第三章自然界中的元素第1節碳的多樣性第1課時碳單質的多樣性及含碳化合物1．了解同素異形體的概念。2．了解碳元素的多種存在形態及碳的多種同素異形體。3．掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉的主要性質以及二者的相互轉化、區別與鑒定。eq\x(知)eq\x(識)eq\x(清)eq\x(單)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單質，如氧元素的同素異形體有O2和O3，碳元素的同素異形體有石墨、金剛石和C60等。2．碳的同素異形體。物質性質金剛石(C)石墨(C)C60外觀無色透明晶體深灰色、不透明的片狀固體灰黑色固體結構由正四面體構成的空間網狀結構由平面六邊形構成的層狀結構由正五邊形和正六邊形排列而成的“足球”分子硬度很大質軟，在紙上可留痕跡導電性不導電良好不導電1.金剛石、石墨和C60均是由碳元素組成的單質，為什么物理性質不同？答案：物質的結構決定物質的性質。金剛石、石墨和C60內部碳原子的排列方式不同，決定了其性質的不同。2．如何證明石墨、金剛石、C60是同素異形體？答案：在一定條件下，使金剛石、石墨、C60分別與氧氣反應都生成CO2氣體就可以說明三者是同素異形體。二、廣泛存在的含碳化合物1．種類繁多的含碳化合物。碳的化合物eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(有機物：如甲烷、淀粉等,無機物\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(氧化物：如CO、CO2等,碳酸鹽：如方解石CaCO3，,白云石CaMg（CO3）2，菱鐵礦MgCO3，,菱鐵礦FeCO3等))))2．碳酸鈉和碳酸氫鈉。碳酸鈉碳酸氫鈉化學式Na2CO3NaHCO3俗名純堿或蘇打小蘇打顏色狀態白色固體白色固體溶解性易溶于水易溶(相同條件下比Na2CO3溶解度小)穩定性穩定，受熱難分解受熱分解，化學方程式為2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑與鹽酸反應Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑與NaOH反應不反應NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2O(續上表)與Ca(OH)2反應Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH2NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O與BaCl2反應Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl不反應轉化Na2CO3eq\o(,\s\up7(H2O＋CO2),\s\do5(△或加NaOH))NaHCO3用途玻璃、造紙發酵粉、治療胃病3.碳酸鈉固體中混有碳酸氫鈉雜質，如何除去？答案：可用加熱的方法。碳酸氫鈉受熱不穩定可分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳。eq\x(活)eq\x(學)eq\x(活)eq\x(用)1．下列各組物質，不屬于同素異形體的是(C)A．金剛石和石墨B．白磷和紅磷C．Na2O和Na2O2D．氧氣和臭氧解析：同素異形體的研究對象是單質。2．下列物質的化學名稱、化學式和俗名一致的是(C)A．碳酸鈣、CaCO3、生石灰B．氫氧化鈉、NaOH、純堿C．碳酸鈉、Na2CO3、蘇打D．碳酸氫鈉、NaHCO3、蘇打解析：A項中生石灰是CaO；B項中純堿是Na2CO3；D項中蘇打是Na2CO3。3．(雙選)關于Na2CO3和NaHCO3的說法中，正確的是(BD)A．Na2CO3的溶解度在相同條件下比NaHCO3的溶解度大，NaHCO3比Na2CO3穩定B．Na2CO3既可與CaCl2溶液反應，也可與石灰水反應C．NaHCO3既可與CaCl2溶液反應，也可與石灰水反應D．等物質的量的Na2CO3和NaHCO3與足量鹽酸反應，消耗HCl的物質的量之比為2∶1，而放出的氣體的物質的量之比為1∶1解析：穩定性與溶解性無關，A不對；Na2CO3＋CaCl2=CaCO3↓＋2NaCl，Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH，B對。NaHCO3與CaCl2溶液不反應，與石灰水反應生成CaCO3沉淀，C不對。Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋2H2O＋CO2↑，NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑，當n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)時，消耗n(HCl)之比為2∶1，放出CO2氣體物質的量相等，D對。eq\x(水)eq\x(平)eq\x(測)eq\x(試)1．下列敘述中，正確的是(B)A．由碳元素的單質組成的物質一定是純凈物B．金剛石和石墨具有相同的化學組成C．金剛石與石墨之間的轉化不屬于化學變化D．C60是新發現的一種碳的化合物解析：碳元素形成的單質有多種，不同的單質組成的物質是混合物，金剛石、石墨、C60都是碳元素的單質，它們之間的轉化屬于化學變化。2．不用任何試劑就能鑒別的一組物質是(C)A．Na2CO3和NaHCO3B．Na2CO3和NaClC．Na2CO3和鹽酸D．NaHCO3和鹽酸解析：將鹽酸逐滴滴加到Na2CO3溶液中，開始時無氣體生成，而將Na2CO3溶液滴加到鹽酸中時，開始便有氣體生成，滴加順序不同，現象不同，不用其他試劑就能鑒別。3．除去NaHCO3溶液中混有的少量Na2CO3可采取的方法是(A)A．通入二氧化碳氣體 B．加入氫氧化鋇溶液C．加入澄清石灰水 D．加入稀鹽酸解析：Na2CO3＋CO2＋H2O=2NaHCO3，CO2與NaHCO3不再反應，A對。Ba(OH)2、Ca(OH)2和稀鹽酸都能與NaHCO3和Na2CO3反應，故B、C、D錯。4．向碳酸鈉濃溶液中逐滴加入稀鹽酸直到不再產生二氧化碳氣體為止，則在此過程中，溶液中碳酸氫根離子濃度變化趨勢可能是(C)A．逐漸減小 B．逐漸增大C．先逐漸增大，而后減小 D．先逐漸減小，而后增大解析：反應過程可表示為：先：COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)；后：HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=H2O＋CO2↑。所以c(HCOeq\o\al(－,3))先增大后減小。5．下列關于碳酸鈉和碳酸氫鈉的比較中正確的是(C)A．碳酸氫鈉的溶解度大于碳酸鈉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．與等濃度的鹽酸反應，碳酸氫鈉反應的速率快D．與等質量的碳酸鈉和碳酸氫鈉反應，碳酸鈉消耗鹽酸少解析：NaHCO3的溶解性較小，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HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=H2O＋CO2↑，而COeq\o\al(2－,3)與H＋結合生成CO2分兩步進行，先要生成HCOeq\o\al(－,3)，后再生成CO2，C項正確。106gNa2CO3耗73gHCl，而106gNaHCO3耗HCl少于73g，D項不正確。6．可以說明溶液中大量存在COeq\o\al(2－,3)的理由是(C)A．加入AgNO3溶液有白色沉淀產生B．加入鹽酸有無色無味氣體產生C．加入MgCl2時有白色沉淀產生，再加稀鹽酸沉淀全部溶解，且產生可以使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體D．加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀產生，再加稀鹽酸，反應現象如選項C所述解析：A項不可說明，與AgNO3作用生成白色沉淀的還有Cl－等；B項不可說明，與鹽酸作用產生無色無味氣體的還有NaHCO3等；D項不可說明，NaHCO3等物質亦會有此現象。7．現有A、B、C、D四種化合物都含鉀元素，A、B、C和足量的鹽酸反應后，均可生成D；若將固體C加熱后可生成A和無色無毒的氣體E，該氣體能使澄清石灰水變渾濁；若在A溶液中通入足量E，可生成C；若B與C的溶液混合可生成A。請回答下列問題。(1)推斷A、B、C、D的化學式。A________；B________；C________；D________。(2)A溶液中通入足量E反應的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)B溶液與C溶液反應的離子方程式為________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)僅憑有氣體E生成，______選填“能”或“否”斷定A、C的組成。解析：氣體E無色無味且能使澄清石灰水變渾濁，為CO2，C為KHCO3，A為K2CO3；B與KHCO3溶液混合可生成K2CO3，B為KOH，A、B、C和足量的鹽酸反應后，均可生成D，D為KCl。HCOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)都可與鹽酸反應生成CO2氣體，所以不能僅憑有CO2氣體生成，斷定哪個是K2CO3，哪個是KHCO3。答案：(1)K2CO3KOHKHCO3KCl(2)COeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)(3)OH－＋HCOeq\o\al(－,3)=H2O＋COeq\o\al(2－,3)(4)否8．某校化學課外小組為了鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種白色固體，用不同的方法做以下實驗，如圖所示。(1)寫出Ⅰ中與鹽酸發生反應的化學方程式。①Na2CO3時________________________________________________________________________，②NaHCO3時________________________________________________________________________，③由此可知此裝置________(填“能”或“不能”)鑒別Na2CO3和NaHCO3。(2)Ⅱ裝置能鑒別Na2CO3和NaHCO3的現象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)Ⅲ、Ⅳ裝置均利用了Na2CO3和NaHCO3________性的區別。有關化學方程式為________________________________________________________________________。(4)若用實驗Ⅳ驗證碳酸鈉和碳酸氫鈉的穩定性，則試管B中裝入的固體最好是________(填化學式)。有的同學在盛Na2CO3的導管口觀察到開始加熱時也有氣泡產生，據此認為Na2CO3加熱也能分解。你認為此觀點________(填“正確”或“錯誤”)。分析此現象的原因為________________________________________________________________________。________________________________________________________________________。(5)除了以上方法，請你再舉出一例鑒別二者的方法________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：鑒別Na2CO3和NaHCO3是利用二者性質的差別，Ⅰ中二者均能與鹽酸反應產生CO2，現象相同，不能鑒別；Ⅱ中Na2CO3、NaHCO3加入等濃度的鹽酸中，NaHCO3反應劇烈，產生的氣體多，氣球膨脹的快；NaHCO3不穩定，受熱分解，而Na2CO3穩定，受熱不分解，Ⅳ中的試管B在試管A內部，不能直接接觸到火焰，溫度相對較低，故試管B中裝入的固體是易分解的NaHCO3，NaHCO3受熱分解產生的CO2使澄清石灰水變渾濁；鑒別Na2CO3和NaHCO3還可利用其在溶液中電離出的陰離子的不同選擇試劑，COeq\o\al(2－,3)與Ba2＋或Ca2＋反應生成白色沉淀，HCOeq\o\al(－,3)不反應。答案：(1)①Na2CO3＋2HCl=2NaCl＋H2O＋CO2↑②NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑③不能(2)盛NaHCO3的裝置反應比盛Na2CO3的裝置劇烈，氣球膨脹的快(3)熱穩定2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑(4)NaHCO3錯誤大試管中空氣受熱膨脹時逸出(5)把二者分別配成溶液后滴加BaCl2試劑，有白色沉淀生成的為Na2CO3，無現象的為NaHCO3eq\x(素)eq\x(能)eq\x(提)eq\x(高)9．將碳酸鈉晶體和碳酸氫鈉的混合物ng溶于水制成200mL溶液，鈉離子的物質的量濃度為mol·L－1；若將ng該混合物加熱至質量不再改變時，得到固體物質的質量是(B)A．gB．gC．gD．g解析：ng混合物中n(Na＋)＝L×mol/L＝mol。混合物加熱后變為Na2CO3，根據Na＋守恒可知所得產物n(Na2CO3)＝mol。則m(Na2CO3)＝mol×106g/mol＝g。10．根據如圖所示提供的儀器裝置，完成提純并測定Na2CO3樣品純度(其中只含NaHCO3雜質)的實驗，試回答有關問題：實驗1：測定Na2CO3樣品中NaHCO3分解放出的CO2的體積。(1)連接裝置的正確順序是：________(填序號)。(2)完成該實驗尚缺的儀器是________________________________________________________________________。(3)產生的氣體從裝置④的________端進入，從裝置⑤的________端進入。實驗2：測定上述實驗完成后的剩余固體與鹽酸反應產生的CO2的體積。(4)應將實驗1的裝置作哪些