第1节碳的多样性1．碳单质的多样性(1)三种重要的碳单质碳元素有多种单质，其中较有代表性的是金刚石、石墨和C60。它们的性质比较如下：单质金刚石石墨C60结构特点碳原子的排列方式每个碳原子均与相邻的四个碳原子以强的相互作用直接连接，形成正四面体结构，并向空间伸展形成空间网状结构碳原子呈层状排列，每一层上的碳原子以强的相互作用形成平面正六边形结构；层与层之间的相互作用较弱，容易发生相对滑动由60个碳原子构成的分子，形似足球，碳原子在球的表面，呈正六边形和正五边形排列。在C60分子内碳原子间以较强的相互作用结合，但分子间的相互作用较弱主要性质①硬度极高②无色透明的晶体③熔点高、不导电①深灰色、质软、不透明的片状固体②易导电③具有滑腻感①灰黑色的固体②易与金属掺杂形成超导体主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、铅笔芯新型催化剂或催化剂载体(2)同素异形体同素异形体是由同一种元素组成的性质不同的几种单质。例如：氧元素可形成氧气(O2)、臭氧(O3)两种同素异形体；碳元素有金刚石、石墨、C60等多种同素异形体；磷元素有红磷和白磷两种同素异形体。释疑点剖析同素异形体：①“同素”指同种元素，“异形”指结构不同，“体”指单质。②金属元素无同素异形体，部分非金属元素有同素异形体。③同素异形体的形成原因是由于形成单质的原子个数及排列方式不同。④同素异形体的物理性质不同，化学性质几乎相同。⑤同素异形体之间的转化是化学变化而不是物理变化。该转化过程虽有单质参加和生成，但没有化合价的变化，故不属于氧化还原反应，如3O2=====2O3。【例1－1】下列叙述中正确的是()A．仅由碳元素组成的物质一定是纯净物B．金刚石和石墨具有相同的化学组成C．石墨转变为金刚石不属于化学变化D．只含有碳元素的物质可能是单质也可能是化合物解析：仅由同一元素组成的性质不同的几种单质，叫该元素的同素异形体。单质与单质之间为不同的物质，因而仅由一种元素组成的物质可能是纯净物，也可能是混合物，例如金刚石为纯净物，而金刚石、石墨、C60混在一起就为混合物。既然金刚石和石墨属于不同的单质，因而它们之间的转化属于化学变化。由于都是由碳原子构成的单质，所以金刚石和石墨具有相同的化学组成，也具有相同的化学性质。答案：B【例1－2】下列说法中正确的是()A．金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是所含碳原子的数目不同B．金刚石、石墨和C60在氧气中完全燃烧都生成二氧化碳C．C60和P4互为同素异形体D．H2O和H2O2互为同素异形体解析：金刚石、石墨和C60性质不同的根本原因是结构不同，与所含碳原子数的多少无关，A项错误；同素异形体是由同种元素组成的不同单质，而C60和P4是由不同元素组成的不同单质，故二者不属于同素异形体，C项错误；H2O和H2O2属于化合物而非单质，D项错误。答案：B2.含碳化合物的多样性(1)自然界中广泛存在的含碳化合物①含碳的有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂以及石油、液化气、天然气等的主要成分。②含碳的无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、大理石(CaCO3)、方解石(CaCO3)、白云石[CaMg(CO3)2]、菱镁矿(MgCO3)、菱铁矿(FeCO3)等。(2)碳的氧化物碳的氧化物有CO和CO2两种，二者的性质比较如下表：(3)碳酸钠(Na2CO3)和碳酸氢钠(NaHCO3)①碳酸钠和碳酸氢钠的主要物理性质化学式NaHCO3Na2CO3Na2CO3·10H2O学名碳酸氢钠碳酸钠十水合碳酸钠俗名小苏打纯碱或苏打结晶碳酸钠状态细小晶体粉末晶体颜色白色白色白色溶解度比较易溶于水比NaHCO3的溶解度还大比Na2CO3的溶解度还大②碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的比较实验操作：如下图所示(装置气密性合格)，在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个分别装有0.3gNa2CO3和0.3gNaHCO3粉末的小气球套在两支试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，观察反应现象。实验现象：a.两组化学试剂分别混合后都产生无色气体，气球体积膨胀；b.装有碳酸氢钠的气球比装有碳酸钠的气球膨胀得快且大。实验结论：碳酸钠和碳酸氢钠都能跟盐酸反应并产生气体，并且碳酸氢钠与盐酸的反应要比碳酸钠与盐酸的反应剧烈得多。结论分析：碳酸钠与盐酸的反应实际...
