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初中三年级化学

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    用所学知识解释下列问题:
    (1)金刚石和石墨性质不同的原因: ___________________________________________
    (2) 实验室用一氧化碳还原氧化铁得到的铁与工业上炼出的生铁在组成上的最大区别是 __________________________________________________。
    本题信息:2011年期末题化学填空题难度一般 来源:杨云霞
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本试题 “用所学知识解释下列问题:(1)金刚石和石墨性质不同的原因: ___________________________________________(2) 实验室用一氧化碳还原氧化铁得到的铁与工业上炼...” 主要考查您对

一氧化碳还原氧化铁

金刚石、石墨、C60的结构和用途

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氧化铁自身具有氧化性,我们可以用一氧化碳还原氧化铁。
灼热的氧化铁可以和氢气(H2)、碳(C)、一氧化碳(CO)等具有还原性物质反应,生成铁+X(氧化物)。



实验室一氧化碳还原氧化铁:

反应原理:3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
装置:


现象:红色粉末逐渐变为黑色;澄清石灰石变浑浊,尾气燃烧时产生蓝色火焰。

实验步骤:
a.检验装置的气密性
b.装入药品并固定装置
c.通入一氧化碳气体并点燃酒精灯
d.待装置内的空气全部排尽后点燃酒精喷灯给氧化铁加热
e.当试管内的红色粉末变为黑色时,停止加热
f.待玻璃管内的固体冷却后,停止通一氧化碳,并熄灭酒精灯

实验结论:红色的氧化铁被一氧化碳还原成单质铁,一氧化碳在高温条件下得到了氧,生成了二氧化碳。

化学反应方程式:
3CO + Fe2O32Fe + 3CO2
CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O
2CO+O22CO2

注意事项:
a.反应条件:高温;若无洒粉喷灯可在酒精灯火焰上加一个金属网罩。
b.CO有剧毒,实验应在通风橱中进行,未反应完的气体要进行尾气处理;尾气处理方法有收集法、燃烧法(将CO转变为无毒的CO2)以防止污染空气。
c.操作顺序:CO要“早出晚归”,洒精喷灯要“迟到早退”。
实验开始先通入CO,排尽装置内的空气,防止CO 与空气混合,加热时发生爆炸;实验完毕后要继续通入 CO气体,直到玻璃管冷却,防止高温下的铁与空气接触,被氧化。
金刚石:
    金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。


石墨:
    石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。


C60:
   C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的。) C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。

金刚石,石墨,碳60性质及用途比较

名称 金刚石 石墨 碳60
外观 纯净无色透明,正八
面体形状的晶体
深灰色,有金属光泽,不
透明的细鳞片状的固体,
质软,有滑腻感 
分子型似足球状,
有金属光泽,其微晶
粉末呈黄色
结构模型
导电性 几乎不导电 良好  几乎不导电
硬度 天然存在的最硬物质  质软 质脆
导热性 很差  良好 很差
熔点 很高 很高 较低
用途 钻头,刻刀,装饰品  电极,铅笔芯,润滑剂 制备新材料,新配
件,医学应用
区别与联系 金刚石、石墨,C60,,的物理性质有很大差异,原因是这些单质中碳原子的排列方式不同,但由于它们都是由碳元素组成的单质,故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。

人造金刚石:
     20世纪80年代,人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料—硅的导热性不好,这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银),于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。

碳纤维:
     碳纤维是一种纤维状碳材料,它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起,放在惰性气氛中,在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能如铜那样导电,具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料,可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机,不仅轻巧,而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节省大量的燃料。总之,用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等,在化工、机电、造船,特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。
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