碳元素在化学学习中的关键性分析

甘 煌

   本文集笔者学习高中化学之经验，对碳元素之于高中无机化学、物质结构、有机化学的关键性予以了分析，结合教材对其观点予以了阐释。

   从初中化学一直到整个高中化学，碳元素从来就没有与我们疏远过，教材很多知识点都由碳元素相关知识而引出，笔者对其进行了总结，茲以本文与众同学分享。    一、碳元素之于高中无机化学的关键性分析（一）高中无机化学中单质碳的有关知识点的关键性

高中教材无机化学部分介绍了三类单质碳，分别是为原子晶体的金刚石，为混合晶体的石墨，为分子晶体的C60个C70，点明这三类单质碳互为同素异形体，并介绍了这三类单质碳的性质特点，阐明了金刚石和石墨的常见用途。也就是说，高中化学以单质碳为导线，引出了“同素异形体”这一重要的概念，说明了由同一元素组成的单质物理性质可以完全不同。

此外，高中化学还出现了了几个与碳单质有关的化学方程式，包括碳在氧气充足时的燃烧C+O2CO2；碳在氧气不足时的燃烧2C+O2（不足）2CO；用碳提炼单质铜C+2CuO2Cu+CO2↑；以及用碳来生产水煤气C+H2OCO↑+H2↑。在四个方程式都是高中化学的重中之重，经常作为理综考试的考查对象，并在很多实验题当中都有巧用。

（二）高中无机化学中二氧化碳的有关知识点的关键性

二氧化碳从初中开始就为我们所接触，作为碳元素的有关知识，在高中化学中的地位超过了碳单质。首先是其物理性质，无色且无味道，重于空气，微溶于水，其固体称作干冰。在初中教材中，升华的概念就是由二氧化碳的固体干冰引导出来的，其关键性可见一斑。

其次是其化学性质，高中教材有两个非常之重要的方程，都与二氧化碳之氧化性有关，即C+CO22CO和CO2+2Mg2MgO+C。这两个化学方程式是中学化学中最早出现的燃烧产物还可以燃烧的例子，对中学生认识燃烧的本质起着非常关键的作用。教材以二氧化碳与水的反应CO2+H2OH2CO3HCO3-+H+，引出了可逆反应的重要概念，指出了气体还有酸性、中性、碱性之分，还以此带出了HCO3-这种既能与酸反应又能与碱反应的酸根，为后面的酸式盐和动态平衡等很多概念的引出埋下了伏笔。借助CO2气体显酸性的特点，教材给出了其与Ca(OH)2溶液反应的方程式CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H20，化学方程式沉淀符号的书写要写就是从这个方程式引出的，可见碳元素下属的二氧化碳相关知识在中学化学中起着无比关键的作用。

二氧化碳的关键作用还不仅体现在了以上的两个部分。二氧化碳的工业制法CaCO3CaO+CO2↑和实验室制法CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑，高中化学的无机推断经常都会牵涉到这两各方程，而且二氧化碳的实验室制法方程还是中学阶段的第一个由固体和液体反应生成气体的例子，教材以此普及了很多实验用的仪器，其关键程度可想而知。二氧化碳在灭火、制碱、汽水、制冷及人工降雨等方面的应用也是一些化学常识判断的常考内容。

（三）高中无机化学中一氧化碳的有关知识点的关键性

一氧化碳也是我们从初中化学就接触到的气体，属于碳元素的有关内容，在中学化学中也是举足轻重。其无色亦无味，有毒且不溶于水，计算气体体积的重要方法“排水法”正是利用一氧化碳不溶于水的物理性质导出的，

而教材通过一氧化碳的化学性质也引出了很多知识。首先是其可燃性，以2CO+O22CO2介绍了除去一氧化碳的方法；其次是一氧化碳的还原性，教材以对一氧化碳还原性的介绍，介绍了工业炼铁的重要方法Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，除去实验时混合气体中一氧化碳的方法CuO+COCu+CO2，以及工业制取氢气的方法CO+H2OCO2+H2，特别是工业制取氢气的方程是比较高中阶段最常见的两种还原性气体二氧化碳和氢气还原性孰强孰弱的重要依据。最后是一氧化碳的毒性，教材通过对此项知识的介绍来阐发了控制污染的一系列可行措施。由此可见碳元素有关的一氧化碳知识内容在高中化学中是关键板块。

碳元素在高中无机化学中还牵涉到含碳化合物的相互转换及酸式盐的相关规律等内容，本文碍于篇幅不再一一介绍。

    二、碳元素之于高中化学物质结构和有机化学部分的关键性分析（一）高中化学物质结构部分碳元素有关知识点的关键性

高中化学的物质结构相关内容正是通过对碳原子正四面体的结构介绍而引出的，剖析碳原子连接碳原子的结构模型，通过对石墨平面网状空间结构和金刚石立体网状空间结构的诠释，让我们理解了为什么石墨和金刚石物理性质会存在如此之大的差异，而且带出一个至关重要的概念——“共价键”，由此才有了“极性共价键”和“非极性共价键”等等内容，为后面右面化学的学习埋下了伏笔。

（二）高中化学有机化学部分碳元素有关知识点的关键性

直接通过有机物的定义“含碳氢元素的化合物及其衍生物称作有机物（几个特殊化合物除外）”我们就已经知道碳元素在有机化学中的重要性了，有机物的分子式如何书写，有机物的名称怎么读等等都与碳原子的结构有关，可以说有机化学就是以碳元素为核心的化学，其碳元素的关键性不言而喻。

   三、结束语

碳元素犹如一条红线，贯穿整个中学化学之始终。本文的探讨甚为粗浅，若存在因笔者学识之不足抑或撰文资料之不完备导致之纰漏，还望诸君不吝斧正。

（作者单位：长沙麓山国际实验学校）