2019-2020年高一化學自然界中的元素 碳的多樣性.doc
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2019-2020年高一化學自然界中的元素 碳的多樣性 一. 教學內(nèi)容： 第3章 第1節(jié) 碳的多樣性 二. 教學目的 1、了解同素異形體的概念，知道碳的三種同素異形體和其物理性質(zhì)的差異及其原因； 2、知道含碳化合物種類及其分類，認識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)并體會其差異； 3、據(jù)生產(chǎn)、生活實例，了解碳單質(zhì)、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉(zhuǎn)化，能解釋水垢的形成與消除、木炭燃燒的現(xiàn)象、工業(yè)上煉鐵的原理等。 三. 教學重點、難點 碳元素之間的轉(zhuǎn)化，碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì) 四. 知識分析 碳在自然界中的存在： 游離態(tài)和化合態(tài)， 化石燃料是指：煤、石油、天然氣。 （一）多種多樣的碳單質(zhì) 1、金剛石： （1）性質(zhì)及應用：硬度極高、無色的晶體。可用于做裝飾品、切割玻璃及大理石等。 （2）結構：每個碳原子都與相鄰的四個碳原子以較強的相互作用直接連接，形成正四面體結構。 2、石墨： （1）性質(zhì)及應用：深灰色、質(zhì)軟、不透明、易導電的片狀固體。常用于做電極、鉛筆芯等。 （2）結構：碳原子呈層狀排列，每一層上的碳原子以較強的相互作用形成平面六邊形結構，層與層作用較弱，可以相對滑動。 3、C60分子： （1）性質(zhì)及應用：灰黑色的固體。在材料科學、超導體等方面有廣泛的用途。 （2）結構：由60個碳原子構成的形似足球的分子，碳原子位于球的表面，呈正六邊形和正五邊形排列，球內(nèi)是空的。 4、碳納米管及其他碳單質(zhì)：碳納米管——管狀單質(zhì)。 同素異形體定義：由同種元素組成的性質(zhì)不同的單質(zhì)。 思考： ① 同素異形體的成因是什么？ ②你所知道的其他元素的同素異形體還有哪些？ （解答：① 原子的排列方式不同，結構不同。 ② O2與O3 、 紅磷和白磷等） 小結： 1、判斷同素異形體的要素：（1）必須由同一元素組成（2）必須是單質(zhì)（3）必須結構不同 2、不同的同素異形體，物理性質(zhì)不同，化學性質(zhì)相似 （二）廣泛存在的含碳化合物 1、分類：有機物和無機物 2、常見的碳酸鹽及其成分 大理石方解石CaCO3 白云石CaMgCO3 菱鋅礦ZnCO3 菱鎂礦MgCO3 菱鐵礦FeCO3 3、重要的兩種鹽——Na2CO3（碳酸鹽）和NaHCO3（碳酸氫鹽） （1）主要的物理性質(zhì)和應用： 化學式 學名 俗名 狀態(tài) 顏色 溶解度比較 應用 NaHCO3 碳酸氫鈉 小蘇打 細小晶體 白色 較小 做發(fā)酵粉、胃藥 Na2CO3 碳酸鈉 蘇打、純堿 粉末 白色 較大 制玻璃、造紙 Na2CO3?10H2O 十水合碳酸鈉 結晶碳酸鈉 晶體 無色 最大 同Na2CO3 （2）主要的化學性質(zhì) a 碳酸鈉的化學性質(zhì) ①與酸 Na2CO3+HCl Na2CO3+CO2+H2O Na2CO3+CH3COOH CO32- +2H+=CO2↑+H2O; CO32-+CO2+H2O=2HCO3- CO32-+CH3COOH=CO2↑+H2O+2CH3COO- ②與堿 Na2CO3+Ca（OH）2 Na2CO3+Ba（OH）2 CO32-+Ca2+=CaCO3↓ ; CO32-+Ba2+=BaCO3↓ ③與鹽 Na2CO3+ CaCl2 Na2CO3+BaCI2 CO32-+Ca2+=CaCO3↓ ; CO32-+Ba2+=BaCO3↓ b 碳酸氫鈉的性質(zhì) ①與酸NaHCO3 +HCI＝ HCO3- +H+=CO2↑+H2O ②與堿NaHCO3+NaOH＝ HCO3-+OH-= CO32-+H2O ③受熱易分解 NaHCO3 ＝ 2NaHCO3 Na2CO3+ CO2↑+H2O c Na2CO3 與Na2CO3?10H2O之間的轉(zhuǎn)化 Na2CO3溶液結晶生成Na2CO3?10H2O ,Na2CO3?10H2O風化失水變?yōu)镹a2CO3 。 Na2CO3 與Na2CO3?10H2O在水溶液里的溶質(zhì)都是Na2CO3。 思考：①如何區(qū)分Na2CO3與 NaHCO3兩種粉末？請用三種以上的方法。 ② 向飽和Na2CO3溶液中通入過量的CO2氣體，有什么現(xiàn)象？ ③ 現(xiàn)有50mL1mol?L的NaOH溶液和足量的CO2氣體，簡述制取純Na2CO3溶液的方法。 簡答：①加熱法；配成溶液加BaCl2溶液法；配成溶液滴加鹽酸法等 ② 溶液變渾濁 ③ 將50mL堿液平分為兩等份，向一份中通入過量的CO2，充分反應后，將所得溶液與另一份堿液混和，充分攪拌即可。) 小結： Na2CO3和NaHCO3的相互轉(zhuǎn)化 （三）碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 1、自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 （1）碳的循環(huán)圖： （2）溶洞及石筍、鐘乳石的形成： 相關的化學方程式為： CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2= CaCO3＋CO2+H2O （3）溫室效應： 2、生產(chǎn)和生活中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化 （1）高爐煉鐵 原料：焦炭、鐵礦石 高爐煤氣的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等 CO生成的化學方程式： C+O2= CO2 C+ CO2 = 2CO 還原鐵的氧化物的化學方程式：Fe2O3 +3CO2 Fe +3CO2 （2）木炭燃燒：C+O2= CO2 2C+O2=2CO 2CO+O2=2CO2 C+ CO2 = 2CO 生成水煤氣的化學方程式為：C+H2O=CO+H2 思考：如何防止煤氣中毒？ 提示：要保持室內(nèi)空氣流通；冬季室內(nèi)燃煤要安裝煙囪等 （3）水垢的形成： 有關化學方程式為：Ca(HCO3)2CaCO3 ↓＋CO2↑+H2O 思考：如何除去水壺中的水垢？ 提示：加入酸，可以將CaCO3物質(zhì)等溶解 （4）無機化合物與有機化合物間的轉(zhuǎn)化 小結：碳及其化合物的轉(zhuǎn)化，對人的生活、生產(chǎn)來說意義重大。 【典型例題】 例1、金剛石、石墨、C60性質(zhì)有所不同，是由于 （ ） A. 構成原子不同 B. 原子的各自排列方式不同 C. 具有不同的幾何外形 D. 硬度不同 答案：B 解析：金剛石、石墨、C60三者是碳元素的同素異形體，構成原子完全相同，只是其內(nèi)部碳原子排列方式不同，才導致它們結構不同，進而性質(zhì)不同。 點評：“結構決定性質(zhì)”是化學的重要規(guī)律，對此要不斷地加深理解，注重應用。 例2、把7.4gNa2CO3?10H2O和NaHCO3組成的混合物溶于水，配成100mLD 溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等質(zhì)量的混合物加熱到恒重時，殘留物的質(zhì)量是（ ） A. 3.18g B. 2.21g C. 5.28g D. 4.22g 答案：A 解析：混合物加熱最終得到的是Na2CO3，根據(jù)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 點評：守恒法是常用的解題方法，使用時關鍵認真分析題意，要找準不變量，忽略了繁雜過程，使問題變得簡單易解。 例3、現(xiàn)有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和75mL 1mol/L的稀鹽酸，①將Na2CO3溶液緩緩滴加到鹽酸中 ②將稀鹽酸緩緩滴加到Na2CO3溶液中，在標準狀況下產(chǎn)生的氣體情況是（ ） A. 均為0.84L B. 均為0.56L C. ①＞② D. ①＜② 答案：C 解析：雖然都是Na2CO3與鹽酸反應，但滴加順序不同，結果產(chǎn)生的CO2的量不一定相同。 ①將Na2CO3溶液滴入鹽酸中，剛開始鹽酸過量： Na2CO3 +2HCl＝2NaCl+CO2+H2O 應按鹽酸的量計算氣體體積：V1=22.4L/mol0.075mol1/2=0.84L ②將鹽酸滴入Na2CO3溶液中，反應分兩步： Na2CO3 +HCl＝NaCl+NaHCO3 ；NaHCO3＋HCl＝NaCl+CO2+H2O 生成的CO2用第二步余下的鹽酸計算：V2=(0.075mol-0.05mol)22.4L=0.56L 所以V1>V2 點評：本題考查的是Na2CO3 與鹽酸反應時，滴加順序不同時，產(chǎn)生的氣體體積也不同，計算時，要分析清楚化學反應的過程，正確寫出反應式是關鍵。 例4、近年來大氣中CO2增多引起“溫室效應”，請回答有關問題： （1）空氣中CO2的主要來源是什么？ （2）自然界中消耗CO2的主要過程是哪些？ 答案：（1）含碳燃料的大量燃燒。 （2）溶于江水、海水; 綠色植物的光合作用；巖石的風化等。 解析：盡管二氧化碳的產(chǎn)生途徑很多，但是大量化石燃料的燃燒是產(chǎn)生二氧化碳的主要來源。 由于江、海的面積大，將溶解大量二氧化碳，光合作用、巖石的風化也將消耗大量二氧化碳。 點評：本題引導學生要關注生活、關注環(huán)境問題，做到學以致用，這是新課程的重要精神。 【模擬試題】 一、選擇題 （每小題有1～2個選項符合題意） 1、有關C60的下列說法中正確的是（ ） A. 是一種新型的化合物 B. 是由60個碳原子構成的一種單質(zhì)分子 C. 摩爾質(zhì)量是720g ，1摩爾該物質(zhì)含60摩碳原子 D. 該物質(zhì)能導電 2、下列敘述中正確的是（ ） A. 由碳元素組成的物質(zhì)一定是純凈物 B. 金剛石和石墨具有相同的元素組成 C. 金剛石和石墨的相互轉(zhuǎn)化不屬于化學變化 D. 將等質(zhì)量金剛石、石墨、C60 分別放在足量氧氣中充分燃燒，生成等質(zhì)量的CO2 可證明三者是同素異形體 3、下列各組中是同素異形體的是（ ） A. H2O2 、H2O B. Cl2和氯水 C. 含中子數(shù)分別是1和2的兩種氫原子 D. S4 、S6 4、下列物質(zhì)既可以與碳酸鈉反應，又可以與碳酸氫鈉反應的是 （ ） A. NaOH溶液 B. CaCl2溶液 C. Ca(OH)2溶液 D. 硝酸 5、高溫下，6gC和8gO2在密閉容器中反應，當碳、氧氣已耗盡時，所得的產(chǎn)物是（ ） A. 14克CO2 B. 11克CO2和3克CO C. CO2、、CO各7克 D. 14克CO 6、用足量的CO還原32g某種氧化物，將生成的氣體通入足量的澄清石灰水中，得到60g沉淀，則該氧化物是（ ） A. FeO B. Fe2O3 C. CuO D. Cu2O 7、用1L1mol/L的NaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中CO32-和HCO3-的物質(zhì)的量濃度之比約是（ ） A. 1：3 B. 1：2 C. 2：3 D. 3：2 8、在一定溫度下，向足量的飽和碳酸鈉溶液中加入1.06g無水碳酸鈉，攪拌后靜置，最終所得晶體的質(zhì)量是（ ） A. 等于1.06g B. 大于1.06g小于2.86g C. 等于2.86g D. 大于2.86g 9、為制備干燥、純凈的CO2 ，將大理石和鹽酸反應生成的氣體先后通過有下列物質(zhì)的兩個吸收裝置，兩個裝置中應分別盛放（ ） A. 水；無水CaCl2 固體 B. 飽和NaHCO3 溶液； 濃H2SO4 C. 濃H2SO4 ; 飽和NaHCO3 溶液 D. 飽和NaHCO3 溶液; 稀H2SO4 10、一氧化碳和氧氣的混和氣體aL, 在密閉容器中用電火花引燃，充分反應后，恢復到原狀態(tài)，氣體體積變?yōu)閎 L, 則原混和氣體中CO的體積可能是（ ） A. b L B. （a-b）L C. 2 (a-b) L D. (2b-a) L 二、填空題 11、某無色氣體可能含有H2 、CO、CO2和N2中的一種或幾種，當混合氣體依次通過紫色石蕊試液時，紫色石蕊試液沒有變色；通過灼熱的氧化銅時有紅色的銅生成；通過澄清的石灰水時，石灰水變渾濁。該氣體一定含有__________，一定不含_________，可能含有______。 12、在25℃. 101 kPa 條件下，將15 L O2 通入10 L CO和H2 的混合氣中，使其完全燃燒，干燥后，恢復至原來的溫度和壓強。 （1）若剩余氣體的體積是15L 則原CO 和 H2 的混和氣體中V(CO)=________L, V(H2 )=_______L. （2）若剩余氣體的體積為a L，則原CO 和 H2 的混和氣體中V(CO):V(H2 )=_________。 （3）若剩余氣體的體積為a L，則a 的取值范圍是_____________。 13、吸煙有害健康，科學實驗表明香煙所產(chǎn)生的煙霧中，至少有300多種化合物不同程度的對人體有害。為了檢驗該煙霧中是否存在CO2 和CO，對香煙產(chǎn)生的煙霧進行適當處理后，依次通過足量的以下試劑：①澄清石灰水，②濃硫酸，③灼熱的黑色氧化銅粉末，④澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)①④變渾濁。試回答： （1）①中發(fā)生的現(xiàn)象說明___________________； （2）煙霧中是否存在CO ?___________，作出此判斷依據(jù)的實驗現(xiàn)象為_____________。 三、計算題 14、將一定量的NaOH 和 NaHCO3 的混合物X ，放在密閉容器中加熱，充分反應后生成CO2 V1 L(V1≠0),將反應后的固體殘渣Y 與過量鹽酸反應，又生成CO2 V2 L(氣體體積均在標準狀況下測定) （1）Y的成分是______________; A. Na2CO3與NaOH B. Na2CO3 與 NaHCO3 C. Na2CO3 D. NaOH （2）X 中NaOH與NaHCO3共_________mol，NaOH與NaHCO3 的物質(zhì)的量之比為_________ 15、取一定量的 Na2CO3 . NaHCO3 和Na2SO4 的混合物與250 mL 1.00mol/L 過量鹽酸反應，生成2.016L CO2 (標準狀況)，然后加入500 mL 0.100 mol/L Ba(OH)2 溶液，得到沉淀的質(zhì)量為2.33g , 溶液中過量的堿用10ml 1.00mol/L 鹽酸恰好完全中和。計算混合物中各物質(zhì)的質(zhì)量。 參考答案 一、選擇題（每題有1或2個正確答案） 1、B 2、BD 3、D 4、CD 5、D 6、B 7、A 8、D 9、AB 10、AC 二、填空題 11、CO CO2 H2 N2 12、（1）5 5 （2）(a-10)/(20-a) （3）10
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