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5.2 碳
第五单元 燃烧与二氧化碳
carbon
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Chapter 5 Combustion and Carbon Dioxide
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
学习目标
01
02
了解金刚石与石墨的特性及主要用途，认识几种无定形碳及其主要用途，明确物质性质和物质用途的关系；
03
理解碳及其氧化物的相互转化关系
了解CO的毒性及使用煤炉的安全知识
教学重点
教学难点
01 明确物质性质与物质用途的关系
01 碳的完全燃烧与不完全燃烧,碳及其氧化物的相互转化关系
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
问题探讨
碳
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
组成生命的最基本元素
地球上的生物体内都含有碳元素
给人类社会提供能源和材料的主要元素
地球上的生物体内都含有碳元素
许多含碳的物质早就被人类用作燃料
以碳元素为主要成分的常用的燃料
天然气
煤
石油
问题探讨
碳有好几种性质差别很大的单质，它们的用途和性质有什么关系？
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
你知道碳燃烧生成什么吗？
煤气中毒是怎么回事？
目
录
CONTENTS
1
多种多样的碳单质
2
碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
多种多样的碳单质
01
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
碳
切割过的金刚石
未经加工的石墨
晶莹剔透、价格昂贵的钻石
铅笔里面的笔芯是灰黑色的，含石墨
一种元素
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
下表列出了金刚石和石墨的几种常见用途，你能推测出这两种单质有什么不同的特性吗？
金刚石和石墨的应用 特性推断
玻璃刀头上镶一小粒金刚石，用来切割玻璃。
石墨可以作为电极芯（图示为检测石墨电极芯的导电性）。
铅笔芯是用石墨粉和黏土混合制成的。比较6H和6B铅笔的软硬性能（提示：6B铅笔芯含较多石墨粉，6H铅笔芯含较多黏土）。
硬度大
导电性强
色黑，质软而滑腻
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
1. 金刚石的性质和用途
纯净的金刚石是一种天然形成的碳的晶体，呈正八面体，不导电。
金刚石的结构
纯净金刚石是无色透明的固体
金刚石经仔细琢磨成许多面后，可成为璀璨夺目的钻石。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
1. 金刚石的性质和用途
磨料
地质勘探的钻头
玻璃刀的刀头
自然界中存在最硬的物质
呈正八面体
硬度大
结构
性质
用途
结构
决定
性质
决定
用途
反映
反映
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
1. 金刚石的性质和用途
贵重的装饰品，如钻石
特殊的晶体结构
金刚石经过切割加工后，折光性强，光彩夺目
折光性强
结构
性质
用途
结构
决定
性质
决定
用途
反映
反映
石墨空间层状结构
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
2. 石墨的性质和用途
灰黑色，有金属光泽，不透明，细鳞片状固体，质软，划在纸张上可留下痕迹，有滑腻感，层状结构。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
2. 石墨的性质和用途
用途：铅笔芯
自然界中存在最软的物质之一
用途：电极
用途：高温润滑剂
滑腻、耐高温
深黑色、有金属光泽、质软
导电性
导热、耐高温、熔点高
用途：熔炼金属的坩埚
铅笔芯是用石墨粉和黏土混合制成
石墨坩埚
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
物理性质 金刚石 石墨
外观 无色透明、折光性强 灰黑色、不透明、有金属光泽
硬度 硬度最大（天然存在） 最软的矿物之一
导电性 不导电 有良好的导电性
为什么都是由碳元素组成的单质，物理性质差异如此之大？
3. 石墨和金刚石的比较
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
金刚石和石墨物理性质存在较大差异的原因：
碳原子的排列方式不同。
石墨的结构
金刚石的结构
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
讨论与交流 >>>
金刚石和石墨的组成、结构和它们的性质有什么关系呢？
结构 性质 用途
决 定
决 定
反 映
反 映
金刚石和石墨虽然都是由碳元素组成的，但它们的结构、性质以及用途却存在显著的差异。
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一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 无定形碳
人类还用到主要成分为碳单质、内部结构不规则的多种无定形碳
活性炭
焦炭
木炭
炭黑
内部结构不规则（无序）
无定形碳都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
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一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 无定形碳——用途
木炭
焦炭
用途：冶金和生活的常用燃料
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一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 无定形碳——用途
活性炭吸附能力在无定形碳中最强
活性炭
用途①：可用于防毒口罩的滤毒层、防毒面具的滤毒罐、净水过滤器的吸附材料；
用途②：在制糖工业中的白糖脱色工艺、化学合成中的除杂操作等方面也都有广泛应用。
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一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 无定形碳——用途
炭黑在常温时非常稳定
炭黑
用途：
①中国文房四宝之“墨”的主要成分之一。
②用墨汁所绘的画和书写的字经久不变色。
古人的字画为什么能保存这么长时间？
炭黑在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生反应。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
知识视窗
碳单质的研究进展
a.金刚石
b.石墨
金刚石和石墨存在于自然界中，很早就被人类发现和利用。它们内部碳原子的排列方式不同，因此性质、用途迥异。
金刚石中每个碳原子都与 4 个其他碳原子结合，形成正四面体，进而扩展为牢固的三维结构。
石墨中每个碳原子与 3 个其他碳原子结合，从而形成正六边形，扩展成为二维平面层状结构，层与层之间容易滑动。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
知识视窗
碳单质的研究进展
c. C60
d.碳纳米管(单壁)
1985 年，结构类似于足球的笼状 C60 被发现，掀起新型碳单质研究的热潮。
因为与富勒的薄壳球形建筑相似，C60 和C50、C70等类似碳单质被统称为富勒烯。
1991 年发现的碳纳米管可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空纳米级圆管（单壁）或多层同轴圆管（多壁），两端可以由富勒烯半球闭合而成 。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
知识视窗
碳单质的研究进展
e. 石墨烯
f. 一种石墨炔
2004 年，科学家用特殊胶带将石墨层层剥离，得到无色透明的单层石墨，称为石墨烯。
石墨烯是目前世界上最薄、最坚韧的纳米材料，导电、导热性能优异，可用于发展新一代电子元件。我国已成为全球石墨烯研究和产业化最活跃的国家之一。
石墨炔是由中国化学家在 2010 年首次合成的，具有不同于石墨的片层状结构，有多种结构类型，有可能成为电子器件领域最重要的材料。
新课探究
一、多种多样的碳单质
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
注意：“碳”和“炭”的区别
“碳”指的是碳元素，它是核电荷数为6的同一类原子的总称，有广泛的、概括的含义，如碳原子、碳元素、碳单质、碳的化合物等。
“炭”指的是由碳元素组成的具体物质，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。
碳燃烧生成什么
02
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
新课探究
二、碳燃烧生成什么
我们为什么能确定特性迥然不同的金刚石、石墨等都是由碳元素组成的单质呢？
一个重要的证据是它们的燃烧产物都是碳的氧化物
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
1. 碳的稳定性
新课探究
二、碳燃烧生成什么
（1）概述：碳的最外层有4个电子，不容易得失电子。
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
在常温条件下，碳单质的化学性质是非常稳定（不活泼）。
①中国古代的水墨画经久不变色就是实证。
1. 碳的稳定性
（2）应用：
②档案资料历经千百年不褪色。
③钻石恒久远，一颗永流传
在高温条件下，各种碳单质都会发生燃烧。
新课探究
二、碳燃烧生成什么
请回忆，你在实验室里做过的木炭在氧气瓶中燃烧的实验。
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
碳燃烧时有什么现象？
燃烧的产物是什么？
发出白光，放出大量的热， 生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。
二氧化碳
2. 碳与氧气的反应——可燃性
新课探究
二、碳燃烧生成什么
在氧气供给充分的环境下，碳的燃烧是完全燃烧。
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
燃烧产物是二氧化碳，燃烧的热值为 3.28×104 kJ kg–1。
2. 碳与氧气的反应——可燃性
C+O2 CO2
点燃
如果氧气供给不足，会有什么不同呢？
新课探究
二、碳燃烧生成什么
冬天，人们在室内烤火取暖，由于不注意通风，室内的人不知不觉昏迷过去，甚至丧失生命，这就是煤气中毒事故。
“ 罪魁祸首”就是一氧化碳（煤气的主要成分）！
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
2. 碳与氧气的反应——可燃性
这是为什么？
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
2. 碳与氧气的反应——可燃性
氧气供给不足时，碳的燃烧是不完全燃烧，产物是一氧化碳，1 kg碳不完全燃烧产生的热量为 9.21×103 kJ，只有碳完全燃烧产生热量的 。
1
3.6
2C+O2 2CO
点燃
氧气不足：
O2不足
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二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
3. 碳与二氧化碳的反应——还原性
在高温条件下，炽热的碳可以使二氧化碳转变为一氧化碳，这是个吸热反应。
C+CO2 2CO
高温
一氧化碳是无色、无气味、难溶于水的气体。一氧化碳易燃，燃烧时产生蓝色火焰。
2CO+O2 2CO2
点燃
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 在线学习——煤气中毒
在通风不良的室内，因氧气不足，含碳燃料燃烧时容易产生一氧化碳。
中毒的原因
一氧化碳是有毒的气体，它易跟血液中血红蛋白结合，会使血液失去输氧能力，出现中毒现象。
所以，在室内使用含碳燃料时，要保证有充分的通风措施，确保安全。
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
4. 在线学习——煤气中毒
中毒后的主要症状
轻度中毒
主要表现为头痛、头晕、心慌。
中度中毒
主要表现为全身乏力、视物不清、感觉迟钝、呼吸困难、虚脱。
重度中毒
主要表现为昏迷、甚至死亡。
01 切断一氧化碳来源
02 迅速脱离中毒环境
避免使用打火机等
抢救的注意事项
①迅速转移至空气新鲜的地方，呼吸大量新鲜空气。
②严重的要立即送到医院进行治疗
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
讨论与交流 >>>
同学们冬天外出研学，在屋里用炭炉生火取暖。
柯柯在炭炉进风口扇风。
烧木炭时在进风口扇风有什么作用？
蓝色火焰是直接由炭燃烧产生的吗？
悦悦的做法对吗？
悦悦准备关上窗子，说可以保暖，又放盆水在炉边，说可以防止煤气中毒。
①增大氧气与木炭的接触面积，使炭燃烧更旺
②蓝色火焰不是直接由炭燃烧产生的，而是由一氧化碳燃烧产生的
③悦悦的做法不对。关窗会使屋内氧气不足，定期通风；
放水并不能防止煤气中毒。一氧化碳不溶于水。
新课探究
二、碳燃烧生成什么
碳燃烧生产什么
多种多样的碳单质
长话短说
1. 物质的性质决定用途，根据物质的用途也可以推知相关的性质。
2. 碳有金刚石、石墨等多种单质。它们组成相同，但结构和性质不同，具有不同的用途。
3. 碳完全燃烧的产物是二氧化碳，不完全燃烧的产物是一氧化碳。
4. 一氧化碳和二氧化碳能相互转化。
课堂小结
【检测题1】下列物质的用途中错误的是（　　 ）
D
课堂检测
A．A B．B C．C D．D
A．利用氮气制氮肥 B．活性炭填充滤毒罐 C．石墨作干电池正极 D．木炭用于制墨
【检测题2】当碳与氧气的质量比为3：5时，燃烧产物为（　　）
A．一氧化碳
B．二氧化碳
C．一氧化碳和二氧化碳的混合物
D．无法确定
C
课堂检测
【检测题3】分析下列化学反应，有关说法错误的是（　　）
A．上述三个反应中碳元素表现出两种化合价
B．反应物中的氧气和二氧化碳表现出氧化性
C．上述三个变化中的最小粒子都是碳原子和氧原子
D．等质量碳在氧气中燃烧的生成物不同是因为参加反应的氧气的质量不同
A
课堂检测
【检测题4】以下结构示意图表示金刚石结构的是（　　）
B
课堂检测
课堂检测
【检测题5】碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是（　　）
A．它是石墨 B．它由碳原子构成
C．它的结构不稳定 D．它可用于超导领域
D
谢谢您的观看
THANKS
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