2020年高中化学 第三章 自然界中的元素 第1节 碳的多样性学案 鲁科版必修1 4页

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、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：由同种元素组成的性质不同的单质。‎ ‎ 思考： ① 同素异形体的成因是什么？‎ ‎ ②你所知道的其他元素的同素异形体还有哪些？‎ ‎（解答：① 原子的排列方式不同，结构不同。 ② 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 4‎ ‎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FeCO3‎ ‎3、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 ‎ 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 Na2CO3•10H2O 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 ‎①与酸 Na2CO3+HCl Na2CO3+CO2+H2O ‎ Na2CO3+CH3COOH ‎ CO32- +2H+=CO2↑+H2O; CO32-+CO2+H2O=2HCO3- ‎ CO32-+2CH3COOH=CO2↑+H2O+2CH3COO- ‎ ‎②与碱 Na2CO3+Ca（OH）2 Na2CO3+Ba（OH）2 ‎ CO32-+Ca2+=CaCO3↓ ; CO32-+Ba2+=BaCO3↓‎ ‎③与盐 Na2CO3+ CaCl2 Na2CO3+BaCI2 ‎ CO32-+Ca2+=CaCO3↓ ; CO32-+Ba2+=BaCO3↓ ‎ b 碳酸氢钠的性质 ‎①与酸NaHCO3 +HCI—— HCO3- +H+=CO2↑+H2O ‎②与碱NaHCO3+NaOH—— HCO3-+OH-= CO32-+H2O ‎③受热易分解 NaHCO3—— 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2↑+H2O ‎ c Na2CO3 与Na2CO3•10H2O之间的转化 Na2CO3溶液结晶生成Na2CO3•10H2O ,Na2CO3•10H2O风化失水变为Na2CO3 。‎ Na2CO3 与Na2CO3•10H2O在水溶液里的溶质都是Na2CO3。‎ 思考：①如何区分Na2CO3与 NaHCO3两种粉末？请用三种以上的方法。‎ ‎② 向饱和Na2CO3溶液中通入过量的CO2气体，有什么现象？‎ ‎ ③ 现有50mL1mol•L-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：①加热法；配成溶液加BaCl2溶液法；配成溶液滴加盐酸法等 ② 溶液变浑浊 ‎ ‎③ 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：‎ 4‎ ‎（2）溶洞及石笋、钟乳石的形成：‎ 相关的化学方程式为：‎ CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2= CaCO3＋CO2+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：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。‎ 4‎ 例2、把7.4gNa2CO3•10H2O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. ‎3.18‎g‎ B. ‎2.21g C. ‎5.28g D. ‎‎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+)＝1/2×‎0.1L×0.6mol/L=0.03mol 所以，m(Na2CO3)=0.03mol×‎106g/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75mL 1mol/L的稀盐酸，①将Na2CO3溶液缓缓滴加到盐酸中 ②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. ①＞② D. ①＜②‎ 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。‎ ‎①将Na2CO3溶液滴入盐酸中，刚开始盐酸过量：‎ Na2CO3 +2HCl＝2NaCl+CO2+H2O 应按盐酸的量计算气体体积：V1=‎22.4L/mol×0.075mol×1/2=‎‎0.84L ‎②将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步：‎ Na2CO3 +HCl＝NaCl+NaHCO3 ；NaHCO3＋HCl＝NaCl+CO2+H2O 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V1>V2‎ 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。‎ 4‎