了解金剛石與石墨的特性及主要用途,認(rèn)識幾種無定形碳及其主要用途,明確物質(zhì)性質(zhì)和物質(zhì)用途的關(guān)系;
理解碳及其氧化物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系
了解CO的毒性及使用煤爐的安全知識
01 明確物質(zhì)性質(zhì)與物質(zhì)用途的關(guān)系
01 碳的完全燃燒與不完全燃燒,碳及其氧化物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系
地球上的生物體內(nèi)都含有碳元素
給人類社會(huì)提供能源和材料的主要元素
許多含碳的物質(zhì)早就被人類用作燃料
以碳元素為主要成分的常用的燃料
碳有好幾種性質(zhì)差別很大的單質(zhì),它們的用途和性質(zhì)有什么關(guān)系?
你知道碳燃燒生成什么嗎?
晶瑩剔透、價(jià)格昂貴的鉆石
鉛筆里面的筆芯是灰黑色的,含石墨
下表列出了金剛石和石墨的幾種常見用途,你能推測出這兩種單質(zhì)有什么不同的特性嗎?
玻璃刀頭上鑲一小粒金剛石,用來切割玻璃。
石墨可以作為電極芯(圖示為檢測石墨電極芯的導(dǎo)電性)。
鉛筆芯是用石墨粉和黏土混合制成的。比較6H和6B鉛筆的軟硬性能(提示:6B鉛筆芯含較多石墨粉,6H鉛筆芯含較多黏土)。
1. 金剛石的性質(zhì)和用途
純凈的金剛石是一種天然形成的碳的晶體,呈正八面體,不導(dǎo)電。
純凈金剛石是無色透明的固體
金剛石經(jīng)仔細(xì)琢磨成許多面后,可成為璀璨奪目的鉆石。
磨料地質(zhì)勘探的鉆頭玻璃刀的刀頭
自然界中存在最硬的物質(zhì)
金剛石經(jīng)過切割加工后,折光性強(qiáng),光彩奪目
2. 石墨的性質(zhì)和用途
灰黑色,有金屬光澤,不透明,細(xì)鱗片狀固體,質(zhì)軟,劃在紙張上可留下痕跡,有滑膩感,層狀結(jié)構(gòu)。
自然界中存在最軟的物質(zhì)之一
深黑色、有金屬光澤、質(zhì)軟
鉛筆芯是用石墨粉和黏土混合制成
為什么都是由碳元素組成的單質(zhì),物理性質(zhì)差異如此之大?
3. 石墨和金剛石的比較
金剛石和石墨物理性質(zhì)存在較大差異的原因:
碳原子的排列方式不同。
金剛石和石墨的組成、結(jié)構(gòu)和它們的性質(zhì)有什么關(guān)系呢?
結(jié)構(gòu) 性質(zhì) 用途
金剛石和石墨雖然都是由碳元素組成的,但它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及用途卻存在顯著的差異。
人類還用到主要成分為碳單質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則的多種無定形碳
無定形碳都具有疏松多孔的結(jié)構(gòu),具有相當(dāng)強(qiáng)的吸附能力。
4. 無定形碳——用途
用途:冶金和生活的常用燃料
活性炭吸附能力在無定形碳中最強(qiáng)
用途①:可用于防毒口罩的濾毒層、防毒面具的濾毒罐、凈水過濾器的吸附材料;
用途②:在制糖工業(yè)中的白糖脫色工藝、化學(xué)合成中的除雜操作等方面也都有廣泛應(yīng)用。
用途:①中國文房四寶之“墨”的主要成分之一。②用墨汁所繪的畫和書寫的字經(jīng)久不變色。
炭黑在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
金剛石和石墨存在于自然界中,很早就被人類發(fā)現(xiàn)和利用。它們內(nèi)部碳原子的排列方式不同,因此性質(zhì)、用途迥異。
金剛石中每個(gè)碳原子都與 4 個(gè)其他碳原子結(jié)合,形成正四面體,進(jìn)而擴(kuò)展為牢固的三維結(jié)構(gòu)。
石墨中每個(gè)碳原子與 3 個(gè)其他碳原子結(jié)合,從而形成正六邊形,擴(kuò)展成為二維平面層狀結(jié)構(gòu),層與層之間容易滑動(dòng)。
1985 年,結(jié)構(gòu)類似于足球的籠狀 C60 被發(fā)現(xiàn),掀起新型碳單質(zhì)研究的熱潮。 因?yàn)榕c富勒的薄殼球形建筑相似,C60 和C50、C70等類似碳單質(zhì)被統(tǒng)稱為富勒烯。
1991 年發(fā)現(xiàn)的碳納米管可看作是由片層結(jié)構(gòu)的石墨卷成的無縫中空納米級圓管(單壁)或多層同軸圓管(多壁),兩端可以由富勒烯半球閉合而成 。
2004 年,科學(xué)家用特殊膠帶將石墨層層剝離,得到無色透明的單層石墨,稱為石墨烯。 石墨烯是目前世界上最薄、最堅(jiān)韌的納米材料,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)異,可用于發(fā)展新一代電子元件。我國已成為全球石墨烯研究和產(chǎn)業(yè)化最活躍的國家之一。
石墨炔是由中國化學(xué)家在 2010 年首次合成的,具有不同于石墨的片層狀結(jié)構(gòu),有多種結(jié)構(gòu)類型,有可能成為電子器件領(lǐng)域最重要的材料。
注意:“碳”和“炭”的區(qū)別
“碳”指的是碳元素,它是核電荷數(shù)為6的同一類原子的總稱,有廣泛的、概括的含義,如碳原子、碳元素、碳單質(zhì)、碳的化合物等。
“炭”指的是由碳元素組成的具體物質(zhì),如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。
我們?yōu)槭裁茨艽_定特性迥然不同的金剛石、石墨等都是由碳元素組成的單質(zhì)呢?
一個(gè)重要的證據(jù)是它們的燃燒產(chǎn)物都是碳的氧化物
(1)概述:碳的最外層有4個(gè)電子,不容易得失電子。
在常溫條件下,碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是非常穩(wěn)定(不活潑)。
①中國古代的水墨畫經(jīng)久不變色就是實(shí)證。
②檔案資料歷經(jīng)千百年不褪色。
③鉆石恒久遠(yuǎn),一顆永流傳
在高溫條件下,各種碳單質(zhì)都會(huì)發(fā)生燃燒。
請回憶,你在實(shí)驗(yàn)室里做過的木炭在氧氣瓶中燃燒的實(shí)驗(yàn)。
發(fā)出白光,放出大量的熱, 生成一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體。
2. 碳與氧氣的反應(yīng)——可燃性
在氧氣供給充分的環(huán)境下,碳的燃燒是完全燃燒。
燃燒產(chǎn)物是二氧化碳,燃燒的熱值為 3.28×104 kJ ? kg–1。
如果氧氣供給不足,會(huì)有什么不同呢?
冬天,人們在室內(nèi)烤火取暖,由于不注意通風(fēng),室內(nèi)的人不知不覺昏迷過去,甚至喪失生命,這就是煤氣中毒事故。 “ 罪魁禍?zhǔn)住本褪且谎趸迹簹獾闹饕煞郑?br/>3. 碳與二氧化碳的反應(yīng)——還原性
在高溫條件下,熾熱的碳可以使二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸迹@是個(gè)吸熱反應(yīng)。
一氧化碳是無色、無氣味、難溶于水的氣體。一氧化碳易燃,燃燒時(shí)產(chǎn)生藍(lán)色火焰。
4. 在線學(xué)習(xí)——煤氣中毒
在通風(fēng)不良的室內(nèi),因氧氣不足,含碳燃料燃燒時(shí)容易產(chǎn)生一氧化碳。
一氧化碳是有毒的氣體,它易跟血液中血紅蛋白結(jié)合,會(huì)使血液失去輸氧能力,出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。
所以,在室內(nèi)使用含碳燃料時(shí),要保證有充分的通風(fēng)措施,確保安全。
主要表現(xiàn)為頭痛、頭暈、心慌。
主要表現(xiàn)為全身乏力、視物不清、感覺遲鈍、呼吸困難、虛脫。
主要表現(xiàn)為昏迷、甚至死亡。
01 切斷一氧化碳來源
02 迅速脫離中毒環(huán)境
①迅速轉(zhuǎn)移至空氣新鮮的地方,呼吸大量新鮮空氣。
②嚴(yán)重的要立即送到醫(yī)院進(jìn)行治療
同學(xué)們冬天外出研學(xué),在屋里用炭爐生火取暖。
柯柯在炭爐進(jìn)風(fēng)口扇風(fēng)。
燒木炭時(shí)在進(jìn)風(fēng)口扇風(fēng)有什么作用?藍(lán)色火焰是直接由炭燃燒產(chǎn)生的嗎?悅悅的做法對嗎?
悅悅準(zhǔn)備關(guān)上窗子,說可以保暖,又放盆水在爐邊,說可以防止煤氣中毒。
①增大氧氣與木炭的接觸面積,使炭燃燒更旺
②藍(lán)色火焰不是直接由炭燃燒產(chǎn)生的,而是由一氧化碳燃燒產(chǎn)生的
③悅悅的做法不對。關(guān)窗會(huì)使屋內(nèi)氧氣不足,定期通風(fēng);放水并不能防止煤氣中毒。一氧化碳不溶于水。
1. 物質(zhì)的性質(zhì)決定用途,根據(jù)物質(zhì)的用途也可以推知相關(guān)的性質(zhì)。
2. 碳有金剛石、石墨等多種單質(zhì)。它們組成相同,但結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同,具有不同的用途。
3. 碳完全燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳,不完全燃燒的產(chǎn)物是一氧化碳。
4. 一氧化碳和二氧化碳能相互轉(zhuǎn)化。
【檢測題1】下列物質(zhì)的用途中錯(cuò)誤的是(   )?
A.AB.BC.CD.D
【檢測題2】當(dāng)碳與氧氣的質(zhì)量比為3:5時(shí),燃燒產(chǎn)物為( ?。〢.一氧化碳B.二氧化碳C.一氧化碳和二氧化碳的混合物D.無法確定
【檢測題3】分析下列化學(xué)反應(yīng),有關(guān)說法錯(cuò)誤的是( ?。〢.上述三個(gè)反應(yīng)中碳元素表現(xiàn)出兩種化合價(jià)B.反應(yīng)物中的氧氣和二氧化碳表現(xiàn)出氧化性C.上述三個(gè)變化中的最小粒子都是碳原子和氧原子D.等質(zhì)量碳在氧氣中燃燒的生成物不同是因?yàn)閰⒓臃磻?yīng)的氧氣的質(zhì)量不同
【檢測題4】以下結(jié)構(gòu)示意圖表示金剛石結(jié)構(gòu)的是( ?。?br/>【檢測題5】碳單質(zhì)在生活、生產(chǎn)、科學(xué)研究中扮演著重要的角色。如圖是一種碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu),關(guān)于它的分析正確的是(  )A.它是石墨B.它由碳原子構(gòu)成C.它的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定D.它可用于超導(dǎo)領(lǐng)域

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