2019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.doc

1第第3 3章章 第第1 1节节 碳的多样性碳的多样性【本讲教育信息本讲教育信息】 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： 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21、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+=BaCO3 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。 思考思考：如何区分Na2CO3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的相互转化与 CO2、H2O Na2CO3 NaHCO3 加热或加碱 （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 3（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+H2OCa(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：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7.4gNa2CO310H2O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+)1/2×0.1L×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，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/mol×0.075mol×1/2=0.84L 将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步： Na2CO3 +HClNaCl+NaHCO3 ；NaHCO3HClNaCl+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 。