(金刚石、石墨二氧化碳的制取和研究.docVIP

金刚石、石墨和C60二氧化碳制取的研究撰稿人：魏国福　　　　 责　　编：张　　立 　　［知识要点］ 第一部分 　　1、同一种元素可以组成不同的单质　　金刚石 、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，但由于碳原子在这些物质里的排列方式不同，即结构不同，导致它们在性质尤其是物理性质上有很大的差异。由此可知：物质的组成和结构决定物质的性质。　　2、金刚石 、石墨和C60的性质比较及用途 名　　称 金刚石 石墨 C60 外　　观 无色透明、正八面体形状的固体，有璀璨夺目的光泽 深灰色不透明的细鳞片状的固体，有金属光泽 C60分子形似足球。有金属光泽的固体，其微晶粉末呈黄色 导电性 几乎不导电 良好 几乎不导电 硬　　度 天然存在的最硬的物质 质软（最软的矿物之一） 质脆 导热性 良好 良 很差 用　　途 钻头、刻刀、装饰品等 电极、铅笔芯、润滑剂等 制备新材料、制作新器件、医学应用等 　　（注：人们对C60性质的认识正在不断的深入）　　由上表可知，物质的性质决定了物质的用途，其关系为：　　物质的组成结构物质的性质物质的用途　　3、木炭、活性炭的吸附性　　木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质都是由石墨的微小晶粒和少量杂质构成的，由于木炭和活性炭均具有疏松多孔的结构，因此它们具有较强的吸附能力，可以吸附毒气、色素以及有异味的物质等。据此，木炭和活性炭在制糖工业、食品工业、防毒面具制作等方面有重要的应用。　　4、碳和炭的区别　　“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称。比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等，这儿不能用“炭”。而“炭”表示由碳元素组成的某种单质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”“当碳燃烧时”。　　5、碳的化学性质　　关于碳的化学性质，首先从三个方面把握，即常温下的稳定性、高温时的可燃性和还原性。然后通过具体的实验探究，逐一加以落实。　　稳定性　　常温下碳单质很稳定，几乎与所有物质都不发生化学反应。　　可燃性　　高温下碳在氧气（或空气）中完全燃烧生成CO2，并放出大量的热。　　C＋O2CO2　　如果燃烧不充分，则生成CO，同时也放出热。　　2C＋O22CO　　还原性　　高温下碳能跟某些氧化物反应，夺取某些氧化物中的氧元素，使这些氧化物失去氧而发生还原反应。　　例如：　　2CuO＋C2Cu＋CO2↑　　现象：　　黑色固体变红色，并有使澄清的石灰水变浑浊的气体产生　　说明：　　在该反应中，碳得到氧、被氧化生成二氧化碳，碳是还原剂。氧化铜失去氧、被还原成铜，是氧化剂 　　单质碳的还原性可用于冶炼金属。　　2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2↑　　CO2＋C2CO 第二部分 　　6、实验室制取二氧化碳的原理　　可以生成二氧化碳的化学反应有很多，例如：　　a.碳在氧气（或空气）中燃烧：C+O2CO2　　b.碳在高温下还原金属氧化物：2CuO+C2Cu+CO2↑　　　　　　　　　　　　　　　　2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑　　c.石灰石高温分解：　　 　　 CaCO3CaO+CO2↑　　d.大理石（或石灰石）与稀盐酸在常温下反应：CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑　　e.蜡烛、木柴、酒精、汽油等含碳物质的燃烧都可产生二氧化碳气体。　　……　　有二氧化碳生成的化学反应不一定都适用于实验室制取二氧化碳，这里首先要考虑可操作性，在可操作的前提下，再考虑哪个更方便易行、原料是否易得、是否利于收集等。碳单质及含碳物质的燃烧（a、e两类方法）虽然都能生成二氧化碳，但由于燃烧需要在氧气（由空气）中进行，放出大量的热，对仪器、装置的要求高而且复杂，燃烧后的高温气体收集也很困难，所以在实验室里可操作性差。b、c需在高温下进行，d方案操作简便，故实验室通常选用大理石（或石灰石）与稀盐酸反应来制取二氧化碳。　　实验室制取二氧化碳的药品选用，还要注意以下几个问题。　　a.不能用浓盐酸。因为浓盐酸易挥发，氯化氢气体易混入产生的二氧化碳气体。　　b.不能用硫酸。虽然硫酸也能跟碳酸钙反应生成二氧化碳：H2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO2↑　　但由于产物硫酸钙微溶于水，形成的沉淀会附着在块状大理石或石灰石的表面，阻碍反应继续进行，所以实验室用大理石（或石灰石）制取二氧化碳时，一般都选用稀盐酸。　　c.为使实验装置更简化，一般不用粉末状碳酸钙或碳酸钠晶体：Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2↑　　粉末状固体或小粒状晶体物质的表面积大，与酸反应速率太快。　　7、装置的设计与选择　　任何实验装置的设计都是由反应物的状态、反应时所需的