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碳的多样性碳的多样性碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化复习目标复习目标:1、了解碳元素的单质及某些氧化、了解碳元素的单质及某些氧化 物、碳酸盐、碳酸氢盐的性质物、碳酸盐、碳酸氢盐的性质 2、了解碳及其化合物间的转化了解碳及其化合物间的转化 3、了解碳的氧化物对大气污染及、了解碳的氧化物对大气污染及其防治，增强环保意识其防治，增强环保意识一、碳的同素异形体：一、碳的同素异形体：同素异形体的概念：同素异形体的概念：同种元素组成的性质不同的几种单质，叫同种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体做该元素的同素异形体想一想？想一想？你知道的碳有哪些同素异形体？它你知道的碳有哪些同素异形体？它们属于什么晶体？们属于什么晶体？金刚石（原子晶体）石墨（混合型晶体）金刚石（原子晶体）石墨（混合型晶体）60(分子晶体分子晶体)科学家研制得到一种新的分子，它具有空心的类似科学家研制得到一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为足球状结构，分子式为C60，下列关于下列关于C60分子的说分子的说法正确的是（法正确的是（）AC60是一种新型的化合物是一种新型的化合物BC60和石墨、金刚石等都是碳的同素异形体和石墨、金刚石等都是碳的同素异形体CC60是灰黑色固体，物理性质与金刚石很相似是灰黑色固体，物理性质与金刚石很相似DC60的相对分子质量是的相对分子质量是720gmol1B考考你考考你生产和生活中碳及其化合物间的转化生产和生活中碳及其化合物间的转化冬天烧炭的取暖炉中在炉底、炉中和火焰上冬天烧炭的取暖炉中在炉底、炉中和火焰上方分别发生了哪些化学反应？写出有关的化方分别发生了哪些化学反应？写出有关的化学方程式。学方程式。CO2CO2（炉底）炉底）CO2C2CO （炉中）（炉中）2COO22CO2（火焰上方）（火焰上方）点燃点燃高温高温点燃点燃放在炭火炉上的水壶中的水沸腾而溢出时火焰不但放在炭火炉上的水壶中的水沸腾而溢出时火焰不但没灭反而更旺的原因是什么没灭反而更旺的原因是什么?C+H2O=CO+H2 (制取水煤气制取水煤气)高温高温试试一一试试？如何如何除去除去下列气体中的杂质？下列气体中的杂质？（1）CO（CO2）（2）CO2（CO）（3）CO2（SO2）（4）CO2（HCl）通过盛有氢氧化钠溶液的洗气瓶通过盛有氢氧化钠溶液的洗气瓶通过盛放灼热氧化铜的硬质玻璃管通过盛放灼热氧化铜的硬质玻璃管通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶通过盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶走进高考走进高考1.(2007全全国国)水水蒸蒸气气通通过过灼灼热热的的焦焦炭炭后后，流流出出气气体体的的主主要要成成分分是是CO和和H2，还还有有CO2和和水水蒸蒸气气等等。请请用用下下图图中中提提供供的的仪仪器器，选选择择必必要要的的试试剂剂，设设计计一一个个实实验验，证证明明上上述述混混合合气气中中有有CO和和H2。(加加热热装置和导管等在图中略去装置和导管等在图中略去)回答下列问题：回答下列问题：(1)盛浓盛浓H2SO4的装置用途是的装置用途是 ，盛，盛NaOH溶液的装置用途是溶液的装置用途是 。除去H2O气除去CO2(2)仪器仪器B中需加入试剂的名称中需加入试剂的名称(或化学式或化学式)是氧化铜是氧化铜(或或CuO)，所发生反应的化学方程式是，所发生反应的化学方程式是CuO+H2 H2O+Cu，CuO+CO CO2+Cu 无水硫酸铜(CuSO4)(3)仪器仪器C中需加入试剂的名称中需加入试剂的名称(或化学式或化学式)是是 ，其目的是验证，其目的是验证水蒸气1.(2007全全国国)水水蒸蒸气气通通过过灼灼热热的的焦焦炭炭后后，流流出出气气体体的的主主要要成成分分是是CO和和H2，还还有有CO2和和水水蒸蒸气气等等。请请用用下下图图中中提提供供的的仪仪器器，选选择择必必要要的的试试剂剂，设设计计一一个个实实验验，证证明明上上述述混混合合气气中中有有CO和和H2。(加加热热装装置和导管等在图中略去置和导管等在图中略去)回答下列问题：(4)按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：g-ab-kj-hi-cd(或dc)-fe-lm(5)能证明混合气中含有能证明混合气中含有CO，H2的实验依据分别是的实验依据分别是-高考回放高考回放【解析】让CO、H2通过灼热氧化铜，氧化铜被还原，同时产生CO2和H2O，再用石灰水和无水硫酸铜分别检验它们，从而得出结论。但是流出的气体中含有CO2和H2O会干扰检验，因此必须先把它们除去。由于气体通过溶液后又会混有水蒸气，因此本实验中必须先检验反应生成的水蒸气，后检验生成的二氧化碳。自然界中碳及其化合物的转化化学与生活化学与生活【例例2】“温温室室效效应应”是是全全球球关关注注的的环环境境问问题题之之一一。CO2是是目目前前大大气气中中含含量量最最高高的的一一种种温温室室气气体体。因因此此，控控制制和和治理治理CO2是解决温室效应的有效途径。是解决温室效应的有效途径。(1)下列措施中，有利于降低大气中下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的有：浓度的有：。(填字母填字母)a.减少化石燃料的使用减少化石燃料的使用 b.植树造林，增大植被面积植树造林，增大植被面积c.采用节能技术采用节能技术 d.利用太阳能、风能利用太阳能、风能abcd植物能吸收二氧化碳，减少化石燃料的使用、采用节能技术、利用太阳能、风能都能减少化石燃料使用，减少二氧化碳的产生。化学与生活化学与生活(2)将将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。转化成有机物可有效实现碳循环。CO2转化成转化成有机物的例子很多，如：有机物的例子很多，如：a.6CO2+6H2O C6H12O6+6O2b.CO2+3H2 CH3OH+H2Oc.CO2+CH4 CH3COOHd.2CO2+6H2 +4H2O以上反应中，最节能的是以上反应中，最节能的是 ，原子利用率最高，原子利用率最高 的是的是 。光合作用催化剂催化剂催化剂ac不需要加热的反应即最节能；反应物所有原子全部进入目标产物时，原子利用率最高【例例2】“温温室室效效应应”是是全全球球关关注注的的环环境境问问题题之之一一。CO2是是目目前前大大气气中中含含量量最最高高的的一一种种温温室室气气体体。因因此此，控控制制和和治治理理CO2是解决温室效应的有效途径。是解决温室效应的有效途径。(3)文献报道某课题组利用文献报道某课题组利用CO2催化氢化制甲烷的研催化氢化制甲烷的研究过程如下：究过程如下：【例例2】“温温室室效效应应”是是全全球球关关注注的的环环境境问问题题之之一一。CO2是是目目前前大大气气中中含含量量最最高高的的一一种种温温室室气气体体。因因此此，控控制制和和治治理理CO2是解决温室效应的有效途径。是解决温室效应的有效途径。化学与生活化学与生活反反应应结结束束后后，气气体体中中检检测测到到CH4和和H2，滤滤液液中中检检测测到到HCOOH，固固体体中中检检测测到到镍镍粉粉和和Fe3O4。CH4、HCOOH、H2的的产产量量和和镍镍粉粉用用量量的的关关系系如如下下图图所所示示(仅仅改改变变镍镍粉粉用用量量，其他条件不变其他条件不变)：图中可知，Ni粉越多，最后剩余甲酸越少，生成的氢气也越少，说明Ni粉是两个反应的催化剂。当镍粉用量从1 mmol增加到10 mmol,甲烷的量越来越多，表明催化剂对反应更加有效研究人员根据实验结果得出结论：研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是是CO2转化转化为为CH4的中间体，即：的中间体，即：CO2 HCOOH CH4写出产生写出产生H2的反应方程式的反应方程式由图可知，镍粉是由图可知，镍粉是 。(填字母填字母)a.反应反应的催化剂的催化剂 b.反应反应的催化剂的催化剂 c.反应反应、的催化剂的催化剂 d.不是催化剂不是催化剂c3Fe+4H2O Fe3O4+2H2300研究人员根据实验结果得出结论：研究人员根据实验结果得出结论：HCOOH是是CO2转化为转化为CH4的的中间体，即：中间体，即：CO2 HCOOH CH4当镍粉用量从当镍粉用量从1 mmol增加到增加到10 mmol,反应速率的变化情况是反应速率的变化情况是 。(填字母填字母)a.反应反应的速率增加，反应的速率增加，反应的速率不变的速率不变b.反应反应的速率不变，反应的速率不变，反应的速率增加的速率增加c.反应反应、的速率均不变的速率均不变d.反应反应、的速率均增加，且反应的速率均增加，且反应的速率增加得快的速率增加得快e.反应反应、的速率均增加，且反应的速率均增加，且反应的速率增加得快的速率增加得快f.反应反应的速率减小，反应的速率减小，反应的速率增加的速率增加e【评注】迅速获取图中有效信息，得出变化规律才能正确解题。Ni粉增加，氢气量减少，说明水转化为甲酸的速率加快；Ni粉增加，甲酸量减少，说明甲酸转化为甲烷速率加快。典例精析典例精析变式变式变式变式2 2 二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。(1)大气中二氧化碳增加的原因有大气中二氧化碳增加的原因有(2)大气中二氧化碳增加，影响植物的生长，例如水果越大气中二氧化碳增加，影响植物的生长，例如水果越来越大。这提示我们：随着大气中二氧化碳含量升高来越大。这提示我们：随着大气中二氧化碳含量升高,()A.植物中的有机物含量降低植物中的有机物含量降低 B.植物的生长速率降低植物的生长速率降低C.植物光合作用减弱植物光合作用减弱 D.植物光合作用增强植物光合作用增强 绿色植物减少、汽车排放尾气、森林大火、工厂排放大量二氧化碳等。D典例精析典例精析变式变式变式变式2 2 二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环二氧化碳的过量排放，严重影响人类的自下而上环境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。境，处理和利用二氧化碳是全球关注的重大问题。(3)钟钟乳乳石石和和石石笋笋的的主主要要成成分分是是碳碳酸酸钙钙。随随着着旅旅游游人人数数的的增增加加，潮潮湿湿溶溶洞洞中中的的钟钟乳乳石石和和石石笋笋受受到到二二氧氧化化碳碳侵侵蚀蚀，其其化学方程式为：化学方程式为：(4)某某学学生生提提出出一一个个修修复复溶溶洞洞底底部部受受损损石石笋笋的的研研究究方方案案，由以下五步组成，正确的实验步骤依次是由以下五步组成，正确的实验步骤依次是将盛有碱溶液的容器置于石笋的上部；将盛有碱溶液的容器置于石笋的上部；配制一定浓度的碱溶液；配制一定浓度的碱溶液；选择合适的碱；选择合适的碱；调节碱溶液下滴的速度；调节碱溶液下滴的速度；观察石笋表面复原情况观察石笋表面复原情况CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2钟乳石和石笋主要成分是碳酸钙，受到二氧化碳侵蚀是因为与二氧化碳、水反应生成碳酸氢钙修复溶洞底部受损石笋，可以将适量的碱溶液滴到石笋上，是碳酸氢钙与碱溶液反应重新生成碳酸钙典例精析典例精析【例例3 3】将将足足量量CO2通通入入KOH和和Ca(OH)2的的混混合合稀稀溶溶液液中中，生生成成沉沉淀淀的的物物质质的的量量(n)和和通通入入CO2体体积积(V)的的关关系系正正确确的的是是 （）D【解析】混合溶液中有KOH和Ca(OH)2，反应过程按顺 序如下：Ca(OH)2+CO2 CaCO3+H2O2KOH+CO2 K2CO3+H2OK2CO3+H2O+CO2 2KHCO3CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2方法指导方法指导1.证明几种酸性强弱的方法证明几种酸性强弱的方法HClCH3COOHH2CO3HClO,H2SiO3证明酸性相对强弱常用的原理就是：较强的酸+盐=较弱的酸+新盐例如要证明酸性CH3COOHH2CO3H2SiO3(或HClO)，可以采用如下装置：方法指导方法指导知识引申知识引申知识引申知识引申已知碳酸已知碳酸Ka1=4.2107，Ka2=5.61011，次氯酸，次氯酸Ka=4.7108。写出写出CO2通入通入Na2SiO3溶液，溶液，Ca(ClO)2溶液溶液 ，NaClO溶液苯酚钠溶液溶液苯酚钠溶液，NaAlO2溶液中的化学方程式溶液中的化学方程式方法指导方法指导2.同温同浓度的同温同浓度的Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶液的溶液的pH比较比较Na2CO3、NaHCO3、NaClO溶溶液液都都由由于于水水解解显显碱碱性性，由由于于碳碳酸酸酸酸性性强强于于次次氯氯酸酸，所所以以常常常常误误认认为为碳碳酸酸钠钠溶溶液液碱碱性性比比次次氯氯酸酸钠钠弱弱。事事实实上上：碳碳酸酸Ka1=4.2107，Ka2=5.61011，Ka=4.7108。所所以以Na2CO3水水解解生生成成NaHCO3的的程程度度比比NaClO水水解解程程度度大大，因因此此Na2CO3溶溶液碱性比液碱性比NaClO强。相同条件下三种溶液的强。相同条件下三种溶液的pH关系是：关系是：Na2CO3NaClONaHCO3下列叙述正确的是下列叙述正确的是()A A因因为为NaNa2 2COCO3 3SiOSiO2 2 NaNa2 2SiOSiO3 3COCO2 2，所以硅酸的酸性，所以硅酸的酸性比碳酸比碳酸强强B B碳和硅都是碳和硅都是AA族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物族的元素，所以二氧化碳和二氧化硅的物理性理性质质相似相似C C二氧化硅既溶于二氧化硅既溶于氢氢氧化氧化钠钠溶液又溶于溶液又溶于氢氢氟酸，所以二氧氟酸，所以二氧化硅是两性氧化物化硅是两性氧化物D D二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，但二氧化硅不能和水反和水反应应生成硅酸生成硅酸方法指导方法指导3.实验室制取少量碳酸钠的方法实验室制取少量碳酸钠的方法(1)将足量二氧化碳通入NaOH溶液中，将所得溶液低温蒸干，灼烧固体，再将固体溶于水即可；(2)将一定量的NaOH溶液分成等体积两份，一份通入足量二氧化碳后再与另一份溶液混合即得。典例精析典例精析【备选题】纯净的Ca(HCO3)2试样在高温下分解，当剩余 固体是原试样质量的一半时，它的分解率为 （）A.50%B.75%C.92.5%D.100%【解析】若Ca(HCO3)2按下式完全分解：Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O 162 100剩余固体质量为原试样的100/162，大于1/2，故伴随着发生进一步分解：CaCO3 CaO+CO2方法指导方法指导1.二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应可能产生碳酸钠，也可能生成碳酸氢钠；可以通过如下方法进行确定(1)依据两者比例确定设n(OH)n(CO2)=x若x2，则生成碳酸盐；若x1,则生成碳酸氢盐；若1x2，则同时产生两种盐，而且碳酸盐的物质的量就等于n(OH)n(CO2)。方法指导方法指导1.二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应产物的确定二氧化碳与氢氧化钠反应可能产生碳酸钠，也可能生成碳酸氢钠；可以通过如下方法进行确定(2)依据产物质量确定设一定量二氧化碳与1 mol氢氧化钠溶液反应，将水分低温蒸干，最后获得无水固体b g。此固体组成可能有四种情况：Na2CO3 NaHCO3Na2CO3和NaHCO3 NaOH和Na2CO3因为“1 mol NaOH质量是40 g，如果NaOH全部转化为碳酸钠，其质量应该是53 g；如果NaOH全部转化为碳酸氢钠，其质量应该是84 g”；所以：如果b=53，产物是Na2CO3；如果b=84，产物就是NaHCO3；如果53b84,产物就是NaHCO3和Na2CO3；如果40b53,产物就是NaHCO3和NaOH；例例已知已知Mg与与CO2可反应生成可反应生成MgO与与C；SiO2、SO2和和CO2都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；镁和都是酸性氧化物，化学性质具有一定的相似性；镁和钠的化学性质也有一定的相似性两个研究性学习小组分钠的化学性质也有一定的相似性两个研究性学习小组分别根据不同的微型课题进行研究，其方案如下：别根据不同的微型课题进行研究，其方案如下：【实验方案实验方案】第一个研究性学习小组用如图所示的装第一个研究性学习小组用如图所示的装置进行镁与二氧化硫反应的实验置进行镁与二氧化硫反应的实验实验药品：实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，实验药品：实验室制取二氧化硫类似于制取二氧化碳，在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫：在下列物质中选择合适的试剂制取二氧化硫：_.A80%的硫酸的硫酸B浓盐酸浓盐酸C稀硝酸稀硝酸D亚硫酸亚硫酸钠固体钠固体E亚硫酸钙固体亚硫酸钙固体F饱和亚硫酸钠溶液饱和亚硫酸钠溶液实验现象：反应后，发现实验现象：反应后，发现B管壁有淡黄色粉末产生，取反应管壁有淡黄色粉末产生，取反应后后B中固体溶于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出中固体溶于稀盐酸中产生具有臭鸡蛋气味的气体，写出B管中发生的有关反应的化学方程式：管中发生的有关反应的化学方程式：_.实验改进：你认为该装置是否有不足之处？实验改进：你认为该装置是否有不足之处？_.如果如果有，请写出改进方法：有，请写出改进方法：_.【实验方案实验方案】第二个研究性学习小组进行了第二个研究性学习小组进行了“实验室制硅实验室制硅”的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的的研究，他们以课本为基础，查阅资料得到以下可供参考的信息：信息：镁在点燃条件下即可与二氧化硅反应制取硅镁在点燃条件下即可与二氧化硅反应制取硅金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与硅烷金属硅化物与稀硫酸反应生成硫酸盐与硅烷硅烷在空气中能自燃硅烷在空气中能自燃他们在研究报告中记载着他们在研究报告中记载着“用用Mg和和SiO2在适宜的条件下在适宜的条件下充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、充分反应；再用足量稀硫酸溶解固体产物；然后过滤、洗涤、干燥、最后称量干燥、最后称量在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆在用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花，其产率也只有预期值的鸣声和火花，其产率也只有预期值的63%左右左右”实验探究：实验探究：(1)该小组该小组“实验室制硅实验室制硅”的化学方程式是的化学方程式是_.(2)你估计你估计“用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花用稀硫酸溶解固体产物时，发现有爆鸣声和火花”的原因是的原因是_.解析解析【实验方案实验方案】实验室制取实验室制取CO2气体的反应原理气体的反应原理为：为：CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2，即强酸制弱，即强酸制弱酸，按照这一规律，因浓盐酸具有较强的挥发性，导致产酸，按照这一规律，因浓盐酸具有较强的挥发性，导致产生的生的SO2气体不纯，浓气体不纯，浓HNO3具有强氧化性，会氧化具有强氧化性，会氧化SO2气气体，均不可选用，应选用体，均不可选用，应选用80%的浓的浓H2SO4；这样固体就只；这样固体就只能选能选Na2SO3，而不能选，而不能选CaSO3，因反应会生成，因反应会生成CaSO4(微溶微溶)，附着在，附着在CaSO3表面上，使反应停止表面上，使反应停止据题意知淡黄色粉末是单质据题意知淡黄色粉末是单质S，另有产物与稀盐酸反应产，另有产物与稀盐酸反应产生具有臭鸡蛋气味的气体，只能为生具有臭鸡蛋气味的气体，只能为MgS.