1、第3章 第1节 碳的多样性【本讲教育信息】一. 教学内容： 第3章 第1节 碳的多样性二. 教学目的1、了解同素异形体的概念，知道碳的三种同素异形体和其物理性质的差异及其原因；2、知道含碳化合物种类及其分类，认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质并体会其差异；3、据生产、生活实例，了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，能解释水垢的形成与消除、木炭燃烧的现象、工业上炼铁的原理等。三. 教学重点、难点 碳元素之间的转化，碳酸钠和碳酸氢钠的性质四. 知识分析碳在自然界中的存在： 游离态和化合态， 化石燃料是指：煤、石油、天然气。（一）多种多样的碳单质1、金刚石：（1）性质及应用：硬度极高、
2、无色透明的晶体。可用于做装饰品、切割玻璃及大理石等。（2）结构：每个碳原子都与相邻的四个碳原子以较强的相互作用直接连接，形成正四面体结构。2、石墨：（1）性质及应用：深灰色、质软、不透明、易导电的片状固体。常用于做电极、铅笔芯等。（2）结构：碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以较强的相互作用形成平面六边形结构，层与层作用较弱，可以相对滑动。3、C60分子：（1）性质及应用：灰黑色的固体。在材料科学、超导体等方面有广泛的用途。（2）结构：由60个碳原子构成的形似足球的分子，碳原子位于球的表面，呈正六边形和正五边形排列，球内是空的。4、碳纳米管及其他碳单质：碳纳米管管状单质。同素异形体定义：由同种
3、元素组成的性质不同的单质。 思考： 同素异形体的成因是什么？ 你所知道的其他元素的同素异形体还有哪些？（解答： 原子的排列方式不同，结构不同。 O2与O3 、 红磷和白磷等）小结：1、判断同素异形体的要素：（1）必须由同一元素组成（2）必须是单质（3）必须结构不同2、不同的同素异形体，物理性质不同，化学性质相似（二）广泛存在的含碳化合物1、分类：有机物和无机物2、常见的碳酸盐及其成分大理石方解石CaCO3 白云石CaMgCO3 菱锌矿ZnCO3 菱镁矿MgCO3 菱铁矿FeCO33、重要的两种盐Na2CO3（碳酸盐）和NaHCO3（碳酸氢盐） （1）主要的物理性质和应用：化学式学名俗名 状态
4、颜色溶解度比较应用NaHCO3碳酸氢钠小苏打细小晶体白色较小做发酵粉、胃药Na2CO3碳酸钠苏打、纯碱粉末白色较大制玻璃、造纸Na2CO310H2O十水合碳酸钠结晶碳酸钠晶体无色最大同Na2CO3（2）主要的化学性质a 碳酸钠的化学性质与酸 Na2CO3+HCl Na2CO3+CO2+H2O Na2CO3+CH3COOH CO32- +2H+=CO2+H2O; CO32-+CO2+H2O=2HCO3- CO32-+2CH3COOH=CO2+H2O+2CH3COO- 与碱 Na2CO3+Ca（OH）2 Na2CO3+Ba（OH）2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=Ba
5、CO3与盐 Na2CO3+ CaCl2 Na2CO3+BaCI2 CO32-+Ca2+=CaCO3 ; CO32-+Ba2+=BaCO3 b 碳酸氢钠的性质与酸NaHCO3 +HCI HCO3- +H+=CO2+H2O与碱NaHCO3+NaOH HCO3-+OH-= CO32-+H2O受热易分解 NaHCO3 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2+H2O c Na2CO3 与Na2CO310H2O之间的转化Na2CO3溶液结晶生成Na2CO310H2O ,Na2CO310H2O风化失水变为Na2CO3 。Na2CO3 与Na2CO310H2O在水溶液里的溶质都是Na2CO3。思考：如何区分N
6、a2CO3与 NaHCO3两种粉末？请用三种以上的方法。 向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有什么现象？ 现有50mL1molL-1的NaOH溶液和足量的CO2气体，简述制取纯Na2CO3溶液的方法。 简答：加热法；配成溶液加BaCl2溶液法；配成溶液滴加盐酸法等 溶液变浑浊 将50mL碱液平分为两等份，向一份中通入过量的CO2，充分反应后，将所得溶液与另一份碱液混和，充分搅拌即可。)小结： Na2CO3和NaHCO3的相互转化（三）碳及其化合物间的转化1、自然界中碳及其化合物间的转化 （1）碳的循环图：（2）溶洞及石笋、钟乳石的形成：相关的化学方程式为：CaCO3CO2+H2OC
7、a(HCO3)2 Ca(HCO3)2= CaCO3CO2+H2O（3）温室效应：2、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 高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等CO生成的化学方程式： C+O2= CO2 C+ CO2 = 2CO还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 +3CO2 Fe +3CO2（2）木炭燃烧：C+O2= CO2 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 C+ CO2 = 2CO生成水煤气的化学方程式为：C+H2O=CO+H2思考：如何防止煤气中毒？提示：要保持室内空气流通；冬季室内燃煤要安装烟囱等（3）水垢的形成：有关化学方程式为：
8、Ca(HCO3)2 CaCO3 CO2+H2O思考：如何除去水壶中的水垢？提示：加入酸，可以将CaCO3物质等溶解（4）无机化合物与有机化合物间的转化小结：碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。【典型例题】例1、金刚石、石墨、C60性质有所不同，是由于 （ ）A. 构成原子不同B. 原子的各自排列方式不同C. 具有不同的几何外形D. 硬度不同答案：B解析：金刚石、石墨、C60三者是碳元素的同素异形体，构成原子完全相同，只是其内部碳原子排列方式不同，才导致它们结构不同，进而性质不同。点评：“结构决定性质”是化学的重要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。例2、把7.4gNa2CO31
9、0H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100mLD 溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等质量的混合物加热到恒重时，残留物的质量是（ ）A. 3.18gB. 2.21gC. 5.28gD. 4.22g答案：A解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据Na+守恒，n (Na2CO3)=1/2 n(Na+)1/20.1L0.6mol/L=0.03mol所以，m(Na2CO3)=0.03mol106g/mol=3.18g点评：守恒法是常用的解题方法，使用时关键认真分析题意，要找准不变量，忽略了繁杂过程，使问题变得简单易解。例3、现有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和7
10、5mL 1mol/L的稀盐酸，将Na2CO3溶液缓缓滴加到盐酸中 将稀盐酸缓缓滴加到Na2CO3溶液中，在标准状况下产生的气体情况是（ ）A. 均为0.84L B. 均为0.56L C. D. 答案：C解析：虽然都是Na2CO3与盐酸反应，但滴加顺序不同，结果产生的CO2的量不一定相同。将Na2CO3溶液滴入盐酸中，刚开始盐酸过量：Na2CO3 +2HCl2NaCl+CO2+H2O应按盐酸的量计算气体体积：V1=22.4L/mol0.075mol1/2=0.84L将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步：Na2CO3 +HClNaCl+NaHCO3 ；NaHCO3HClNaCl+CO2+H2O
11、生成的CO2用第二步余下的盐酸计算：V2=(0.075mol-0.05mol)22.4L=0.56L所以V1V2点评：本题考查的是Na2CO3 与盐酸反应时，滴加顺序不同时，产生的气体体积也不同，计算时，要分析清楚化学反应的过程，正确写出反应式是关键。例4、近年来大气中CO2增多引起“温室效应”，请回答有关问题：（1）空气中CO2的主要来源是什么？（2）自然界中消耗CO2的主要过程是哪些？答案：（1）含碳燃料的大量燃烧。（2）溶于江水、海水; 绿色植物的光合作用；岩石的风化等。解析：尽管二氧化碳的产生途径很多，但是大量化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源。由于江、海的面积大，将溶解大量二氧化碳，光合作用、岩石的风化也将消耗大量二氧化碳。点评：本题引导学生要关注生活、关注环境问题，做到学以致用，这是新课程的重要精神。第 5 页