第3章 自然界中的元素

第1节 碳的多样性

第1节 碳的多样性 本节教材的教学目标 1.通过介绍各种碳单质，使学生了解同素异形体的概念，知道碳有三种同素异形体，它们的物理性质有较大的差别，导致物理性质相异的主要原因是碳原子的排列不同。 2.知道含碳元素的化合物种类巨大，一般分为无机含碳化合物与有机含碳化合物两大类。通过活动探究认识碳酸钠和碳酸氢钠的重要性质，初步体会它们性质的差异。 3.根据生产、生活中碳元素转化实例，了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的相互转化，进一步了解它们的性质。使学生能够解释与含碳物质有关的现象和解决简单的问题，如水垢的形成与消除，煤燃烧的现象的原理等，体会化学在人类生产、生活中的应用，激发学生学习化学的情趣。

本节教材的重点难点 知识： 方法： 碳元素之间的相互转化，碳酸钠与碳酸氢钠的性质。 应用各类物质之间的反应关系和氧化还原反应的知识，探讨物质的性质，以及含有相同元素的物质之间的转化。

教材框架 活动探究 交流研讨 活动探究

CaCO3 C 珊瑚 方解石 CaCO3

金刚石C 煤 C 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？

一、多种多样的碳单质 石 墨 深灰色、硬度小、不透明、易导电的片状固体，熔点极高。 金刚石 金刚石是硬度最大，熔点最高的单质，无色透明的晶体，无自由电子，不导电。 C60灰黑色的固体,不导电，又名富勒烯

思考 由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体（allotrope) 金刚石、石墨、和C60 是碳元素的同素异形体。 为什么同是碳元素能组成不同的碳单质？

结论： 碳原子的排列方式不同 335pm 核间距142pm

由球碳可以合成出品种繁多的各种化合物 K3C60

二、广泛存在的含碳化合物 溶洞 大理石

活动探究 有机化合物 含碳化合物 无机化合物 根据学过的碳酸钙的性质预测碳酸钠和碳酸氢钠的性质 1、碳酸钠可能与哪些物质反应？ 2、碳酸氢钠可能与哪些物质反应？

纺 织 品 纳米自净玻璃 肥皂 面包 灭 火 剂 制胃药

物 理 性 质 Na2CO3 NaHCO3 俗 名 结晶水合物 纯碱或苏打 小苏打 Na2CO3.10H2O —— 颜色状态 溶解性（比较） 俗 名 结晶水合物 纯碱或苏打 小苏打 Na2CO3.10H2O —— 颜色状态 溶解性（比较） 白色粉末 白色晶体 碳酸钠比碳酸氢钠易溶于水

二、化学性质 1、与酸反应 探究实验Ⅰ：在两支试管中分别加入3ml稀 盐酸，在两个各装有0.3克碳酸钠或碳酸氢钠 粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内碳酸钠和碳酸氢钠同时倒入试管中， 观察其现象。 现象：都有气泡产生，且红色 气球比绿色气球膨胀的快、大。 结论：Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，但等质量的NaHCO3与稀盐酸反应要比Na2CO3与稀盐酸剧烈得多，且产生的气体多。 CO32 -+2H+= H2O + CO2 HCO3-+H+=H2O+CO2

问题1：为什么等质量的碳酸氢钠与足量稀盐酸反应比碳酸钠与足量稀盐酸反应放出的气体多？ Na2CO3+2HCl=2NaCl+ H2O+CO2 106g 44g 0.3g m1 NaHCO3+HCl=NaCl+ H2O + CO2 84g 44g 0.3g m2

问题2：碳酸氢钠与稀盐酸反应为什么比碳酸钠与稀盐酸反应剧烈得多？

问题2：碳酸氢钠与稀盐酸反应为什么比碳酸钠与稀盐酸反应剧烈得多？ 探究实验Ⅱ：先用两支试管分别取相同体积相同浓度的碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液，然后向试管中分别逐滴加入相同浓度的稀盐酸，边滴边振荡。观察其现象。 现象：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。 碳酸氢钠溶液中滴入稀盐酸立即产生大量气泡。

演示微观机理： Na2CO3+HCl=NaCl+Na HCO3 NaHCO3+HCl=NaCl+ H2O + CO2 反应原理（化学方程式）： Na2CO3+HCl=NaCl+Na HCO3 NaHCO3+HCl=NaCl+ H2O + CO2

问题3：碳酸钠和碳酸氢钠除能与酸反应外还具有哪些化学性质？ 能与碱反应 能与盐反应

二、化学性质 2、与碱反应 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3 +2NaOH 二、化学性质 2、与碱反应 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3 +2NaOH CO32 -+Ca2+=CaCO3 易与Ba2+、Ca2+的碱反应生成碳酸盐沉淀和NaOH NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O HCO3-+OH -=CO32-+H2O 能与所有可溶碱反应生成碳酸正盐和水

二、化学性质 3、与盐反应 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3+CaCl2=CaCO3 +2NaCl CO32-+Ca2+=CaCO3 二、化学性质 3、与盐反应 Na2CO3 NaHCO3 Na2CO3+CaCl2=CaCO3 +2NaCl CO32-+Ca2+=CaCO3 与可溶性的钙盐、钡盐反应生成沉淀 可与NaHSO4反应

探究实验Ⅲ：把少量NaHCO3固体放在试管里，往烧杯里倒入澄清的石灰水，然后加热，如图。观察澄清的石灰水是否起变化。 二、化学性质 4、热稳定性 探究实验Ⅲ：把少量NaHCO3固体放在试管里，往烧杯里倒入澄清的石灰水，然后加热，如图。观察澄清的石灰水是否起变化。 现象：加热，导管口有气泡产生，烧杯中澄清石灰水变浑浊。最后又变为澄清溶液。试管口有水珠产生。 结论：NaHCO3受热易分解，即具有不稳定性。 2NaHCO3= Na CO3+H2O+CO2 ２

二、化学性质 4、热稳定性 问题4:如果要同时判断碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，请问如何设计一整套实验装置进行验证?

二、化学性质 4、热稳定性 问题4:如果要同时判断碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，请问如何设计一整套实验装置进行验证?

二、化学性质 4、热稳定性 问题4:如果要同时判断碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，请问如何设计一整套实验装置进行验证? 二、化学性质 4、热稳定性 问题4:如果要同时判断碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性强弱，请问如何设计一整套实验装置进行验证? 现象：小试管内有水珠，导管口有气泡，烧杯中的溶液由无色变浑浊，最后又变澄清。 与大试管相连的导管口有少量的气泡，烧杯中的溶液无变化。 结论： 碳酸钠比碳酸氢钠更稳定。

问题5：这套验证实验装置具有什么优点？为什么与小试管连接的烧杯中的溶液由无色变浑浊，最后又变澄清？试用化学方程式解释其原因。 CO2+Ca（OH）2=CaCO3 +H2O CaCO3 + CO2 + H2O= Ca（HCO3）2

1、如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠 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 2、如何除去碳酸氢钠中的碳酸钠 在混合物溶液中通入足量的二氧化碳 3、如何除去碳酸钠中的碳酸氢钠 加热固体混合物至质量不再改变

问题6：碳酸钠与碳酸氢钠在什么条件下可以相互转化。 向溶液中通入过量CO2 加热或加适量NaOH Na2CO3 NaHCO3 化学方程式： Na2CO3 + CO2 + H2O= 2NaHCO3 2NaHCO3= NaCO3+H2O+CO2 或 NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

讨论：如何鉴别碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钠固体。 １、用三支小试管分别取少量的碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钠固体，加热。如果有使澄清石灰水变浑浊的气体产生，则为碳酸氢钠。再向另外两支试管中加入稀盐酸。有气体产生则为碳酸钠。无现象的为氯化钠。 ２、用三支小试管分别取少量的碳酸钠、碳酸氢钠和氯化钠固体，加少量的水配成溶液。然后逐滴加入稀盐酸，反应剧烈者为碳酸氢钠，刚滴入稀盐酸时无气体产生，随滴入量的增加才有气体产生则为碳酸钠，无现象者为氯化钠。

用 途 Na2CO3 制玻璃、制皂、造纸、纺织等 中国古代造纸流程

NaHCO3 发酵剂、制药、灭火剂等

纳 米 玻 璃 日前，美国两大玻璃制造商皮尔金顿和PPG分别宣布，他们利用纳米技术研制成功了新型的“自净玻璃” 。新型玻璃会自动“洗脸”、“美容”，保持明净。   　 这种玻璃的神奇之处全在于它穿上了40纳米厚的二氧化钛“外套”，相当于头发丝粗细的1/1500。自净玻璃上的纳米膜与太阳光线中的紫外线反应，会产生双重作用：其一是催化作用，即可以使可见光中的远紫外线分解落在玻璃上的有机物，使有机污物化为乌有；其二它能使玻璃表面变成亲水性的，能把雨点或雾气变成一个薄层而使玻璃表面湿润，并洗掉玻璃表面的脏物。通常，这个涂层被光照“充电”5日后，夜间也能工作。  　　在自洁的同时，这种纳米涂层还能不断分解甲醛、苯、氨气等有害气体，杀灭室内空气中的各种细菌和病毒，有效地净化空气，减少污染。不过生产商承认，如果消费者所住的地区灰尘和油污极重，这种玻璃的效果可能不尽如人意。但对除去普通灰尘，纳米自净玻璃得心应手。鉴于其巨大的市场需求，目前美国、爱尔兰、英国等国家已经开始批量生产这种新产品。

侯 氏 制 碱 法 候德榜，著名化工专家。 古代，人们从草木灰中提取碳酸钾，后来又从盐碱地和盐湖等天然资源中获取碳酸钠，但量太小。 1862年，比利时人索尔维以食盐、氨、二氧化碳原料发明的制碱法，即索尔维制碱法。该法实现了连续化生产，食盐利用率得到提高，使纯碱价格大大降低，并且产品质量纯净，故被称纯碱。 候氏制碱法，对上述方法做了较大的改进，此法的最大特点是不从固体碳酸氢铵(NH4HCO3)，而是由盐卤先吸收氨后再碳酸化以进行连续生产，此法的原理是：低温下用氨饱和的饱和食盐水通入二氧化碳（CO2）可析出碳酸氢钠(NaHCO3)，此时母液中Na+减少而Cl-相对多，此时再加入细盐末，因同离子效应，低温氯化铵（NH4Cl）溶解度突然降低，而食盐(NaCl)的溶解度变化不大，所以氯化铵（NH4Cl）析出而食盐不析出，再用氨饱和后通二氧化碳（CO2），结果往返析出NaHCO3和NH4Cl，其中氨由氮与水中的氢化合制成，CO2是提取氢气和氮气的半水煤气之副产品，这样巧妙的把氮气工业和制碱工业联合起来，故候氏制碱法又称联合制碱法。该法生产的碱质量优良，纯白如雪，在1926年获美国费城“万国博览会金质奖章”。

五、小 结 碳 酸 钠 与 氢 一、物理 性质 与酸反应 与碱反应 与盐反应 热稳定性 二、化学 性质 三、相互 转化 Na2CO3 五、小　　结 一、物理 　　性质 Na2CO3+2HCl=2NaCl+ H2O+CO2 碳 酸 钠 与 氢 与酸反应 与碱反应 与盐反应 热稳定性 NaHCO3+HCl=NaCl+ H2O + CO2 二、化学 　　性质 2NaHCO3= NaCO3+H2O+CO2 三、相互 　　转化 Na2CO3 NaHCO3 四、用途

习 题 一 有一包白色碳酸钠粉末，如何证明里面是否混有碳酸氢钠？如果有碳酸氢钠，如何除去？ 习 题 一 有一包白色碳酸钠粉末，如何证明里面是否混有碳酸氢钠？如果有碳酸氢钠，如何除去？ 加热，产生气体，而且气体能使澄清石灰水变混浊则证明碳酸钠粉末中含有碳酸氢钠。 加热直到没有气体放出，碳酸氢钠就已除尽。

习 题 二 CO32 - + H+ = HCO3 - HCO3 - + H += H2O + CO2 a滴入b： 习 题 二 有两瓶无色溶液，分别是稀盐酸(a)和碳酸钠(b)溶液，不用任何试剂，如何鉴别这两种溶液？ CO32 - + H+ = HCO3 - HCO3 - + H += H2O + CO2 a滴入b： 刚开始没有气泡，随a滴入量的增加才产生气泡。 b滴入a： CO32 - + 2H += H2O + CO2 一滴入就有气泡产生

习 题 三 有一瓶无色的碳酸氢钠溶液，如何证明碳酸氢钠溶液中是否混有碳酸钠？ 加入可溶性的钙盐和钡盐，生成白色的沉淀。

六、巩固 · 拓展 １、有两瓶无色溶液，分别是稀盐酸和碳酸钠溶液，不用任何试剂，如何鉴别这两种溶液？ 　１、有两瓶无色溶液，分别是稀盐酸和碳酸钠溶液，不用任何试剂，如何鉴别这两种溶液？ 　２、苏打和小苏打有着广泛的应用。试从反应物的用量等角度，回答下列问题： 　①做面条时，防止面团较长时间储存变酸味，常加入适量的面碱，选用　　　。 　②作为泡沫灭火器的药品，选用　　　。 　③用于洗涤餐具及实验室的玻璃仪器等，选用　　　。 　④胃溃疡（胃壁溃烂或穿孔）病人的胃酸过多，医生给用Al(OH)3乳胶，既不用苏打，也不用小苏打，其原因是　　。

五、巩固 · 拓展 　　３、为证明有关物质的性质，某学生设计了下图所示的装置。当打开活塞C，使液体A与搁板H上的固体B相遇时，即有气体产生，并发现D中的蜡烛慢慢熄灭；关闭C打开E时，则看到G中的蜡烛燃烧更亮。 　　请写出该生在装置中有 关仪器内盛放的物质: 　　A B F ;用 化学方程式表示上述实验中 发生的有关反应。