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 |
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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。
定义:
木炭、活性炭、炭黑、焦炭是由石墨的微小晶体和少址杂质构成的,均属混合物。没有固定的几何外形,所以称为无定形碳。
无定形碳的物理性质、主要用途及制法
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物理性质 |
用途 |
制法 |
木炭 |
灰黑色多孔固体 |
制黑火药。制活性炭,制炭笔,吸附色素 |
木材隔绝空气加强热 |
活性炭 |
黑色粉末或颗粒状固体 |
净化多种气体和液体,制作防毒面具,使溶液脱色 |
木炭在高温下用水蒸气处理 |
炭黑 |
黑色粉末状固体 |
制造油墨、油漆、鞋油、颜料、墨汁及橡胶制品的填料 |
含碳物质不完全燃烧 |
焦炭 |
浅灰色多孔固体,质地坚硬 |
作燃料,作冶金工业还原剂 |
烟煤隔绝空气条件下加强热制得 |
木炭、活性炭的吸附作用: 木炭、活性炭因具有疏松多孔的结构,表面积很大,所以吸附能力很强,吸附时被吸附物(有色液体、有毒气体等)吸附在其表面(细孔管道内),这个过程是物理变化。木炭、活性炭的吸附性属于物理性质。活性炭是木炭经过水蒸气高温处理得到的,它具有很大的表面积,因此活性炭的吸附能力比木炭强。
概述: 一氧化碳(CO)纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。分子量28.01,密度1.250g/l,冰点为-207℃,沸点-190℃。在水中的溶解度甚低。空气混合爆炸极限为12.5%~74%。一氧化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合,进而使血红蛋白不能与氧气结合,从而引起机体组织出现缺氧,导致人体窒息死亡。因此一氧化碳具有毒性。一氧化碳是无色、无臭、无味的气体,故易于忽略而致中毒。常见于家庭居室通风差的情况下,煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井中的一氧化碳吸入而致中毒。
物理性质:通常状况下,是一种没有颜色,气味的气体,比空气略轻难溶于水。
化学性质: (1)可燃性:2CO + O
22CO
2 (2)还原性:
一氧化碳还原氧化铜:CO+ CuO
Cu + CO
2 一氧化碳还原氧化铁:3CO+ Fe
2O
32Fe + 3CO
2 一氧化碳还原四氧化三铁:4CO+ Fe
3O
43Fe + 4CO
2 (3)毒性:
CO极易和血液中的血红蛋白结合,从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合,造成生物体内缺氧,严重时危及生命。CO有剧毒,人在CO的体积分数达到 0.02%的空气中持续停留2—3h即出现中毒症状,因此我们使用煤、燃气热水器时要装烟囱,注意室内通风。
用途: 用作燃料,冶炼金属。
一氧化碳和氢气的比较
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颜色状态 |
无色,无味气体 |
无色,无味气体 |
密度 |
1.250g/l(略小于空气) |
0.089g/l(最轻的气体) |
可燃性 |
有可燃性 2CO+O22CO2 |
有可燃性 2H2+O22H2O |
还原性 |
有还原性 CO+CuOCu+CO2 |
有还原性 H2+CuOCu+H2O |
毒性 |
剧毒 |
无毒 |
鉴别方法 |
根据燃烧产物的不同鉴别 |
H2、CO、C的比较
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H2 |
C |
CO |
可燃性 |
化学方程式 |
2H2+O22H2O |
C+O2CO2; 2C+O22CO |
2CO+O22CO2 |
反应现象 |
淡蓝色火焰,放热,生成 无色液体 |
发光,放热 |
蓝色火焰,放热, 生成的无色气体 能使澄清石灰水 变浑浊 |
还原性 |
方程式 |
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反应现象 |
黑色固体变红,生成无色液体,管口有水珠 |
黑色固体变红,生成的无色气体能使澄清石灰水变洪浑浊 |
黑色固体变红,生成的无色气体能使澄清石灰水变浑浊 |
装置图 |
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装置要点 |
试管口略向下倾斜,导管贴试管上臂至药品上方,试管口没有橡皮塞 |
试管口略向下倾斜,导管刚过橡皮塞 |
多余的CO要进行尾气处理(如点燃) |
主要步骤 |
通H2→加热→停止加热→停止通H2 |
反应结束后,先将导管从液体中取出,再停止加热 |
通CO→加热→停止加热→停止通CO |
优点 |
反应条件低,生成物是水,不污染环境 |
原料便宜,操作简便 |
反应条件低 |
缺点 |
不安全,操作复杂 |
反应条件高,生成物不易提纯 |
不安全,操作复杂,有毒 |
用途 |
作工业原料,作高能燃料,冶炼金属 |
作燃料,冶炼金属, |
作燃料,冶炼金属, |
注意:
(1)三种物质燃烧的现象有所不同,但不能根据火焰去鉴别CO和H
2 (2)在还原CuO的实验中,必须对多余的CO进行处理
对环境的影响:
主要是温室效应。因为二氧化碳具有保温的作用,会逐渐使地球表面温度升高。近100年,全球气温升高0.6℃,照这样下去,预计到21世纪中叶,全球气温将升高1.5——4.5℃。由温室效应所引起的海平面升高,也会对人类的生存环境产生巨大的影响。两极海洋的冰块也将全部融化。所有这些变化对野生动物而言无异于灭顶之灾。
大家要共同爱护环境,保护人类赖以生存的地球母亲。
CO2的产生:
⑴凡是有机物(包括动植物)在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出CO?。
⑵石油、石腊、煤炭、天然气燃烧过程中,也要释放出CO?。
⑶石油、煤炭在生产化工产品过程中,也会释放出CO?。
⑷所有粪便、腐植酸在发酵,熟化的过程中也能释放出CO?。
⑸所有动物在呼吸过程中,都要吸氧气吐出CO?。
⑹所有绿色植物都吸收CO?释放出氧气,进行光合作用。CO?气体,就是这样,在自然生态平衡中,进行无声无息的循环。
⑺一切工业生产,城市运转,交通等都离不开排放二氧化碳。
危害:
现在地球上气温越来越高,是因为二氧化碳增多造成的。因为二氧化碳具有保温的作用,现在这一群体的成员越来越多,使温度升高,近100年,全球气温升高0.6℃,照这样下去,预计到2 二氧化碳的危害二氧化碳的危害(7张)1世纪中叶,全球气温将升高1.5——4.5℃。海平面升高,也是二氧化碳增多造成的,近100年,海平面上升14厘米,到21世纪中叶,海平面将会上升25——140厘米,海平面的上升,亚马逊雨林将会消失,两极海洋的冰块也将大部分融化。所有这些变化对野生动植物而言无异于灭顶之灾。 空气中一般含有约0.03%二氧化碳,但由于人类活动(如化石燃料燃烧)影响,近年来二氧化碳含量猛增,导致温室效应、全球气候变暖、冰川融化、海平面升高……旨在遏制二氧化碳过量排放的《京都议定书》已经生效,有望通过国际合作遏制温室效应。
二氧化碳的浓度达到1%以上,就会使人头晕目眩。达到4~5%,人便会恶心呕吐,呼吸不畅。超过10%,人便会死亡。