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。
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
二氧化碳用途:
1.二氧化碳不支持燃烧,不能燃烧,比空气重,可用于灭火
2.干冰升华时吸收大量的热,可用它做制冷剂或人工降雨
3.工业制纯碱和尿素,是一种重要的化工原料
4.植物光合作用,绿色植物吸收太阳能,利用二氧化碳和水,合成有机物放出氧气
二氧化碳中毒:
二氧化碳中毒是人吸入高浓度的二氧化碳所出现的昏迷及脑缺氧情况,一般大气中二氧化碳含量超过1%时,人即有轻度中毒反应;当超过3%时,开始出现呼吸困难;超过6%时,就会重度中毒甚至死亡。
(1)征状
中毒主要征状有:头痛、头愫晕、耳鸣、气急、胸闷、乏力、心跳加快,面颊发绀、烦躁、谵妄、呼吸困难,如情况持续,就会出现嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大小便失禁、血压下降甚至死亡。
(2)补救
打开门窗、通风孔,抢救者才可进入。将病人救出后,在空气新鲜处进行人工呼吸,心脏按摩,吸氧(避免高压、高流量、高浓度给氧,以免呼吸中枢更为抑制),开始1~2L/分,随病人呼吸好转逐渐增大给氧量(4--5L/分),以至采用高压氧治疗。(最好是纯氧)
吸入兴奋剂:多种兴奋剂交替、联合使用,如洛贝林、山梗菜碱等。
防止脑和肺水肿:应用脱水剂、激素,限制液量和速度,吸入钠的份量亦应限制。
对症治疗:给予多种维生素、细胞色素C、能量合剂、高渗糖,以防感染。
抢救同时要留意有没有其他有毒气体存在,如一氧化碳等。