课件33张PPT。 第3章 自然界中的元素
第1节 碳的多样性
第1课时 多种多样的碳单质
广泛存在的含碳化合物 【思考】1.这些物质都含有什么元素，以什么形态存在？2.你身边还有什么物质含有这种元素？碳元素游离态珊瑚珍珠铅笔C601.了解同素异形体的概念。
2.了解碳元素的多种存在形态及碳的多种同素异形体。
3.掌握碳酸钠与碳酸氢钠的主要性质以及二者的相互转化、区别与鉴定。（重点）一、多种多样的碳单质1.常见的碳单质（1）碳的各种单质的物理性质相异的主要原因是
什么？回答下列问题：【提示】我们知道结构决定性质，以下为金刚石、
石墨、C60的结构模型:碳原子的排列方式不同【思考与交流】 （2）碳的各种单质的化学性质是否相同？化学性质相似（3）如何确定金刚石、石墨和C60的成分为碳元素？燃烧看产物（4）金刚石和石墨在一定条件下可以相互转化，此转化是物理变化还是化学变化？是否是氧化还原反应？化学变化非氧化还原反应【提示】【提示】【提示】同素 异形 体同种元素结构
不同单质2.同素异形体（1）定义（2）实例
金刚石、石墨和C60 是碳元素的同素异形体；
氧气和臭氧（O3）是氧元素的同素异形体；
白磷和红磷是磷元素的同素异形体。（3）说明 同素异形体的相互转化是化学变化 尽管碳元素有多种同素异形体，但它在自然界主要是以化合物的形式存在的。二、广泛存在的含碳化合物纯碱或苏打小苏打都易溶于水
溶解度S（Na2CO3）＞S（NaHCO3）玻璃、造纸业发酵粉白色粉末白色固体Na2CO3与NaHCO31.物理性质碳酸钠的用途碳酸氢钠的用途疏松剂胃药灭火剂NaHCO3常作为食品制作过程中的膨松剂、发酵剂。 碳酸钙的化学性质：1.与盐酸反应：
CaCO3+2HCl====CaCl2+CO2↑+H2O
2.受热分解：
CaCO3 CaO+CO2↑【资料卡片】 由以上碳酸钙的化学性质预测
碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质。
思考下面问题：【思考与交流】 讨论性质并设计实验方案：实验试剂:
碳酸钠固体、碳酸氢钠固体、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液、稀盐酸、Ba(OH)2溶液、NaOH溶液、CaCl2溶液。碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应 结论:碳酸钠和碳酸氢钠都易与酸反应，但是（1）与酸反应2.化学性质碳酸氢钠与酸反应比碳酸钠更剧烈。Na2CO3+2HCl 2NaCl+ H2O+CO2↑CO32- +2H+ H2O + CO2↑NaHCO3+HCl NaCl+ H2O + CO2↑HCO3- + H+ H2O+CO2↑注意：CO32-与H+反应与量有关！1.分别向Na2CO3和NaHCO3的溶液中逐滴滴加盐酸，会观察到什么现象？ 【提示】Na2CO3：开始无气泡，一段时间后产生气泡
NaHCO3：立即产生气泡【思考与交流】 这两个过程中所发生的反应方程式为：【提示】不一样。将盐酸逐滴滴入到Na2CO3溶液中开始无现象，后产生气泡。将Na2CO3溶液逐滴滴入到盐酸中开始就产生气泡。2.将盐酸逐滴滴入到Na2CO3溶液中，与将Na2CO3溶液逐滴滴入到盐酸中的现象是否一样？3.不用其他试剂能否鉴别Na2CO3溶液与稀盐酸？【提示】能。互滴法：逐滴滴加能与所有可溶性碱反应生成碳酸盐和水易与含Ba2+、Ca2+的碱反应生成碳酸盐沉淀和NaOH （2）与碱反应Na2CO3+Ca(OH)2 CaCO3↓+2NaOHCO32 -+Ca2+ CaCO3↓NaHCO3+NaOH Na2CO3+H2OHCO3-+OH- CO32-+H2O离子方程式书写：以少定多，先中和，后沉淀。NaHCO3与Ca(OH)2反应（将量少的看作1 mol）NaHCO3与可溶性碱反应：与量有关Ca2++2OH- +2HCO3-
2H2O+CaCO3↓+CO32-HCO3- + OH- + Ca2+
H2O + CaCO3↓【结论】与可溶性的钙盐、钡盐反应生成沉淀（3）与盐反应（与氯化钙溶液）Na2CO3+CaCl2 CaCO3 ↓ +2NaClCO32-+Ca2+ CaCO3↓①碳酸钠②碳酸氢钠与氯化钙不发生反应(4)热稳定性鉴别碳酸钠与碳酸氢钠总结：碳酸钠受热不分解1.除去NaHCO3(aq)中的Na2CO3的方法：__________
除去Na2CO3固体中的NaHCO3的方法：______________ 通入过量CO2加热【学与用】2.如何鉴别一种固体物质是Na2CO3还是NaHCO3？如何
鉴别一种无色溶液是Na2CO3溶液还是NaHCO3溶液？【提示】（1）分别取少量固体加热，能产生使澄清石灰水变浑浊的气体的为碳酸氢钠溶液。
（2）加入可溶性的钙盐或钡盐，能生成白色沉淀的是碳酸钠溶液。3.NaHCO3与NaOH反应吗？如何检验发生了反应？【提示】反应,检验反应后溶液中的CO32- 4.碳酸盐和碳酸氢盐之间如何转化？【提示】5.写出下列反应的化学方程式：Ca(HCO3)2 CO2Na2CO3NaHCO3CaCO3碳的
多样性金刚石、石墨、C60热稳定性与酸的反应与碱的反应NaHCO3同素异形体Na2CO3性质单质化合物区别1．为使以面粉为原料的面包松软可口，通常用碳酸氢钠作发泡剂，因为它( )
①热稳定性差 ②增加甜味
③产生二氧化碳 ④提供钠离子
A．①③ B．②③
C．①④ D．③④A2.下列叙述中正确的是（ ）
A.由碳元素的单质组成的物质一定是纯净物
B.金刚石和石墨具有相同的化学性质
C.金刚石与石墨之间的转化不属于化学变化
D.C60是新发现的一种碳的化合物B3.有关纯碱和小苏打的叙述正确的是( )
A.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量稀盐酸反应，NaHCO3产生的CO2多
B.等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO3消耗的盐酸多
C.向NaHCO3溶液中滴入Ba(OH)2溶液无沉淀，而Na2CO3溶液中加入Ba(OH)2溶液出现白色沉淀
D.Na2CO3和NaHCO3都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应A若将C项中两处的Ba(OH)2改为BaCl2，该选项是否正确？4.将某碳酸钠和碳酸氢钠的2.74 g混合物加热到质量不再变化时，剩余物质的质量为2.12 g 。
求：（1）混合物中碳酸氢钠与碳酸钠的物质的量；（2）将这种混合物与足量的稀盐酸反应可以生成标准状况下的气体体积。【解析】用差量法计算：
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O
2mol 当固体质量减少62.0g时，
n(NaHCO3) 0.620g
n(NaHCO3)=0.02mol
n(Na2CO3)=(2.74g-0.02mol×84 g·mol-1)/106g·mol-1=0.01mol
CO32-+2H+ ==== CO2↑ + H2O HCO3-+H+ ==== CO2↑ +H2O
所以 n(CO2)=n (NaHCO3) + n (Na2CO3)=0.03mol
V(CO2)= 0.03mol ×22.4L ·mol-1=0.672L（2）0.672L 相信真诚多于虚假，相信美好多于丑恶，我们的心情会畅快很多。课件54张PPT。第1课时 多种多样的碳单质 广泛存在
的含碳化合物 1．了解同素异形体的概念。
2．知道含碳元素的化合物种类繁多，一般分为含碳的无机化合物与有机化合物两大类。
3．通过活动探究认识碳酸钠和碳酸氢钠的主要性质，初步体会它们性质的差异。碳酸钠与碳酸氢钠的性质。一、多种多样的碳单质
1．同素异形体
由_________元素组成的_____不同的几种单质。同一种性质2．碳的同素异形体无色透明晶体深灰色、不透明
的片状固体灰黑色固体正四面空间网正六边平面层正五边正六边足球很大质软不导电良好不导电二、广泛存在的含碳化合物
1．种类繁多的含碳化合物
有机物：如_____________________等。
氧化物：如_________等。
碳酸盐：MgCO3、FeCO3无机物蛋白质、淀粉、甲烷CO、CO2用连线的方式找出下列每种物质所对应的化学式2．Na2CO3和NaHCO3Na2CO3 NaHCO3 苏打/纯碱 小苏打 白色固体 白色固体 易溶于水 易溶(比Na2CO3溶解度小) 稳定，受热难分解 受热分解，化学方程式为
2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑ Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑Na2CO3+Ca(OH)2==== CaCO3↓+2NaOH2NaHCO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+Na2CO3+2H2O1．有单质参与或生成的化学反应一定是氧化还原反应吗？
提示：不一定。置换反应属于氧化还原反应，而同素异形体之间的转化属于非氧化还原反应，如金刚石和石墨之间的转化。
2．能否用Ca(OH)2或者Ba(OH)2鉴别CO32-和HCO3-？
提示：不能。含有CO32-或者HCO3-的溶液中加入Ca(OH)2或者Ba(OH)2均有白色沉淀生成，应该使用CaCl2或者BaCl2溶液。一、同素异形体的性质及转化
璀璨夺目的钻石与不起眼的石墨一样都是由碳元素形成的，在超导领域有着重要应用的足球烯其组成元素也是碳元素。1．同一种元素构成的物质一定是纯净物吗？
【思路分析】同一种元素可能形成多种同素异形体，多种单质形成混合物。
提示：不一定。可能是纯净物也可能是混合物，如金刚石和石墨的混合物。2．组成元素相同的物质一定是同素异形体吗？
【思路分析】同素异形体是由同一元素形成的不同单质，而组成元素相同的物质也可能是不同的化合物。
提示：不一定。同素异形体研究的对象是单质，而不是化合物，也不是混合物。如CO、CO2虽然其组成元素相同，但它们不是单质，故不是同素异形体。金刚石和石墨组成的混合物只由碳元素组成，与C60也不能互称同素异形体。1．构成同素异形体的三个要素
(1)从物质类别方面看：都属于______。
(2)从元素组成方面看：由_____________组成。
(3)从物质性质方面看：_________。
2．构成同素异形体的两种形式
(1)单质中原子的排列方式不同，如金刚石、石墨、足球烯。
(2)单质中原子数目不同(如O2和O3)。单质同一种元素性质不同【典题训练】
近年来，科学家在氦的气氛中给石墨通电，使石墨挥发，在石墨挥发的黑烟中发现了C60，它的金属渗入物具有超导性质。北京大学首先将C60渗锡，获超导转变温度为37 K的好成绩。试回答下列各题：
(1)下列关于C60叙述正确的是________。
A．是一种新型化合物
B．是碳元素的一种同素异形体
C．摩尔质量是720(2) 最近日本科学家认为世界上还存在着另一种“分子足球”N60，它与C60结构相似，并且在高温下或机械撞击后，其中积蓄的巨大能量会在一瞬间释放出来，对于C60和N60，下列说法正确的是________。
A．N60没有同素异形体
B．C60和N60均可做新型能源材料
C．N60的化学性质稳定，可充入灯泡内做保护气【解题指南】解答该题时要注意以下两点：
(1)判断该物质的组成元素，判断应该属于单质还是化合物。
(2)注意题干中的条件，如“高温下”、“巨大能量”等关于该新物质的有关性质的描述。【解析】(1)C60的组成元素只有碳元素，因此是碳的一种同素异形体，不属于化合物，其摩尔质量为720 g·mol-1。
(2)自然界中广泛存在的N2与N60均是由氮元素形成的，二者属于同素异形体，但是N60在高温下会释放大量能量，因此不适合做灯泡内保护气，而与C60一样适合做新型能源材料。
答案：(1)B (2)B二、碳酸钠与碳酸氢钠
结合下表所提供的内容，完成以下探究问题 1．碳酸钠与碳酸氢钠的性质
(1)碳酸钠、碳酸氢钠固体与等浓度等体积足量盐酸反应时现象有何异同？
【精讲点拨】碳酸钠与盐酸的反应可以分两步：
第一步：CO32-+H+====HCO3-，
第二步：HCO3-+H+====CO2↑+H2O。
提示：相同点是均可以与盐酸反应生成二氧化碳气体，不同点是碳酸氢钠产生二氧化碳的速率快，反应更剧烈。(2)碳酸钠与碳酸氢钠能否相互转化？
【思路分析】碳酸钠与适量酸或者二氧化碳和水反应生成碳酸氢钠，而碳酸氢钠加热分解或者与碱反应生成碳酸钠。
提示：能。向碳酸钠溶液中通入足量CO2,可以生成碳酸氢钠，将碳酸氢钠固体充分加热使其分解可以得到碳酸钠。2．碳酸钠与碳酸氢钠的检验、提纯
(1)在有HCO3-存在时，如何检验溶液中是否含CO32-？
【思路分析】可以利用CO32-与Ca2+或者Ba2+生成难溶性沉淀，加入CaCl2或BaCl2溶液后通过有无沉淀生成加以检验。但是不能使用Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液进行检验。
提示：加入CaCl2或BaCl2溶液，若产生沉淀，过滤，洗涤沉淀后，向沉淀中加稀盐酸，若产生无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体，则原溶液中含CO32-；若加入CaCl2溶液或BaCl2溶液不产生沉淀，则原溶液中不含CO32-。(2)在有CO32-存在时，如何检验溶液中是否含HCO3-？
【精讲点拨】检验HCO3-通常用盐酸，但是CO32-也可以与酸反应生成气体，加入酸之前需先加入足量的CaCl2溶液或BaCl2溶液将其沉淀完全，过滤后再加入盐酸。
提示：应先加入足量的CaCl2溶液或BaCl2溶液，静置后取上层清液，然后再向清液中滴加稀盐酸，看是否产生无色无味且能使澄清石灰水变浑浊的气体,若产生,则原溶液中含HCO3-,若不产生,则原溶液中不含HCO3-。(3)如何除去固体Na2CO3中的NaHCO3杂质？
【思路分析】NaHCO3受热分解的产物是碳酸钠固体、二氧化碳气体和水蒸气，可以通过加热的方法除去。
提示：利用碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳、水的性质，将含有杂质的碳酸钠充分加热至质量不再减少，即可除去混有的碳酸氢钠杂质。1．Na2CO3与NaHCO3相互转化
写出上述转化的化学方程式：
(1)Na2CO3 NaHCO3。
①___________________________
②________________________________
(2)NaHCO3 Na2CO3。
①___________________________
②___________________________Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3Na2CO3+HCl(少量)====NaCl+NaHCO3NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑2．NaHCO3和Ca(OH)2的反应方程式
(1)少量的Ca(OH)2。
__________________________________________________
(2)足量的Ca(OH)2。
__________________________________________________2NaHCO3+Ca(OH)2====Na2CO3+CaCO3↓+2H2ONaHCO3+Ca(OH)2====NaOH+CaCO3↓+H2O【典题训练】
下面关于Na2CO3和NaHCO3性质的叙述，正确的是( )
A．受热时NaHCO3比Na2CO3稳定
B．在水中NaHCO3比Na2CO3溶解度大
C．质量相等的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，NaHCO3放出的CO2比Na2CO3多
D．物质的量相等的Na2CO3和NaHCO3分别与足量盐酸反应，放出CO2的物质的量之比为2∶1【解析】选C。NaHCO3受热容易分解，因此A项错误；Na2CO3和NaHCO3均可溶于水，前者的溶解度稍大些，B项错误；等质量的Na2CO3和NaHCO3与足量盐酸充分反应时，NaHCO3生成的气体多，C项正确；而等物质的量的Na2CO3和NaHCO3完全反应生成的CO2的物质的量之比应为1∶1，D项错误。【互动探究】若向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2气体，有何现象发生？
提示：溶液变浑浊。向饱和Na2CO3溶液中通入足量CO2气体时发生以下反应：Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3，该反应中溶质质量增加、溶剂质量减小，且由于NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，故会有NaHCO3晶体析出。【变式备选】将含0．1 mol HCl的稀盐酸逐滴加入含10．6 g Na2CO3的稀溶液中，与10．6 g Na2CO3投入含0．1 mol HCl的稀盐酸相比，能否生成等量的CO2气体？
提示：不相等。当向Na2CO3的稀溶液中逐滴加入稀盐酸时，此时反应是：CO32-+H+====HCO3-，HCl与Na2CO3恰好反应，所以此时没有气体生成；而向稀盐酸中加入Na2CO3的稀溶液时，开始发生的反应是：CO32-+2H+====CO2↑+H2O，因此开始即有气体生成，由于盐酸不足，碳酸钠过量，因此生成的CO2为0．05 mol。一、选择题
1．两种互为同素异形体的物质是( )
A．氧气和二氧化锰
B．双氧水和水
C．红磷和五氧化二磷
D．C60和石墨【解析】选D。氧气是由氧元素组成的物质，属于单质，而二氧化锰是由锰和氧两种元素组成的物质，属于化合物，故A错误；双氧水和水都是由H和O两种元素组成的物质，都属于化合物，故B错误；红磷是由磷元素组成的物质，属于单质，而五氧化二磷是由P和O两种元素组成的物质，属于化合物，故C错误；C60和石墨都是由碳元素组成的物质，都属于单质，为同素异形体，故D正确。2．纯碱和小苏打是厨房中两种常见的日用品，它们都是白色固体。下列区分这两种物质的方法正确的是( )
A．分别用炒锅加热两种样品，全部分解挥发，没有残留物的是小苏打
B．放入水中，能溶于水的为小苏打
C．等质量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量的盐酸反应，前者产生二氧化碳少
D．先将两样品配成溶液，再分别加入石灰水，无白色沉淀生成的是小苏打【解析】选C。NaHCO3分解后生成Na2CO3，也有残留物，A错。Na2CO3和NaHCO3均能溶于水且均能与Ca(OH)2反应生成沉淀，B、D均错。3．在10 mL 0．01 mol·L-1的纯碱溶液中，不断搅拌并逐滴加入1．2 mL 0．05 mol·L-1的盐酸，完全反应后，在标准状况下生成CO2的体积为( )
A．1．344 mL B．0 mL
C．2．24 mL D．0．67 mL
【解析】选B。Na2CO3的物质的量为0．000 1 mol,HCl的物质的量为0．000 06 mol,向Na2CO3的稀溶液中逐滴加入稀盐酸时，开始的反应是：CO32-＋H+====HCO3-，因为盐酸不足，所以此时没有气体生成。【规律方法】Na2CO3溶液与盐酸反应产生气体情况的分析
Na2CO3溶液与盐酸相互滴加时，滴加顺序不同，产生CO2的量可能相同，也可能不同，可用下述方法快速判断产生气体情况：
(1)当n(HCl)≥2n(Na2CO3)时，无论如何滴加，产生的CO2气体一样多；
(2)当n(HCl)<2n(Na2CO3)时，把Na2CO3溶液滴到盐酸中产生的CO2气体多。4．(双选)能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的方法的是
( )
A．分别取少量放入试管中加热，观察能否产生使澄清石灰水变浑浊的气体
B．分别取少量加入到澄清石灰水中，观察有无沉淀生成
C．分别取少量溶于水后，滴入足量盐酸观察有无气体生成
D．分别取少量溶于水后，滴入CaCl2溶液观察有无沉淀生成【解析】选A、D。2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑，Na2CO3受热
不分解，A正确；Na2CO3和NaHCO3均能与澄清石灰水反应产生白
色沉淀，Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH，2NaHCO3+Ca(OH)2
====CaCO3↓+Na2CO3+2H2O，B错误；Na2CO3和NaHCO3均能与足量盐酸反应产生气体，Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑，NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑，C错误；Na2CO3+CaCl2==== CaCO3↓+2NaCl，NaHCO3与CaCl2溶液不反应，D正确。5．现有NaOH、Na2CO3和Ba(OH)2三种无色溶液，用一种试剂就可将它们鉴别出来，这种试剂是( )
A．HCl B．H2SO4 C．Na2SO4 D．CaCl2【解析】选B。向NaOH、Na2CO3和Ba(OH)2三种无色溶液中分别加入上述四种物质的现象如下：6．1 mol过氧化钠与2 mol碳酸氢钠固体混合后，在密闭容器
中加热充分反应，排出气体物质后冷却，残留的固体物质是
( )
A．Na2CO3 B．Na2O2、Na2CO3
C．NaOH、Na2CO3 D．Na2O2、NaOH、Na2CO3【解析】选A。NaHCO3受热分解产生CO2和H2O两种气体，Na2O2
先与CO2反应，再与H2O反应，其反应关系如下：
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O↑
2 mol 1 mol 1 mol 1 mol
2Na2O2+2CO2====2Na2CO3+O2
1 mol 1 mol 1 mol
故残留固体为2 mol Na2CO3。二、非选择题
7．实验室中氢氧化钠溶液在空气中放置，因密封不好会变质，有关反应的离子方程式为_________________________；
为了检测一瓶氢氧化钠溶液是否已变质，可取少量该溶液向其中加入_______________，若有_______________现象发生，则说明烧碱溶液已经变质。为了除去烧碱溶液中的杂质，应加入适量的_______________，并进行过滤。【解析】氢氧化钠容易吸收空气中的CO2生成碳酸钠，反应的离子方程式为2OH－＋CO2====CO32-＋H2O；检测氢氧化钠溶液是否变质，即检验氢氧化钠溶液中是否含有碳酸钠，可选用氯化钙溶液、氢氧化钙溶液或者氯化钡溶液、氢氧化钡溶液，若有白色沉淀生成，则证明氢氧化钠中含有碳酸钠。
答案：2OH－＋CO2====CO32-＋H2O 氯化钙溶液或氢氧化钙溶液(其他合理答案也可) 白色沉淀 氢氧化钙溶液8．有一包白色粉末可能由K2SO4、NaHCO3、BaCl2、FeCl3、KCl五种物质中的某几种组成，现进行如下实验：
①将白色粉末加水溶解，得无色溶液。
②向①中所得的无色溶液中加入NaOH溶液，观察到有白色沉淀A生成，过滤后，向滤液中滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，又得到白色沉淀B。
根据上述现象判断：
(1)A的化学式是__________，B的化学式是__________。
(2)原白色粉末中一定含有_________，可能含有_________。【解析】白色粉末溶于水得无色溶液，说明没有FeCl3，加入NaOH溶液生成白色沉淀，说明含有NaHCO3、BaCl2，白色沉淀A为BaCO3，由于K2SO4可与BaCl2生成沉淀，故K2SO4不存在；溶液中加AgNO3溶液后生成的白色沉淀应为AgCl，KCl不确定。
答案：(1)BaCO3 AgCl
(2)NaHCO3、BaCl2 KCl9．某活动课程小组拟用50 mL NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入过量的CO2气体生成NaHCO3，设计了如下实验步骤：
a．取25 mL NaOH溶液吸收过量的CO2气体，至CO2气体不再溶解；
b．小火煮沸溶液1 min～2 min，赶走溶解在溶液中的CO2气体；
c．在得到的溶液中加入另一半(25 mL)NaOH溶液，使其充分混合反应。(1)此方案能制得较纯净的Na2CO3，写出c步骤的离子方程式
________________________________________________。
此方案第一步的实验装置如图所示：(2)加入反应物前，如何检验整个装置的气密性：_________。
(3)若用大理石与盐酸制CO2，则装置B中盛放的试剂是_____
______，作用是_______________________________。
(4)在实验室通常制法中，装置A还可作为下列_________ (填序号)气体的发生装置。
①O2 ②H2 ③Cl2 ④HCl
(5)已知所用NaOH溶液中溶质的质量分数为40%，室温下该溶液密度为1．44 g·mL-1，假设反应前后溶液的体积不变，不考虑实验误差，计算用此种方法制备所得Na2CO3溶液的物质的量浓度为__________mol·L-1。【解析】(1)NaOH溶液吸收过量的CO2气体后生成NaHCO3，然后与等量的NaOH溶液混合后发生反应：NaHCO3＋NaOH====Na2CO3＋H2O。
(2)方法一：用止水夹夹住B、C间的乳胶管，然后从长颈漏斗中注入一定量的水，使长颈漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面。过一会儿，观察长颈漏斗内与锥形瓶中的液面差，若保持不变，说明装置不漏气。方法二：用止水夹夹住A、B间的乳胶管，先检查A的气密性：塞紧橡皮塞，从长颈漏斗注入一定量的水，使长颈漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面，停止加水后，长颈漏斗内与锥形瓶中的液面差保持不变，说明装置不漏气。然后检查B的气密性：向烧杯中注入少量水，使导管口浸入水中，双手捂住广口瓶片刻有气泡冒出，松开手后，有少量水进入导管形成水柱，说明装置不漏气。(3)用大理石与盐酸制取的CO2中含有HCl气体，可以通过饱和NaHCO3溶液除去；
(4)装置A适用于固体与液体或者液体与液体在常温下制取气体，实验室通常用二氧化锰常温下催化过氧化氢的分解来制取O2或者用稀盐酸与锌常温下反应来制取H2，而Cl2、HCl的制取均需要加热；
(5)溶液中共含有NaOH的物质的量为50 mL×1．44 g·mL-1 ×40%÷40 g·mol-1=0．72 mol，根据钠原子守恒可知Na2CO3的物质的量为0．36 mol，则所得Na2CO3溶液的物质的量浓度为0．36 mol÷0．05 L=7．2 mol·L-1。答案：(1)HCO3－＋OH－====CO32－＋H2O
(2)方法一：可一次检查A、B的气密性：用止水夹夹住B、C间的乳胶管，然后从长颈漏斗中注入一定量的水，使长颈漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面。过一会儿，观察长颈漏斗内与锥形瓶中的液面差，若保持不变，说明装置不漏气方法二：可分别检查A、B的气密性：用止水夹夹住A、B间的乳胶管，先检查A的气密性：塞紧橡皮塞，从长颈漏斗注入一定量的水，使长颈漏斗中的水面高于锥形瓶内的水面，停止加水后，长颈漏斗内与锥形瓶中的液面差保持不变，说明装置不漏气。然后检查B的气密性：向烧杯中注入少量水，使导管口浸入水中，双手捂住广口瓶片刻有气泡冒出，松开手后，有少量水进入导管形成水柱，说明装置不漏气
(3)饱和碳酸氢钠溶液 吸收HCl气体
(4)①②
(5)7．2课件62张PPT。第3章 自然界中的元素
第1节 碳的多样性
第1课时 多种多样的碳单质
广泛存在的含碳化合物一、多种多样的碳单质
1.同素异形体:由同一种元素组成的性质不同的几种_____。
2.碳元素的同素异形体:
(1)常见的同素异形体主要有_________________。
(2)性质不同的原因:碳原子的_________不同。
【微点拨】C60是由60个碳原子形成的分子。单质金刚石、石墨和C60排列方式二、广泛存在的含碳化合物
1.含碳化合物:
(1)有机物:如CH4、蛋白质、淀粉等。
(2)无机物:氧化物,如CO、CO2等;碳酸盐,如正盐,如方解石(CaCO3),白云石[CaMg(CO3)2],菱镁矿(MgCO3),菱铁矿(FeCO3),纯碱或苏打(Na2CO3),小苏打(NaHCO3)等。
【微点拨】纯碱溶液显碱性,但不是碱。2.碳酸钠和碳酸氢钠:Na2CO3NaHCO3苏打、纯碱小苏打小2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O【微点拨】钾、钠的碳酸氢盐的溶解度小于其碳酸盐,而钙、钡的碳酸氢盐的溶解度大于其碳酸盐。【自我小测】
1.思考辨析:
(1)组成元素相同的物质互为同素异形体。 ( )
分析:×。组成元素相同的不同单质互为同素异形体。
(2)由石墨制取金刚石属于物理变化。 ( )
分析:×。石墨与金刚石属于不同物质,二者之间的转化属于化学变化。(3)碳酸钠与酸反应但与碱不反应。 ( )
分析:×。碳酸钠既可以与酸反应,也可以与氢氧化钙反应。
(4)碳酸钠与碳酸氢钠可以相互转化。 ( )
分析:√。碳酸钠溶液通入二氧化碳生成碳酸氢钠,碳酸氢钠固体加热分解可以生成碳酸钠。 2.下列物质互为同素异形体的是 ( )
A.CaCO3和MgCO3 B.碳酸钠和碳酸氢钠
C.O2和O3 D.Na和Na+
【解析】选C。由同种元素组成的性质不同的单质是同素异形体。3.(LK必修1·P72改编)下列叙述中,正确的是 ( )
A.由一种元素组成的物质一定是纯净物
B.金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的
C.石墨转化为金刚石不属于化学变化
D.C60是新发现的一种碳的化合物【解析】选B。A项金刚石、石墨都是碳元素组成的单质,两者组成的物质是混合物;B项金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的,B正确;C项石墨转化为金刚石属于化学变化;D项C60是一种单质而不是化合物。4.下列物质中分别加入足量醋酸,会产生相同气体的是 ( )
①大理石;②石灰石;③小苏打;④贝壳;⑤纯碱
A.①② B.④⑤ C.①②③ D.①②③④⑤
【解析】选D。五种物质与醋酸反应都会产生CO2气体。5.除去Na2CO3固体中混有的少量NaHCO3可采取的方法是( )
A.溶于水加入适量CaCl2溶液 B.加入过量氢氧化钠溶液
C.将混合物加热 D.加入稀盐酸
【解析】选C。加入CaCl2溶液后与碳酸钠生成碳酸钙沉淀,A错;NaHCO3与氢氧化钠反应生成Na2CO3,但使用过量氢氧化钠会引入杂质,B错;NaHCO3受热分解为Na2CO3,C正确;盐酸与碳酸钠、碳酸氢钠都发生反应,D错。6.(LK必修1·P72改编)下列关于碳酸钠和碳酸氢钠的比较正确的
是 ( )
A.碳酸氢钠的热稳定性比碳酸钠的强
B.与盐酸反应放出等量的二氧化碳消耗碳酸钠的质量小于碳酸氢钠
C.等质量的固体与等浓度的盐酸分别反应时,碳酸氢钠反应的速率快
D.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠分别与足量盐酸反应,前者消耗的盐酸少【解析】选C。NaHCO3受热容易分解,A项错误。放出1 mol CO2消耗
Na2CO3106 g,消耗NaHCO384 g,B项错误。NaHCO3与盐酸反应的速率比
Na2CO3要快,这是因为HC +H+====H2O+CO2↑,而C 与H+结合生成CO2
分两步进行,先要生成HC ,然后再生成CO2,C项正确。1 mol Na2CO3
消耗2 mol HCl,而1 mol NaHCO3消耗1 mol HCl,D项错误。7.下列既能跟NaOH溶液反应、又能跟盐酸反应的是 ( )
A.Na2CO3溶液 B.CaCO3
C.NaHCO3溶液 D.Na2SO4溶液
【解析】选C。Na2CO3不与氢氧化钠反应,CaCO3不与氢氧化钠反应,Na2SO4与盐酸、氢氧化钠都不反应,故选C。一、同素异形体的理解及碳的同素异形体
思考探究:
自然界中存在的金刚石、石墨以及人工合成的足球烯(C60)等都是由碳元素形成的。石墨因其良好的导电性常用作电极,金刚石硬度极大可作玻璃刻刀,而足球烯因为特殊的结构常用作催化剂的载体。
结合上述信息及相关知识,思考下列问题:(1)金刚石、石墨和C60均是由碳元素构成的单质,为什么物理性质不同?
(2)它们的化学性质相同吗?【归纳总结】
1.正确理解同素异形体的概念:
(1)构成同素异形体的三个要素。
①必须由同一种元素组成。
②必须是单质。
③必须具有不同的结构。(2)构成同素异形体的两种方式。
①单质中原子的排列方式不同,如金刚石和石墨。
②单质中原子的数目不同,如O2和O3。 2.碳的同素异形体:3.同素异形体的性质:
(1)物理性质:由于结构上的差异,同素异形体的物理性质,如颜色、熔沸点、硬度等有较大的差异。
(2)化学性质:由于同素异形体组成元素相同,因此化学性质基本相同,如金刚石、石墨在高温下与氧气反应都生成二氧化碳。【点拨】同素异形体的存在与性质
(1)金属元素无同素异形体,部分非金属元素有同素异形体。
(2)同素异形体之间的转化一定属于化学变化,但不是氧化还原反应。
(3)同种元素组成的物质不一定是纯净物,如石墨和金刚石组成的物质就是混合物。
(4)同素异形体物理性质不同,但是化学性质几乎相同。 【典题训练】(2015·武汉高一检测)据报道,科学家已成功由N2合成
了少量N4、 ,下列有关说法正确的是 ( )
A.N4、 互为同素异形体
B.N4、N2的组成元素相同,因此性质完全相同
C.28 g的N4和N2的混合物中所含氮原子数为2NA
D. 的摩尔质量是71 g·mol-1【解题指南】解答本题需注意以下3点:
(1)同素异形体是同种元素形成的不同单质。
(2)结构决定物质的性质。
(3)摩尔质量在数值上等于相对分子质量。【解析】选C。同种元素形成的不同单质之间互称同素异形体,N4是氮元素形成的单质,但是 属于离子,故A错;N4与N2互为同素异形体,二者的物理性质不同,化学性质相近,B错;N4与N2均是由氮原子组成的,因此28 g的混合物中氮原子为2 mol,数目为2NA,C正确; 的摩尔质量应是70 g·mol-1,D错。【方法规律】解答同素异形体问题的关键点
(1)组成元素是同一种——化学性质相似;
(2)分子组成与结构不同——物理性质有差异;
(3)物质类别属于单质——既不是化合物也不能是混合物。 【对点训练】
下列说法正确的是 ( )
A.金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是所含碳原子的数目不同
B.金刚石、石墨和C60在氧气中完全燃烧都生成二氧化碳
C.C60、P4互为同素异形体
D.H2O和H2O2互为同素异形体【解析】选B。金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是碳原子排列的方式不同,即结构不同,A不正确;金刚石、石墨和C60都由碳元素组成,与足量氧气反应产物都是二氧化碳,B正确;C60、P4不是由同种元素组成的,C不正确;同素异形体的研究对象是单质,H2O和H2O2属于化合物,D不正确。【补偿训练】1.(双选)下列各项是某科学工作者列举的说明金刚石和石墨两种单质是碳的同素异形体的依据。你认为依据充分的是 ( )
A.高温、高压条件下,石墨能转化成金刚石,且它们之间的转化是化学变化
B.金刚石和石墨的化学性质差别很大
C.在一定温度下,金刚石和石墨在纯净的足量的氧气中燃烧都只产生二氧化碳
D.金刚石和石墨的物理性质差别较大【解析】选A、C。由A项可知石墨与金刚石是两种不同的物质,由C项知金刚石和石墨均是由碳元素组成的。结合此两项即可说明金刚石和石墨是由同一元素(碳元素)组成的结构、性质不同的单质。B、D两项只能说明金刚石和石墨是两种不同的物质。2.美国和墨西哥的研究人员将普通纳米银微粒分散到纳米泡沫碳(碳的第五种单质形态)中,得到不同形状的纳米银微粒,该纳米银微粒能有效杀死艾滋病病毒(HIV-1),下列说法正确的是( )
A.纳米泡沫碳与金刚石是同素异形体
B.纳米泡沫碳的性质与石墨的性质完全相同
C.纳米泡沫碳是碳元素的一种新型化合物
D.纳米泡沫碳不能在氧气中燃烧【解析】选A。纳米泡沫碳与金刚石都是碳的单质形态,同种元素形成的不同单质互称为同素异形体。纳米泡沫碳的化学性质与石墨相似,可在氧气中燃烧,但物理性质不同。二、碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别及相互转化
典题探究:1.(2015·衡水高一检测)有两个分别装有Na2CO3和NaHCO3固体的试剂瓶,因标签脱落而无法区分。有四位同学为鉴别它们,分别设计了下列四种不同的方法,其中不可行的是 ( )
A.分别取样配成溶液,再加入澄清石灰水,观察是否有沉淀生成
B.分别取样配成溶液后,逐滴加入相同浓度和相同体积的稀盐酸,观察反应的快慢
C.分别取样加热,再检验是否有使澄清石灰水变浑浊的气体产生
D.分别取样加热,称量加热前后的固体质量【解题指南】解答本题要注意以下3点:
(1)碳酸钠与碳酸氢钠的性质区别在于阴离子不同。
(2)澄清石灰水与碳酸钠、碳酸氢钠都反应,产生沉淀。
(3)碳酸钠溶液中逐滴滴加盐酸时,开始时无气泡。【解析】选A。Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH,2NaHCO3+Ca(OH)2
====CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,现象相同,A项不可行;向Na2CO3中滴加盐
酸发生①Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl②NaHCO3+HCl====NaCl+CO2↑
+H2O,开始无明显现象,后有无色气体产生,向NaHCO3中滴加盐酸发
生反应②,立即有无色气体产生,B可以;2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑
+H2O,Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O,C项可以;NaHCO3受热分解,质量
减少,Na2CO3加热前后质量不变,D项可以。2.(2015·镇江高一检测)下列叙述中正确的是 ( )
A.等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应,在同温同压下,生成的CO2体积不相同
B.向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸,生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1∶2
C.NaHCO3能转化成Na2CO3,但Na2CO3不能转化成NaHCO3
D.向Na2CO3饱和溶液中通入CO2,有NaHCO3结晶析出【解题指南】解答本题需注意以下两点:
(1)Na2CO3溶液中逐滴加入盐酸先转化为HC ,再转化为CO2。
(2)NaHCO3的溶解度小于Na2CO3。【解析】选D。A项,根据碳原子守恒,等物质的量的NaHCO3和Na2CO3分
别与足量盐酸反应,在同温同压下,生成的CO2体积相同;B项,发生反
应:C +H+====HC ,不生成CO2;C项,能相互转化:NaHCO3+NaOH
====Na2CO3+H2O,Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3;D项,向饱和Na2CO3溶液
中通入CO2时发生反应:Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3↓,反应中消耗H2O,
且生成的NaHCO3溶解度小、质量多,故NaHCO3会结晶析出。【归纳总结】
1.固体的鉴别方法:
(1)加热:产生使石灰水变浑浊气体的是NaHCO3。
(2)加酸:NaHCO3比Na2CO3反应剧烈。
(3)加少量水:Na2CO3结块且有明显的热量变化。2.溶液的鉴别方法:
(1)沉淀法:滴加氯化钡或氯化钙溶液,有沉淀生成的是Na2CO3,无变化的是NaHCO3。
(2)气体法:逐滴加入稀盐酸立即产生气体的是NaHCO3,开始不产生气体,滴加一定稀盐酸才产生气体的是Na2CO3。
(3)酚酞法:等浓度Na2CO3和NaHCO3溶液中滴入2滴酚酞溶液,溶液变红较深的是Na2CO3,较浅的是NaHCO3。3.二者的相互转化:
Na2CO3 NaHCO3(1)Na2CO3→NaHCO3。
①向碳酸钠溶液中通入足量的二氧化碳,可使碳酸钠转化为碳酸氢钠,反应方程式为
Na2CO3+CO2+H2O====2NaHCO3。
②向碳酸钠溶液中逐滴加入适量盐酸可使碳酸钠转化为碳酸氢钠,反应方程式为
Na2CO3+HCl====NaHCO3+NaCl (2)NaHCO3→Na2CO3。
①固体:碳酸氢钠固体受热可完全分解为碳酸钠、水和二氧化碳,反应方程式为2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O。
②溶液:向碳酸氢钠溶液中加入适量氢氧化钠可使碳酸氢钠转化为碳酸钠,反应方程式为
NaHCO3+NaOH====Na2CO3+H2O。【警示】(1)Na2CO3溶液与盐酸反应时,滴加方式不同,反应不同,现象不同,产生CO2的量也不一定相同。
(2)不能利用Ca(OH)2或Ba(OH)2溶液来鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液,因两者现象相同都产生白色沉淀。 【拓展深化】饱和碳酸钠溶液中通入CO2会生成白色沉淀的原因
饱和碳酸钠溶液中通入CO2发生的反应为Na2CO3+H2O+CO2====
2NaHCO3。产生白色沉淀的原因有三点:
(1)NaHCO3的溶解度比Na2CO3小;
(2)反应中有水参与,导致溶剂质量减少;
(3)生成NaHCO3的质量大于Na2CO3的质量,导致溶质质量增加。【对点训练】
①纯净的碳酸钠ag;②碳酸钠与碳酸氢钠的混合物ag,两者相比下列各种情况的描述正确的是 ( )
A.分别和盐酸完全反应时,混合物的耗酸量大
B.分别和盐酸完全反应时,纯净的碳酸钠放出的CO2多
C.分别溶于水,再加入足量澄清石灰水,混合物得到的沉淀质量大
D.分别配成等体积溶液,混合物溶液中的Na+的物质的量浓度大【解析】选C。同质量的Na2CO3比NaHCO3耗酸量要多,但是产生的CO2要少,故A、B项均错误;同质量的两组物质,混合物含的碳元素较多,故最终转化成CaCO3沉淀的质量就大,C项正确;同质量的Na2CO3比NaHCO3所含Na+的物质的量大,故配成等体积溶液后纯净的碳酸钠溶液中的Na+的物质的量浓度大,故D项错误。【补偿训练】下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3的质量分数的是 ( )
A.取ag混合物充分加热,减重bg
B.取ag混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得bg固体
C.取ag混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重bg
D.取ag混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得bg固体。【解析】选C。A中:将混合物加热时NaHCO3分解,则
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O↑ Δm
84×2 62
m(NaHCO3) b
故m(NaHCO3)= b,
m(Na2CO3)=a- b。
w(Na2CO3)= ×100%=1- 。B中:取ag混合物与足量盐酸发生反应:
Na2CO3+2HCl====CO2↑+H2O +2NaCl
106 58.5×2
m(Na2CO3) m1(NaCl)
NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑
84 58.5
m(NaHCO3) m2(NaCl)可列方程组如下:
m(Na2CO3)+m(NaHCO3)=a
m1(NaCl)+m2(NaCl)=b
可求得m(Na2CO3),进而求得质量分数。
C中:取ag混合物加入足量稀硫酸时,发生反应
Na2CO3+H2SO4====CO2↑+H2O+Na2SO4
2NaHCO3+H2SO4====2CO2↑+2H2O+Na2SO4因逸出的气体中既包括CO2气体,又包括水蒸气,且无法确定二者关系,故依据增重bg无法进行计算。
D中:取ag混合物加入足量Ba(OH)2溶液时,发生反应
Ba(OH)2+Na2CO3====BaCO3↓+2NaOH
106 197
m(Na2CO3) m1(BaCO3)
Ba(OH)2+NaHCO3====BaCO3↓+NaOH+H2O
84 197
m(NaHCO3) m2(BaCO3)可列方程组如下:
m(Na2CO3)+m(NaHCO3)=a
m1(BaCO3)+m2(BaCO3)=b
可求得m(Na2CO3),进而求得质量分数。碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性的比较【合作探究】
分析上述甲、乙两套装置,回答下列相关问题。
1.在甲图所示装置中分别加入Na2CO3、NaHCO3来探究其热稳定性的强弱。分析在实验操作时甲装置有哪些缺点?
提示:反应不是同步进行,不能保证外部温度完全相同,对比性也不明显。2.为了更好地探究这一问题,某同学进行了实验改进,设计了乙图所示的实验装置,请思考以下几个问题:
(1)试管B中装入的固体最好是什么?
提示:NaHCO3。加热试管A时,能间接加热试管B,A试管中温度更高。根据烧杯内澄清石灰水是否变浑浊,可以看出Na2CO3在更高温度下不分解而NaHCO3在稍低的温度下已经分解,从而说明碳酸钠热稳定性更好。(2)有同学观察到开始加热时,盛Na2CO3的导管口也产生气泡,据此认为Na2CO3受热也分解,这种观点是否正确?为什么?
提示:不正确。试管A、B内气体受热膨胀,所以两个导管口均有气泡产生,只是盛放Na2CO3的试管中产生的气体不能使澄清石灰水变浑浊,Na2CO3并未分解。 (3)在装置乙中,A试管的受热温度会高于B试管,能否得到正确的结论?
提示:A中的碳酸钠受热的温度更高却没分解,而B中的碳酸氢钠受热的温度低一些却分解了,说明受热条件下碳酸钠比碳酸氢钠稳定,能够得到正确的结论。(4)若开始时加入A、B试管中的药品的物质的量相同,则经充分加热后再冷却至室温,A、B试管中所得药品的物质的量有何关系?
提示:B试管中发生化学反应为2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2↑,所以B试管中Na2CO3的物质的量是A试管中Na2CO3物质的量的一半。 【探究总结】
1.甲装置中的碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性的比较,要分两次操作,外部条件很难控制一致,对比性较弱。
2.乙装置能够保证碳酸钠、碳酸氢钠的外部条件基本相同,两个实验同时进行,缩短操作时间,增强对比效果。3.对比是科学研究中最常用的基本方法。对比是辨别异同,区分事物之间相同点和不同点的逻辑方法。对比实验,指的是除了一个可变因素外,其他因素都保持不变的实验,如碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性的比较,可采用自制对比管(如图所示)进行实验。多种多样的碳单质 广泛存在的含碳化合物
(30分钟 50分)
一、选择题(本题包括6小题,每小题5分,共30分)
1.(2015·烟台高一检测)C60的发现导致了一门新兴学科——球碳化学的兴起。目前已证明,C60与金属钾作用得到一种物质K3C60,其在低温下具有超导性能。下列说法中,不正确的是 ( )
A.C60是一种含碳化合物
B.C60是碳元素的一种单质
C.K3C60是一种新型的化合物
D.在C60和K3C60中,碳元素分别以游离态和化合态存在
【解析】选A。C60只由一种元素组成,不属于化合物,而是一种单质。
【补偿训练】(2015·岳阳高一检测)下列过程中发生了化学变化的是 ( )
A.红磷隔绝空气加热到416℃升华后冷凝得白磷
B.蒸馏海水制取蒸馏水
C.二氧化碳气体变成干冰
D.氯化钠变成氯离子和钠离子
【解析】选A。红磷与白磷属于同素异形体,其相互转化属于化学变化。
2.可以说明NaCl溶液中存在Na2CO3的理由是 ( )
A.加入AgNO3溶液有白色沉淀产生
B.加入盐酸有无色无味气体产生
C.加入CaCl2时有白色沉淀产生,再加稀盐酸沉淀全部溶解,且产生无色无味的气体
D.加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生,再加稀盐酸,反应现象如选项C所述
【解析】选C。A项不可说明,与AgNO3作用生成白色沉淀的还有Cl-等;B项不可说明,与盐酸作用产生无色无味气体的还有NaHCO3等;D项不可说明,NaHCO3等物质亦会有此现象。
【互动探究】(1)试写出C项涉及的离子方程式。
分析:C+Ca2+CaCO3↓,CaCO3+2H+Ca2++CO2↑+H2O。
(2)怎样除去上述溶液中的Na2CO3?
分析:向溶液中加入适量稀盐酸,再加热除去多余的HCl即可。
3.(2015·雅安高一检测)碳酸钠俗称纯碱,下列对其性质的描述中,正确且与“碱”相关的是 ( )
A.能与盐酸反应产生气体
B.能与澄清石灰水反应产生白色沉淀
C.水溶液能使紫色石蕊试液变红
D.水溶液能使酚酞呈红色
【解析】选D。能与盐酸反应产生气体及能与澄清石灰水反应产生白色沉淀均是纯碱的性质,但与纯碱显碱性无关,A、B均错误。纯碱溶液能使紫色石蕊试液变蓝,C项错误,D项正确。
4.(2015·德州高一检测)下列关于物质及离子的检验,结论正确的是 ( )
A.向某物质中滴加盐酸后,有能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体产生,证明含C
B.向某溶液中滴加氢氧化钡溶液,产生白色沉淀,再滴加足量稀硝酸,沉淀溶解,说明含HC
C.向某溶液中逐渐滴加硝酸银溶液,有白色沉淀产生,则原溶液中可能含有Cl-
D.向某溶液中先加入氯水,再滴入KSCN溶液,最后溶液显红色,则原溶液中一定含有Fe3+
【解析】选C。C与HC加入盐酸后都产生二氧化碳气体,A错误;C与HC加入氢氧化钡溶液都可以生成白色沉淀,B错误;加入硝酸银有白色沉淀产生,可能是生成氯化银,C正确;含Fe2+的溶液中先加氯水,再加KSCN,溶液也显红色,D错误。
5.(2015·沈阳高一检测)下列四组溶液经反应后,溶液内含有0.50 mol NaHCO3和0.50 mol Na2CO3的是 ( )
A.0.50 L 1.00 mol·L-1NaHCO3溶液和0.50 L 0.50 mol·L-1NaOH溶液反应
B.0.50 L 0.75 mol·L-1Na2CO3溶液和0.50 L 0.50 mol·L-1HCl溶液反应
C.1.00 L 1.00 mol·L-1NaHCO3溶液和0.50 L 0.50 mol·L-1NaOH溶液反应
D.1.00 L 1.00 mol·L-1Na2CO3溶液和1.00 L 0.50 mol·L-1HCl溶液反应
【解析】选D。本题中发生的反应为Na2CO3+HClNaHCO3+NaCl;NaHCO3+
NaOHNa2CO3+H2O。A项,只生成0.25 mol Na2CO3。B项,只生成0.25 mol的NaHCO3。C项,只生成0.25 mol Na2CO3。
6.已知碳酸钠稳定而碳酸氢钠不稳定,受热易分解。现取碳酸氢钠和碳酸钠的混合物10 g,加热到质量不再改变为止,剩余固体质量为6.9 g。下列说法正确的是 ( )
A.反应生成CO2的质量为3.1 g
B.原混合物中NaHCO3的质量为1.6 g
C.反应后生成CO2和H2O的质量比为11∶9
D.原混合物中Na2CO3的质量分数为16%
【解析】选D。加热时只有碳酸氢钠会分解,碳酸钠不会分解,当混合物质量不再改变时,说明碳酸氢钠已完全分解,其减少的质量就是分解后逸出的二氧化碳和水蒸气的质量,而剩余固体的质量等于原混合物的质量减去碳酸氢钠的质量再加上生成的碳酸钠的质量。根据质量守恒定律可知,反应后生成的CO2和H2O质量之和为3.1 g,A项错误;设原混合物中NaHCO3的质量为x,
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑Δm
168 g 62 g
x (10-6.9)g
=
解得:x=8.4 g,B项错误;原混合物中Na2CO3的质量分数=×100%=16%,D项正确;CO2和H2O的质量比为22∶9,C项错误。
【方法规律】差量法在复杂计算问题中的应用
(1)内涵实质:差量法是依据化学反应前后的某些“差量”(固体质量差、溶液质量差、气体体积差、气体物质的量之差等)与反应物或生成物的变化量成正比而建立的一种解题方法。
(2)适用范围:
①反应前后固体或液体的质量发生变化时;
②反应前后气体的物质的量、体积、压强、密度等发生变化时。
(3)解题关键:抓住造成差量的实质,正确找出理论差量,将“差量”看作化学方程式右端的一项,将已知差量(实际差量)与化学方程式中的理论差量列成比例,其他解题步骤与化学方程式列比例式解题步骤完全一致。
例:2NaHCO3Na2CO3 + H2O + CO2↑ Δm
168 g 106 g 18 g 44 g 62 g
Δm可由两种方法得出:Δm=168 g-106 g=62 g
Δm=18 g+44 g=62 g
此外,在解答有关碳酸钠与碳酸氢钠的计算题时除了常用差量法外,还可运用守恒法和极值法。
二、非选择题(本题包括2小题,共20分)
7.(10分)(2015·洛阳高一检测)根据如图所示提供的仪器装置,完成提纯并测定Na2CO3样品纯度(其中只含NaHCO3杂质)的实验,试回答有关问题:
实验1:测定Na2CO3样品中NaHCO3分解放出的CO2的体积。
(1)连接装置的正确顺序是: (填序号)。
(2)完成该实验尚缺的仪器是 。
(3)产生的气体从装置④的 端进入,从装置⑤的 端进入。
实验2:测定上述实验完成后的剩余固体与盐酸反应产生的CO2的体积。
(4)应将实验1的装置做哪些调整?? 。
(5)当实验1加热到样品不再产生气体时,产生CO2为aL(已折算成标准状况)。实验2在加入盐酸至无气体产生时,生成了CO2为bL(已折算成标准状况)。则样品中Na2CO3纯度的实测值为 。
【解析】本实验给固体样品加热制气体所用装置应由⑦、①和③仪器组装,而④的作用是吸收水蒸气(干燥气体),气体在经过④时,应遵循“粗口进,细口出”的原则;⑤的作用是让气体将其中的水排出,以测定气体的体积,因此气体要从短管进入。样品中含有的Na2CO3的物质的量为mol,样品总质量为加热后的质量(×106 g)与实验1加热生成的CO2、H2O的质量(×62 g)之和。
答案:(1)⑦①③④⑤⑥
(2)酒精灯 (3)d b
(4)将③换成②,同时撤走酒精灯
(5)%
【互动探究】(1)测得的CO2的体积与理论值相比较,对于结果会产生什么影响?并解释其原因。
分析:偏小,由于CO2可溶于水,故测得的体积偏小。
(2)若要使实验值更接近于理论值,该实验应该怎样改进?
分析:将装置⑤中的水换成饱和NaHCO3溶液,则会降低CO2的溶解度,减小误差。
8.(10分)(2014·上海高考改编)在精制饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打(NaHCO3),并提取氯化铵作为肥料或进一步提纯为工业氯化铵。
完成下列填空:
(1)写出上述制备小苏打的化学方程式:? 。
(2)滤出小苏打后,母液提取氯化铵有两种方法:
①通入氨,冷却、加食盐,过滤
②不通氨,冷却、加食盐,过滤
对两种方法的评价正确的是 (选填编号)。
a.①析出的氯化铵纯度更高
b.②析出的氯化铵纯度更高
c.①的滤液可直接循环使用
d.②的滤液可直接循环使用
(3)提取的NH4Cl中含少量Fe2+、S,将产品溶解,加入H2O2,加热至沸,再加入BaCl2溶液,过滤,蒸发结晶,得到工业氯化铵。滤渣的主要成分除Fe(OH)3外还有 。
(4)称取1.840 g小苏打样品(含少量NaCl),配制成250 mL溶液,取出25.00 mL,再加入0.100 0 mol·L-121.50 mL盐酸恰好完全反应。样品中NaHCO3质量分数为 (保留3位小数)。
(5)将一定质量小苏打样品(含少量NaCl)溶于足量盐酸,蒸干后称量固体质量,也可测定小苏打的含量。若蒸发过程中有少量液体溅出,则测定结果
(选填“偏高”“偏低”或“不受影响”)。
【解析】(1)利用NaHCO3在溶液中溶解度较小,碳酸氢铵与氯化钠反应生成NaHCO3和NH4Cl。
(2)通入氨后增大c(N),①析出的氯化铵纯度更高;不通氨后的溶液是饱和食盐水,②的滤液可直接循环使用。
(3)S与Ba2+生成BaSO4沉淀,则滤渣中还含有BaSO4。
(4)n(HCl)=0.100 0 mol·L-1×21.50 mL×10-3L·mL-1=2.150×10-3mol,n(NaHCO3)=2.150×10-3mol,250 mL溶液中含有n(NaHCO3)=2.150×10-2mol,质量是1.806 g,样品中NaHCO3质量分数为1.806 g/1.840 g=0.982。
(5)碳酸氢钠与盐酸反应生成氯化钠、水和CO2,最终得到的固体是氯化钠,根据差量法可以计算出碳酸氢钠的质量,即
NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2↑ 固体质量减少量
84 58.5 25.5
m Δm
若蒸发过程中有少量液体溅出,则最终生成的氯化钠质量偏少,因此根据差量法可知固体减少的质量偏大,即Δm偏大,则碳酸氢钠的质量偏大,因此测定结果偏高。
答案:(1)NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl
(2)a、d (3)BaSO4(4)0.982 (5)偏高
多种多样的碳单质 广泛存在的含碳化合物
1.下列物质的用途中,不正确的是 ( )
A.纯碱:制玻璃 B.小苏打:治疗胃酸过多的一种药剂
C.大理石:作建筑材料 D.烧碱:发酵粉主要成分
【解析】选D。发酵粉的主要成分是小苏打,而烧碱有强烈的腐蚀性,不能食用,故选D。
2.(2015·榆林高一检测)科学家在不断深入的研究中,发现了一系列新的碳单质,对碳单质的研究已发展成一门独立的科学——碳科学。下列关于碳单质的叙述正确的是 ( )
A.碳的各种单质互称为碳的同素异形体
B.碳元素的各种单质结构虽然不同,但性质差别不大
C.碳元素的单质性质不同,其用途相同
D.碳元素的单质只有金刚石、石墨和C60
【解析】选A。碳的不同单质原子间的排列方式不同,物理性质差别较大,化学性质相似,如金刚石和石墨燃烧最终均生成CO2;金刚石、石墨和C60只是三种主要的碳单质。
3.(2015·宿州高一检测)比较归纳是化学学习常用的方法。对C、CH4和CO三
种物质的以下转化关系:①C→CO2;②CH4→CO2;③CO→CO2,比较归纳正确的
是 ( )
A.三种转化发生的都是化合反应
B.三种物质都只能跟氧气发生反应转化为CO2
C.三种物质都能在点燃的条件下转化为CO2
D.三种转化中所有的生成物在常温下都是气体
【解析】选C。C与CO都可以通过化合反应转化为二氧化碳,而CH4气体在氧气中燃烧生成两种物质二氧化碳和水,不属于化合反应,A项不正确;C与CO除可通过与氧气反应转化为二氧化碳外,都还可与金属氧化物发生氧化还原反应转化为二氧化碳,B项不正确;三种物质C、CO、CH4都具有可燃性,点燃时燃烧都能生成二氧化碳,C项正确;C与CO都可与金属氧化物发生氧化还原反应转化为二氧化碳,同时生成固体金属单质,甲烷燃烧生成二氧化碳和常温下为液体的水,D项不正确。
4.下列化学方程式中,可用离子方程式2H++CCO2↑+H2O表示的是 ( )
A.稀硫酸中滴加小苏打溶液
B.稀盐酸中滴加纯碱溶液
C.稀盐酸与石灰石反应
D.碳酸钾与足量醋酸反应
【解析】选B。小苏打中的HC不能拆;石灰石是固体碳酸钙不能拆;醋酸是弱酸不能拆。
【易错提醒】离子方程式书写应注意的问题:
(1)注意“两用”(易溶解、易电离的物质用实际参加反应的离子表示,非电解质、弱电解质、气体、不溶物用化学式表示);
(2)注意“两查”(检查化学计量数和反应条件);
(3)注意“两守恒”(质量守恒和电荷守恒)。
5.(2015·济南高一检测)苏打水是碳酸氢钠的水溶液,医学上外用可消毒杀菌,饮用可调节人体内的酸碱平衡,改变酸性体质。天然苏打水除含有碳酸氢钠外,还含有多种微量元素,因此是上好的饮品。下列关于苏打水的说法正确的
是 ( )
A.碳酸氢钠的俗名是苏打,碳酸钠的俗名是小苏打
B.向苏打水滴加足量石灰水会发生反应:C+Ca2+CaCO3↓
C.苏打水中和胃酸的离子方程式为:HC+H+CO2↑+H2O
D.加热苏打水,碳酸氢钠会分解释放出CO2
【解析】选C。碳酸钠的俗名是苏打,碳酸氢钠的俗名是小苏打,A不正确;苏打水与足量石灰水反应的方程式为HC+ Ca2++OH-CaCO3↓+ H2O,B不正确;碳酸氢钠在水溶液中不分解,D不正确。
【补偿训练】欲鉴别浓度均为3 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3两溶液,下列方法可行的有 ( )
①分别滴入澄清石灰水 ②分别滴入3 mol·L-1的盐酸
③分别滴入NaOH溶液
A.仅②③ B.仅①② C.仅② D.①②③
【解析】选C。澄清石灰水与Na2CO3和NaHCO3两溶液反应均可产生CaCO3沉淀;若向Na2CO3和NaHCO3中滴加盐酸,则开始时,Na2CO3无气泡而NaHCO3有气泡;若向两溶液中滴加NaOH溶液,虽然只有NaHCO3与NaOH反应,但无明显现象,故无法鉴别。
6.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,因此又称“足球烯”。1991年科学家又发现了一种碳的单质——碳纳米管,它是由五边形和六边形碳环微结构单元构成的管状大分子。用你所学的知识回答下列问题:
(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 。
(2)常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼? (填“是”或“否”)。
(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
(文字简要叙述)。
【解析】(1)金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子形成的不同单质,由于结构不同,因此物理性质不同;(2)因为碳原子的最外层电子数为4,常温下不易得失电子,故它们的化学性质不活泼;(3)可以利用各同素异形体之间的相互转化,或者测定一定的足球烯和碳纳米管与足量氧气反应时生成二氧化碳的质量来证明。
答案:(1)各物质分子碳原子排列的方式不同 (2)否
(3)将足球烯、碳纳米管分别放在充满足量氧气的密闭容器中,
使之充分燃烧,测定其生成物只是CO2,且CO2里所含的碳的质量等于燃烧前足球烯或碳纳米管减少的质量
7.(2015·潍坊高一检测)现有A、B、C、D四种化合物都含钠元素,A、B、C和足量的盐酸反应后,均可生成D;若将固体C加热后可生成A和无色无毒的气体E,该气体能使澄清石灰水变浑浊;若在A溶液中通入足量E,可生成C;若B与C的溶液混合可生成A。请回答下列问题。
(1)推断A、B、C、D的化学式:
A ;B ;C ;D 。
(2)A溶液中通入足量E时反应的离子方程式为 。
(3)B溶液与C溶液反应的离子方程式为 。
(4)仅凭有气体E生成,能否断定A、C的组成? (填“能”或“不能”)。
【解析】气体E无色无味且能使澄清石灰水变浑浊,为CO2,C为NaHCO3,A为Na2CO3;B与NaHCO3溶液混合可生成Na2CO3,B为NaOH;A、B、C和足量的盐酸反应后,均可生成D,D为NaCl。HC和C都可与盐酸反应生成CO2气体,所以不能仅凭有CO2气体生成,断定哪个是Na2CO3,哪个是NaHCO3。
答案:(1)Na2CO3 NaOH NaHCO3 NaCl
(2)C+CO2+H2O2HC
(3)OH-+HCH2O+C (4)不能
