碳的化合物为什么这么多(碳及其化合物八问)(1)

⒈ 为什么教材不专门讨论碳的物理性质?

教材在讲碳时,只专门讨论了碳的化学性质,而没有像学习其它物质那样,讨论碳的物理性质。为什么会如此呢?

原来,由于碳是一种元素,也泛指碳元素的各种单质。如金刚石、石墨等。这些单质都可以燃烧生成二氧化碳,都能使某些金属氧化物还原成金属单质。因此,它们有十分相似的化学性质。而它们的物理性质,如:颜色、密度、硬度等都有很大的差异。所以,教材对于碳的单质不泛讲碳的物理性质,而是具体讲某一种碳的单质的物理性质。而在讲它们的化学性质时,则是泛指碳单质的化学性质。

⒉ 无定形碳是否互为同分异构体?

同素异形体是由同一种元素形成的多种单质。焦灰、木炭、炭黑、活性炭等无定形碳、虽然都是同一元素——碳元素组成的物质,但是燃烧后的产物。除二氧化碳外,还残留有灰分。即是说,这些无定形碳都不是纯净的碳,所以,无定形碳虽然都是由石墨的微小晶体构成,但它们不互为同素异形体。正如教材中说:“严格地说,碳只有金刚石和石墨两种同分异构体。”

⒊ 金刚石和石墨都是碳的单质,为什么物理性质不同?

这要从它们的结构来讨论:

在金刚石的晶体里,每一个碳原子均被相邻的四个碳原子包围,以共用电子和四个碳原子结合,成为正四面体。这些正四面体结构向空间发展,构成一种坚实的、彼此联结的空间网状晶体。因此,可以把整个晶体看成一个巨大的分子。由于碳原子间结合力很大,晶体中又无自由电子,所以金刚石是自然界中最坚硬的固体,熔点高达3823K,并且不导电。

石墨的晶体是层状结构,同一层的碳原子也以共用电子对相结合;但每个碳原子只有3个电子与其它三个碳原子的电子共用,并排列成六角平面网状结构,这些网状结构又联成互相平行的平面,构成片层结构;剩余的第四个电子在层间自由运动。所以石墨质软能导电,熔点3773K,还有滑腻感。

⒋ 活性炭为什么有很强的吸附力?

活性炭的吸附力跟它的结构有关。把活性炭放在显微镜下,可以看到它象蜂窝似的,内部有着无数的孔隙,使它具有巨大的比表面积。据测定,每克重活性炭内部互通的比表面积相加起来,最小也在五百平方米以上,最大的可达二千五百平方米,相当于二至五个篮球场那么大。活性炭就是通过孔隙的表面与各种物质分子间产生的引力“收容”各种不同物质的分子。这种本领称为吸附。

活性炭的吸附本领是很大的,装在防毒面具里的活性炭,不但能吸附色素,面且还会吸附毒气。在现代科学技术中,活性炭广泛地被用来净化各种气体和溶液,净化被污染的水。

⒌ “碳”与“炭”能混用吗?

不少同学在学习中,常将“碳”、“炭”二字混用,因为这两个字不仅读音相同,字形相近,而且关系也非常密切,稍不留意,就容易混淆。如:同学们常表示的,“炭元素”、“二氧化碳”、“炭酸钙”、“木炭”、“焦碳”、“活性碳”等,其中“碳”、“炭”二字均用错了。其错误的原因就在没有弄清楚“碳”、“炭”二字的区别和各自的使用范围。

“炭”字,仅在书写少数含碳元素的物质,尤其是一些单质时才使用。如:“木炭、焦炭、炭黑、活性炭”等,但这些含碳的物质常常含有少量杂质。因此,“炭”的使用范围不宽,一般不作化学用语。

“碳”字是由“炭”字演化而来的,一般只作化学用语,为化学上的专用字。在书写碳元素和含碳的单质、化合物时常用“碳”字。如:碳元素,碳单质、碳酸、碳酸盐、碳氢化合物等。所以,“碳”字的使用范围在化学上比“炭”字要广泛得多。

可见,“碳”、“炭”二字是有区别的。

⒍ 为什么木炭燃烧时没有火焰?木柴燃烧时有火焰?

火焰是能析出可燃性气体的可燃物质在燃烧时所产生的现象。木材在受热时能够分解出可燃性气体,在这些气体燃烧的区域内就形成火焰。而木炭是在木材干馏时除去了挥发性物质(包括可燃性气体)的产物,它的主要成分是碳。所以它受热时一般不逸出可燃性气体,虽然它能燃烧,但不能产生火焰。

然而在特定条件下,比如木炭在空气不足时,由于产生的CO可燃,因而也有火焰。

⒎ 一切物质都不能在二氧化碳中燃烧吗?

教材中说:“在一般情况下,二氧化碳既不能燃烧也不能支持燃烧”。但是,是否一切物质都不能在二氧化碳中燃烧呢?答案是否定的。其理由有二。

其一,实验事实作证:将一段点燃的镁条放入盛CO2的集气瓶中,镁条会继续燃烧,发出耀眼的强光,燃烧后生成一种白色的固体物质。实验告诉我们:镁条能在CO2中燃烧,其反应为:

2Mg CO2=(点燃)2MgO C。

其实,不仅镁可在CO2中燃烧,其它Na、K、Zn等活泼金属也能在CO2中燃烧。

其二,教材在具体措辞上实际上已经有暗示,物质在CO2中不能燃烧只能是一般情况下,在特殊情况下(如镁等活泼金属与CO2反应),还是可以支持燃烧的。

⒏ 能使澄清石灰水变浑浊的无色气体一定是二氧化碳吗?

不一定。如SO2也能使澄清石灰水变浑浊。反应为:

SO2 Ca(OH)2==CaSO3↓ H2O,因此,不能笼统地说能使澄清石灰水变浑浊的气体就一定是CO2。但是,实验室仍常用此方法来检验CO2的存在。这是由于:

①SO2有刺激性气味,CO2没有。即实验中必须说明无色无味气体。

②若已知其中只有CO2,无SO2,是可以用此法来检验或鉴定的。

但是,若没有这些说明,答案就可能不唯一了。

碳的化合物为什么这么多(碳及其化合物八问)(2)

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