“碳”疑解惑
摘要:在中学化学教学中,很多学生和部分一线教师对碳原子、单质及其化合物的一些知识存在困惑与误区,现归纳整理并解析如下,希望对高中生的学习有所帮助。
关健词:解惑、碳原子、碳单质、碳化合物、原子晶体、还原性、热稳定性
一、碳原子
误区1:碳原子由质子、中子和电子构成,则碳原子的质量一定大于质子与中子的质量之和。
解析:一个碳-12原子中有6个质子6个中子,还有6个电子。按理来说,碳原子的质量应该大于其所含质子与中子的总质量,但事实却截然相反,原因是质子和中子在结合成原子核时会释放出能量正因为放出能量,按照爱因斯坦的质能方程E=mc2,碳原子的质量便出现了亏损。
二、碳单质
误区1:碳纳米管是由石墨中的碳原子层卷曲而成的管状材料,则石墨转变为碳纳米管是物理变化。
解析:石墨为层状结构,每一层均为平面结构,原因是碳原子都是SP2杂化,键角为120度。碳纳米管具有弯曲的管状结构,其中有一部分碳原子是SP3杂化。因此它们结构不同,是两种不同的物质,所以由石墨转化为碳纳米管是化学变化。
误区2:石墨烯是平面网状结构,不是立体网状结构,不是原子晶体。
解析:石墨烯中只有共价键,熔沸点高,虽是一种二维网状结构,但也是原子晶体,。
误区3:工业上冶炼硅利用反应:C + SiO2 = Si
+ 2CO , 则还原性:C > Si。
解析:C与Si是同主族元素,C的原子半径小于Si的原子半径,得电子能力更强,失电子的能力更弱,所以还原性碳小于硅。这个反应能够发生,原因是生成物中的CO气体离开反应体系后,反应可以不断向右进行。
三、碳化合物
误区1: S的非金属性大于C,H2S的热稳定性高于CH4。
解析:非金属氢化物的热稳定性不但与元素的非金属性强弱有关,还跟氢化物的分子结构有关。CH4分子为正四面体结构,很稳定。C原子以sp3杂化处在正四面体中心位置,4个H位于正四面体的4个顶点,这导致CH4分子中C-H键很难断开,从而导致甲烷热稳定性很高。事实上H2S的分解温度比CH4低很多,热稳定性比CH4差很多。
误区2: 直馏汽油与裂化汽油可用酸性高锰钾溶液鉴别
解析:直馏汽油中含有7~11个C原子的烃类,通常含有芳香烃,而芳香烃分子中只要与苯环直接相连的碳原子上有氢原子,就可以使酸性高锰酸钾溶液褪色。裂化汽油中含有烯烃,也可以使酸性高锰酸钾溶液褪色,所以二者不可以用酸性KMnO4溶液鉴别。
误区3:乙醇与浓硫酸共热至170℃制乙烯的实验中,混合液变黑,是浓硫酸的脱水性引起的。
解析:浓硫酸有很强的吸水性、脱水性和强氧化性。在浓H2SO4作用下,如果乙醇发生分子内脱水,得到的是CH2=CH2;如果乙醇发生分子间脱水,得到的是C2H5OC2H5。混合液变成黑色,说明有碳生成,而通过乙醇脱水不可能得到碳。C2H5OH中C元素的平均价态是-2,碳元素从-2上升到0价,被浓硫酸氧化导致。所以混合液变黑,是由浓硫酸的强氧化性引起的。
误区4:SiCl4可以发生水解,CCl4也可以发生水解。
解析:Si原子与四个氯原子形成共价键后,Si原子还有5个3d空轨道,能同H2O配位。而C原子与四个氯原子形成共价键后,C原子没有了空轨道,不能与H2O形成配位键,所以CCl4不能水解。
误区5:葡萄糖分子中有醛基,果糖分子中没有醛基,二者可用银氨溶液来鉴别。
解析:果糖为多羟基酮,分子中不含有醛基,看上去不可发生银镜反应,但事实上却可以。原因是在碱性溶液中果糖有一部分会自发地转化为葡萄糖,因此果糖的水溶液也可以发生银镜反应。鉴别他们既不能用银氨溶液也不能用新制氢氧化铜悬浊液,可采用溴水,能使溴水褪色的为葡萄糖,反之为果糖。
误区6:淀粉、纤维素、蛋白质是高溴的分子化合物,而化合物属于纯净物,所以淀粉、纤维素、蛋白质是纯净物。
解析:课本上讲淀粉、纤维素、蛋白质是高分子化合物时,研究对象为单个分子。因为单个分子的相对分子质量很大,所以称之为高分子。淀粉、纤维素、蛋白质不属于纯净物,而是属于混合物,研究的对象是宏观物质。因为淀粉、纤维素、蛋白质这三种物质都是由许许多多分子构成的,而每个分子的聚合度却不固定,所以他们是混合物。
误区7: 烯醛分子中C=C的检验不可以用溴水,也不可以用溴的四氯化碳。
解析:C=C 与溴水发生加成反应,-CHO可被溴水中的次溴酸HBrO氧化为-COOH,二者都能使溴
水褪色,所以不可用溴水。C=C可与溴的四氯化碳反应,但-CHO不能,所以可直接用溴的四氯化碳来检验C=C。
误区8: 苯的分子式为C6H6,不饱和度为4,属于不饱和烃。
解析: 烃可以分为脂肪烃和芳香烃,它们的区别在于是否含有苯环。而脂肪烃又可分为饱和烃与不
饱和烃,它们的区别在于是否含有双键或参键。很显然苯不属于脂肪烃,虽不饱度是4,但不属于不饱和烃。