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1、1 第六单元第六单元 碳和碳的氧化物碳和碳的氧化物 一 本周教学内容 第六单元 碳和碳的氧化物 课题 1 金刚石 石墨和 C60 课题 2 二氧化碳制取的研究 主要内容 课题 1 金刚石 石墨和 C60 教学目标 1 了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途 2 知道碳单质的化学性质 3 知道不同的元素可以组成不同的物质 同一种元素也可以组成不同的单质 教学过程 同一元素可以组成不同的单质吗 同学们在前面的课程中曾经遇到过同一元素形成不同单质的现象 例如 磷元素可以组成红磷 白磷 氧元素可以组成氧气和臭氧 而碳元素则可以组成更多的单质 如 金刚石 石墨 足球状的 C60等都是由 碳元素形成的 下面
2、我们将对它们分别进行探究 一 碳的单质 1 金刚石 2 石墨 2 3 C60分子 金刚石 石墨物理性质及用途对比 成份 游离态碳 游离态碳 色态 无色 透明 固体 深灰色 磷片状固体 光泽性 加工后有光泽 有金属光泽 硬度 最硬 质软 滑腻 熔点 高 高 传热性 传热 易传热 导电性 不导电 易导电 用途 钻头 玻璃刀 装饰品 铅笔芯 坩埚 润滑剂 电极 二 碳的化学性质 1 稳定性 单质碳常温下性质稳定 不易和其他物质发生反应 但随着温度的升高活动性大大增强 如 由墨书写的字画 虽年久日长 但仍不变色等 3 2 可燃性 单质碳可以在氧气里燃烧 放出热量 燃烧充分时 生成二氧化碳气体 燃烧不充
3、分时 产 生一氧化碳气体 化学方程式为 充分燃烧 COCO 22 点燃 不充分燃烧 22 2 COCO 点燃 3 还原性 单质碳在高温下可以跟某些氧化物反应 夺取这些氧化物中的氧 表现出还原性 例如 CCuOCuCO 22 2 高温 现象 黑色固体变成亮红色 澄清石灰水变浑浊 分析 CuO 失去氧 变成单质 Cu 发生还原反应 木炭使 CuO 还原成 Cu 它具有还原性 是还原剂 利用碳单质的还原性 可用于冶金工业 例如 用焦炭炼铁 2343 232 Fe OCFeCO 高温 探究题 1985 年科学家发现的 C60分子是由 60 个碳原子构成的 它的形状像足球 如图 1 C 所示 因此又叫足
4、 球烯 1991 年科学家又发现一种碳的单质 碳纳米管 它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子 如 图 1 D 所示 图 1 A 图 1 B 分别是金刚石和石墨的结构示意图 图中小黑点均代表碳原子 图 1 4 用你所学到的化学知识回答下列问题 1 金刚石 石墨 足球烯 碳纳米管物理性质有较大差异的原因是什么 2 常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼 简要说明理由 3 请你设计一个方案 证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的 以足球烯为例 用文字简要叙 述 提示 提示 分析题目时应将足球烯 碳纳米管的结构 性质与金刚石 石墨的结构性质相联系 由于碳原 子排列的不同 导致它们的物理性质有较大差
5、异 金刚石 石墨 足球烯 碳纳米管都是由碳原子构成的 碳单质 它们的化学性质 常温下稳定性 可燃性 还原性 是相同的 而且由于碳原子的最外层电子数 为 4 常温下不易得失电子 决定了这些碳单质在常温下性质稳定 证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组 成的 首先利用其可燃性说明其含有碳元素 其次通过定量测定证明其只含碳元素 答案答案 1 碳原子的排列不同 2 不活泼 因为碳原子的最外层电子数为 4 常温下不易得失电子 3 将足球烯放在充满氧气的密闭容器里使之燃烧 测定其生成物是二氧化碳 且二氧化碳里所含碳的质 量等于燃烧前后足球烯所减少的质量 课题 2 二氧化碳制取的研究 教学目标 1 了解实验室中
6、制取二氧化碳的反应原理 2 探究实验室中制取二氧化碳的装置 并利用设计的装置制取二氧化碳 3 了解实验室中制取气体的思路和方法 教学过程 CO2与日常生活关系非常密切 空气中有 CO2 人和动物的呼吸 煤等燃料的燃烧都产生 CO2 那么在实 验室里怎样制取 CO2 一 室验室制取 CO2的药品 反应原理的探究 实验室用什么药品来制取 CO2 制取时有什么现象发生 做如下几个实验 1 稀盐酸与大理石反应 有气泡产生 原理 CaCOHClCaClCOH O 3222 2 2 稀硫酸和大理石反应 刚有气泡 马上又停止 CaCOH SOCaSOCOH O 324422 分析 生成微溶物 覆盖在大理石或
7、石灰石表面 阻止反应继续进行 不宜采用 CaSO4 3 用稀盐酸与碳酸钠反应 立即有大量气泡产生 速度很快 Na COHClNaClCOH O 2322 22 分析 速度太快 来不及收集 不宜采用 结论 实验室制取 CO2的药品 大理石或石灰石与稀盐酸反应原理 CaCOHClCaClCOH O 3222 2 5 二 实验室制取 CO2装置的探究 1 实验室里制取气体的装置的确定 实验室里制取 CO2的装置包括两部分 发生装置和收集装置 确定气体发生装置和收集装置时应考虑的因素 气体发生装置 反应物的状态 固体和固体反应 固体和液体反应 液体和液体反应 反应条件 是否需要加热 加催化剂等 气体收
8、集装置 排空气法 密度比空气的大 向上排气法 密度比空气的小 向下排气法 排水法 不易溶于水 不与水发生反应 2 二氧化碳和氧气制取实验及相关性质比较 反应物的状态 反应条件 气体密度比空气的大或小 是否与水反应 二氧化碳 固体 液体 常温 大 反应 氧气 固体 或固体 液体 加热或常温 略大 不反应 结论 CO2的发生装置不需要加热 CO2的收集不能用排水法 3 通过讨论 设计一套最佳装置来制取 CO2 以下仪器可供设计制取二氧化碳的装置时选择 你也可以另选或自制仪器 还可以利用代用品 设计气体制备的装置要本着安全 简便 易控的原则 实验室制取 CO2可以用以下装置 或其他正确装置 6 4
9、探究实验室制取 CO2的步骤 检查装置的气密性 加入石灰石或大理石 加入稀盐酸 收集 CO2 5 怎样检验生成的气体是 CO2 如何验满 用澄清石灰水检验 CO2能使澄清石灰水变浑浊 用燃着的木条接近集气瓶口 看其是否熄灭 可验满 探究题 已知浓盐酸具有挥发性 某同学按图仪器装置与药品进行二氧化碳的制取及性质实验 在实验中观察 到的现象与其他同学所观察的有两项明显不同 A 中药品为石灰石和浓盐酸 B 中为澄清石灰水 C 中为紫 色石蕊试液 1 将制得的气体通入滴有紫色石蕊试液的蒸馏水中 溶液很快变红色 但加热该红色溶液不能恢复 紫色 2 将制得的气体通入澄清石灰水中 较长时间后仍看不到有浑浊现象 请分析原因 提示 提示 浓盐酸具有较强的挥发性 用浓盐酸与石灰石反应生成的二氧化碳中混有大量的氯化氢气体 氯化氢气体溶于水形成盐酸 盐酸受热不分解 7 答案答案 1 因为浓盐酸挥发出的氯化氢气体随同二氧化碳一起通入紫色石蕊试液中 溶于水形成盐酸 碳酸 因此紫色石蕊试液变红 受热后碳酸分解了 但盐酸还存在 故红色溶液不能恢复紫色 2 将混有大量氯化氢气体的二氧化碳 通入澄清石灰水 氯化氢气体溶于水得盐酸 抑制了二氧化 碳与氢氧化钙溶液反应 当氯化氢气体被完全反应后 二氧化碳才与溶液中残存的氢氧化钙反应产生沉淀
