得質量分數(shù)。C中:取ag混合物加入足量稀硫酸時,發(fā)生反應Na2CO3+H2SO4====CO2↑+H2O+Na2SO42NaHCO3+H2SO4====2CO2↑+2H2O+Na2SO4,因逸出的氣體中既包括CO2氣體,又包括水蒸氣,且無法確定二者關系,故依據(jù)增重bg無法進行計算。D中:取ag混合物加入足量Ba(OH)2溶液時,發(fā)生反應Ba(OH)2+Na2CO3====BaCO3↓+2NaOH106197m(Na2CO3)m1(BaCO3)Ba(OH)2+NaHCO3====BaCO3↓+NaOH+H2O84197m(NaHCO3)m2(BaCO3),可列方程組如下:m(Na2CO3)+m(NaHCO3)=am1(BaCO3)+m2(BaCO3)=b可求得m(Na2CO3),進而求得質量分數(shù)。,碳酸鈉、碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的比較,【合作探究】分析上述甲、乙兩套裝置,回答下列相關問題。1.在甲圖所示裝置中分別加入Na2CO3、NaHCO3來探究其熱穩(wěn)定性的強弱。分析在實驗操作時甲裝置有哪些缺點?提示:反應不是同步進行,不能保證外部溫度完全相同,對比性也不明顯。,2.為了更好地探究這一問題,某同學進行了實驗改進,設計了乙圖所示的實驗裝置,請思考以下幾個問題:(1)試管B中裝入的固體最好是什么?提示:NaHCO3。加熱試管A時,能間接加熱試管B,A試管中溫度更高。根據(jù)燒杯內(nèi)澄清石灰水是否變渾濁,可以看出Na2CO3在更高溫度下不分解而NaHCO3在稍低的溫度下已經(jīng)分解,從而說明碳酸鈉熱穩(wěn)定性更好。,(2)有同學觀察到開始加熱時,盛Na2CO3的導管口也產(chǎn)生氣泡,據(jù)此認為Na2CO3受熱也分解,這種觀點是否正確?為什么?提示:不正確。試管A、B內(nèi)氣體受熱膨脹,所以兩個導管口均有氣泡產(chǎn)生,只是盛放Na2CO3的試管中產(chǎn)生的氣體不能使澄清石灰水變渾濁,Na2CO3并未分解。,(3)在裝置乙中,A試管的受熱溫度會高于B試管,能否得到正確的結論?提示:A中的碳酸鈉受熱的溫度更高卻沒分解,而B中的碳酸氫鈉受熱的溫度低一些卻分解了,說明受熱條件下碳酸鈉比碳酸氫鈉穩(wěn)定,能夠得到正確的結論。,(4)若開始時加入A、B試管中的藥品的物質的量相同,則經(jīng)充分加熱后再冷卻至室溫,A、B試管中所得藥品的物質的量有何關系?提示:B試管中發(fā)生化學反應為2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,所以B試管中Na2CO3的物質的量是A試管中Na2CO3物質的量的一半。,【探究總結】1.甲裝置中的碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的比較,要分兩次操作,外部條件很難控制一致,對比性較弱。2.乙裝置能夠保證碳酸鈉、碳酸氫鈉的外部條件基本相同,兩個實驗同時進行,縮短操作時間,增強對比效果。,3.對比是科學研究中最常用的基本方法。對比是辨別異同,區(qū)分事物之間相同點和不同點的邏輯方法。對比實驗,指的是除了一個可變因素外,其他因素都保持不變的實驗,如碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的比較,可采用自制對比管(如圖所示)進行實驗。,