“碳”疑解惑

叶利群

摘 要：在中学化学教学中，很多学生和部分一线教师对碳原子、单质及其化合物的一些知识存在困惑与误区，现归纳整理并解析如下，希望对高中生的学习有所帮助。

关键词：碳原子；碳单质；碳化合物；原子晶体；还原性；热稳定性

一、碳原子

误区1：碳原子由质子、中子和电子构成，则碳原子的质量一定大于质子与中子的质量之和。

解析：一个碳-12原子中有6个质子6个中子，还有6个电子。按理来说，碳原子的质量应该大于其所含质子与中子的总质量，但事实却截然相反，原因是质子和中子在结合成原子核时会释放出能量，正因为放出能量，按照爱因斯坦的质能方程E=mc2，碳原子的质量便出现了亏损。

二、碳单质

误区1：碳纳米管是由石墨中的碳原子层卷曲而成的管状材料，则石墨转变为碳纳米管是物理变化。

解析：石墨为层状结构，每一层均为平面结构，原因是碳原子都是SP2杂化，键角为120度。碳纳米管具有弯曲的管状结构，其中有一部分碳原子是SP3杂化。因此它们结构不同，是两种不同的物质，所以由石墨转化为碳纳米管是化学变化。

误区2：石墨烯是平面网状结构，不是立体网状结构，不是原子晶体。

解析：石墨烯中只有共价键，熔沸点高，虽是一种二维网状结构，但也是原子晶体。

误区3：工业上冶炼硅利用反应：C+SiO2=Si+2CO，则还原性：C>Si。

解析：C与Si是同主族元素，C的原子半径小于Si的原子半径，得电子能力更强，失电子的能力更弱，所以还原性碳小于硅。这个反应能够发生，原因是生成物中的CO气体离开反应体系后，反应可以不断向右进行。

三、碳化合物

误區1：S的非金属性大于C，H2S的热稳定性高于CH4。

解析：非金属氢化物的热稳定性不但与元素的非金属性强弱有关，还跟氢化物的分子结构有关。CH4分子为正四面体结构，很稳定。C原子以还原杂化处在正四面体中心位置，4个H位于正四面体的4个顶点，这导致CH4分子中C-H键很难断开，从而导致甲烷热稳定性很高。事实上，H2S的分解温度比CH4低很多，热稳定性比CH4差很多。

误区2：直馏汽油与裂化汽油可用酸性高锰酸钾溶液鉴别

解析：直馏汽油中含有7～11个C原子的烃类，通常含有芳香烃，而芳香烃分子中只要与苯环直接相连的碳原子上有氢原子，就可以使酸性高锰酸钾溶液褪色。裂化汽油中含有烯烃，也可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，所以二者不可以用酸性KMnO4溶液鉴别。

误区3：乙醇与浓硫酸共热至170℃制乙烯的实验中，混合液变黑，是浓硫酸的脱水性引起的。

解析：浓硫酸有很强的吸水性、脱水性和强氧化性。在浓H2SO4作用下，如果乙醇发生分子内脱水，得到的是CH2=CH2；如果乙醇发生分子间脱水，得到的是C2H5OC2H5。混合液变成黑色，说明有碳生成，而通过乙醇脱水不可能得到碳。C2H5OH中C元素的平均价态是-2，碳元素从-2上升到0价，被浓硫酸氧化导致。所以混合液变黑，是由浓硫酸的强氧化性引起的。

误区4：SiCl4可以发生水解，CCl4也可以发生水解。

解析：Si原子与四个氯原子形成共价键后，Si原子还有5个3d空轨道，能同H2O配位。而C原子与四个氯原子形成共价键后，C原子没有了空轨道，不能与H2O形成配位键，所以CCl4不能水解。

误区5：葡萄糖分子中有醛基，果糖分子中没有醛基，二者可用银氨溶液来鉴别。

解析：果糖为多羟基酮，分子中不含有醛基，看上去不可能发生银镜反应，但事实上却可以。原因是在碱性溶液中果糖有一部分会自发地转化为葡萄糖，因此果糖的水溶液也可以发生银镜反应。鉴别它们既不能用银氨溶液也不能用新制氢氧化铜悬浊液，可以采用溴水，能使溴水褪色的为葡萄糖，反之为果糖。

误区6：淀粉、纤维素、蛋白质是高溴的分子化合物，而化合物属于纯净物，所以淀粉、纤维素、蛋白质是纯净物。

解析：课本上讲淀粉、纤维素、蛋白质是高分子化合物时，研究对象为单个分子。因为单个分子的相对分子质量很大，所以称之为高分子。淀粉、纤维素、蛋白质不属于纯净物，而是属于混合物，研究的对象是宏观物质。因为淀粉、纤维素、蛋白质这三种物质都是由许许多多分子构成的，而每个分子的聚合度却不固定，所以他们是混合物。

误区7：烯醛分子中C=C的检验不可以用溴水，也不可以用溴的四氯化碳。

解析：C=C与溴水发生加成反应，-CHO可被溴水中的次溴酸HBrO氧化为-COOH，二者都能使溴水褪色，所以不可用溴水。C=C可与溴的四氯化碳反应，但-CHO不能，所以可直接用溴的四氯化碳来检验C=C。

误区8：苯的分子式为C6H6，不饱和度为4，属于不饱和烃。

解析：烃可以分为脂肪烃和芳香烃，它们的区别在于是否含有苯环。而脂肪烃又可分为饱和烃与不饱和烃，它们的区别在于是否含有双键或三键。很显然苯不属于脂肪烃，虽不饱度是4，但不属于不饱和烃。

编辑 薄跃华