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碳和碳的氧化物
可能用到的相对原子质量：H1，C12，N14，O16，Cl35.5，K39，Ca40，Mn55，Fe56，Cu64。
一、碳的几种同素异形体（金刚石、石墨、C60）
1.金刚石(C)是自然界中最硬的物质，可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。
2.石墨(C)是最软的矿物之一，有优良的导电性，润滑性。可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的滑块等。
注意：金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：碳原子的排列不同。
3.无定形碳主要有：焦炭，木炭，活性炭，炭黑等。
活性炭、木炭具有强烈的吸附性；焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。
4.足球烯(C60)
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。
5.单质碳的化学性质：常温下，稳定性强。
（1）可燃性：
a.完全燃烧（氧气充足），反应为C+O2CO2。
b.不完全燃烧 （氧气不足），反应为2C+O22CO。
（2）C与CO2加热反应为C＋CO22CO。
（3）还原性：是指在冶炼金属中碳单质的化合价升高（填“升高”或“降低”）的性质。
C与金属氧化物加热反应生成金属单质和二氧化碳，如：
a.C与CuO 加热反应为C+2CuO2Cu+CO2↑。
b.C与Fe2O3加热反应为2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑，实验现象为红棕色粉末逐渐变成黑色。
（4）C与H2O高温反应制水煤气，反应为C+H2OH2+CO。
二、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)
1.CO2的物理性质：无色，无味的气体，密度比空气大，能溶于水，高压低温下可得固体—干冰。
2.CO2的化学性质：
（1）一般情况下不能燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸。
（2）与水反应生成碳酸：CO2+H2O=H2CO3，生成的碳酸能使紫色的石蕊试液变红。
注意：碳酸不稳定，易分解，反应为H2CO3=H2O+CO2↑。
（3）能使澄清的石灰水变浑浊：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O，本反应用于检验CO2。
类似地，CO2与NaOH溶液的反应为_____________________________________。
（4）与灼热的碳反应，反应为C+CO22CO， 该反应为吸热反应。
3.CO2的用途：灭火（既利用其物理性质，又利用其化学性质），干冰用于人工降雨、制冷剂，
合成温室肥料等。
4.CO2排放过多对环境的影响：引起温室效应。
5.CO的物理性质：无色，无味的气体，密度比空气略小，难溶于水，有毒，CO能与血液中的血红蛋白结合，使人体缺少氧气而中毒。
6.CO的化学性质：
（1）可燃性，反应为2CO+O22CO2。
注意：可燃性气体点燃前一定要检验纯度。
（2）还原性：是指在冶炼金属中碳元素的化合价升高（填“升高”或“降低”）的性质。
CO与金属氧化物加热反应生成金属单质和二氧化碳，如：
a.CO与CuO加热反应为CO+CuOCu+CO2。
b.CO与Fe2O3加热反应为Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。
总结：H2、CO、C具有相似的化学性质：①可燃性 ②还原性。
鉴别H2、CO、CH4可通过看燃烧产物（不可根据火焰颜色）。
7.除杂：
（1）CO中混有CO2的除杂方法是通入氢氧化钠溶液。
（2）CO2中混有CO的除杂方法是通过灼热的氧化铜。
（3）CaO中混有CaCO3的除杂方法是只能煅烧。
8.常见气体的鉴别：
（1）O2：将带火星的木条伸入集气瓶中，若复燃，则气体是氧气。
（2）CO2：将气体通入澄清的石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳。
（3）CO：将气体点燃，在火焰上方罩一只干冷的小烧杯，再翻转烧杯倒入澄清的石灰水，若有蓝色火焰，小烧杯上无液滴，澄清石灰水变浑浊。则气体是一氧化碳。
三、二氧化碳(CO2)的制取
1.实验原理：__________________________________（写化学方程式）。
2.发生装置：由反应物状态及反应条件决定。本实验属于“固液常温型”。
3.收集方法：气体的收集方法由气体的密度及溶解性决定。
4.本实验的注意事项：
（1）不能用H2SO4 与CaCO3反应的原因是：生成的CaSO4微溶于水，会覆盖在CaCO3表面，阻止反应进行。
（2）不能用HCl与Na2CO3反应的原因是：Na2CO3易溶于水，与盐酸反应速率快，不利于收集。
5.CO2的工业制法，是煅烧石灰石，反应为CaCO3CaO+CO2↑。
6.生石灰和水反应可得熟石灰，反应为CaO+H2O=Ca(OH)2，所以生石灰可以作干燥剂。
四、本章知识间的联系
（1）C→CO的反应有：2C＋O22CO，C＋CO22CO。
（2）C→CO2的反应有：C＋O2CO2，C＋2CuO2Cu＋CO2↑，
3C＋Fe2O33CO2↑＋2Fe。
（4）CO→CO2的反应有：2CO＋O22CO2，CO＋CuOCu＋CO2，
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
（5）CO2→H2CO3的反应有：CO2＋H2O=H2CO3。
（6）H2CO3→CO2的反应有：H2CO3=CO2↑＋H2O。
（7）CO2→CaCO3的反应有：CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O。
（8）CaCO3→CO2的反应有：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，CaCO3CO2↑＋CaO。
例1.（碳的单质）
1.两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2020年诺贝尔奖。石墨烯是由碳元素
组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是（　 　）
A.金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃
B.石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质
D.金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的
【答案】A
【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可以做钻头，切割玻璃大理石等，正确；
B、石墨有金属光泽，有导电性，但不是金属，选项错误；
C、活性炭具有吸附性，但不可以吸附所有物质，选项错误；
D、金刚石、石墨是由碳原子直接构成的，但足球烯（C60）是由碳分子构成的，选项错误；
例2.（CO2、CO的性质）
2.1.对比是学习化学的重要方法，下列关于二氧化碳和一氧化碳的比较，完全正确的是（ ）
A.组成：CO2、CO均由碳元素和氧元素组成
B.性质：CO2、CO都有可燃性
C.用途：CO2可用于灭火；CO可用于人工降雨
D.危害：CO2会导致酸雨；CO会引起中毒
【答案】A
【解析】A、一氧化碳和二氧化碳都是由碳元素和氧元素组成的，A正确；
B、二氧化碳不能燃烧，一氧化碳具有可燃性，B错误；
C、二氧化碳的固体干冰升华吸热，可用于人工降雨；一氧化碳可用作气体燃料、冶炼金属的还原剂等，但不能用于人工降雨，C错误；
D、二氧化碳会造成“温室效应”，导致酸雨的是二氧化硫，D错误；
2.2.CO、CO2和CaCO3的转化关系如图所示。下列说法错误的是（　 　）
A.①可通过物质的还原性实现
B.②可通过物质的可燃性实现
C.③可通过与澄清石灰水反应实现
D.④可通过分解反应实现
【答案】B
【解析】A．一氧化碳具有还原性，在加热的条件下，一氧化碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳，即①可通过物质的还原性实现，选项说法正确；
B．在高温的条件下，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，②并不是通过物质的可燃性实现，选项说法错误；
C．二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，即③可通过与澄清石灰水反应实现，选项说法正确；
D．在高温的条件下，碳酸钙分解为氧化钙和二氧化碳，即④可通过分解反应实现，选项说法正确。
故选：B。
例3.（CO2的制备）
3.实验室制备并收集二氧化碳。
①选用药品。按下表进行实验，取等质量的大理石加入足量酸中（杂质不与酸反应），产生二氧化碳体积随时间变化曲线如图所示：
实验编号 药品
Ⅰ 块状大理石、10%H2SO4溶液
Ⅱ 块状大理石、7%HCl溶液
Ⅲ 大理石粉末、7%HCl溶液
图中丙对应实验_________（选填“I”，“Ⅱ”或“Ⅲ”）。确定用乙对应的药品制备并收集二氧化碳，相应的化学方程式是________________________；不用甲对应的药品，理由是_____________。
②搭建装置。组装简易启普发生器，应选用___________（选填编号）。
③收集二氧化碳。用如图装置收集时，空气从　 　（选填“x”或“y”）端排出。
④检验二氧化碳。写出检验时反应的化学方程式　 　。
解：
①Ⅰ；CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑；反应速率过快，不利于收集；
②bcfg；
③x；
④Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O。
【解析】①根据大理石和稀硫酸反应生成硫酸钙微溶于水，覆盖在大理石表面阻止了反应的进一步发生，图中丙对应实验Ⅰ；大理石和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，化学方程式为：CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑；甲的反应速率远远超过乙，说明甲是大理石粉末与稀盐酸的反应。不选择甲是因为反应速率过快，不利于收集；
②启普发生器的特点是：可以控制反应的开始和结束。组装简易启普发生器，应选用b c f g；
③因为二氧化碳的密度经空气大，可用向上排空气法收集，用如图装置收集时，二氧化碳应该长进短出，所以二氧化碳从y端进入，空气从x端排出；
④二氧化碳和澄清石灰水反应生成碳酸钙和水，化学方程式为：Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O。
变式训练：
1.C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界（见如图），下列说法正确的是（　　）
A.足球由C60构成
B.C60这种物质由碳原子直接构成
C.C60是一种新型化合物
D.一个C60分子中含有60个碳原子
【答案】D
【解析】A、C60的分子结构与足球相似，但足球不是由C60构成，错误；
B、C60是由60个碳原子构成的碳分子，所以由分子构成，错误；
C、C60是由碳元素组成的单质，错误；
D、一个C60分子中含有60个碳原子，正确。
故选：D。
2.石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体
（如图），图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强
的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正
确的是（　　）
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成
B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用
D.从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化
【答案】D
【解析】A、石墨烯和金刚石都由碳元素组成，故A说法正确；
B、由题意可知，石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯的导电性比银强，故B说法正确；
C、由石墨烯的结构可知，石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用，故C说法正确。
D、石墨与石墨烯是不同种物质，因此从石墨中剥离出石墨烯属于化学变化，故说法不正确。
3.2020年世界环境日中国宣传主题是“美丽中国，我是行动者”。下列做法与这一主题不相符的是（ ）
A.垃圾分类投放 B.野炊明火烧烤
C.控制汽车鸣笛 D.坚持绿色出行
【答案】B
【解析】A、垃圾分类投放，可以实现资源的有效利用，减少污染，保护环境，不符合题意；
B、野炊明火烧烤，会增加污染物的排放，造成空气污染，符合题意；
C、控制汽车鸣笛，可以减少噪音污染，不符合题意；
D、坚持绿色出行，可以减少化石燃料的使用，减少污染物的排放，保护环境，不符合题意。
4.氧循环和碳循环是自然界中的重要循环（如图）。分析两种循环，其中不正确的是（　　）
A.碳循环和氧循环过程中均发生了化学反应
B.氧气只有通过燃烧才能参与碳循环
C.通过减少化石燃料的使用和大力植树造林以控制二氧化碳的排放量
D.碳循环和氧循环有利于维持自然界中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
【答案】B
【解析】A．碳循环和氧循环过程中都有新物质生成，均发生了化学反应，选项说法正确；
B．氧气通过燃烧、呼吸作用参与碳循环，选项说法错误；
C．化石燃料燃烧会产生大量的二氧化碳，树木可以通过光合作用吸收二氧化碳，所以通过减少化石燃料的使用和大力植树造林以控制二氧化碳的排放量，选项说法正确；
D．由图示可知，碳循环和氧循环有利于维持自然界中氧气和二氧化碳含量的相对稳定，选项说法正确。
故选：B。
5.（2021扬州）自然界碳循环如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.向空气中排放CO2会形成酸雨 B.无机物和有机物不可相互转化
C.植树造林有利于吸收CO2 D.煤、石油和天然气是可再生能源
【答案】C
6.（2021安徽）某小组利用如图装置进行创新实验。实验时，先加热炭粉，一段时间后将酒精灯移至CuO处加热。下列说法错误的是（ ）
A.酒精灯加网罩是为了提高火焰温度 B.气球可以收集尾气，防止污染空气
C.反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体 D.装置中发生反应：C＋2CuO2Cu＋CO2↑
【答案】D
7.下列有关碳和碳的氧化物的说法正确的是（　　）
A.干冰可用于人工降雨 B.金刚石和石墨都可用作电极
C.在常温下，碳的化学性质活泼 D.CO和CO2都具有还原性
【答案】A
【解析】A、干冰升华吸热，可用于人工降雨，说法正确；
B、石墨可用作电极，但金刚石不能用作电极，说法错误；
C、在常温下，碳的化学性质稳定，说法错误；
D、CO具有还原性，而CO2没有还原性，说法错误；
故选：A。
8.盛石灰水的试剂瓶存放久了，内壁常附有一层白膜，除去这层白膜最合适的试剂是（　　）
A.蒸馏水 B.稀盐酸
C.硫酸铜溶液 D.氢氧化钠溶液
【答案】B
【解析】盛石灰水的试剂瓶存放久了，内壁常附有一层白膜，氢氧化钙能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀，白膜的主要成分是碳酸钙。
A、白膜的主要成分是碳酸钙，碳酸钙难溶于水，用蒸馏水不能除去这层白膜，故选项错误。
B、白膜的主要成分是碳酸钙，碳酸钙能与稀盐酸反应生成易溶于水的氯化钙，可除去这层白膜，故选项正确。
C、白膜的主要成分是碳酸钙，碳酸钙难溶于水，不能与硫酸铜溶液反应，故选项错误。
D、白膜的主要成分是碳酸钙，碳酸钙难溶于水，不能与氢氧化钠溶液反应，故选项错误。
故选B。
9.小润通过实验室制取和收集二氧化碳的方法获得了一瓶二氧化碳气体。接着利用这瓶二氧化碳
气体完成了图示实验，观察到蜡烛火焰自下而上依次熄灭。下列说法错误的是（　　）
A.实验室制取二氧化碳的药品为块状大理石和稀硫酸
B.实验室可采用向上排空气法收集二氧化碳
C.图示实验可说明二氧化碳密度比空气大
D.图示实验可说明二氧化碳不支持蜡烛的燃烧
【答案】A
【解析】A、实验室常采用稀盐酸与大理石制取二氧化碳，稀硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙和水，硫酸钙为微溶物，覆盖在块状大理石表面不利于反应进行，A错误；
B、二氧化碳密度比空气大，所以采用向上排空法收集，B正确；
C、蜡烛自下而上熄灭说明二氧化碳先在底部聚集而后向上聚集，说明二氧化碳密度比空气大，C正确；
D、蜡烛熄灭，证明二氧化碳不支持燃烧，D正确。
10.鉴别二氧化碳的正确方法是（　　）
A.将气体通入紫色的石蕊溶液中，若溶液变红，证明是二氧化碳
B.将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，证明是二氧化碳
C.将燃着的木条伸入集气瓶中，若火焰熄灭，证明是二氧化碳
D.吸入该气体，若感到头疼气喘，证明是二氧化碳
【答案】B
【解析】二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，检验二氧化碳使用澄清的石灰水，将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，证明是二氧化碳。
故选：B。
11.（2021福建）某兴趣小组为探究影响化学反应速率的因素，使用等量的同种钙片和白醋开展四组实验，分别测得产生的二氧化碳浓度随时间的变化曲线如图所示。选取CO2的浓度从0~8%为研究对象，下列实验结果的分析，错误的是
A.对比①③，温度越高，反应速率越快
B.对比②③，反应物接触面积越小，反应速率越慢
C.对比③④，反应物接触面积越大，反应速率越快
D.对比①②③④，④的反应速率最慢
【答案】B
12.实验室制备大量二氧化碳气体时一定不需要用到的仪器是（　　）
A.长颈漏斗 B.锥形瓶 C.集气瓶 D.酒精灯
【答案】D
【解析】A、长颈漏斗可以用，也可以不用；故选项错误；
B、锥形瓶可以用作反应容器，故选项错误；
C、集气瓶可以用来收集气体，故选项错误；
D、实验室用稀盐酸与大理石在常温下反应制备二氧化碳气体，不需要加热，故一定不需要用到的仪器是酒精灯；故选项正确；
故选：D。
13.下列与碳和碳的氧化物有关的说法中，正确的是（ ）
A.煤炉上放一盆水可防止CO中毒
B.CO2能使紫色石蕊溶液变红，说明CO2显酸性
C.CO和CO2化学性质不同的原因是分子构成不同
D.用墨绘制的古画经久不变色，说明碳不与任何物质反应
【答案】C
【解析】A、一氧化碳难溶于水，煤炉上放一盆水不可防止CO中毒，不符合题意；
B、二氧化碳能使紫色石蕊试液变红，是因为二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸显酸性，能使紫色石蕊试液变红，不是因为二氧化碳显酸性，不符合题意；
C、一氧化碳由一氧化碳分子构成，二氧化碳由二氧化碳分子构成，分子构成不同，化学性质不同，符合题意；
D、用墨绘制的古画经久不变色，是因为常温下，碳的化学性质比较稳定，碳可与许多物质反应，碳在点燃的条件下可与氧气反应，在高温的条件下可与氧化铜、二氧化碳反应，不符合题意。
14.构建知识网络能提高学习的效率。如图为有关CO2的知识网络图，以下判断错误的是（　　）
A.物质①中碳元素的化合价为+4价
B.物质②中阳离子符号为Ca+2
C.物质③由2种元素组成
D.物质①和⑤发生反应转化为④的化学方程式为：C+CO22CO
【答案】B
【解析】A、物质①是二氧化碳，氧元素显﹣2价，在化合物中正负化合价代数和为零，则碳元素的化合价为+4价，故选项说法正确。
B、物质②是碳酸钙，物质②中阳离子为钙离子，符号为Ca2+，故选项说法错误。
C、物质③是甲烷，物质③由碳、氢2种元素组成，故选项说法正确。
D、物质①和⑤分别是二氧化碳和碳，在高温下反应生成一氧化碳，反应的化学方程式为：C+CO22CO，故选项说法正确。
故选：B。
15.（2021宁夏）实验室制取一氧化碳发生的化学反应是HCOOH(甲酸)H2O+CO↑。
用如图所示的装置制取一氧化碳并还原氧化铜时，下列说法不正确的是（　　）
A.反应过程中a处黑色粉末逐渐变成红色
B.浓硫酸在制取一氧化碳的反应中起催化作用
C.大气球的作用是收集一氧化碳，防止其污染空气
D.该实验所涉及到的反应类型有分解反应和置换反应
16.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
（1）金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子________________不同。
（2）活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有________________的结构。
（3）在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是________________。
（4）某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为________________。
解：
（1）排列方式
（2）疏松多孔
（3）碳在常温下化学性质不活泼
（4）C2H2
【解析】
（4）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，则2R分子中含有4个碳原子和4个氢原子，则每个R分子由2个碳原子和2个氢原子构成，则物质X的化学式为C2H2。
17.（2021新疆）CO2可用于食品保鲜，实验测得气体中的CO2体积分数与溶液pH的关系如图所示：
（1）气体中CO2体积分数增大时，造成图示变化的主要原因是溶液中__________的浓度增大（填化学式）。
（2）智能化食品包装通过颜色变化显示包装内CO2气体含量的变化。举出一种可通过颜色变化用于该智能化包装的物质_______________。
解：
（1）H2CO3 （2）石蕊
18.（2021株州）某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学，在探究木炭与CuO反应时，完成了如下实验，请回答下列问题：
Ⅰ、如图所示装置进行实验，很快发现澄清的石灰水变浑浊。
（1）请写出C与CuO反应的化学方程式__________________________________。
（2）实验结束时，应___________（填写编号）。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯 ②先熄灭酒精灯，再撤出导管
Ⅱ、小润同学通过仔细阅读教材，认为当木炭较多、温度较高时，该反应产生的气体中可能含有CO和CO2，小组的同学们在老师指导下设计实验进行了验证：
已知：碱石灰是NaOH和CaO的混合物，可以吸收CO2和水。
（3）仪器B中所盛试剂为________________，其作用为____________________。
（4）D中玻璃管盛装的试剂为CuO，E中盛装的试剂为澄清的石灰水。若A装置产物中确有CO，则应观察到的现象有：________________________________。
（5）实验前，需检查______________；点燃酒精灯前，先打开K，通入N2一段时间，其作用为________________________________。
（6）请指出上述实验中的一项缺陷：___________________________________________。
（7）将1.44g炭和16.0g CuO在较高温度下反应生成Cu，理论上可生成___________g CO。
Ⅲ、小润通过查阅资料发现：Cu2O为红色固体，难溶于水，可与稀硫酸反应生成Cu和CuSO4。
（8）请设计简单实验验证CuO和足量炭反应后所得的红色固体中是否有Cu2O：
____________________________________________________________________________。
解：
（1）C+2CuO2Cu+CO2↑
（2）①
（3）澄清石灰水 检验二氧化碳
（4）D中黑色固体变红，E中澄清石灰水变浑浊
（5）气密性 排尽装置内空气，避免对实验结果造成干扰
（6）没有尾气处理装置
（7） 3.36
（8）反应后所得的红色固体中加入稀硫酸，溶液变为蓝色说明固体中含有Cu2O，不变蓝色说明不含Cu2O。
19.（2021上海）CO2是一种常见的物质，回答下列问题：
（1）用启普发生器制CO2如图所示，在多孔塑料板上放着的块状固体为________________；
所用HCl的量不宜太多，若液体在反应时，液面处于a处，则关闭弹簧夹时导致的后果是：_______________________________________。
（2）实验小组欲制取CaCO3，步骤如下图：
Ⅰ.步骤①的化学方程式：_________________________________________。；
Ⅱ.需要加_____________药品，理论上可以不断生成CaCO3，原因是_____________________。
解：
（1）大理石（或石灰石） 反应液会从长颈漏斗口溢出
（2）
氧化钙和二氧化碳 理论上CO2和CaO会恰好反应生成碳酸钙，而NaOH 溶液可以循环使用，无需额外添加
20.某同学用如图装置（铁架台等略去）制取纯净、干燥的CO2，并探究CO2的性质。
（1）A装置能控制反应的发生和停止，请简述使反应停止的原理_______________________。
（2）B装置中可能发生反应的化学方程式为____________________________________。
（3）证明CO2与水发生了化学反应的实验现象为____________________________________。
（4）为探究足量NaOH溶液吸收CO2后溶液中溶质成分，某同学设计了如下方案：取少量溶液，加入足量Ca(OH)2溶液，反应后静置，取上层清液滴加酚酞溶液。若溶液变红，溶质为Na2CO3和NaOH。请指出该方案中的错误并加以改正：
__________________________________________________________________________。
（5）某温室大棚需用到440L CO2（按标准状况计算，CO2密度为1.964g/L），用足量盐酸与含CaCO3 80%的石灰石反应制取，需要这种石灰石的质量是______g。
解：
（1）当用弹簧夹夹住橡皮管时，产生的气体使试管内的压强增大，液体被压回长颈漏斗中，与多孔隔板上的固体药品分离，反应停止；打开止水夹，试管中的气体逸出，压强减小，大气压把盐酸压入试管中与石灰石接触，反应开始；
（2）
（3）D中干燥紫色石蕊试纸不变红，E中湿润紫色石蕊试纸变红
（4）加入Ca(OH)2溶液错误，因为氢氧化钙显碱性也能是无色酚酞溶液变红；应为取少量溶液，加入足量氯化钙溶液，反应后静置，取上层清液滴加酚酞溶液。若溶液不变红，溶质为Na2CO3；若溶液变红，溶质为NaCO3和NaOH
（5）设产生440LCO2需要碳酸钙的质量为x
答：需要这种石灰石的质量是2455g。中小学教育资源及组卷应用平台
碳和碳的氧化物
可能用到的相对原子质量：H1，C12，N14，O16，Cl35.5，K39，Ca40，Mn55，Fe56，Cu64。
一、碳的几种同素异形体（金刚石、石墨、C60）
1.金刚石(C)是自然界中最_______的物质，可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。
2.石墨(C)是最软的矿物之一，有优良的导电性，润滑性。可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的滑块等。
注意：金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：________________________________。
3.无定形碳主要有：焦炭，木炭，活性炭，炭黑等。
活性炭、木炭具有强烈的__________；焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。
4.足球烯(C60)
C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。它具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。
5.单质碳的化学性质：常温下，稳定性强。
（1）可燃性：
a.完全燃烧（氧气充足），反应为___________________________。
b.不完全燃烧 （氧气不足），反应为___________________________。
（2）C与CO2加热反应为___________________________。
（3）还原性：是指在冶炼金属中碳单质的化合价_________（填“升高”或“降低”）的性质。
C与金属氧化物加热反应生成___________________________，如：
a.C与CuO 加热反应为___________________________。
b.C与Fe2O3加热反应为_______________________，实验现象为________________________。
（4）C与H2O高温反应制水煤气，反应为___________________________。
二、二氧化碳(CO2)和一氧化碳(CO)
1.CO2的物理性质：_____色，_____味的气体，密度比空气_____，_____溶于水，高压低温下可得固体—干冰。
2.CO2的化学性质：
（1）一般情况下不能燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸。
（2）与水反应生成碳酸：___________________________，生成的碳酸能使紫色的石蕊试液变_____。
注意：碳酸不稳定，易分解，反应为___________________________。
（3）能使澄清的石灰水变浑浊：___________________________，本反应用于检验CO2。
类似地，CO2与NaOH溶液的反应为_____________________________________。
（4）与灼热的碳反应，反应为___________________________， 该反应为吸热反应。
3.CO2的用途：灭火（既利用其物理性质，又利用其化学性质），干冰用于人工降雨、制冷剂，
合成温室肥料等。
4.CO2排放过多对环境的影响：引起___________________________。
5.CO的物理性质：_______色，_______味的气体，密度比空气_______，_______溶于水，有毒，CO能与血液中的血红蛋白结合，使人体缺少氧气而中毒。
6.CO的化学性质：
（1）可燃性，反应为___________________________。
注意：可燃性气体点燃前一定要___________________________。
（2）还原性：是指在冶炼金属中碳元素的化合价________（填“升高”或“降低”）的性质。
CO与金属氧化物加热反应生成___________________________，如：
a.CO与CuO加热反应为___________________________。
b.CO与Fe2O3加热反应为___________________________。
总结：H2、CO、C具有相似的化学性质：①可燃性 ②还原性。
鉴别H2、CO、CH4可通过看燃烧产物（不可根据火焰颜色）。
7.除杂：
（1）CO中混有CO2的除杂方法是___________________________。
（2）CO2中混有CO的除杂方法是___________________________。
（3）CaO中混有CaCO3的除杂方法是___________________________。
8.常见气体的鉴别：
（1）O2：将带火星的木条伸入集气瓶中，若复燃，则气体是氧气。
（2）CO2：将气体通入澄清的石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳。
（3）CO：将气体点燃，在火焰上方罩一只干冷的小烧杯，再翻转烧杯倒入澄清的石灰水，若有蓝色火焰，小烧杯上无液滴，澄清石灰水变浑浊。则气体是一氧化碳。
三、二氧化碳(CO2)的制取
1.实验原理：__________________________________（写化学方程式）。
2.发生装置：由____________及____________决定。本实验属于“固液常温型”。
3.收集方法：气体的收集方法由____________及____________决定。
4.本实验的注意事项：
（1）不能用H2SO4 与CaCO3反应的原因是__________________________________________。
（2）不能用HCl与Na2CO3反应的原因是__________________________________________。
5.CO2的工业制法，是煅烧石灰石，反应为____________________________。
6.生石灰和水反应可得熟石灰，反应为________________________，所以生石灰可以作干燥剂。
四、本章知识间的联系
（1）C→CO的反应有：_______________________，_______________________。
（2）C→CO2的反应有：_______________________，_______________________，
3C＋Fe2O33CO2↑＋2Fe。
（4）CO→CO2的反应有：_______________________，_______________________，
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
（5）CO2→H2CO3的反应有：_______________________。
（6）H2CO3→CO2的反应有：_______________________。
（7）CO2→CaCO3的反应有：_______________________。
（8）CaCO3→CO2的反应有：_______________________，_______________________。
例1.（碳的单质）
1.两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2020年诺贝尔奖。石墨烯是由碳元素
组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是（　 　）
A.金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃
B.石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质
D.金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的
例2.（CO2、CO的性质）
2.1.对比是学习化学的重要方法，下列关于二氧化碳和一氧化碳的比较，完全正确的是（ ）
A.组成：CO2、CO均由碳元素和氧元素组成
B.性质：CO2、CO都有可燃性
C.用途：CO2可用于灭火；CO可用于人工降雨
D.危害：CO2会导致酸雨；CO会引起中毒
2.2.CO、CO2和CaCO3的转化关系如图所示。下列说法错误的是（　 　）
A.①可通过物质的还原性实现
B.②可通过物质的可燃性实现
C.③可通过与澄清石灰水反应实现
D.④可通过分解反应实现
例3.（CO2的制备）
3.实验室制备并收集二氧化碳。
①选用药品。按下表进行实验，取等质量的大理石加入足量酸中（杂质不与酸反应），产生二氧化碳体积随时间变化曲线如图所示：
实验编号 药品
Ⅰ 块状大理石、10%H2SO4溶液
Ⅱ 块状大理石、7%HCl溶液
Ⅲ 大理石粉末、7%HCl溶液
图中丙对应实验_________（选填“I”，“Ⅱ”或“Ⅲ”）。确定用乙对应的药品制备并收集二氧化碳，相应的化学方程式是________________________；不用甲对应的药品，理由是_____________。
②搭建装置。组装简易启普发生器，应选用___________（选填编号）。
③收集二氧化碳。用如图装置收集时，空气从____________（选填“x”或“y”）端排出。
④检验二氧化碳。写出检验时反应的化学方程式_________________________________。
变式训练：
1.C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界（见如图），下列说法正确的是（　　 ）
A.足球由C60构成 B.C60这种物质由碳原子直接构成
C.C60是一种新型化合物 D.一个C60分子中含有60个碳原子
2.石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体
（如图），图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强
的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正
确的是（　　）
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成 B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用 D.从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化
3.2020年世界环境日中国宣传主题是“美丽中国，我是行动者”。下列做法与这一主题不相符的是（ ）
A.垃圾分类投放 B.野炊明火烧烤
C.控制汽车鸣笛 D.坚持绿色出行
4.氧循环和碳循环是自然界中的重要循环（如图）。分析两种循环，其中不正确的是（　　）
A.碳循环和氧循环过程中均发生了化学反应
B.氧气只有通过燃烧才能参与碳循环
C.通过减少化石燃料的使用和大力植树造林以控制二氧化碳的排放量
D.碳循环和氧循环有利于维持自然界中氧气和二氧化碳含量的相对稳定
5.（2021扬州）自然界碳循环如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.向空气中排放CO2会形成酸雨 B.无机物和有机物不可相互转化
C.植树造林有利于吸收CO2 D.煤、石油和天然气是可再生能源
6.（2021安徽）某小组利用如图装置进行创新实验。实验时，先加热炭粉，一段时间后将酒精灯移至CuO处加热。下列说法错误的是（ ）
A.酒精灯加网罩是为了提高火焰温度 B.气球可以收集尾气，防止污染空气
C.反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体 D.装置中发生反应：C＋2CuO2Cu＋CO2↑
7.下列有关碳和碳的氧化物的说法正确的是（　 　）
A.干冰可用于人工降雨 B.金刚石和石墨都可用作电极
C.在常温下，碳的化学性质活泼 D.CO和CO2都具有还原性
8.盛石灰水的试剂瓶存放久了，内壁常附有一层白膜，除去这层白膜最合适的试剂是（　　）
A.蒸馏水 B.稀盐酸
C.硫酸铜溶液 D.氢氧化钠溶液
9.小润通过实验室制取和收集二氧化碳的方法获得了一瓶二氧化碳气体。接着利用这瓶二氧化碳
气体完成了图示实验，观察到蜡烛火焰自下而上依次熄灭。下列说法错误的是（　　）
A.实验室制取二氧化碳的药品为块状大理石和稀硫酸
B.实验室可采用向上排空气法收集二氧化碳
C.图示实验可说明二氧化碳密度比空气大
D.图示实验可说明二氧化碳不支持蜡烛的燃烧
10.鉴别二氧化碳的正确方法是（　　）
A.将气体通入紫色的石蕊溶液中，若溶液变红，证明是二氧化碳
B.将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，证明是二氧化碳
C.将燃着的木条伸入集气瓶中，若火焰熄灭，证明是二氧化碳
D.吸入该气体，若感到头疼气喘，证明是二氧化碳
11.（2021福建）某兴趣小组为探究影响化学反应速率的因素，使用等量的同种钙片和白醋开展四组实验，分别测得产生的二氧化碳浓度随时间的变化曲线如图所示。选取CO2的浓度从0~8%为研究对象，下列实验结果的分析，错误的是
A.对比①③，温度越高，反应速率越快
B.对比②③，反应物接触面积越小，反应速率越慢
C.对比③④，反应物接触面积越大，反应速率越快
D.对比①②③④，④的反应速率最慢
12.实验室制备大量二氧化碳气体时一定不需要用到的仪器是（　　）
A.长颈漏斗 B.锥形瓶 C.集气瓶 D.酒精灯
13.下列与碳和碳的氧化物有关的说法中，正确的是（ ）
A.煤炉上放一盆水可防止CO中毒
B.CO2能使紫色石蕊溶液变红，说明CO2显酸性
C.CO和CO2化学性质不同的原因是分子构成不同
D.用墨绘制的古画经久不变色，说明碳不与任何物质反应
14.构建知识网络能提高学习的效率。如图为有关CO2的知识网络图，以下判断错误的是（　　）
A.物质①中碳元素的化合价为+4价
B.物质②中阳离子符号为Ca+2
C.物质③由2种元素组成
D.物质①和⑤发生反应转化为④的化学方程式为：C+CO22CO
15.（2021宁夏）实验室制取一氧化碳发生的化学反应是HCOOH(甲酸)H2O+CO↑。
用如图所示的装置制取一氧化碳并还原氧化铜时，下列说法不正确的是（　　）
A.反应过程中a处黑色粉末逐渐变成红色
B.浓硫酸在制取一氧化碳的反应中起催化作用
C.大气球的作用是收集一氧化碳，防止其污染空气
D.该实验所涉及到的反应类型有分解反应和置换反应
16.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
（1）金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子________________不同。
（2）活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有________________的结构。
（3）在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是________________。
（4）某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为________________。
17.（2021新疆）CO2可用于食品保鲜，实验测得气体中的CO2体积分数与溶液pH的关系如图所示：
（1）气体中CO2体积分数增大时，造成图示变化的主要原因是溶液中__________的浓度增大（填化学式）。
（2）智能化食品包装通过颜色变化显示包装内CO2气体含量的变化。举出一种可通过颜色变化用于该智能化包装的物质_______________。
18.（2021株州）某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学，在探究木炭与CuO反应时，完成了如下实验，请回答下列问题：
Ⅰ、如图所示装置进行实验，很快发现澄清的石灰水变浑浊。
（1）请写出C与CuO反应的化学方程式__________________________________。
（2）实验结束时，应___________（填写编号）。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯 ②先熄灭酒精灯，再撤出导管
Ⅱ、小润同学通过仔细阅读教材，认为当木炭较多、温度较高时，该反应产生的气体中可能含有CO和CO2，小组的同学们在老师指导下设计实验进行了验证：
已知：碱石灰是NaOH和CaO的混合物，可以吸收CO2和水。
（3）仪器B中所盛试剂为________________，其作用为____________________。
（4）D中玻璃管盛装的试剂为CuO，E中盛装的试剂为澄清的石灰水。若A装置产物中确有CO，则应观察到的现象有：________________________________。
（5）实验前，需检查______________；点燃酒精灯前，先打开K，通入N2一段时间，其作用为________________________________。
（6）请指出上述实验中的一项缺陷：___________________________________________。
（7）将1.44g炭和16.0g CuO在较高温度下反应生成Cu，理论上可生成___________g CO。
Ⅲ、小润通过查阅资料发现：Cu2O为红色固体，难溶于水，可与稀硫酸反应生成Cu和CuSO4。
（8）请设计简单实验验证CuO和足量炭反应后所得的红色固体中是否有Cu2O：
____________________________________________________________________________。
19.（2021上海）CO2是一种常见的物质，回答下列问题：
（1）用启普发生器制CO2如图所示，在多孔塑料板上放着的块状固体为________________；
所用HCl的量不宜太多，若液体在反应时，液面处于a处，则关闭弹簧夹时导致的后果是：_______________________________________。
（2）实验小组欲制取CaCO3，步骤如下图：
Ⅰ.步骤①的化学方程式：_________________________________________。；
Ⅱ.需要加_____________药品，理论上可以不断生成CaCO3，原因是_____________________。
20.某同学用如图装置（铁架台等略去）制取纯净、干燥的CO2，并探究CO2的性质。
（1）A装置能控制反应的发生和停止，请简述使反应停止的原理_______________________。
（2）B装置中可能发生反应的化学方程式为____________________________________。
（3）证明CO2与水发生了化学反应的实验现象为____________________________________。
（4）为探究足量NaOH溶液吸收CO2后溶液中溶质成分，某同学设计了如下方案：取少量溶液，加入足量Ca(OH)2溶液，反应后静置，取上层清液滴加酚酞溶液。若溶液变红，溶质为Na2CO3和NaOH。请指出该方案中的错误并加以改正：
__________________________________________________________________________。
（5）某温室大棚需用到440LCO2（按标准状况计算，CO2密度为1.964g/L），用足量盐酸与含CaCO3 80%的石灰石反应制取，需要这种石灰石的质量是______g。

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