引言
我们已经学过,金刚石、石墨、C₆₀都是由碳元素组成的单质。金刚石是正八面体形状,石墨是鳞片状的结构,C₆₀是足球状的分子碳和氧化铜反应的化学方程式,因为它们的碳原子排列方式不同,所以物理性质差异很大。
但是它们都具有相似的化学性质:常温下化学性质稳定、具有可燃性、还原性。
1-常温下化学性质稳定
电影《唐伯虎点秋香》中,出现一幅唐寅画作:《椿树秋霜图》。这幅画原名是“春山伴侣轴”,明代唐寅所画,如今收藏于上海博物馆。
中国古代传统文化中的文书工具,即笔、墨、纸、砚。文房四宝之名碳和氧化铜反应的化学方程式,起源于南北朝时期。实际上,在周朝的时候,人们就知道用木炭写字,这样信息保存的时间特别长。古代的字画年深日久也不会褪色,现代生活中重要的文件资料都使用碳素笔书写。这些事实都碳在常温下性质化学稳定的应用。
木炭为什么常温下性质稳定呢?学了原子核外电子排布我们就知道,它的最外层是4个电子,不易失也不易得,所以化学性质稳定。
2-可燃性
在炭烤羊腿、炭铜火锅、露天烧烤中,木炭常作为燃料。这就反映了,在高温下,碳具有可燃性。
当氧气充足的时候,比如木炭在纯氧中燃烧,发出白光放出热量,最终的产物是二氧化碳,化学方程式:
当氧气不充足的时候,木炭燃烧得不充分,比如木炭在空气中燃烧,现象只是红热,也生成一氧化碳,化学方程式:
实际上,木炭在空气中燃烧的时候,生成二氧化碳,也生成一氧化碳,比如下图:老年间的冬天,常常用炭火盆取暖。其实如果环境比较封闭,氧气越来越少,新鲜空气又进不来,就有可能造成一氧化碳聚集中毒。
新闻:68岁的李大爷是一位独居老人,他睡觉时在屋里烧了蜂窝煤炉取暖,因空间狭小且通风不良,出现了一氧化碳中毒的症状。民警立即将李大爷扶下楼,送到当地的卫生院检查治疗。随后民警又联系到了李大爷的亲属前来医院照顾。因送医及时,目前李大爷已无大碍。民警提醒:冬季使用木炭、煤炭取暖时,一定要保证房间内通风良好,在使用前检查炉具是否完好、烟道是否畅通,不能将未燃尽的木炭煤炭火盆放在休息的房间内,这是造成一氧化碳中毒的主要原因。如果怀疑一氧化碳中毒了,要及时开窗通风,将人移动到空气新鲜的地方,中毒严重的话,要马上送医治疗。新闻来源:中国经济网/华龙网
3-还原性
木炭能将氧化铜中的铜“还原”出来:
为什么称之为还原呢?我们知道,金属是纯的,比如纯铜纯铁,后来因为环境的影响,变成了氧化铜氧化铁。而木炭和这些物质混合共热,可以把氧化铜、氧化铁通过化学变化去掉非金属元素,使其又变回铜、铁这种纯金属,所以称之为“还原”。
这个反应中,酒精灯加一个金属网罩,或者防风罩,目的是使火焰集中并提高火焰温度。当然,这个反应改用酒精喷灯也行。
这个实验目的就是黑色的碳和黑色的氧化铜共热,烧一烧,让它生成红色的铜,顺便验证一下产物是二氧化碳。所以基本实验步骤是:
1. 检查装置气密性;
2. 装药品,平铺于试管底部,当然,试管口还是要略向下倾斜,防止药品中已有的水蒸气在试管口冷凝回流,造成试管炸裂;
3. 固定试管,导管另一端通入澄清石灰水中;
4. 加热,观察实验现象(试管中有红色物质生成,澄清石灰水变浑浊);
实验结束后先移导管,再熄灭酒精灯。(如果先熄灭酒精灯会造成石灰水倒吸入试管内,造成试管冷热不均引起炸裂。)
实验现象:黑色粉末逐渐变红,澄清石灰水变浑浊。
化学方程式:
我们可以看到碳把氧化铜中的氧给夺走了,碳就被称作还原剂,把含氧化合物里的氧被夺去的反应称为还原反应。在这个反应中,碳夺氧变成了二氧化碳,所以碳是还原剂。相对应的,我们把像CuO这种提供氧的物质,称为氧化剂。
利用上面这个原理,我们还可以把赤铁矿石和木炭共热,赤铁矿石的主要成分是红色的氧化铁,木炭是黑色的,生成的铁粉是黑色的,也体现了碳的还原性,化学方程式如下:
在高温条件下,二氧化碳也能被木炭还原:
*特别说明*
碳的可燃性、还原性,都体现了在一定条件下,碳元素与氧元素能够结合,组成更加稳定的物质,如一氧化碳、二氧化碳。
4-小结
碳在常温下,化学性质稳定,不易和其他物质发生反应;
碳具有可燃性;
碳具有还原性。
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