“碳”疑解惑

葉利群

摘 要：在中學化學教學中，很多學生和部分一線教師對碳原子、單質及其化合物的一些知識存在困惑與誤區，現歸納整理并解析如下，希望對高中生的學習有所幫助。

關鍵詞：碳原子；碳單質；碳化合物；原子晶體；還原性；熱穩定性

一、碳原子

誤區1：碳原子由質子、中子和電子構成，則碳原子的質量一定大于質子與中子的質量之和。

解析：一個碳-12原子中有6個質子6個中子，還有6個電子。按理來說，碳原子的質量應該大于其所含質子與中子的總質量，但事實卻截然相反，原因是質子和中子在結合成原子核時會釋放出能量，正因為放出能量，按照愛因斯坦的質能方程E=mc2，碳原子的質量便出現了虧損。

二、碳單質

誤區1：碳納米管是由石墨中的碳原子層卷曲而成的管狀材料，則石墨轉變為碳納米管是物理變化。

解析：石墨為層狀結構，每一層均為平面結構，原因是碳原子都是SP2雜化，鍵角為120度。碳納米管具有彎曲的管狀結構，其中有一部分碳原子是SP3雜化。因此它們結構不同，是兩種不同的物質，所以由石墨轉化為碳納米管是化學變化。

誤區2：石墨烯是平面網狀結構，不是立體網狀結構，不是原子晶體。

解析：石墨烯中只有共價鍵，熔沸點高，雖是一種二維網狀結構，但也是原子晶體。

誤區3：工業上冶煉硅利用反應：C+SiO2=Si+2CO，則還原性：C>Si。

解析：C與Si是同主族元素，C的原子半徑小于Si的原子半徑，得電子能力更強，失電子的能力更弱，所以還原性碳小于硅。這個反應能夠發生，原因是生成物中的CO氣體離開反應體系后，反應可以不斷向右進行。

三、碳化合物

誤區1：S的非金屬性大于C，H2S的熱穩定性高于CH4。

解析：非金屬氫化物的熱穩定性不但與元素的非金屬性強弱有關，還跟氫化物的分子結構有關。CH4分子為正四面體結構，很穩定。C原子以還原雜化處在正四面體中心位置，4個H位于正四面體的4個頂點，這導致CH4分子中C-H鍵很難斷開，從而導致甲烷熱穩定性很高。事實上，H2S的分解溫度比CH4低很多，熱穩定性比CH4差很多。

誤區2：直餾汽油與裂化汽油可用酸性高錳酸鉀溶液鑒別

解析：直餾汽油中含有7～11個C原子的烴類，通常含有芳香烴，而芳香烴分子中只要與苯環直接相連的碳原子上有氫原子，就可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色。裂化汽油中含有烯烴，也可以使酸性高錳酸鉀溶液褪色，所以二者不可以用酸性KMnO4溶液鑒別。

誤區3：乙醇與濃硫酸共熱至170℃制乙烯的實驗中，混合液變黑，是濃硫酸的脫水性引起的。

解析：濃硫酸有很強的吸水性、脫水性和強氧化性。在濃H2SO4作用下，如果乙醇發生分子內脫水，得到的是CH2=CH2；如果乙醇發生分子間脫水，得到的是C2H5OC2H5。混合液變成黑色，說明有碳生成，而通過乙醇脫水不可能得到碳。C2H5OH中C元素的平均價態是-2，碳元素從-2上升到0價，被濃硫酸氧化導致。所以混合液變黑，是由濃硫酸的強氧化性引起的。

誤區4：SiCl4可以發生水解，CCl4也可以發生水解。

解析：Si原子與四個氯原子形成共價鍵后，Si原子還有5個3d空軌道，能同H2O配位。而C原子與四個氯原子形成共價鍵后，C原子沒有了空軌道，不能與H2O形成配位鍵，所以CCl4不能水解。

誤區5：葡萄糖分子中有醛基，果糖分子中沒有醛基，二者可用銀氨溶液來鑒別。

解析：果糖為多羥基酮，分子中不含有醛基，看上去不可能發生銀鏡反應，但事實上卻可以。原因是在堿性溶液中果糖有一部分會自發地轉化為葡萄糖，因此果糖的水溶液也可以發生銀鏡反應。鑒別它們既不能用銀氨溶液也不能用新制氫氧化銅懸濁液，可以采用溴水，能使溴水褪色的為葡萄糖，反之為果糖。

誤區6：淀粉、纖維素、蛋白質是高溴的分子化合物，而化合物屬于純凈物，所以淀粉、纖維素、蛋白質是純凈物。

解析：課本上講淀粉、纖維素、蛋白質是高分子化合物時，研究對象為單個分子。因為單個分子的相對分子質量很大，所以稱之為高分子。淀粉、纖維素、蛋白質不屬于純凈物，而是屬于混合物，研究的對象是宏觀物質。因為淀粉、纖維素、蛋白質這三種物質都是由許許多多分子構成的，而每個分子的聚合度卻不固定，所以他們是混合物。

誤區7：烯醛分子中C=C的檢驗不可以用溴水，也不可以用溴的四氯化碳。

解析：C=C與溴水發生加成反應，-CHO可被溴水中的次溴酸HBrO氧化為-COOH，二者都能使溴水褪色，所以不可用溴水。C=C可與溴的四氯化碳反應，但-CHO不能，所以可直接用溴的四氯化碳來檢驗C=C。

誤區8：苯的分子式為C6H6，不飽和度為4，屬于不飽和烴。

解析：烴可以分為脂肪烴和芳香烴，它們的區別在于是否含有苯環。而脂肪烴又可分為飽和烴與不飽和烴，它們的區別在于是否含有雙鍵或三鍵。很顯然苯不屬于脂肪烴，雖不飽度是4，但不屬于不飽和烴。

編輯 薄躍華