碳单质与氢单质化学性质的比较
前面我们讨论了碳的几种单质在物理性质及用途上存在很大差异,但由于它们都是由碳元素组成的单质,元素的原子结构相同,因此有着相同的化学性质,为了便于理解和掌握碳的化学性质,我们把氢气的化学性质与之进行对比,从中找出知识间的内在联系和本质区别,达到融会贯通的目的。
1(稳定性。氢气和碳都是非金属单质,在通常情况下,氢气是气体,碳是固体。氢在常温下化学性质稳定,但在点燃或加热等条件下,能跟许多物质发生化学反应。碳在常温下性质稳定,对大多数试剂,几乎不发生化学反应。例如:金刚石、石墨等碳的单质,在受到日光照射或跟空气、水分接触时都不容易起变化。古代用墨
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面不褪色的事实以及埋木桩时要把木桩表面烧焦使其炭化,都是利用了碳的稳定性,但是随着温度的升高,碳的活动性大大增加。在高温下,碳能与许多物质起反应。
不同点是,在通常情况下氢气比碳活泼。
2(可燃性。氢气的可燃性,在初中化学中着重论述了氢气在氧气中燃烧的性质。纯净的氢气跟空气中的氧气起反应,能安静地燃烧;不纯净的氢气跟空气中的氧气起反应会发生爆炸。氢气燃烧时产生淡蓝色火焰,产物是水。
化学方程式:2H+O2HO 222
碳在空气中与氧气反应,生成的产物是什么,要看参加反应的氧气的质量是否充足。以煤(主要成分是C)燃烧为例,如果氧气很充分(通常供热的锅炉用电动鼓风机吹入空气),煤燃烧得很旺,碳充分燃烧生成的产物是二氧化碳,放出大量的热。
化学方程式为:C+OCO。 22
停止供热后关闭吹风机,用湿煤把炉火压住。这时炉火燃烧不旺,碳不充分燃烧生成物主要是一氧化碳。同时也放出热量。
化学方程式为2C+O2CO。 2
从燃烧现象上看,氢气安静燃烧或爆炸。两种反应情况截然不同,但反应原理相同,化学方程式相同,都生成唯一的产物是水。而碳燃烧现象差异不是很大,(炉火旺与不旺)但发生的化学反应原理截然不同,生成的产物不同。
氢气燃烧时淡蓝色火焰;碳燃烧时红热、发出白光。碳表面的蓝色火焰是生成的二氧化碳与红色的碳反应,生成一氧化碳,一氧化碳燃烧发出来的。
氢气和碳的相同点是都具有可燃性,燃烧时都放热,都可以作为能源。但氢气是最理想的新能源,因为它燃烧的产物是水污染少。而碳燃烧的产物是二氧化碳对空气有污染,特别是一氧化碳是有毒气体,可以使人中毒。
不同点是,燃烧的现象不同,产物不同。
3(还原性。还原性是物质本身所具有的一种属性,指的是该物质本身被氧化,而另一种物质中的某种元素被还原。判断某种物质是否有还原性,就是要看这种物质是否可以使
其他物质发生还原反应。氢气和碳不仅能跟单质氧起反应,而且还能跟某些氧化物里的氧起反应。因此氢气和碳都具有还原性,都可做还原剂。
氢气还原氧化铜,是气体与固体物质的反应。给试管里的固体药品加热,试管口要略向下倾斜。由于氢气与空气中的氧气遇热容易发生爆炸,必须把试管内的空气排除尽,因此试管口不能放胶塞,导气管直接通入试管底部,氧化铜的上方。又由于是气体物质与固体物质的反应较易进行,反应条件只需加热。而碳还原氧化铜,是固体物质与固体物质之间的反应,反应条件必须加强热(高温),反应物碳和氧化铜都是黑色粉末,平铺在试管底部,生成物中有气体,需将气体导出,所以试管口有胶塞,并且注意导气管刚过胶塞即可。以下图1和图2是氢气还原氧化铜和碳还原氧化铜装置的比较。
碳跟金属氧化物发生反应时,生成金属单质和二氧化碳,黑色的氧化铜变成红色的金属铜,导出的气体可以使澄清的石灰水变浑浊,证明是二氧化碳。化学方程式为:
?这是一个典型的化学方程式。在反应类型上它属于置换反应。在书2CuO+C2Cu+CO2
写上要注意?反应条件?状态符号?配平系数。
碳的还原性还用于冶金工业,例如焦炭可以把铁从铁矿石(主要成分是铁的氧化物)里还原出来,化学方程式:2FeO+3C4Fe+3CO? 232
碳与氢气还原性的不同点是,碳不仅可以夺取金属氧化物里的氧,还能夺取非金属氧化物里的氧,C+CO2CO,这是一个吸热反应,二氧化碳提供氧,是氧化剂,发生还原2
反应,C是还原剂,夺取氧,发生氧化反应。
以上性质可列表归纳如下: