资源简介

本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
第三章　自然界中的元素
第一节　碳的多样性
考纲点击
1．了解碳单质及其重要化合物的主要性质及应用。
2．了解碳单质及其重要化合物对环境质量的影响。
3．了解碳元素单质及化合物知识的综合应用。
一、多种多样的碳单质
1．碳的同素异形体
(1)同素异形体的概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。
(2)常见的同素异形体：碳有金刚石、石墨、C60等；氧有氧气、臭氧(O3)。
名称 石墨 金刚石 C60
颜色、状态 深灰色、片状固体 无色、晶体 灰黑色、固体
熔、沸点 很______ 很高 很______
硬度 较______ 很______ 较小
导电性 导电 ________ ________
化学性质 相似
用途 电极、铅笔芯、润滑剂 钻探机钻头、刻刀等 应用于材料科学
特别提示：(1)由于同素异形体由同种元素构成，所以同素异形体往往具有相似的化学性质；但由于组成同素异形体各种单质的原子间连接的方式不同(即结构不同)，因此同素异形体的物理性质往往有很大差别。
(2)同素异形体之间的转化是化学变化。
2．碳的化学性质
C—
即时训练1(2012重庆理综部分)(1)碳与短周期元素Q的单质化合仅能生成两种常见气态化合物，其中一种化合物R为非极性分子。碳元素在周期表中的位置是________，Q是________，R的电子式为________。
(2)一定条件下，Na还原CCl4可制备金刚石，反应结束冷却至室温后，回收其中的CCl4的实验操作名称为________，除去粗产品中少量钠的试剂为________。
即时训练2下列说法正确的是(　　)。
A．碳元素在自然界存在的单质只有石墨和金刚石
B．金刚石与C60两种碳的同素异形体物理性质相差无几，化学性质相似
C．CO2和CO都是碳的氧化物，也都是酸性氧化物
D．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3与足量的盐酸反应放出的CO2相等
二、广泛存在的含碳化合物
1．CO用于冶金工业(如Fe2O3)：
______________________。CO是煤气中毒的“元凶”，无色、无味、难溶于水。
2．CO2固体俗称“干冰”，典型的________氧化物。
3．碳酸钠和碳酸氢钠
(1)碳酸钠和碳酸氢钠的比较(反应用化学方程式表示)
化学式 Na2CO3 NaHCO3
俗名 ______、______ ________
色态 ____色粉末 细小____色晶体
溶解性 易溶于水 较易溶于水(溶解度较Na2CO3小)
热稳定性 不易分解 受热______分解__________________
与HCl反应 Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O(较快) NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O(剧烈)
与NaOH反应 不反应
与CO2反应 不反应
用途 用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业；洗涤剂 发酵剂、灭火器，医疗上用于治胃酸过多
特别提示：CO2气体通入饱和Na2CO3溶液有晶体析出，原因是：①CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3，溶剂水减少；②溶质质量增加；③在相同温度下，NaHCO3的溶解度比Na2CO3小，所以会有晶体析出，使溶液变浑浊。
即时训练3(2012四川理综部分)(1)煤燃烧产生的烟气直接排放到空气中，引发的主要环境问题有__________。(填写字母编号)
A．温室效应 B．酸雨
C．粉尘污染 D．水体富营养化
(2)在烟气脱硫的过程中，所用的石灰石浆液在进入脱硫装置前，需通一段时间的二氧化碳，以增加其脱硫效率；脱硫时控制浆液的pH，此时浆液含有的亚硫酸氢钙可以被氧气快速氧化生成硫酸钙。
①二氧化碳与石灰石浆液反应得到的产物为________________。
②亚硫酸氢钙被足量氧气氧化生成硫酸钙的化学方程式为_______________________。
一、碳及其化合物间的转化
自然界中碳及其化合物间的转化
其中：(1)形成溶洞涉及反应为：CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2
(2)形成钟乳石、石笋、石柱、水垢均涉及的反应为：Ca(HCO3)2===CaCO3＋CO2↑＋H2O。
特别提示：(1)除杂质
①CO中混有CO2，先通过盛有NaOH的洗气瓶，再通过盛有澄清石灰水的洗气瓶，最后干燥。
②CO2中混有CO，通过有灼热的CuO的硬质玻璃管。
③CO2中混有SO2、HCl，通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥。
(2)“温室效应”与CO2
产生“温室效应”的气体有CO2、CH4、碳的氟氯化合物等；主要气体是CO2；CO2的主要来源：含碳燃料的燃烧。
(3)CO2与OH－反应的规律
【例1】用4种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)。
选项 操作及现象 溶液
A 通入CO2，溶液变浑浊。再升温至65 ℃以上，溶液变澄清 C6H5ONa溶液
B 通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失 Na2SiO3溶液
C 通入CO2，溶液变浑浊。再加入品红溶液，红色退去 Ca(ClO)2溶液
D 通入CO2，溶液变浑浊。继续通CO2至过量，浑浊消失。再加入足量NaOH溶液，又变浑浊 Ca(OH)2溶液
二、Na2CO3和NaHCO3的性质及计算
1．两者性质比较(溶液内)
Na2CO3主要表现CO的性质，NaHCO3主要表现HCO的性质；CO能与许多离子发生复分解反应，但HCO不能，HCO能够与OH－反应生成CO；二者均能与H＋反应，CO与H＋反应比HCO与H＋反应慢。
2．碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法
(1)热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，使澄清的石灰水变浑浊的是NaHCO3，另一个为Na2CO3。
(2)和酸反应生成气体的速率不同。分别取一定量的固体，逐滴加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。
(3)阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠(特别注意：该方法必须取极稀溶液)。
特别提示：Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O
(1)由于NaHCO3跟HCl反应一步完成，所以NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应放出CO2的速率快。
(2)当Na2CO3溶液与稀盐酸反应时，加入试剂的次序不同，产生的现象不同。若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸(氢离子)少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少(有可能在滴加的局部范围内完成二步反应，看到有气体产生)。滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多。若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此很容易观察到气体产生。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。
3．Na2CO3和NaHCO3在一定条件下的相互转化
溶液中：NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O，Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3
固体中：NaOH＋NaHCO3Na2CO3＋H2O，
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
4．Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应
(1)盐酸逐滴加入Na2CO3溶液
①现象：开始无明显现象，后有无色气体放出。
②反应：无明显现象时反应的离子方程式：CO＋H＋===HCO，无色气体放出时反应的离子方程式：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
(2)Na2CO3溶液逐滴加入稀盐酸中
①现象：有无色气体放出。
②反应的离子方程式：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。
(3)碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的基本图像的归纳总结
①向Na2CO3中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图1所示；
②向NaHCO3中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图2所示；
③向NaOH、Na2CO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图3所示(设NaOH、Na2CO3的物质的量之比x∶y＝1∶1，其他比例时的图像略)；
④向Na2CO3、NaHCO3的混合物中逐滴加入盐酸，消耗HCl的体积与产生CO2的体积的关系如图4所示(设Na2CO3、NaHCO3的物质的量之比m∶n＝1∶1，其他比例时的图像略)。
5．计算
(1)53 g Na2CO3消耗1 mol H＋，84 g NaHCO3消耗1 mol H＋
(2)等质量的两种盐，NaHCO3与酸反应产生的CO2多
(3)当n(HCl)＜2n(Na2CO3)时，把Na2CO3滴加到盐酸中比把盐酸滴加到Na2CO3中产生的CO2多；当n(HCl)＞2n(Na2CO3)时，两种滴加情况产生CO2相等。
(4)与Ca(OH)2反应
①Na2CO3与Ca(OH)2反应时，产物与用量无关Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH
②NaHCO3与Ca(OH)2反应时，产物与用量有关
a．Ca(OH)2过量时：NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋NaOH＋H2O
b．NaHCO3过量时：2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O
【例2－1】120 mL含有0.20 mol碳酸钠的溶液和200 mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是(　　)。
A．2.0 mol·L－1 B．1.5 mol·L－1
C．0.18 mol·L－1 D．0.24 mol·L－1
【例2－2】(2012山东济南高三质检)有A、B两个完全相同的装置，某学生分别在它们的侧管中装入1.06 g Na2CO3和0.84 g NaHCO3，A、B中分别有10 mL相同浓度的盐酸，将两个侧管中的物质同时倒入各自的试管中，下列叙述正确的是(　　)。
A．A装置的气球膨胀速率大
B．若最终两气球体积相同，则盐酸的浓度一定大于或等于2 mol·L－1
C．若最终两气球体积不同，则盐酸的浓度一定小于或等于1 mol·L－1
D．最终两试管中Na＋、Cl－的物质的量一定相同
Na2CO3与NaHCO3分别与盐酸反应的实验探究
【实验目的】比较Na2CO3与NaHCO3分别与盐酸反应现象的差别及原因。
【实验原理】Na2CO3与盐酸反应放出CO2分为两步进行：
(1)Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl；
(2)NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。
【实验典例】
化学活动课上，三组学生分别用图示甲、乙两装置，探究“NaHCO3和Na2CO3与稀盐酸的反应”，按表中的试剂用量，在相同条件下，将两个气球中的固体粉末同时倒入试管中(装置的气密性已检查)。
请完成下列问题：
(1)各组反应开始时，________装置中的气球体积先变大，该装置中反应的离子方程式是________________。
(2)当试管中不再有气体生成时，三组实验出现不同现象，填写下表的空格。
试剂用量 实验现象(气球体积变化) 分析原因
第①组 0.42 g NaHCO30.53 g Na2CO33 mL 4 mol·L－1盐酸 甲中气球与乙中气球的体积相等 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)＝n(Na2CO3)V甲(CO2)＝V乙(CO2)
第②组 0.3 g NaHCO30.3 g Na2CO33 mL 4 mol·L－1盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
第③组 0.6 g NaHCO30.6 g Na2CO33 mL 2 mol·L－1盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
1．(2012海南化学)化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是(　　)。
A．CO2属于大气污染物
B．酸雨是pH小于7的雨水
C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
2．下列说法正确的是(　　)。
A．用催化法处理汽车尾气中的CO和NO的化学方程式为CO＋NOC＋NO2
B．对滴有酚酞溶液的小苏打溶液中加入少量的NaCl固体，颜色变深
C．除去干燥CO2中混有的少量SO2，可将混合气体依次通过盛有酸性KMnO4溶液、浓硫酸的洗气瓶
D．二氧化硅不与任何酸反应，可用石英制造耐酸容器
3．将足量CO2通入下列各溶液中，所含离子还能大量共存的是(　　)。
A．K＋、SiO、Cl－、NO
B．H＋、NH、Al3＋、SO
C．Na＋、S2－、OH－、SO
D．Na＋、CO、CH3COO－、HCO
4．(2012大纲全国理综)在常压和500 ℃条件下，等物质的量的Ag2O、Fe(OH)3、NH4HCO3、NaHCO3完全分解，所得气体体积依次为V1、V2、V3、V4。体积大小顺序正确的是(　　)。
A．V3＞V2＞V4＞V1 B．V3＞V4＞V2＞V1
C．V3＞V2＞V1＞V4 D．V2＞V3＞V1＞V4
5．从光合作用的反应原理6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2可知碳是农作物生长的必需元素之一。关于用二氧化碳生产肥料的评价正确的是(　　)。
A．缓解地球温室效应，抑制农作物营养平衡
B．加剧地球温室效应，促进农作物营养平衡
C．缓解地球温室效应，促进农作物营养平衡
D．加剧地球温室效应，抑制农作物营养平衡
6．实验室用石灰石和盐酸制取CO2时，最佳的除杂试剂和方法是(　　)。
A．水、浓硫酸洗气
B．饱和Na2CO3溶液、浓硫酸洗气
C．饱和NaHCO3溶液、浓硫酸洗气
D．NaOH溶液、浓硫酸洗气
7．在浓CaCl2溶液中通入氨气和CO2，再经过滤可以制得纳米碳酸钙。
(1)除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是________。
(2)若不通入氨气能否生成CaCO3？________。
(3)根据上述反应原理，向饱和食盐水中通入氨气和CO2能得到NaHCO3，若食盐水中含有KCl杂质，则检验得到的NaHCO3中是否混有钾盐的方法是______________________
________________________________________________________________________。
参考答案
基础梳理整合
一、1．(2)高　低　小　大　不导电　不导电
2．C＋H2O(g)CO＋H2　C＋CO22CO　2C＋SiO22CO↑＋Si　C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O
即时训练1　答案：(1)第二周期第ⅣA族　氧(或O)
∶∶C∶∶　(2)过滤　水(或乙醇)
即时训练2　D
二、1．3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
2．酸性　2CO2＋Ca(OH)2===Ca(HCO3)2
CO2＋2Mg2MgO＋C
Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
3．(1)纯碱　苏打　小苏打　白　白　易　2NaHCO3===Na2CO3＋CO2↑＋H2O　NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O　Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3
即时训练3　答案：(1)ABC
(2)①Ca(HCO3)2或碳酸氢钙
②Ca(HSO3)2＋O2===CaSO4＋H2SO4
核心归纳突破
【例1】B　解析：A项，CO2＋C6H5ONa＋H2O―→C6H5OH＋NaHCO3，升温至65 ℃以上，C6H5OH完全溶解，溶液变澄清；B项，CO2＋Na2SiO3＋2H2O===Na2CO3＋H4SiO4↓，H4SiO4与CO2不反应，浑浊不会消失；C项，CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，所以溶液变浑浊，加入品红，品红被HClO氧化退色；D项，首先，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，继续通CO2，产生可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH，则发生2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又变浑浊。
【例2－1】B　解析：因为当n(HCl)＜2n(Na2CO3)时，相互滴加产生的CO2不同，由于都产生了气体，判断n(Na2CO3)＜n(HCl)，所以可以列式：0.20 mol＜0.2 L×a mol·L－1＜0.4 mol，解不等式得：1 mol·L－1＜a mol·L－1＜2 mol·L－1。
【例2－2】B　解析：无论盐酸浓度大小，是否过量，加入Na2CO3的装置产生CO2的速率慢，A项不正确；n(Na2CO3)＝n(NaHCO3)＝0.01 mol，若产生的CO2相同，则n(HCl)≥0.02 mol，即c(HCl)≥2 mol·L－1，B项正确；若c(HCl)≤1 mol·L－1，A装置不会产生CO2气体，C项不正确；A装置中c(Na＋)是B装置中c(Na＋)的2倍，D项不正确。
实验探究拓展
实验典例
答案：(1)甲　HCO＋H＋===CO2↑＋H2O
(2)
试剂用量 实验现象(气球体积变化) 分析原因
第②组 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)V甲(CO2)＞V乙(CO2)
第③组 甲、乙盐酸均不足量消耗的n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)且Na2CO3大部分转化成NaHCO3而没转化成CO2V甲(CO2)＞V乙(CO2)
解析：本题考查学生应用化学反应原理分析反应现象的能力。考查的主要知识点有①Na2CO3、NaHCO3与同浓度盐酸反应的快慢；②Na2CO3、NaHCO3分别与盐酸反应的化学方程式及离子方程式；③Na2CO3与盐酸反应由于反应物用量不同而使产物不同。
演练巩固提升
1．D　解析：CO2是大气的组成成分，不属于大气污染物，A选项错；酸雨是指pH小于5.6的雨水，B选项错；CO2不会导致酸雨，NO2或SO2都会导致酸雨，C选项错；CO2是温室气体，其含量的增加会导致温室效应加剧，故D选项正确。
2．C　解析：A项，生成的NO2仍具污染性，且NO具有氧化性，氧化CO生成N2和CO2；B项，NaCl对溶液的碱性无影响，不变色；C项，酸性KMnO4氧化SO2被吸收而CO2不被吸收，浓硫酸作干燥剂；D项，SiO2与氢氟酸反应。
3．B　解析：A项，SiO生成H2SiO3；C项，OH－与CO2反应；D项，CO与CO2生成HCO。
4．A　解析：500 ℃条件下，Ag2O(s)2Ag(s)＋O2(g)，Fe(OH)3(s)Fe2O3(s)＋H2O(g)，NH4HCO3(s)NH3(g)＋H2O(g)＋CO2(g)，NaHCO3(s)Na2CO3(s)＋H2O(g)＋CO2(g)，四种反应物均为1 mol时，得到气体分别为V1 mol，V2 mol，V3 3 mol，V4 1 mol，所以V3＞V2＞V4＞V1，A正确。
5．C　解析：减少大气中的CO2生成糖类。
6．C　解析：实验室用石灰石和盐酸制取的CO2中含有HCl和水蒸气，一般用饱和NaHCO3溶液吸收HCl，再用浓硫酸吸收水蒸气。
7．答案：(1)引流
(2)不能　
(3)用洁净的铂丝蘸取固体粉末于火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃观察火焰颜色
解析：(1)过滤操作需烧杯、漏斗、玻璃棒三种玻璃仪器，其中玻璃棒主要起引流作用；(2)不通入氨气则不能生成CaCO3，因为此时弱酸不能制强酸。
-
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网

展开更多......

收起↑