1、2018/9/23,刘晓瑭,1, 炭黑(black carbon)（年产超过 8106 t ，94 % 用于橡胶制品的填料） 活性炭(active carbon)（高比表面积：400 2500 m2 g-1) 碳纤维(carbon fibers) (carbin) （每架波音767飞机需用 1 t 碳纤维材料）,（4）低结晶度碳,碳纤维,熵 S carbin S graphite S diamond dc-c (nm): diamond graphite carbin,2018/9/23,刘晓瑭,2,Types of carbon nanotubes: Single-walled,The (n
2、,m) nanotube naming scheme can be thought of as a vector (Ch) in an infinite graphene sheet that describes how to roll up the graphene sheet to make the nanotube. T denotes the tube axis, and a1 and a2 are the unit vectors of graphene in real space.,2018/9/23,刘晓瑭,3,For a given (n,m) nanotube, if 2n
3、+ m=3q (where q is an integer), then the nanotube is metallic, otherwise the nanotube is a semiconductor. Thus all armchair (n=m) nanotubes are metallic, and nanotubes (5,0), (6,4), (9,1), etc. are semiconducting. In theory, metallic nanotubes can have an electrical current density more than 1,000 t
4、imes greater than metals such as silver and copper.,2018/9/23,刘晓瑭,4,2018/9/23,刘晓瑭,5,2 碳的还原性,rSm = 172 Jk1mol1 rSm = 3 Jk1mol1 rSm = 178 Jk1mol1,rSm 如何？,碳作为还原剂， 涉及以下三个反应： (a) 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g) (b) C(s) + O2(g) CO2(g) (c) 2 C(s) + O2(g) 2 CO (g),冶金工业上，用碳还原金属氧化物制备金属，如：MnO + C Mn + CO ( 1 ),上述反应
5、(1) 可以看成由下面两个反应 (2) 和 (3) 相减得到 2 C (s) + O2 (g) 2 CO (g) ( 2 ) 2 Mn + O2 2 MnO ( 3 ),我们关心反应 (1) 需要在什么温度下才能进行，就必须讨论反应 (2) (3) 等的 rGm 随温度 T 的变化情况 。,2018/9/23,刘晓瑭,6,为什么给出 rSm？,将反应的 rGm 对温度 T 作图， rGm = rHm TrSm，其斜率是 rSm 。,2018/9/23,刘晓瑭,7,再把反应 ( d ) 2 Mn + O2 2 MnO 的 rGm T 线 ， 画入图中。,800,rGm / kJmol1,m.p.
6、,273 1273 T/K,200,400,600,(a),(b),(c),2018/9/23,刘晓瑭,8,( d ) 线斜率为正，达到的熔点 m.p. 时其斜率更大。,(a) 2 CO ( g ) + O2 ( g ) 2 CO2 ( g ) (b) C ( s ) + O2 ( g ) CO2 ( g ) (c) 2 C ( s ) + O2 ( g ) 2 CO ( g ) (d) 2 Mn + O2 2 MnO,2018/9/23,刘晓瑭,9,当 T Ty 时， ( e ) 式的 rGm 0，即直线的斜率为负。,若产生 CO2 ，即 ( d ) 线和 ( b ) 线相交，则温度还要高达
7、到 Tz 以上 。,Ellingham图,2018/9/23,刘晓瑭,11,11.1 碳,11.1.1 单质11.1.2 碳的氧化物11.1.3 碳酸及其盐11.1.4 卤化物、硫化物11.1.5 碳化物,2018/9/23,刘晓瑭,12,经典的分子结构：O=C=O,CO2中，碳、氧之间键长116pm,C：sp杂化,固体二氧化碳：干冰。是一种方便的制冷剂 . “干冰”自由升华温度-78。,1 二氧化碳,CO CO2 C3O2 C4O3 C5O2 C12O9 主要介绍 CO ,CO2,CO2,2018/9/23,刘晓瑭,13,CO2 不具有 CO 表现的可燃性和还原性，加合性也不明显 。CO2
8、无毒，能用于制造各种碳酸饮料（饱和水溶液中溶解的 CO2 仅有 1% 转化为 H2CO3)：,CO2的性质,高温时与金属反应 2Mg(Al) + CO2 = 2MgO + C 2Na + CO2 = Na2CO3 + CO,不能扑灭金属着火,2018/9/23,刘晓瑭,14,CO2 的某些特征反应,2018/9/23,刘晓瑭,15,制备 CaCO3 + 2 HCl (稀) CaCl2 + H2O + CO2 鉴定 ： CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O,生产 CaCO3 (石灰石) CaO + CO2,CO2 与 NH3 反应生成的 (NH4)2CO3 可以用来制造CO(NH2
9、)2 . CO2 + 2NH3 CO（NH2）2（高压、催化剂） CO2 + NH3 + H2O NH4HCO3,2018/9/23,刘晓瑭,16,CO 无色无臭有毒气体，在水中溶解度较小。,2 一氧化碳,结构： CO(6+8=14e-)与N2（27=14e-）是等电子体, 结构相似。,一个键两个键,CO,2018/9/23,刘晓瑭,17,性质 可燃性 2 CO + O2 = 2 CO2 , DrHm = - 596 kJ mol-1 还原性 3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3 FeO+ CO2 FeO + CO = Fe + CO2,作配位
10、体，形成羰基配合物 Fe(CO)5, Ni(CO)4, Co2(CO)8 其中C是配位原子。,加合性 与其路易斯酸碱性有关 . 一个难得的实例是 CO 在高压下与B2H6 形成稳定配合物 .,2018/9/23,刘晓瑭,18,因为CO与血红蛋白中 Fe() 原子的结合力比 O2 高出 300倍, 阻止了血红蛋白对身体细胞氧气的运输 。, CO 的毒性,血红蛋白的示意结构,2018/9/23,刘晓瑭,19,实验室制备 *向热浓硫酸中滴加甲酸,*草酸与浓硫酸共热,*制纯的 CO 可用分解羰基化合物的方法,CO可看作甲酸的酸酐,2018/9/23,刘晓瑭,20,（水蒸气转化法）,（水煤气反应法）,工
11、业制备：,第一个反应得到的混合气体含CO25，CO2 4，N2 70 (体积比)，称为发生炉煤气。第二个反应得到的混合气体含 CO 40，CO2 5，H2 50 ，称为水煤气。 两者都是工业上的燃料气。,工业上将空气和水蒸气交替通入红热炭层。 2C + O2 2CO rHm = - 221 kJmol-1,C + H2O = CO + H2 rHm = 131 kJmol-1,2018/9/23,刘晓瑭,21,CO 的化学反应,CO + Cl2 COCl2 ( 光气 ),CO的鉴定 微量的 CO 通入 PdCl2 溶液中，会使溶液变黑 CO + PdCl2 + H2O Pd(s) + CO2(
12、g) + 2 HCl(aq),Cu(NH3)2+可以吸收CO，所以CO比N2活泼,2018/9/23,刘晓瑭,22,附：温室效应(Greenhouse Effect),经过对世界13个地区进行的考察发现，在200年至2000年间，北半球气温在异常情况下低于正常气温00.4，直到20世纪最后10年才突然攀升，变为高于正常气温0.8。这表明，在北半球， 20世纪最后10年是过去2000年来最热的时期，南半球的情况也基本相似。,2018/9/23,刘晓瑭,23,“温室效应”，是由包括 CO2 分子在内的某些多原子分子（其他如N2O，CH4，氯氟烃）在大气中含量的上升造成的.在过去, 大气中CO2 浓度大体保持着平衡，随着工业化的进程， CO2 增加的速度大于渗入海洋深处与Ca2+结合成 CaCO3 沉淀的速度. 太阳的可见光和紫外光穿过大气层射至地球表面，在地球表面产生的红外辐射却被这类多原子分子吸收而无法迅速逸散到外层空间去，使到地球变暖. 但是，要确定地球是否变暖并非易事，长期和短期的气候变化可能掩盖了温室效应产生的结果. 另外，现在的问题是地球是否在变暖？,减小环境污染！,给太阳降温?,
