【正文】 回收，并被用來重新制備 C60 的氫化物。因此，把 C60分子中的雙鍵打開便能吸收氫氣。 ① 氣體的貯存 利用 C60獨特的分子結(jié)構(gòu)，可以將 C60 用作比金屬及其合金更為有效和新型的吸氫材料?？偠灾?C60及其一系列碳原子簇的命名上，真稱得上百家爭鳴了，但迄今為止，還沒有一種令大家都滿意的名稱。可是，在命名 這個問題上歷來都有尊重約定俗成的習(xí)慣，也許細(xì)說起來富勒烯這個名稱有它不合理和可以探討的地方，但是由于約定俗成的原因，現(xiàn)在的書籍和文獻(xiàn)中仍都采用 Fullerene 這個名稱。 對于將 C60 及其一系列碳原子簇稱為烯，在化學(xué)界是有爭議的，因為根據(jù)有機(jī)化學(xué)系統(tǒng)命名原則，烯表示含雙鍵的烴，而 C60及其一系列碳原子簇是完全由碳原子組成的單質(zhì)，并不是一種化合物，當(dāng)然也不是烯烴。 由于 C60分子的形狀和結(jié)構(gòu)酷似英國式足球 (soccer)，所以又被形象地稱為 Soccerene(同樣帶有詞尾 ene)，中譯名為 “足球烯 ”。及其一系列碳原子簇，稱為 Buckminsterfullerene，簡稱 Fullerene，中譯名為富勒烯。 表 6 － 1 A 3 C 60 的超導(dǎo)起始溫度 (T c )(A ： K 、 Rb 、 C s )A 3 K 3 K 2 Rb Rb 1 . 5 K 1 . 5 Rb 2 K ( 1) Rb 2 K ( 2) Rb 3 Rb 2 Cs R bT l 2 Cs 3T c /K 19. 28 21. 80 22. 15 24. 40 26. 40 29. 40 31. 3 42. 5 30 (3) C60 的命名 克羅托等人之所以能夠勾畫出 C60 的分子結(jié)構(gòu)，富勒的啟示起了關(guān)鍵性作用，因此他們一致建議， 用布克米尼斯特 我國在這方面的研究也很有成就，北京大學(xué)和中國科學(xué)院物理所合作，成功地合成了 K3 C60 和 Rb3C60 超導(dǎo)體，超導(dǎo)起始溫度分別為 8K 和 28K。 不 久又制備出 Rb3 C60 的超導(dǎo)體，其超導(dǎo)起始溫度為 29K。除 C60 外，具有封閉籠狀結(jié)構(gòu)的還可能有 C2 C3 C50、 C70、 C84……C 2 C540 等，統(tǒng)稱為 Fullerene(如圖 6－ 4 所示 )。其中五邊形彼此不相連，只與六邊形相連。由于受建筑學(xué)家布克米尼斯特 由于層間的分子間作用力弱，因此石墨晶體的層與層之間容易滑動，工業(yè)上用石墨作固體潤滑劑。而平面結(jié)構(gòu)的層與層之間則依靠 分子間作用力 (范德華力 )結(jié)合起來，形成石墨晶體 (如圖 6－ 3 所示 )。這些 p 軌道又都互相平行，并垂直于碳原子 sp2 雜化軌道構(gòu)成的平面，形成了大 π鍵。 石墨晶體是屬于混合鍵型的晶體。因此，可以把整個晶體看成一個巨大的分子 (如圖 6－ 2所示 )。28′，構(gòu)成正四面體。 金剛石是典型的原子晶體，在這種晶體中的基本結(jié)構(gòu)粒子是碳原子。用碳纖維增強(qiáng)塑料來制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器，機(jī)械強(qiáng)度高，質(zhì)量小，可節(jié)省大量的燃料。制成的飛機(jī)，不僅輕巧，而且消耗動力少、推力大、噪音小。 碳纖維是一種強(qiáng)度比鋼大，密度比鋁還小，比不銹鋼還耐腐蝕，比耐熱鋼還耐高溫，又能如銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料。確定這一標(biāo)準(zhǔn)的方法是，用棱錐形金剛石鉆針刻劃所試礦物的表面而產(chǎn)生劃痕，用測得的劃痕的深度來表示硬度。它們之間的轉(zhuǎn)化是化學(xué)變化。有人說金剛石和石墨在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化是個物理變化過程，這種說法是不正確的。 綜上所述，金剛石和石墨在一定條件下的相互轉(zhuǎn)化是個化學(xué)變化。石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瘯r，使用催化劑是為了加快反應(yīng)速率。 4．催化劑 石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸氃诟邷馗邏合逻M(jìn)行，甚至在溫度 2021℃ ～ 4000℃ 和壓強(qiáng) 6 萬～ 12萬個大氣壓下，這個轉(zhuǎn)變速率仍然不大，還需用鉻、鐵和鉑等作催化劑。當(dāng)石墨變成金剛石時就是一個吸收熱能的化學(xué)反應(yīng)。金剛石在隔絕空氣的條件下加熱到 1000℃ ，可轉(zhuǎn)變?yōu)槭? C（金剛石） C（石墨） + 這個轉(zhuǎn)變是個放熱反應(yīng)。由此可見，物質(zhì)由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)是個化學(xué)變化過程。根據(jù)同一種物質(zhì)只有一種結(jié)構(gòu)的事實，石墨和金剛石是晶體結(jié)構(gòu)不同的兩種物質(zhì)。 2．晶體結(jié)構(gòu) 石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸瘯r，石墨晶體結(jié)構(gòu)被破壞；石墨中層與層之間不牢固的結(jié)合力拉斷或變動，或同時也將六角平面上各碳原子間的化學(xué)鍵和結(jié)合方式來個 “大變動大改組 ”，使它們之間的結(jié)合按照金剛石的形式和要求，有規(guī)則地結(jié)合成為立方面心結(jié)構(gòu)。這就可見變化過程中金剛石是由石墨變成的新物質(zhì)。物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾再|(zhì)上完全不同的新物質(zhì)，這就是化學(xué)變化的特征。 1．化學(xué)變化的特征 我們知道，化學(xué)變化通常叫做化學(xué)反應(yīng)。 思考與實踐：你還能舉出活性炭的其它用途嗎？ 參考答案：因為活性炭具有很強(qiáng)的吸附能力 ,所以它除了可以用于制作防毒面具 ,另外在制糖工業(yè)中也利用它來脫色以制白糖；也用于冰箱的去味劑等。 活性炭層主要用于吸附毒氣。 濾毒罐里起主要作用的有活性炭層、化學(xué)吸附層和防煙濾層。故粉末狀和多孔性活性炭常有很高的吸附能力。棱長 1cm 的立方體如分裂為棱長 1mm 的立方粒子，面積就由 6cm2 增大為 6000m2。因為吸附作用既然是表面作用，所以吸附劑的表面積愈大、吸附量也愈高。吸附作用實際是吸附劑對吸附質(zhì)質(zhì)點的吸引作用。吸附性是指各種氣體、蒸氣以及溶液里的溶質(zhì)被吸在固體或液體物質(zhì)表面上的現(xiàn)象。已知 ZnCO3 受熱分解為 ZnO 和 CO2，請據(jù)此回答： (1)寫出上述制取 “藥金 ”過程的有關(guān)化學(xué)方程式： (2)用現(xiàn)代觀點看， “藥金 ”是什么？ 參考答案 ： 1． B 2． C 3． B 4． D 5． C 6． A 7．金剛石；石墨； 石墨； 活性炭；物理 8． CO2；碳 9．不活潑 (穩(wěn)定 )； CO2； C＋ O2 CO2； CO； 2C＋ O2 2CO； 化合 10．化學(xué)變化 11． A 12． D 13． (1)ZnCO3ZnO＋ CO2↑； 2ZnO＋ C 2Zn＋ CO2↑； 2Cu2O＋ C 4Cu＋ CO2↑ (2)“藥金 ”是銅和鋅的混合物 [視野拓寬 ] 為什么活性炭可用作防毒面具？ 木炭、骨炭等的許多用途是它們對于氣體或溶解物質(zhì)吸附性能的利用。那么，石墨在一定條件下轉(zhuǎn)變成金剛石的過程中，發(fā)生的變化是 (填 “物理變化 ”或 “化學(xué)變化 ”)． 11． 1990 年海灣戰(zhàn)爭引起科威特大量油井燃燒，造成嚴(yán)重的大氣污染，據(jù)報道，有些地區(qū)降了黑雨。 9．在常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì) ，在點燃條件下，碳跟充足的氧氣反應(yīng)生成 ，化學(xué) 方程式是 ；當(dāng)氧氣不充足時，碳燃燒生成 ，化學(xué)方程式是 ；這兩個反應(yīng)都屬于 反應(yīng)類型 (基本反應(yīng)類型 )。 [自我檢測 ] 1．碳的下列單質(zhì)中常用作電極材 料的是 ( ) A．金剛石 B．石墨 C．活性炭 D．焦炭 2．下列各組物質(zhì)屬于碳元素組成的不同單質(zhì)的是 ( ) A．水和冰 B．紅磷和白磷 C．金剛石和石墨和 C60 D． O2 和 O3 3．下列過程中發(fā)生了化學(xué)變化的是 ( ) A．石墨導(dǎo)電 B．用焦炭冶煉金屬 C．用鉛筆寫字 D．金剛石切割金屬 4．下列關(guān)于碳的幾種單質(zhì)的組成和用途的說法錯誤的是 ( ) A．璀璨奪目的天然鉆石是由碳元素組成的 B． 長期未用而難開啟的鐵鎖，可在鎖孔中加入少量鉛筆芯粉便易于開啟 C．活性炭可用作防毒面具的濾毒劑 D．鉛筆芯主要是用鉛和少量碳粉制成的 5．只含有碳元素的物質(zhì) ( ) A．一定是純凈物 B．一定是金剛石 C．可能是純凈物，也可能是混合物 D．一定是炭黑 6．為了除去氧化銅中混入的雜質(zhì)碳，而又不增加新雜質(zhì)，可采取的措施是 ( ) A．在氧氣流中加熱混合物 B．在密閉容器中灼熱混合物 C．在 CO2 氣流中加熱混合物 D．在氫氣流中加熱混合物 7．在石墨、活性炭和金剛石等碳的單質(zhì)中，硬度最大的是 ；軟而滑膩的是 ；導(dǎo)電性能好的是 ；能使集氣瓶中紅棕色的二氧化氮顏色消失的是 ，該變化是 變化 (填 “物理 ” 或 “化學(xué) ”)。 根據(jù) C60 的化學(xué)式可知，它的相對分子質(zhì)量為 6012=720，題中 ④ 的敘述正確。題中 ③ 的敘述正確。題中 ② 的敘述正確。結(jié)構(gòu)不同、性質(zhì)必然不同。對比 C60的化學(xué)式可知，它是由 60 個碳原子構(gòu)成的分子，所以是單質(zhì)，題中 ① 的敘述是錯誤的。其中正確的敘述是 ( ) A． ②③ B． ①④ C． ②③④ D． ②④ 分析：本題向同學(xué)們提出了四個問題： ① 什么是單質(zhì)？什么是化合物？用定義判斷一下 C60 是單質(zhì)還是化合物？ ② C60、金剛石、石墨是不是同一種物質(zhì)？ ③ C60 有哪些重要的用途？ ④ 怎樣計算物質(zhì)的相對分子質(zhì)量？解決了這四個問題，就能找出本題應(yīng)選擇的正確答案。 【 例 6】 最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新分子，它具有類似足球的結(jié)構(gòu)，化學(xué)式是 C60。 所以通過將石墨和金剛石分別在氧氣里燃燒，均生成二氧化碳一種產(chǎn)物，從而證明金剛石和石墨都是由碳元素組成，只不 過由于碳原子的排列不同，所以形成兩種不同的單質(zhì)。 金剛石太珍貴了，我們難以做金剛石燃燒的實驗，有科學(xué)家的實驗證實就可以了。俄國科 學(xué)家也曾在陽光下用放大鏡照射金剛石，最后金剛石也變成了一縷青煙，金剛石不見了。加熱后有紅色固體生成，這紅色固體應(yīng)該是銅，同時產(chǎn)生沒有顏色、沒有氣味能使澄清石灰水變渾濁的氣體，這氣體應(yīng)該是二氧化碳．根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)物中有 C、 Cu、 O 三種元素，應(yīng)該是氧化銅和木炭粉的混合物。 【例 3】 在書寫檔案時，規(guī)定必須使用含有單質(zhì)碳的墨水，其理由是 ( ) A．單質(zhì)碳不跟其他物質(zhì)反應(yīng) B．常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑 C．碳易與紙張反應(yīng)生成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì) D．這種墨水是經(jīng)過加工的性質(zhì)穩(wěn)定的化合物 分析：本題考查碳單質(zhì)的性質(zhì)．我們使用含有單質(zhì)碳的墨水寫檔案，主要是利用碳在常溫下，化學(xué)性質(zhì)不活潑。 答案：（ 1）燒瓶內(nèi)的紅棕色的氣體逐漸變淺甚至消失；（ 2）水從燒杯內(nèi)沿導(dǎo)管進(jìn)入燒瓶里。 分析：木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，有效面積大，有很強(qiáng)的吸附性，能把大量氣體或染料等微小粒子吸附在它的表面，所以二氧化氮氣體被木炭吸附了，紅棕色會消失。能看到的現(xiàn)象是： ⑴ ； ⑵ 。 [釋疑解難 ] 【例 1】 請將下面左列和右列的相關(guān)內(nèi)容用短線連接起來． 金剛石硬度大 冰箱去味劑 石墨的導(dǎo)電性能好 切割玻璃 活性炭的吸附能力強(qiáng) 干電池電極 單質(zhì) 碳具有還原性 做燃料 常溫下碳化學(xué)性質(zhì)不活潑 冶煉金屬 碳燃燒時放熱 制油墨 分析：本題主要考查碳單質(zhì)的性質(zhì)和用途，性質(zhì)決定用途，左列是有關(guān)性質(zhì)的內(nèi)容，右列是相應(yīng)的有關(guān)用途的內(nèi)容。能以發(fā)展的觀點看待碳的單質(zhì)。 2．知道碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì) ——穩(wěn)定性、可燃性、還原性。 【自我檢測】見學(xué)案部分 【推薦作業(yè)】 教材第 109頁習(xí)題 6。 [學(xué)生板書 ] 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑（ 利用碳的還原性，可以冶煉金屬。 [教師講解 ] 工業(yè)上，常利用碳的還原性，將金屬從其氧化物礦石中還原出來 。 [教師 總結(jié) ] 從得氧、失氧的角度分析： 氧化銅失氧，被還原 (成銅 ),發(fā)生還原反應(yīng)；氧化銅是氧化劑 ——具有氧化性 。上述反應(yīng)里碳單質(zhì)有什么用途？體現(xiàn)了什么性質(zhì)？ [共同討論 ] 還原反應(yīng)是含氧化合物中的氧被奪去的反應(yīng)。結(jié)論：反應(yīng)生成銅和二氧化碳。 ⑶ 提示學(xué)生觀察并思考： ① 試管里的粉末發(fā)生了什么變化？生成了什么物質(zhì)？ ② 石灰水發(fā)生了什么變化？ [學(xué)生活動 ] 1．在教師指導(dǎo)下，認(rèn)真操作實驗、觀察實驗，并思考、討論、回答問題。 [教師活動 ] ⑴ 指導(dǎo)學(xué)生實驗：氣密性的檢查、藥品的取用、儀器的裝配順序及裝配要點等。 3．共同分析：將金剛石或石墨放在純氧中燃燒，生成唯一的產(chǎn)物二氧化碳，則說明金剛石、石墨是碳元素組成的單質(zhì)。另外，注意聯(lián)系生活實際，以燃煤（煤的主要成份是碳）的火爐為例加以說明。 （一）碳與氧氣的反應(yīng) ——可燃性 [教師活動 ] 1．提問：木炭在氧氣中燃燒的現(xiàn)象是什么？寫出有關(guān)的化學(xué)方程式。（聯(lián)系生活實際，以我國古代字畫墨跡及焦炭、木炭等具有穩(wěn)定性為例進(jìn)行討論。 [學(xué)生活動 ] 1．交流討論：結(jié)合碳原子的結(jié)構(gòu)示意圖分析：碳單質(zhì)有哪些化學(xué)性質(zhì)？ （共同分析）元素的化學(xué)性質(zhì)主要決定于其原子的最外層電子數(shù)，碳原子最外層電子數(shù)為 4，得到或失去 4 個電子成為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都比較困 難，故常溫下單質(zhì)碳的化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定。 二、碳的化學(xué)性質(zhì) [教師活動 ] 1．設(shè)