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（2）碳和碳的氧化物（知识精炼）
【重难知识点讲解】
一、碳单质的性质和用途
1、碳单质的物理性质与用途
（1）金刚石
①性质：天然存在的最硬的物质。
②用途：切割大理石、裁玻璃，加工坚硬的金属，作钻探机的钻头等。
（2）石墨
①性质：深灰色，有金属光泽；质软，有滑腻感；具有优良的导电性和导热性，熔点高。
②用途：制铅笔芯、石墨电极、润滑剂等。
（3）C60
①用途：广泛用于超导、催化、能源及生物医等方面。
（4）金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，物质性质有很大的差异的原因——碳原子的排列方式不同。
[拓展延伸]：
不同的元素可以组成不同的单质，同种元素也可以组成不同的单质。如金刚石、石墨都是由碳元素组成的碳单质。
金刚石、石墨均是由碳原子直接构成，C60是由C60分子构成的。
2、无定型碳
（1）木炭：具有疏松多孔的结构，因此具有吸附能力，可用于吸附色素和异味。
（2）活性炭：吸附作用比木炭更强，常用于水的净化、防毒面具、制糖工业等。
（3）焦炭：常用来冶炼金属，作还原剂。
（4）炭黑：常用来制墨、油漆、橡胶工业的填充剂等。
碳单质的化学性质
（1）常温下碳的化学性质稳定
应用：档案资料用碳素笔书写、千年古画历经千年而不褪色等。
（2）碳与氧气的反应
①充分燃烧(氧气充足时)：；②不充分燃烧(氧气不足时)：
③现象：充分燃烧时，发出红光或白光，生成使澄清石灰水变浑浊的气体.
④应用：作燃料。
（3）碳与某些氧化物的反应
在加热或高温条件下碳能夺取氧化物中的氧。随着温度的升高，碳的活动性增强，表现出还原性。
①木炭还原氧化铜
实验原理：
实验现象：固体由黑色变成红色，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。
实验注意事项：
a: 试管口要略向下倾斜——防止水蒸气冷凝倒流到试管底部，炸裂试管；
b: 酒精灯加网罩——集中火焰、提高温度；
c: 实验结束时先撤导管，再熄灭酒精灯——防止澄清石灰水倒吸炸裂试管；
d: 在加药品时木炭粉要稍稍过量——使氧化铜充分反应。
②焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。
③在高温条件下，碳和二氧化碳反应生成一氧化碳：
[拓展延伸]：
1、含氧化合物中的氧被夺去的反应叫作还原反应，如木炭还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铁等，木炭、氢气和一氧化碳均具有还原性。
二、 二氧化碳的实验室制取
1、实验室制二氧化碳
（1）药品：石灰石（或大理石）、稀盐酸
①不能用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发，使制得的二氧化碳不纯。
②不能用硫酸，硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙，硫酸钙微溶于水，附着在大理石或石灰石的表面，阻碍反应继续进行。
③一般不用粉末状碳酸钙或碳酸钠晶体，反应速率较快，不便于收集气体。
（2）原理：
（3）装置
选取发生装置时应考虑的因素为：反应物的状态和反应条件，即实验室制取二氧化碳的装置类型为固液常温型。
选取收集装置应考虑的因素为：生成气体的密度及溶解性。由于二氧化碳的密度大且易溶于水，则选用向上排空气法。
实验步骤：查、装、定、加、收、验。
检验及验满的方法
检验方法：将生成的无色、无味的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明是CO2。
验满方法：将燃着的木条靠近集气瓶口，若木条熄灭则证明已集满，否则未集满。
2、二氧化碳的工业制法
高温煅烧石灰石：
[拓展延伸]：
带长颈漏斗的装置气密性检验方法：用弹簧夹夹住橡胶管部分，向长颈漏斗中加水，使其下端浸在水中，继续加水使长颈漏斗中形成一段水柱，产生高度差，在一段时间内水柱不回落，说明气密性良好。
带注射器的装置气密性检验方法：拉动注射器的活塞时，锥形瓶内的压强增大，若气密性良好则可以看到长颈漏斗的下端管口会产生气泡；当推动注射器的活塞时，锥形瓶内的压强增大，若气密性良好则会把水压入长颈漏斗中，形成一段稳定的水柱。
实验试剂的选择要求：反应物安全易得；反应条件要求不高，操作简便安全；反应速率适中；生成气体不混入其他气体，便于收集。
三、 二氧化碳的性质及用途
1、物理性质：
（1）常温是无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水。
（2）二氧化碳的溶解性验证实验：
①现象及分析：软塑料瓶变瘪。（部分二氧化碳溶于水中，使瓶内气体压强变小，大气压使塑料瓶变瘪。）
②结论：CO2能溶于水
2、化学性质
（1）一般情况下，不燃烧，也不支持燃烧；
①现象：蜡烛自下而上依次熄灭。
②结论：二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，且密度大于空气。
（2）不能供给呼吸，当空气中二氧化碳超过正常的含量时，对人的健康产生影响。
（3）二氧化碳与水反应
①验证实验：
②现象及分析：
(Ⅱ) (Ⅲ) (Ⅳ)
现象 小花不变红 小花不变红 小花变红
分析 水不能使石蕊变色，水不显酸性 二氧化碳不能使石蕊变色，二氧化碳不显酸性 二氧化碳与水反应生成酸性物质
③结论：CO2与H2O发生化合反应，生成H2CO3，反应方程式为：，
碳酸能使紫色石蕊试纸变成红色；碳酸不稳定，容易分解成二氧化碳和水，反应方程式为：。
（4）CO2能使澄清水变浑浊。可用于检验二氧化碳，反应方程式为：。
3、用途：
光合作用的原料；用于灭火；作化工产品原料。干冰作制冷剂，广泛用于食品的冷藏保鲜和运输、医疗上血液制品和疫苗的储存和运输等方面。
四、 碳循环及温室效应
二氧化碳对人体健康的影响
二氧化碳本身没有毒性，但二氧化碳不能供给呼吸。在进入久未开启的菜窖、干涸的深井和深洞底部之前，必须先做灯火试验。
2、自然界中二氧化碳的循环
3、温室效应
（1）产生温室效应的气体：二氧化碳、臭氧、甲烷、一氧化二氮、氟氯代烷等。
（2）加剧的危害：全球气候变暖，使两极冰川融化，海平面升高，淹没部分沿海城市等。
（3）防治措施：
①世界各国应制定旨在限制二氧化碳排放的政府和国际规定，并严格执行；
②采取措施控制二氧化碳的排放量；
③提倡“低碳生活”；
④我国明确提出了减排目标：二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
五、一氧化碳的性质与用途
1、物理性质：无色无臭的气体，难溶于水，密度比空气略小。
2、化学性质：
（1）可燃性：一氧化碳燃烧产生蓝色火焰，并放出热量。反应方程式为：。
（2）毒性：CO极易与人体血液中的血红蛋白结合，造成人体缺氧。
（3）还原性——CO还原氧化铜：，可用于冶金工业。
[拓展延伸]：
1、CO与 CO2性质及用途的比较
二氧化碳 一氧化碳
物理性质 色、味、态 无色、无味的气体 无色、无味的气体
密度 密度比空气大 密度比空气略小
溶解性 能溶于水 难溶于水
化学性质 可燃性 一般情况下，不能燃烧，不支持燃烧 具有可燃性 2CO+O22CO2
还原性 不具有还原性，而具有氧化性 具有还原性 CO+CuOCu+CO2
与水反应 二氧化碳与水反应：H2O+CO2=H2CO3 碳酸不稳定而易分解：H2CO3=H2O+CO2↑ 不与水反应
与澄清石灰水反应 二氧化碳与澄清石灰水的反应 （实验室检验CO2）Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 不与澄清石灰水 反应
与NaOH 反应 实验室常用来吸收或除去CO2：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 不与NaOH反应
毒性 无毒，但不能供给呼吸 有毒
用途 灭火，工业原料，干冰可作制冷剂，温室里的气体肥料 作燃料、冶炼金属
2、CO与CO2的鉴别、分离及除杂方法
（1）鉴别方法
操作方法 实验现象
CO2 CO
①分别通入澄清的石灰水中 变浑浊 无现象
②分别通入紫色石蕊溶液中 溶液变红 无现象
③分别通过灼热的氧化铜 无现象 黑色粉末变为红色
④点燃 不燃烧 可燃
⑤用质地较软的塑料瓶分别装满两种气体，再分别加入1/ 4体积的水，盖紧瓶盖后振荡 软塑料瓶变瘪 无变化
（2）除杂方法
物质（括号内为杂质） 除杂方法 化学方程式
CO2（CO） 通过足量灼热的CuO CO+CuOCu+CO2
CO（CO2） 通入足量的NaOH溶液中 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
通过足量灼热的炭层 CO2+C2CO
（3）分离方法
利用CO和CO2化学性质的不同，分离CO和CO2时，应将混合气体通过NaOH溶液，NaOH与 CO2反应生成Na2CO3，先分离出CO；然后再向溶液中滴加稀H2SO4，得到CO2。

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