碳在燃烧时既可生成二氧化碳,又可生成一氧化碳,因为碳元素具有____ 在学习过程中,小刚同学提出一个问题:“碳燃烧时可能生成二氧化...

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碳是一种金属元素,位于元素周期表的第二周期IVA族。它的化学符号是C,它的原子序数是6,电子构型为[He]2s22p2。碳是一种很常见的元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。碳单质很早就被人认识和利用,碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。

原子体积:(立方厘米/摩尔)

4.58

元素在太阳中的含量:(ppm)
3000

元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 23

地壳中含量:(ppm)
480

拉丁语为Carbonium,意为“煤,木炭”。汉字“碳”字由木炭的“炭”字加表固体非金属元素的石字旁构成,从 炭字音。

性状

碳单质通常是无臭无味的固体。单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构,外观、密度、熔点等各自不同。 碳的单质已知以多种同素异形体的形式存在:

石墨
莫氏硬度:石墨1-2 金刚石 10
金刚石

氧化态:
Main C-4, C+2, C+4

Other

化学键能: (kJ /mol)
C-H 411
C-C 348
C=C 614
C≡C 839
C=N 615
C≡N 891
C=O 745
C≡O 1074

热导率: W/(m·K)
(graphite) 119-165
晶胞参数:
a = 246.4 pm
b = 246.4 pm
c = 671.1 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 120°

电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 1086.2
M+ - M2+ 2352
M2+ - M3+ 4620
M3+ - M4+ 6222
M4+ - M5+ 37827
M5+ - M6+ 47270

富勒烯(Fullerenes,也被称为巴基球)

无定形碳(Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管(Carbon nanotube)

六方金刚石(Lonsdaleite,与金刚石有相同的键型,但原子以六边形排列,也被称为六角金刚石)

赵石墨(Chaoite,石墨与陨石碰撞时产生,具有六边形图案的原子排列)

汞黝矿结构(Schwarzite,由于有七边形的出现,六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构)

纤维碳(Filamentous carbon,小片堆成长链而形成的纤维)

碳气凝胶(Carbon aerogels,密度极小的多孔结构,类似于熟知的硅气凝胶)

碳纳米泡沫(Carbon nanofoam,蛛网状,有分形结构,密度是碳气凝胶的百分之一,有铁磁性)

最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨,它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是四面体4配位,类似脂肪族化合物;石墨每个碳都是三角形3配位,可以看作无限个苯环稠合起来。

常温下单质碳的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂。

同位素

目前已知的同位素共有十二种,有碳8至碳19,其中碳12和碳13属稳定型,其余的均带放射性,当中碳14的半衰期长达五千多年,其他的均全不足半小时。

在地球的自然界里,碳12在所有碳的含量占98.93%,碳13则有1.07%。C的原子量取碳12、13两种同位素丰度加权的平均值,一般计算时取12.01。

碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度,以12克碳12中含有的原子数为1摩尔。碳14由于具有较长的半衰期,被广泛用来测定古物的年代。

成键

碳原子一般是四价的,这就需要4个单电子,但是其基态只有2个单电子,所以成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化,4个价电子被充分利用,平均分布在4个轨道里,属于等性杂化。这种结构完全对称,成键以后是稳定的σ键,而且没有孤电子对的排斥,非常稳定。金刚石中所有碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于此类。

根据需要,碳原子也可以进行sp2或sp杂化。这两种方式出现在成重键的情况下,未经杂化的p轨道垂直于杂化轨道,与邻原子的p轨道成π键。烯烃中与双键相连的碳原子为sp 2杂化。

由于sp2杂化可以使原子共面,当出现多个双键时,垂直于分子平面的所有p轨道就有可能互相重叠形成共轭体系。苯是最典型的共轭体系,它已经失去了双键的一些性质。石墨中所有的碳原子都处于一个大的共轭体系中,每一个片层有一个。

化合物

碳的化合物中,只有以下化合物属于无机物:

碳的氧化物、硫化物:一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二硫化碳(CS2)、碳酸盐、碳酸氢盐、氰一系列拟卤素及其拟卤化物、拟卤酸盐:氰(CN)2、氧氰,硫氰。

其它含碳化合物都是有机化合物。由于碳原子形成的键都比较稳定,有机化合物中碳的个数、排列以及取代基的种类、位置都具有高度的随意性,因此造成了有机物数量极其繁多这一现象,目前人类发现的化合物中有机物占绝大多数。有机物的性质与无机物大不相同,它们一般可燃、不易溶于水,反应机理复杂,现已形成一门独立的分科 有机化学。

分布

碳存在于自然界中(如以金刚石和石墨形式),是煤、石油、沥青、石灰石和其它碳酸盐以及一切有机化合物的最主要的成分,在地壳中的含量约0.027%。碳是占生物体干重比例最多的一种元素。碳还以二氧化碳的形式在地球上循环于大气层与平流层。

在大多数的天体及其大气层中都存在有碳。

发现

金刚石和石墨史前人类就已经知道。 富勒烯则于1985年被发现,此后又发现了一系列排列方式不同的碳单质。

同位素碳14由美国科学家马丁·卡门和塞缪尔·鲁宾于1940年发现。

单质的精炼

金刚石

金刚石即钻石可以找到集中的块状矿藏,开采出来时一般都有杂质。用另外的钻石粉末将杂质削去,并打磨成形,即得成品。一般在切削、打磨过程中要损耗掉一半的质量。

石墨

用途

在工业上和医药上,碳和它的化合物用途极为广泛。

测量古物中碳14的含量,可以得知其年代,这叫做碳14断代法。

石墨可以直接用作炭笔,也可以与粘土按一定比例混合做成不同硬度的铅芯。金刚石除了装饰之外,还可使切削用具更锋利。无定形碳由于具有极大的表面积,被用来吸收毒气、废气。富勒烯和碳纳米管则对纳米技术极为有用。

碳是钢的成分之一。

碳能在化学上自我结合而形成大量化合物,在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。碳化合物一般从化石燃料中获得,然后再分离并进一步合成出各种生产生活所需的产品,如乙烯、塑料等。

理化特性

总体特性

元素名称:碳

元素符号:C

元素类型:非金属

元素原子量:12.01

质子数:6

中子数:7

原子序数:6

所属周期:2

所属族数:IVA

电子层分布:2-4

密度、硬度 密度为3.513 g/cm3(金刚石)、2.260 g/cm3(石墨)(20 ℃)、

0.5 (石墨)

10.0 (钻石)

颜色和外表 黑色(石墨)

无色(钻石)

地壳含量 无数据

原子属性

原子量 12.0107 原子量单位

原子半径(计算值) 70(67)pm

共价半径 77 pm

范德华半径 170 pm

电子构型 [氦]2s22p2

电子在每能级的排布 2,4

氧化价(氧化物) 4,3,2(弱酸性)

晶体结构 六方(石墨)

立方(钻石)

物理属性

物质状态 固态(反磁性)

熔点 熔点约为3 550 ℃(金刚石)

沸点 沸点约为4 827 ℃(升华)

摩尔体积 5.29×10-6m3/mol

汽化热 355.8 kJ/mol(升华)

熔化热 无数据(升华)

蒸气压 0 帕

声速 18350 m/s

其他性质

电负性 2.55(鲍林标度)

比热 710 J/(kg·K)

电导率 0.061×10-6/(米欧姆)

热导率 129 W/(m·K)

第一电离能 1086.5 kJ/mol

第二电离能 2352.6 kJ/mol

第三电离能 4620.5 kJ/mol

第四电离能 6222.7 kJ/mol

第五电离能 37831 kJ/mol

第六电离能 47277.0 kJ/mol

最稳定的同位素

同位素 丰度 半衰期 衰变模式 衰变能量

MeV 衰变产物

12C 98.9 % 稳定

13C 1.1 % 稳定

14C 微量 5730年 β衰变 0.156 14N

在没有特别注明的情况下使用的是

国际标准基准单位单位和标准气温和气压

碳,原子序数6,原子量12.011。元素名来源拉丁文,愿意是“炭”。碳是自然界中分布很广的元素之一,在地壳中的含量约0.27%。碳的存在形式是多种多样的,有晶态单质碳如金刚石、石墨;有无定形碳如煤;有复杂的有机化合物如动植物等;碳酸盐如大理石等。

单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构。高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨晶体结构不同,各有各的外观、密度、熔点等。

常温下单质碳的化学性质比较稳定,不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂;不同高温下与氧反应,生成二氧化碳或一氧化碳;在卤素中只有氟能与单质碳直接反应;在加热下,单质碳较易被酸氧化;在高温下,碳还能与许多金属反应,生成金属碳化物。

四个价电子(2s2 2p2),除可用两个p电子成键外,还可拆开两个s电子用于成键。

碳在燃烧时既可生成二氧化碳,又可生成一氧化碳,因为碳元素具有 (外层四个电子)

+2价和+4价

不同的价态

木炭燃烧时能生成一氧化碳和二氧化碳.由于一氧化碳和二氧化碳的 ______不同,所以其化学性质不同.请写~

一氧化碳与二氧化碳化学式不同,分子组成不同,结构的差异决定了性质的差异,一氧化碳不溶于水,不与酸碱反应,可还原金属氧化物,可以燃烧;二氧化碳可溶于水,可与碱、碱性氧化物反应,特征反应是使澄清石灰水变浑浊,故答案为:分子构成或分子结构;2CO+O2 点燃 . 2CO2或CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O

[方案设计](2)若试纸变蓝,石灰水不变浑浊,则只有CO;(3)若试纸变蓝,石灰水变浑浊,则既有CO又有CO2;[实验结论]若猜想③是正确的,产物中有二氧化碳,C中石灰水变浑浊,化学方程式为:CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O;[反思与评价](1)要排除空气的影响,故氮气的作用是排出装置内的空气; 二氧化碳和碳在高温条件下发生能生成一氧化碳,反应的化学方程式为:CO2﹢C 高温 . 2CO; CO不能排放到空气中,需处理剩余的CO.故答案为:【方案设计】(2)变蓝,不变浑浊;(3)变蓝,变浑浊;[结论]CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O[反思与评价]排出装置内的空气; CO2﹢C 高温 . 2CO;尾气没有处理.

为什么碳在氧气充足的时候燃烧生成二氧化碳,而不充足就生成一氧化碳呢...
答:这个可以用高中化学部分的氧化还原反应规律加以解释!因为C或者有机物与O2的燃烧反应,本质是C和O之间的氧化还原反应.即C的化合价升高,O的化合价降低.那么C由0价到+2价是升高,到+4价也是升高.所以这其中就涉及到O2的氧化性的强弱以及用量等因素了.由于物质的升价是依次升高的过程,所以当升高到+2的...

什么在氧气中完全燃烧生成水和二氧化碳
答:这个问题答案太多了。可分三种情况。1、含碳、氢元素的有机化合物,或含碳、氢、氧元素的有机化合物,完全燃烧,氧气充分都可以生成水和二氧化碳。2、含碳、氢元素的有机化合物,或含碳、氢、氧元素的有机化合物,不完全燃烧,氧气不充分可以生成水和一氧化碳。3、含碳、氢元素的有机化合物,或...

燃烧为可会产生二氧化炭?
答:只有纯碳或含碳燃料的燃烧,才会产生二氧化碳。 例如,氢燃烧时生成水,并不会生成二氧化碳;但甲烷是含碳的燃料,燃烧时生成二氧化碳和水。 燃烧纯碳时,纯碳与氧反应,碳与氧结合成二氧化碳。 燃烧含碳燃料时,含碳燃料与氧反应,含碳燃料中的碳与氧结合成二氧化碳。因为在燃烧时,物体本身会释放出 ...

...的质量处于什么条件下的时候,产物会是二氧化碳和一氧化碳?_百度知 ...
答:或者2NH4HCO3+Ba(OH)2=BaCO3↓+(NH4)2CO3+2H2O……(2)这个反应中主要是OH-既能和NH4+反应,也能与HCO3-反应,这里涉及到反应物物质的量比例关系。由于比例不同,导致了生成物的不同。比较反应(1)和(2),可以看出当Ba(OH)2不足时,Ba(OH)2中的OH-只能与HCO3-反应,而不能与...

煤炭燃烧时产生的CO2和CO哪个多?
答:若能组织良好的燃烧过程,即具备充足的氧气、充分的混合,足够高的温度和较长的滞留时间,中间产物CO最终会燃烧完毕,生成CO₂或H₂O。因此控制CO的排放不是企图抑制它的形成而是努力使之完全燃烧。煤炭燃烧时产生的二氧化碳和一氧化碳哪一种更多? 通常情况下是二氧化碳多,在富氧条件下,...

...下分解?分解产物是什么?高温下不加任何试剂可以分解嘛?
答:1、在酸性和碱性条件下易分解。2、甲醛燃烧可生成二氧化碳和水。3、高温只能挥发甲醛,并不具有分解的功能。去除甲醛的方法:活性炭除甲醛是一种比较廉价和实用的方法,特点是物理吸附,吸附彻底,不易造成二次污染。活性炭的物理作用除臭,去毒;无任何化学添加剂,对人身无影响。每屋放两至三碟,72...

在一定量的空气中燃烧甲烷产生二氧化碳和水的同时还会产生一氧化碳气...
答:①根据质量守恒定律,反应前后元素的种类不变,甲烷在空气中燃烧生成二氧化碳和水;②根据质量守恒定律,反应前后元素的种类不变,木炭在空气中燃烧只生成二氧化碳;③根据质量守恒定律,反应前后元素的种类不变,氢气在空气中燃烧只生成水;④根据质量守恒定律,反应前后元素的种类不变,石蜡在空气中燃烧生成...

木炭在封闭的房间里燃烧,会生成什么
答:碳与氧气反应生成一氧化碳是在氧气不足的情况下产生的,那如果是氧气充足的话,它就会产生成二氧化碳。应为多余的碳又能与二氧化碳反应,生成一氧化碳。一氧化碳中毒轻者有头痛、无力、眩晕、劳动时呼吸困难,HbCO饱和度达10%~20%。症状加重,患者口唇呈樱桃红色,可有恶心、呕吐、意识模糊、虚脱或昏迷...

木炭在氧气中燃烧的现象是___,文字表达式为__
答:1、木炭在氧气中燃烧 (1)现象:木炭在氧气中能够剧烈地燃烧,发出耀眼的白光,放出大量的热,能生成使澄清石灰水变浑浊的气体。(2)文字表达式:碳+氧气=点燃=二氧化碳。(3)化学表达式:C+O2=点燃=CO2↑。2、铁丝在氧气中燃烧 (1)现象:铁在氧气中能够剧烈地燃烧,火星四射,放出大量的热,...

酒精燃烧生成二氧化碳和水可制酒精中含有碳氢氧三种元素这句话是否正确...
答:酒精在氧气中燃烧生成二氧化碳和水,二氧化碳中的碳元素和水中的氢元素一定来自于酒精;因为氧气参加了反应,所以二氧化碳和水中的氧元素可能完全由氧气提供,也可能由氧气和酒精提供,因此酒精中可能含有氧元素,也可能不含有氧元素.故选:B.