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1、第三章第三章 第第1 1节 碳的多碳的多样性性非金属复习思路非金属复习思路氢化物氢化物单质单质氧化物氧化物对应的水化对应的水化物物盐（某些重要）盐（某些重要）CH4 C CO、CO2 H2CO3 Na2CO3 NaHCO3同素异形体：同素异形体：由由同种元素同种元素组成的组成的性质不同性质不同的的几种几种单质单质，叫做该元素的同素异形体。，叫做该元素的同素异形体。同素同素 异形异形 体体：同同种种元元素素结结构构不不同同不同单质不同单质性质不同性质不同同素异形体的相互转化是同素异形体的相互转化是化学变化化学变化3O2 2O3非氧化还原非氧化还原反应反应一、单质碳的性质一、单质碳的性质1、碳的同
2、素异形体碳的同素异形体金刚石、石墨、金刚石、石墨、C60由同一种元素形成的物由同一种元素形成的物质质，由于同素异形体的存，由于同素异形体的存在，不一定在，不一定为纯净为纯净物。物。10928共价键共价键在晶体中，每个碳原子以共价键与周围在晶体中，每个碳原子以共价键与周围4个碳原子结合。形成个碳原子结合。形成正正四面体结构四面体结构，这些正四面体向空间发展，构成，这些正四面体向空间发展，构成立体网状结构立体网状结构。金刚石是一种具有金刚石是一种具有空间网空间网状结构状结构的的原子晶体原子晶体金刚石的熔点（金刚石的熔点（3550）和沸点（和沸点（4827）都很高都很高,硬度硬度很大。很大。1mol
3、金刚石中含有金刚石中含有C-C 键数为键数为NA-120共价键共价键分子间作用力分子间作用力在层与层之间在层与层之间，是以是以分子间作用力分子间作用力结合的。由于同一层的结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高熔点很高(比金刚石比金刚石的还要高）的还要高）,沸点与金刚石相同沸点与金刚石相同。但是硬度很小。但是硬度很小。石墨石墨 石墨是石墨是层状结构层状结构，在每一层内，碳原子排成正六边形，在每一层内，碳原子排成正六边形，每个碳原子与其它每个碳原子与其它3个碳原子以共价键结合，形成平面的个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；网状结构；碳的第
4、三种同素异形体碳的第三种同素异形体 C60笼状分子，固态时是笼状分子，固态时是分子分子晶体晶体，每个碳原子只跟相，每个碳原子只跟相邻的三个碳原子形成共价邻的三个碳原子形成共价键，键，6060个碳原子构成球形，个碳原子构成球形，共共3232面体，包括面体，包括1212个正五个正五边形，边形，2020个正六边形。个正六边形。足球烯足球烯又名足球烯、富勒烯又名足球烯、富勒烯金刚石金刚石石墨石墨C C6060颜色颜色无色透明晶体无色透明晶体深深灰色片状灰色片状固体固体灰黑色固灰黑色固体体熔沸点熔沸点很高很高极高极高低低晶体类型晶体类型原子晶体原子晶体混合型混合型分子晶体分子晶体硬度硬度最大最大质软质软
5、小小导电性导电性不导电不导电导电导电不导电不导电用途用途钻头、刻刀钻头、刻刀电极、铅笔电极、铅笔芯、润滑剂芯、润滑剂应用于材应用于材料料科学科学2 2石墨、金刚石、石墨、金刚石、C C6060的比较的比较2 2、碳的化学性质、碳的化学性质C+O2 =CO2燃烧燃烧 2C+O2=2CO燃烧燃烧 C+2CuO=CO2+2Cu与非金属单质化合：与非金属单质化合：O2还原金属氧化物、非金属氧化物还原金属氧化物、非金属氧化物 C+H2O=CO+H2(水煤气水煤气)高温高温 2C+SiO2=2CO +Si高温高温CO2+C =2CO高温高温 C+2H2SO4（浓浓）=2SO2+CO2+2H2O C+4HN
6、O3（浓浓）=4NO2+CO2+2H2O与强氧化剂反应，如浓与强氧化剂反应，如浓H2SO4、浓、浓HNO3二、碳的氧化物二、碳的氧化物1、CO（1）物物理理性性质质：无无色色无无味味气气体体，有有毒毒，密密度比空气度比空气略小略小，难溶难溶于水。于水。（2）化学性质：化学性质：可燃性：可燃性：应用：应用：a 作燃料，作燃料，b 除去除去CO还原性：还原性：毒性毒性2CO+O2 2CO2点燃点燃Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2高温高温CO+CuO Cu+CO2与血液中的血红蛋白结合与血液中的血红蛋白结合,使人体缺氧而死亡使人体缺氧而死亡;淡蓝色火焰淡蓝色火焰CO+H2O=CO2+H2高温高温
7、CO的实验室制法的实验室制法CO原理原理药品药品甲酸、浓硫酸甲酸、浓硫酸装置装置液液+液加热液加热除杂干燥除杂干燥碱石灰碱石灰收集收集排水法排水法尾气尾气点燃点燃 HCOOH CO+H2O 浓浓H2SO460802.2.二氧化碳二氧化碳CO2二、化学性质二、化学性质一、物理性质一、物理性质CO2+2 Mg=2 MgO+C点燃点燃无无色色无无味味气气体体，可可溶溶于于水水，密密度度比比空空气气大大，固固态态时时俗称俗称干冰干冰，易，易升华升华。（1）氧化性：氧化性：（2）酸性氧化物：酸性氧化物：CO2+H2O H2CO3CO2通入紫色石蕊试液，紫色石蕊试液变红通入紫色石蕊试液，紫色石蕊试液变红与
8、与H H2 2O O反应反应Na2O+CO2 Na2CO3与碱性氧化物反应与碱性氧化物反应CO2+C =2CO高温高温CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2Na2CO3(饱和饱和)+CO2+H2O=2NaHCO3 CO2+Ca(OH)2=CaCO3 +H2OCO22NaOH(足量足量)=Na2CO3H2OCO2NaOH(少量少量)=NaHCO3与碱反应与碱反应与某些盐溶液反应与某些盐溶液反应NaClO+CO2+H2O NaHCO3+2HClOCO2+H2O+C6H5ONa C6H5OH +NaHCO32Na2O2+2CO2 2Na2CO3+O2与与Na2O2反应反应(1)CO2(少量少
9、量)2NaAl(OH)4=2Al(OH)3Na2CO3H2OCO2(足量足量)NaAl(OH)4=Al(OH)3NaHCO3(3)CO2(少量少量)Na2SiO3H2O=Na2CO3H2SiO32CO2(足量足量)Na2SiO32H2O=2NaHCO3H2SiO3用途用途:灭火剂、制纯碱、汽水、制冷剂、灭火剂、制纯碱、汽水、制冷剂、人工降雨人工降雨等等(2)CO2(少量少量)Ca(ClO)2H2O=CaCO32HClO2CO2(过量过量)Ca(ClO)22H2O=Ca(HCO3)22HClOCO2的制法的制法除杂除杂:用饱和用饱和NaHCONaHCO3 3溶液除溶液除HCl,HCl,用浓硫酸干
10、燥用浓硫酸干燥 工业制法工业制法 CaCO3=CaO+CO2 高温高温 实验室制法实验室制法 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 收集收集:向上排气法向上排气法反应类型反应类型固固+液不加热液不加热还可以用稀硝酸、但不能用稀硫酸还可以用稀硝酸、但不能用稀硫酸 如何除去如何除去CO2中分别混有的中分别混有的CO、O2、SO2、HCl？CO2中混有中混有CO：通过硬质玻璃管中的灼热：通过硬质玻璃管中的灼热的的CuO，不能用点燃的方法。，不能用点燃的方法。CO2中混有中混有O2：通过硬质玻璃管中的灼：通过硬质玻璃管中的灼热的热的Cu网网。CO2中混有中混有SO2：通过：通过饱和饱和Na
11、HCO3溶液溶液或或酸性酸性KMnO4溶液溶液的洗气瓶。的洗气瓶。CO2中混有中混有HCl：通过：通过饱和饱和NaHCO3溶溶液液的洗气瓶。的洗气瓶。3、碳酸、碳酸H2CO3常见的不稳定酸有：常见的不稳定酸有：常见的酸性比碳酸弱的酸有：常见的酸性比碳酸弱的酸有：H2CO3、H2SO3、HClO、HNO3、H2SiO3，其中，其中H2CO3极不稳定；光照也能加快极不稳定；光照也能加快HClO、HNO3的分解，的分解，H2SiO3受热时才分解。受热时才分解。HClO、H2SiO3、C6H5OH、Al(OH)3等等使用使用H2CO3常用常用CO2+H2O代替代替Na2CO3NaHCO3俗俗 名名结晶
12、水合物结晶水合物纯碱或苏打纯碱或苏打小苏打小苏打Na2CO3.10H2O颜色状态颜色状态溶解性（比较）溶解性（比较）等浓度的水等浓度的水溶液溶液白色粉末白色粉末白色晶体白色晶体碳酸钠比碳酸氢钠易溶于水碳酸钠比碳酸氢钠易溶于水溶液都显碱性，碳酸钠比碳酸氢溶液都显碱性，碳酸钠比碳酸氢钠碱性强钠碱性强四、四、Na2CO3与与NaHCO3的的物理性质物理性质比较比较与与 酸酸 反反 应应Na2CO3NaHCO3 结论：结论：碳酸钠和碳酸氢钠都易与酸反应，但是碳酸钠和碳酸氢钠都易与酸反应，但是碳酸氢钠碳酸氢钠与酸反应与酸反应比碳酸钠比碳酸钠更剧烈更剧烈。Na2CO3与与NaHCO3的的化学性质化学性质比
13、较比较Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2CO32-+2H+=H2O+CO2NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2HCO3-+H+=H2O+CO2碳酸氢钠溶液中滴入稀盐酸立即产生大量气泡。碳酸氢钠溶液中滴入稀盐酸立即产生大量气泡。NaNa2 2COCO3 3与与NaHCONaHCO3 3中逐滴加入稀盐酸反应的比较中逐滴加入稀盐酸反应的比较现象：现象：碳酸钠溶液中刚开始滴加稀盐酸时没有碳酸钠溶液中刚开始滴加稀盐酸时没有气泡产生，随稀盐酸滴入量的增加才产生气泡。气泡产生，随稀盐酸滴入量的增加才产生气泡。NaHCO3+HCI=NaCI+CO2+H2ONa2CO3+HCl=NaC
14、l+NaHCO3NaHCO3+HCI=NaCI+CO2+H2O(1)放出放出CO2的速率的速率NaHCO3溶液与稀溶液与稀盐盐酸反酸反应应放出放出CO2的速率快。的速率快。(2)反反应顺应顺序序问题问题向向Na2CO3和和NaHCO3混合溶液中滴加混合溶液中滴加盐盐酸，由酸，由于于CO32-结结合合H能力能力较较HCO3-强强，可理解，可理解为为H先和先和CO32-反反应应，只有当，只有当CO32-完全完全转转化化为为HCO3-时时,H才和才和HCO3-反反应应。(3)Na2CO3溶液与溶液与盐盐酸的互滴酸的互滴鉴别鉴别向向盐盐酸中逐滴加入碳酸酸中逐滴加入碳酸钠钠溶液，溶液，立即有气立即有气体
15、放出体放出：Na2CO32HCl=2NaClCO2H2O。向碳酸向碳酸钠钠溶液中逐滴加入溶液中逐滴加入盐盐酸，酸，开始无气开始无气体放出体放出：Na2CO3HCl=NaHCO3NaCl，滴加滴加至至过过量有气体放出量有气体放出：NaHCO3HCl=NaClH2OCO2。等等量量的的盐盐酸酸与与足足量量的的Na2CO3、NaHCO3分分别别反反应应，NaHCO3产产生的生的CO2多。多。等等质质量量的的Na2CO3、NaHCO3分分别别与足量的与足量的盐盐酸反酸反应应，Na2CO3 消耗消耗盐盐酸多，酸多，NaHCO3产产生的生的CO2多。多。一定量的一定量的NaHCO3受受热热分解分解产产生的
16、生的CO2量与受量与受热热分解分解后的残留物与酸反后的残留物与酸反应产应产生的生的CO2量相等。量相等。(4)CO2生成量比较生成量比较等等物物质质的的量量的的Na2CO3、NaHCO3分分别别与与足足量量的的盐盐酸酸反反应应，消消耗耗盐盐酸酸的的物物质质的的量量之之比比为为2:1，产产生生的的CO2的的物质的量之比为物质的量之比为1:1 当当n(HCl)碳酸氢钠碳酸氢钠1 1、碳酸钠与碳酸氢钠相互转化、碳酸钠与碳酸氢钠相互转化Na2CO3NaHCO3向溶液中通入过量向溶液中通入过量CO2加热或加适量加热或加适量NaOHNa2CO3 +CO2+H2O=2NaHCO3 NaHCO3+NaOH=N
17、a2CO3+H2O2NaHCO3 =Na2CO3+H2O+CO2固体固体溶液溶液CO3 2-+CO2+H2O=2HCO3-HCO3 OH=CO3 2 H2O1.如何除去如何除去Na2CO3溶液溶液中少量的中少量的NaHCO3？2.如何除去如何除去NaHCO3溶液溶液中少量的中少量的Na2CO3？加适量加适量NaOH溶液溶液通入过量通入过量CO23.3.如何除去如何除去Na2CO3固体固体中的中的NaHCO3？加热固体混合物至质量不再改变。加热固体混合物至质量不再改变。原因有原因有：因因Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3，消耗，消耗溶溶剂剂H2O；NaHCO3的溶解度比的溶解度比Na2CO
18、3的溶解度小。的溶解度小。思考思考 ：COCO2 2通入饱和通入饱和NaNa2 2COCO3 3溶液中有什么现象？溶液中有什么现象？有白色晶体析出有白色晶体析出2、Na2CO3与与NaHCO3的鉴别的鉴别溶液溶液固体固体2、沉淀法：加入、沉淀法：加入BaCl2或或CaCl2溶液产生白色沉淀的是溶液产生白色沉淀的是Na2CO3，不反应的是不反应的是NaHCO3 31、加热法：、加热法：若产生使澄清石灰水若产生使澄清石灰水变浑浊的气体的是变浑浊的气体的是NaHCO3 3，没有，没有现象的是现象的是Na2 2CO3 3。3、气体法：、气体法：加入盐酸立即产生气加入盐酸立即产生气体的是体的是NaHCO
19、3，开始无气体产生，开始无气体产生，后来产生气体后来产生气体的是的是Na2 2CO3 34、溶液的碱性、溶液的碱性测测相同相同浓浓度溶液的度溶液的PH值值，PH大的是大的是Na2 2CO3 3，PH小的是小的是NaHCO3 3(1)在水中的溶解性规律：在水中的溶解性规律：含含K、Na、NH4 的正盐易溶于水，其余碳酸盐一般不溶于的正盐易溶于水，其余碳酸盐一般不溶于水；酸式盐均易溶于水。水；酸式盐均易溶于水。一般地，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解一般地，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度度，如溶解度Ca(HCO3)2CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式；
20、可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度盐溶解度，如溶解度Na2CO3NaHCO3。3 3、碳酸盐性质的一般规律、碳酸盐性质的一般规律(2)热稳定性：热稳定性：热稳定性顺序：正盐热稳定性顺序：正盐酸式盐酸式盐碳酸，如碳酸，如 Na2CO3NaHCO3H2CO3。可溶性正盐可溶性正盐难溶性正盐，如难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而高温分解，而K2CO3不分解不分解 可溶性的碳酸盐遇到可溶性的碳酸盐遇到Ca2、Ba2，即可产，即可产生沉淀，即生沉淀，即CaCO3、BaCO3，加盐酸或，加盐酸或HNO3，沉淀消失。沉淀消失。(4)与强碱反应与强碱反应酸式盐均能与强碱反应酸式盐均能与强碱反应HC
21、O3 OH=CO3 2 H2O2H+CO32CO2+H2OH+HCO3CO2+H2O(3)遇酸遇酸(较强较强)均放出均放出CO2 HCO3 的的检验检验：加入：加入CaCl2或或BaCl2溶液，无沉淀生溶液，无沉淀生成（排除成（排除CO32、SO32），），再滴入再滴入盐盐酸，酸，产产生生无色无色无味气体无味气体，能使澄清石灰水，能使澄清石灰水变浑浊变浑浊（排除（排除HSO3），说说明明该该溶液中含溶液中含HCO3 CO32的的检验检验：加入：加入CaCl2或或BaCl2溶液，溶液，产产生生白色沉白色沉淀淀（排除（排除HCO3、HSO3），），再滴入再滴入盐盐酸，白色沉酸，白色沉淀淀溶解溶解，
22、并，并产产生生无色无味气体无色无味气体，能使澄清石灰水，能使澄清石灰水变浑变浑浊浊（排除（排除SO32），），说说明明该该溶液中含溶液中含CO32注意：不能用注意：不能用Ca(OH)2溶液和溶液和Ba(OH)2溶液鉴溶液鉴别别CO32、HCO3，因为均生成白色沉淀。，因为均生成白色沉淀。4、CO32、HCO3的的检验检验：合成氨厂合成氨厂沉淀池沉淀池煅烧炉煅烧炉NH3NaHCO3NaCl(aq)母液母液Na2CO3NH4ClCO2NH3细小的细小的NaCl颗粒颗粒CO2原理：低温下向饱和食盐水通入原理：低温下向饱和食盐水通入氨气氨气，再通入二氧化碳（，再通入二氧化碳（CO2）可）可析出碳酸氢钠
23、析出碳酸氢钠(NaHCO3)，此时母液中，此时母液中Na+减少而减少而Cl-相对多，此时再相对多，此时再加入细盐末，因同离子效应，低温氯化铵（加入细盐末，因同离子效应，低温氯化铵（NH4Cl）溶解度突然降）溶解度突然降低，而食盐低，而食盐(NaCl)的溶解度变化不大，所以氯化铵（的溶解度变化不大，所以氯化铵（NH4Cl）析出）析出而食盐不析出，再用氨饱和后通二氧化碳（而食盐不析出，再用氨饱和后通二氧化碳（CO2），结果往返析出），结果往返析出NaHCO3和和NH4Cl。5、侯氏制碱法、侯氏制碱法思考思考1往饱和食盐水中依次通入足量的往饱和食盐水中依次通入足量的NH3、CO2(氨碱法氨碱法)，而不先通，而不先通CO2再通再通NH3的原因是的原因是由于由于CO2在在NaCl溶液中的溶解度很小，先通入溶液中的溶解度很小，先通入NH3使食盐水呈碱性，能够吸收大量使食盐水呈碱性，能够吸收大量CO2气体，产生大气体，产生大浓度的浓度的HCO3-，才能析出，才能析出NaHCO3晶体晶体食盐水，食盐水，CO22NaHCO3 =Na2COCO2+H2ONaCl+NH3CO2H2O=NaHCO3 +NH4Cl思考思考2从生产流程图可知，可循环的物质是从生产流程图可知，可循环的物质是_小结：小结：碳及其化合物之间的转化关系碳及其化合物之间的转化关系