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第六单元　碳和碳的氧化物
【知识清单】
考点1 碳单质(5年4考)
一、碳单质的物理性质及用途
　　1.金刚石和石墨(均由 构成)
物质 金刚石 石墨
外观 无色透明 灰黑色,具有金属光泽,细鳞片状的固体
质地 自然界中 的物质 的矿物之一
用途 制钻石、刻画玻璃、作钻探机的钻头 制铅笔芯、作干电池的电极、作电车的电刷、作润滑剂
金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是 。
2.C60:由 个碳原子构成一个分子,形似足球,结构稳定,?泛应用于超导、催化、材料、医学及生物学等领域。
3.木炭、活性炭(主要成分是碳单质): 的结构,具有较强的 (物理性质),可用于吸附色素、异味等。
“碳”和“炭”的区别
碳:是指碳元素,是核电荷数为6的一类原子的总称。在表明碳元素、碳单质和含碳化合物时用“碳”,如碳元素、碳单质、二氧化碳等。“碳”只用作化学用语,在表示元素和含碳的化合物时使用。
炭:是指具体的物质。如炭黑、木炭、活性炭等,它们都是由碳元素组成的单质。
二、碳单质的化学性质及用途
碳单质的物理性质各异,而各种碳单质的 却完全相同。
化学性质 涉及的化学方程式 用途
稳定性 — 用墨汁书写的字画能保存长时间且不褪色
可燃性 (充分燃烧) (不充分燃烧) 作燃料
还原性 C+2CuO 3C+2Fe2O3 CO2+ 2CO 冶炼金属
【答案】一、
1.原子　最硬　最软　碳原子的排列方式不同
2.60
3.疏松多孔　吸附性
二、
化学性质　C+O2CO2　2C+O22CO　2Cu+CO2↑　4Fe+3CO2↑　C
知识拓展：
　　还原剂:得到氧元素,发生氧化反应,具有还原性。
氧化剂:失去氧元素,发生还原反应,具有氧化性。
应用:在反应2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑中,C作还原剂,Fe2O3作氧化剂。
考点2 二氧化碳和一氧化碳(5年5考)
　　1.二氧化碳的性质及用途
(1)物理性质: 色、无味的气体, 溶于水,密度比空气 ,固态二氧化碳俗称 ,可用作制冷剂。
(2)化学性质:
化学性质 涉及的化学方程式 注意事项或用途
不能燃烧,也不支持燃烧 灭火
不能供给呼吸 在人群密集的地方,要注意通风换气,进入久未开启的地窖前,应做
与水反应 生成的能使紫色石蕊溶液变红,碳酸不稳定,很容易分解,化学方程式为
与可溶性碱反应 检验二氧化碳, 吸收或除去二氧化碳
　　(3)用途
①绿色植物 的原料(作气体肥料);②作灭火剂;③干冰用作制冷剂,可用于 ;④化工产品的原料等。
(4)对生活和环境的影响
低碳生活:较低的 的排放,即一种节能、无污染的生活方式。
特别提醒：大气中二氧化碳含量上升会加剧“温室效应”,使全球气候变暖,但二氧化碳不是空气污染物。
　　2.一氧化碳的性质及用途
(1)物理性质:无色、无味的气体, 溶于水,密度比空气略 。
(2)化学性质:
化学性质 涉及的化学方程式 用途
可燃性 作气体燃料
还原性 与CuO反应: 与Fe2O3反应:
毒性 CO易与血液中的血红蛋白结合,使之失去携氧能力,造成人体缺氧,严重时会危及生命
【答案】1.(1)无　能　大　干冰
(2)灯火试验　CO2+H2OH2CO3　H2CO3H2O+CO2↑　CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O　CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
(3)进行光合作用　人工降雨
(4)化石燃料　CO2
2.(1)难　小
(2)2CO+O22CO2　CO+CuOCu+CO2　3CO+Fe2O32Fe+3CO2　冶炼金属
【补充】
1.写出CO与CO2的化学性质不同的原因: 。
2.CO与CO2在一定条件下可以相互转化:COCO2。
3.互为杂质时的除杂方法(括号内为杂质)
CO2(CO):通过足量灼热的 。
CO(CO2):通过足量 溶液后再通过浓硫酸或通过足量灼热的炭粉。
【答案】1.分子构成不同　3.氧化铜　氢氧化钠
【核心突破】
重难点一、CO、CO2、H2O、H2的检验和除杂
　　例题1 下列实验操作能达到实验目的的是 ( )
A.鉴别CO和CO2:分别将气体通入紫色石蕊溶液
B.鉴别CO和H2:分别点燃,观察火焰的颜色
C.除去CO2中混有的CO:在氧气中点燃
D.除去CO中混有的少量H2O和CO2,先通过足量的浓硫酸,再通过足量的氢氧化钠溶液
【答案】A
思维破冰　可利用CO2与水反应生成的碳酸使紫色石蕊溶液变红,来鉴别CO2;CO和H2燃烧都发出淡蓝色火焰;CO2中混有CO,二氧化碳多,一氧化碳少,无法点燃;先通过足量的浓硫酸,浓硫酸具有吸水性,可以吸收水,再通过足量的氢氧化钠溶液,可吸收二氧化碳,但氢氧化钠溶液中有水,所以最终得到的气体依旧有水。
变式训练
变题型 已知无水硫酸铜粉末遇水会变蓝,浓硫酸具有吸水性。某无色气体中可能含有H2、CO、CO2、H2O中的一种或几种。为确定该气体的成分,现将气体依次通过如下装置:
【实验现象与结论】
(1)装置A可证明气体中存在H2O,现象是 。
(2)能证明气体中存在CO2的现象是 ,发生反应的化学方程式为　 。
(3)装置E中的黑色固体变为红色,证明气体中可能含有 中的一种或两种。装置G中的澄清石灰水变浑浊,证明气体中含有 。
【实验反思】
(4)装置C的作用是 　。
【答案】(1)无水硫酸铜变蓝
(2)装置B中澄清石灰水变浑浊　CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O　(3)CO、H2　CO　(4)除去混合气体中的二氧化碳
【解析】(1)装置A中无水硫酸铜变蓝,说明气体中存在H2O。
(2)二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,能证明气体中存在CO2的现象是装置B中澄清石灰水变浑浊,即二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水。
(3)一氧化碳、氢气都能与氧化铜在加热的条件下生成铜,装置E中的黑色固体变为红色,证明气体中可能含有CO、H2中的一种或两种;装置G中的澄清石灰水变浑浊,说明装置F中发生的反应中有二氧化碳气体生成,即可得出原混合气体中含有一氧化碳。
(4)氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水,装置C的作用是除去原混合气体中的二氧化碳。
方法归纳
物质的鉴别和除杂
1.鉴别
物质 鉴别方法 现象及结论
CO 和 CO2 通入澄清石灰水 无明显现象的是CO,澄清石灰水变浑浊的是CO2
通入紫色石蕊溶液 无明显现象的是CO,紫色石蕊溶液变红的是CO2
通过灼热的氧化铜 有红色固体生成的是CO,无明显现象的是CO2
点燃 能燃烧的是CO,不能燃烧的是CO2
CO和 H2 依次通过灼热的氧化铜和澄清石灰水 均有红色固体生成,其中澄清石灰水变浑浊的是CO,不变浑浊的是H2
　　2.除杂
物质(括号内为杂质) 除杂方法
CO2(CO) 通过足量灼热的CuO
CO(CO2) 通入足量NaOH溶液
通过灼热的炭层
CO(CO2、H2O) 先除去CO2再除去H2O,即先通过足量的氢氧化钠溶液,再通过足量的浓硫酸
　　注意:若要检验出混合气体中CO2和H2O,则先检验H2O,再检验CO2,否则无法判断是原混合气体中的H2O,还是澄清石灰水中的H2O。
重难点二、多功能瓶的使用
　　例题2 在医院、实验室经常使用的多功能瓶如图所示,下列叙述错误的是 ( )
A.瓶内盛放半瓶水,病人吸氧时,a管连接氧气钢瓶
B.瓶内盛有适量的浓硫酸(具有吸水性)用于干燥氧气时,a是进气管
C.瓶内充满空气时,如果收集二氧化碳,b是进气管
D.瓶内盛满水时,如果收集氧气,b是进气管
【答案】C
思维破冰　A.瓶内盛放半瓶水,病人吸氧时,a管连接氧气钢瓶,可以观测输入氧气的速率,且可以润湿氧气,正确;B.瓶内盛有适量的浓硫酸(具有吸水性)用于干燥氧气时,a是进气管,可以充分接触,正确;C.瓶内充满空气时,如果收集二氧化碳,二氧化碳的密度比空气大,a是进气管,错误;D.瓶内盛满水时,如果收集氧气,氧气的密度比水小,b是进气管,正确。
变式训练
利用如图所示装置采用排空法收集二氧化碳,二氧化碳应从 (选填“a”或“b”)端进入;验满时应把燃着的木条放到 (选填“a”或“b”)端;若要除去一氧化碳气体中混有的二氧化碳气体,试剂瓶中装入的药品是 ,且混合气体应从 (选填“a”或“b”)端进入。
【答案】a 　b　氢氧化钠溶液　a
【解析】由于二氧化碳密度比空气大,收集时应长进短出;验满时应把燃着的木条放到b端;除去二氧化碳气体要用氢氧化钠溶液,且混合气体要长进短出。
方法归纳　短进长出　长进短出　短进长出　短进长出　长进短出　长进短出
方法归纳
多功能瓶的使用
装置 功能 气体进出方向
排水法收集气体
气体密度比空气大
气体密度比空气小
气体密度比空气大
气体密度比空气小
观察气体流速、检验、干燥、除杂
【实验探究】
必做实验3　二氧化碳的实验室制取
【实验目的】学习组装石灰石(或大理石)与稀盐酸反应制取二氧化碳的实验装置,并能制取和收集二氧化碳。
实验 用品 实验仪器 烧杯、集气瓶、锥形瓶、导管、胶皮管、双孔橡胶塞、长颈漏斗、镊子等
实验药品 大理石(或石灰石)、稀盐酸、澄清石灰水
反应原理
发生 装置 装置 选择依据:反应物的状态和反应条件
A　　B　　C　　D
类型 固液不加热型
装置优点 A 装置简单 注意事项 加入药品不能太多,防止
B 长颈漏斗末端要伸入液面以下,防止
C 分液漏斗末端不伸入液面以下
D 大理石或石灰石放在
收集 装置 装置 选择依据:气体的 、溶解性及能否与水反应
向上排空气法
注意事项 导管要伸到集气瓶底部,目的是
实验步骤 以装置B制取二氧化碳为例: 1.查:连接好装置后,先检查 ; 2.装:在锥形瓶中加入少量大理石(或石灰石),再从长颈漏斗中注入稀盐酸(先固后液); 3.收:用集气瓶收集产生的二氧化碳气体; 4.检:用燃着的木条检验二氧化碳是否收集满
注意事项:1.不能使用浓盐酸,因为浓盐酸具有 ,会挥发出氯化氢气体,使收集的气体不纯;2.不能使用稀硫酸,因为稀硫酸与碳酸钙反应生成微溶性的硫酸钙,覆盖在大理石(或石灰石)表面,阻止反应进行;3.不能用碳酸钠(或碳酸钾)粉末代替大理石(或石灰石),因为碳酸钠(或碳酸钾)是粉末状固体,与稀盐酸接触面积大,反应剧烈,不利于控制反应速率及气体的收集
检验 将产生的气体通入 中,若观察到 ,则证明该气体是二氧化碳
验满 将燃着的木条放到 ,若木条熄灭,则证明已收集满
【实验分析与评价】
(1)在实验中发现二氧化碳未收集满,可能的原因是 ,解决方法是 。
(2)检验二氧化碳时,澄清石灰水始终未变浑浊,可能的原因是 。
【实验拓展】
一、装置的创新
图1: ;同学们在实验室用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳,并对制取装置进行了改进(如图所示),该装置具有的优点是图2: 。
　　二、多功能瓶的使用
1.排空气法收集二氧化碳
　　用图1装置收集二氧化碳,气体应从导管 (选填“a”或“b”)端通入;若利用图2装置收集,二氧化碳应从 (选填“c”或“d”)端通入。
2.二氧化碳的验满
用图1装置收集二氧化碳,检验气体已经收集满的方法是 。若利用图2装置收集,检验气体已经收集满的方法是 。
3.二氧化碳的除杂、干燥
制取的二氧化碳中往往含有水分和氯化氢气体。
①除杂:先用 除去HCl气体;
②干燥:再通过盛有 的装置进行干燥,不能用碱性干燥剂。
三、易错警示
检验二氧化碳一定要用 ,不能用燃着的木条,因为能使燃着的木条熄灭的气体不一定是CO2,还有可能是N2、稀有气体等其他气体。
【参考答案】【实验目的】CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑　可以随时添加液体药品　可以控制反应速率　可控制反应的发生与停止　产生气体的速率太快,不便于收集　产生的气体从长颈漏斗末端逸出　多孔隔板上　密度　排尽集气瓶内的空气　装置的气密性　 挥发性　 澄清石灰水　 澄清石灰水变浑浊　集气瓶口
【实验分析与评价】(1)药品的量不足(合理即可)　继续加入药品(与上一空对应,合理即可)　(2)石灰水已变质(或盐酸浓度较大,或二氧化碳中混有氯化氢气体,合理即可)　【实验拓展】一、可以控制反应速率　可以控制反应的发生与停止　二、1.a　d　2.将燃着的木条放在导管b端,若木条熄灭,证明已经收集满　将燃着的木条放在导管c端,若木条熄灭,证明已经收集满　3.饱和碳酸氢钠溶液　浓硫酸　三、澄清石灰水
【真题精粹】
考向1 碳单质的性质及用途
1.(2022·江西节选)央视栏目《典籍里的中国》展现了中国智慧,其中有许多古今对比。
(1)记录——古代用墨书写的典籍保存至今而不变色,体现了碳在常温下的化学性质: 。
真题变式
碳单质的结构和性质
1.1　丰富多彩的物质世界里,含碳物质占有重要地位。
(1)金刚石和石墨均是由碳元素组成的单质,但两者物理性质差异较大,原因是 。
(2)活性炭有较强的吸附能力,是因为活性炭具有 的结构。
(3)石墨烯是一种革命性材料,它也是由碳元素组成的一种单质。如果它在氧气中燃烧不充分,易产生的气体是 (填化学式)。
(4)我国古代已经掌握用焦炭和铁矿石炼铁的反应,写出焦炭和氧化铁反应的化学方程式:　。
考向2 一氧化碳和二氧化碳的主要性质
2.(2018·江西)关于氧气和二氧化碳的说法正确的是 ( )
A.构成:都是由分子构成的,且都含有氧分子
B.性质:常温下均为气体,且都易溶于水
C.用途:氧气可用作燃料,二氧化碳可用作化工原料
D.转化:在自然界中氧气和二氧化碳可以相互转化
考向3 二氧化碳的实验室制取及性质
3.(2022·江西节选)根据下图装置回答有关问题:
图一
图二
(1)实验室制二氧化碳的化学方程式为 。图一中,与装置A相比,选用装置B制二氧化碳的优点是 。将产生的二氧化碳通入图二装置,观察到试纸Ⅰ不变色而试纸Ⅱ变红,饱和澄清石灰水变浑浊,根据玻璃管中的现象可知二氧化碳的化学性质是 ;若试管中导管口有连续、均匀的气泡冒出,但饱和澄清石灰水未变浑浊,其原因是 。
4.(2021·江西节选)根据下图回答有关问题:
(1)实验室制取并收集二氧化碳需在上图中选用A、C、G与 (填字母)组合;检验二氧化碳是否集满的方法是 。
(2)将二氧化碳通入氢氧化钠溶液中无明显现象,为探究二氧化碳是否与氢氧化钠发生了反应,思成同学利用图甲所示装置测定二氧化碳浓度变化,采集数据绘制成曲线(如图乙)。据图乙分析,能说明二氧化碳与氢氧化钠发生反应的时间段是 。ab段二氧化碳浓度不变的原因是 。
5.(2020·江西节选)下图中E是小组同学组装的实验室制二氧化碳气体的发生装置,该装置的优点是 ;为了解装置具有该优点的原因,他们在装置E中连接压强传感器(如图F),从而测定实验中试管内气体压强变化的情况(如图G)。下列说法正确的是 (填序号,双选)。
Ⅰ.ab段试管中液面逐渐上升
Ⅱ.bc段石灰石与稀盐酸脱离接触
Ⅲ.c点的对应操作是打开弹簧夹
6.(2019·江西节选)根据下列实验装置改进,请回答有关问题:
实验一:
①仪器a的名称是 ;制取二氧化碳的化学方程式为　 　 。
②改进装置的优点是 。
【参考答案】1.(1)稳定性(或不活泼)
【解析】古代用墨书写的典籍保存至今而不变色,体现了碳在常温下的化学性质稳定。
真题变式
1.1　(1)碳原子排列方式不同　(2)疏松多孔　(3)CO
(4)3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
【解析】(1)金刚石和石墨均是由碳元素组成的单质,由于碳原子排列方式不同,两者物理性质差异较大。
(2)活性炭具有疏松多孔的结构,故有较强的吸附能力。
(3)石墨烯是由碳元素组成的一种单质。它在氧气中燃烧充分时生成二氧化碳,燃烧不充分时生成一氧化碳,其化学式为CO。
(4)焦炭和氧化铁高温下生成铁和二氧化碳。
2.D
3.(1)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑　可以控制反应速率　二氧化碳能与水反应生成碳酸　盐酸有挥发性,生成的二氧化碳中混有氯化氢气体
【解析】实验室用石灰石或大理石与稀盐酸反应制取二氧化碳;装置B使用分液漏斗,可以通过分液漏斗控制液体滴加的速率,来控制反应速率;将产生的二氧化碳通入图二装置中,观察到试纸Ⅰ不变色而试纸Ⅱ变红,说明二氧化碳能与水反应生成碳酸;试管中导管口有连续、均匀的气泡冒出,但饱和澄清石灰水未变浑浊,其原因是盐酸有挥发性,生成的二氧化碳中混有氯化氢气体,氯化氢气体溶于水形成盐酸,盐酸与氢氧化钙反应。
4.(1)F　把燃着的木条放在集气瓶口,若木条熄灭,则说明气体已收集满
(2)t2~t3　水中二氧化碳已经达到饱和
【解析】(1)实验室制取二氧化碳的反应为固液不加热型反应,发生装置选锥形瓶(A)用于盛放药品、长颈漏斗(G)用于添加盐酸;二氧化碳密度大于空气,收集装置选择向上排空气法装置,需要使用集气瓶(C)和双孔橡胶塞(F)用于导出气体;二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧,检验二氧化碳是否集满的方法是把燃着的木条放在集气瓶口,若木条熄灭,则说明气体已收集满。
(2)氢氧化钠和二氧化碳反应生成碳酸钠和水,二氧化碳能溶于水并和水反应;图乙中t2~t3段二氧化碳浓度明显减小至零,说明二氧化碳和氢氧化钠发生了反应;ab段二氧化碳浓度不变的原因是水中二氧化碳已经达到饱和。
5.能控制反应的发生和停止　Ⅱ、Ⅲ
6.①长颈漏斗　CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
②可以控制反应速率(节省药品,或控制反应的发生和停止,或方便及时排出废液等)
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