葉利群
摘 要:在中學化學教學中,很多學生和部分一線教師對碳原子、單質及其化合物的一些知識存在困惑與誤區,現歸納整理并解析如下,希望對高中生的學習有所幫助。
關鍵詞:碳原子;碳單質;碳化合物;原子晶體;還原性;熱穩定性
一、碳原子
誤區1:碳原子由質子、中子和電子構成,則碳原子的質量一定大于質子與中子的質量之和。
解析:一個碳-12原子中有6個質子6個中子,還有6個電子。按理來說,碳原子的質量應該大于其所含質子與中子的總質量,但事實卻截然相反,原因是質子和中子在結合成原子核時會釋放出能量,正因為放出能量,按照愛因斯坦的質能方程E=mc2,碳原子的質量便出現了虧損。
二、碳單質
誤區1:碳納米管是由石墨中的碳原子層卷曲而成的管狀材料,則石墨轉變為碳納米管是物理變化。
解析:石墨為層狀結構,每一層均為平面結構,原因是碳原子都是SP2雜化,鍵角為120度。碳納米管具有彎曲的管狀結構,其中有一部分碳原子是SP3雜化。因此它們結構不同,是兩種不同的物質,所以由石墨轉化為碳納米管是化學變化。
誤區2:石墨烯是平面網狀結構,不是立體網狀結構,不是原子晶體。
解析:石墨烯中只有共價鍵,熔沸點高,雖是一種二維網狀結構,但也是原子晶體。
誤區3:工業上冶煉硅利用反應:C+SiO2=Si+2CO,則還原性:C>Si。
解析:C與Si是同主族元素,C的原子半徑小于Si的原子半徑,得電子能力更強,失電子的能力更弱,所以還原性碳小于硅。這個反應能夠發生,原因是生成物中的CO氣體離開反應體系后,反應可以不斷向右進行。
三、碳化合物
誤區1:S的非金屬性大于C,H2S的熱穩定性高于CH4。
解析:非金屬氫化物的熱穩定性不但與元素的非金屬性強弱有關,還跟氫化物的分子結構有關。CH4分子為正四面體結構,很穩定。C原子以還原雜化處在正四面體中心位置,4個H位于正四面體的4個頂點,這導致CH4分子中C-H鍵很難斷開,從而導致甲烷熱穩定性很高。事實上,H2S的分解溫度比CH4低很多,熱穩定性比CH4差很多。
誤區2:直餾汽油與裂化汽油可用酸性高錳酸鉀溶液鑒別
解析:直餾汽油中含有7~11個C原子的烴類,通常含有芳香烴,而芳香烴分子中只要與苯環直接相連的碳原子上有氫原子,就可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色。裂化汽油中含有烯烴,也可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色,所以二者不可以用酸性KMnO4溶液鑒別。
誤區3:乙醇與濃硫酸共熱至170℃制乙烯的實驗中,混合液變黑,是濃硫酸的脫水性引起的。
解析:濃硫酸有很強的吸水性、脫水性和強氧化性。在濃H2SO4作用下,如果乙醇發生分子內脫水,得到的是CH2=CH2;如果乙醇發生分子間脫水,得到的是C2H5OC2H5?;旌弦鹤兂珊谏?,說明有碳生成,而通過乙醇脫水不可能得到碳。C2H5OH中C元素的平均價態是-2,碳元素從-2上升到0價,被濃硫酸氧化導致。所以混合液變黑,是由濃硫酸的強氧化性引起的。
誤區4:SiCl4可以發生水解,CCl4也可以發生水解。
解析:Si原子與四個氯原子形成共價鍵后,Si原子還有5個3d空軌道,能同H2O配位。而C原子與四個氯原子形成共價鍵后,C原子沒有了空軌道,不能與H2O形成配位鍵,所以CCl4不能水解。
誤區5:葡萄糖分子中有醛基,果糖分子中沒有醛基,二者可用銀氨溶液來鑒別。
解析:果糖為多羥基酮,分子中不含有醛基,看上去不可能發生銀鏡反應,但事實上卻可以。原因是在堿性溶液中果糖有一部分會自發地轉化為葡萄糖,因此果糖的水溶液也可以發生銀鏡反應。鑒別它們既不能用銀氨溶液也不能用新制氫氧化銅懸濁液,可以采用溴水,能使溴水褪色的為葡萄糖,反之為果糖。
誤區6:淀粉、纖維素、蛋白質是高溴的分子化合物,而化合物屬于純凈物,所以淀粉、纖維素、蛋白質是純凈物。
解析:課本上講淀粉、纖維素、蛋白質是高分子化合物時,研究對象為單個分子。因為單個分子的相對分子質量很大,所以稱之為高分子。淀粉、纖維素、蛋白質不屬于純凈物,而是屬于混合物,研究的對象是宏觀物質。因為淀粉、纖維素、蛋白質這三種物質都是由許許多多分子構成的,而每個分子的聚合度卻不固定,所以他們是混合物。
誤區7:烯醛分子中C=C的檢驗不可以用溴水,也不可以用溴的四氯化碳。
解析:C=C與溴水發生加成反應,-CHO可被溴水中的次溴酸HBrO氧化為-COOH,二者都能使溴水褪色,所以不可用溴水。C=C可與溴的四氯化碳反應,但-CHO不能,所以可直接用溴的四氯化碳來檢驗C=C。
誤區8:苯的分子式為C6H6,不飽和度為4,屬于不飽和烴。
解析:烴可以分為脂肪烴和芳香烴,它們的區別在于是否含有苯環。而脂肪烴又可分為飽和烴與不飽和烴,它們的區別在于是否含有雙鍵或三鍵。很顯然苯不屬于脂肪烴,雖不飽度是4,但不屬于不飽和烴。
編輯 薄躍華