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第3讲　碳及其氧化物
真题精粹 —— 福建5年真题精选及拓展
考向1 碳及其氧化物的性质与用途
1.(2023·福建节选)钢铁是应用广泛的金属材料。
英国学者R·坦普尔论证了我国古代冶铁技术世界第一。早在公元前4世纪,中国已广泛利用铁矿石与木炭生产生铁,并加入“黑土”以降低生铁的熔化温度;公元前2世纪,中国人发明了“充氧”等炼钢法。
(1)生铁生产过程中,一氧化碳与氧化铁在高温下反应的化学方程式为　 　。
(2)炼钢中“充氧”的目的是降低生铁的　　　　　,获得性能更好的钢。
一氧化碳转化为二氧化碳
1.1　在密闭容器内,用气体传感器测定汽车尾气中的CO和NO经催化器处理后生成物浓度随温度的变化关系(如图所示)。下列说法不正确的是 (　　)
A.根据上图可以判断CO和NO转化的适宜温度
B.350 ℃时,容器内发生反应的化学方程式为2CO+2NON2+2CO2
C.使用催化净化装置,可使有害物质转化为无害物质
D.450 ℃时,有害气体N2O的浓度趋近于零
考向2 二氧化碳对生活和环境的影响
2.(2023·福建)国家规定教室内空气中二氧化碳的最高允许浓度为0.15%。下列是某学习小组对教室内二氧化碳浓度的检测和相应结果处理的措施,不正确的是 (　　)
A.从教室不同位置多点采集空气样品
B.将盛有澄清石灰水的烧杯置于教室一段时间进行测定
C.测得二氧化碳浓度为0.28%,说明二氧化碳浓度超标
D.为避免二氧化碳浓度超标,教室应多通风换气
3.(2023·福建节选)为解决能源与环境问题,有学者提出图1所示的含碳物质转化的技术路线。
(1)“可燃冰”中甲烷完全燃烧的化学方程式为　 。
(2)反应②属于　　　　　　(填基本反应类型)。
(3)反应④中,参加反应的CO2和生成的CH4的分子数之比为　　　　　。
(4)我国学者开发了促进反应③的一种新型催化剂,催化过程微观示意图如图2所示。该过程的中间产物　　　　(填化学式)、氧和氢进一步作用生成甲醇(CH3OH)和水。
自然界中的碳循环
3.1　我国力争在2060年前实现“碳中和”。项目式学习小组围绕“碳中和”进行如下探究。
活动一:溯CO2来源
(1)大气中CO2的产生途径有化石燃料燃烧、　　　　　　　　　　(写一条)。
(2)充分燃烧10 g天然气和10 g煤,产生CO2的质量及放出的热量如表所示。
物质 10 g天然气 10 g煤
产生CO2的质量 27 g 40 g
放出的热量 580kJ 300kJ
据表中数据分析,与煤相比,用天然气作燃料的优点有　 　。
(3)写出生活中的一种低碳行为:　 　。
活动二:追CO2去踪
(4)大气中CO2的主要消耗途径有光合作用和海洋吸收等。海水吸收CO2会造成酸化,其反应的化学方程式为　 　。
活动三:探CO2吸收
小组同学将CO2不断通入一定溶质质量分数的NaOH溶液中,用pH传感器实时测定溶液的pH,实验数据如图。已知该实验条件下:Na2CO3溶液的pH约为11.6;NaHCO3溶液的pH约为8.3。
(5)当溶液pH=10.0时,溶液中的溶质为　　　　　　　　　　　　。
回归教材 —— 福建中考核心考点梳理
【单元构建】
【知识清单】
考点1 碳的单质　5年3考
　　1.金刚石、石墨和C60的结构、物理性质与用途
碳的单质 金刚石 石墨 C60
碳原子的 排列方式 网状结构 层状结构 分子形 似足球
物理 性质 颜色 无色 灰黑色 —
硬度 — — —
导电性 — — —
用途 — — 应用于超导、催化、材料及医学等领域
　　(1)活性炭、木炭的结构是疏松多孔的,都有吸附性(属于物理性质),可用作冰箱除味剂、净水剂、制作防毒面具等。
(2)此部分内容充分体现了化学学科重要的思维方法:
物质的结构决定体现物质的性质决定体现物质的用途
　　2.碳单质的化学性质
化学性质 反应的化学方程式 应用
稳定性 (常温) 用于墨水书写
可燃性 氧气充足: 氧气不足: 作燃料
还原性 木炭还原氧化铜: 。 木炭还原氧化铁: 冶炼 金属
考点2 二氧化碳和一氧化碳　5年4考
　　1.二氧化碳和一氧化碳对比
物质 二氧化碳(CO2) 一氧化碳(CO)
物理 性质 无色、无味,密度比空气　　　,　　　溶于水的气体 无色、无味,密度与空气相近,　　　溶于水的气体
化学 性质 ①不燃烧、不助燃、不供给呼吸; ②与水反应:　 　 ; ③与碱反应:　 　 ①毒性; ②可燃性:　; ③还原性:　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
用途 　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　
危害 加剧温室效应等 易造成中毒等
　　2.二氧化碳的性质实验
(1)烧杯内放有两根燃着的高低不同的蜡烛,往其中倒入二氧化碳(如图所示),观察到的现象是　　　　　　　　　　　　;说明二氧化碳具有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的性质。
(2)往充满二氧化碳的矿泉水瓶中倒入水,盖紧瓶盖,振荡(如图所示),观察到的现象是　　　　　　;该现象说明二氧化碳具有　　　　　　(选填“能溶于水”或“难溶于水”)的性质。
(3)二氧化碳溶于水时有没有发生化学变化
取三朵用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花进行实验。
方 案
现 象 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　
分 析 水　　　　(选填“能”或“不能”,下同)使紫色石蕊变红 二氧化碳　　　　　使紫色石蕊变红 二氧化碳溶于水后生成的具有酸性的物质　　　使紫色石蕊变红
结 论 二氧化碳　　　(选填“能”或“不能”)与水发生反应; 反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　
反 思 判断两种物质是否发生化学反应,可以从检验　　　　　　　　的角度入手
　　将第三朵纸花取出,小心烘烤,观察到的实验现象是　　　　　　　　　　　　,原因是　　　　　　　　　　　　　(用化学方程式表示)。
考点3 自然界中的二氧化碳　5年3考
　　1.自然界中的碳、氧循环
大气中的CO2大气中的O2
　　2.温室效应
(1)形成原因:人类所消耗的化石能源急剧增加,森林遭到破坏,大气中　　　　的含量不断上升。
(2)危害:全球气候　　　　,可能导致两极冰川　　　　,使海平面　　　　,可能淹没部分沿海城市;使土地沙漠化,造成农业减产等。
(3)防止温室效应加剧的措施:①减少使用　　　　　　,更多地利用　　　　　　,如太阳能、风能等;②促进　　　　　　　　　的进一步开发和普及,提高能源的生产效率和使用效率;③大力　　　　　　,严禁乱砍滥伐森林;等等。
【核心突破】
重难点一、二氧化碳的实验室制取
兴趣小组用图甲、图乙所示装置进行二氧化碳的制取和性质实验。
(1)检查图甲装置气密性的方法:夹紧止水夹,通过长颈漏斗往　　　　　(填仪器名称)中加水,若观察到　　　　　　　　　　　　　　　　,则表明装置气密性良好。
(2)写出图甲中反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,可用　　　　　　　检验生成的气体是二氧化碳,说明二氧化碳已收集满的现象是　　 　。
(3)图乙中将二氧化碳倾倒入烧杯中,观察到下层蜡烛先熄灭,体现了二氧化碳的性质是　　　　　　　　　　　　　　　　,由实验可知,二氧化碳常用于　　　　(填用途)。
(4)用图丙所示装置测定生成的二氧化碳的体积,装置中植物油的作用是　 　。
[思维破冰]　(1)检查图甲装置气密性的方法:夹紧止水夹,通过长颈漏斗向锥形瓶中加水,若观察到长颈漏斗和锥形瓶中形成液面差,则表明装置气密性良好。
(2)图甲中反应的化学方程式是CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑,可用澄清石灰水检验生成的气体是二氧化碳(二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊),说明二氧化碳已收集满的现象是放在瓶口的燃着的木条熄灭。
(3)图乙中将二氧化碳倾倒入烧杯中,观察到下层蜡烛先熄灭,体现了二氧化碳的性质是密度比空气大,不能燃烧,不支持燃烧,由实验可知二氧化碳常用于灭火。
(4)二氧化碳能溶于水且能与水反应,装置中植物油的作用是防止二氧化碳溶于水、与水反应。
用图1所示装置制取干燥的CO2,并对CO2的部分性质进行探究。
(1)装置A中发生的反应的化学方程式为　 。
(2)①装置B中饱和NaHCO3溶液的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②装置C中试剂X应该选用　　(填字母)。
a.稀硫酸　　b.浓硫酸　　c.KOH溶液
(3)收集CO2并验满。将集满CO2的锥形瓶与盛有足量NaOH溶液的注射器和传感器密封连接,缓慢地将NaOH溶液注入锥形瓶中,采集信息形成图像,见图2。
①检验装置D中CO2是否集满的方法是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②随着反应的进行,锥形瓶中压强降低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
③反应结束后锥形瓶中的压强保持在40 kPa,说明　 。
　　二氧化碳的实验室制取
实验室制取CO2气体,要知道其原理、发生装置和收集装置,必须弄清实验过程及所使用装置的优点、对装置进行的改进,还必须了解对制取的CO2进行除杂、干燥等操作。
重难点二、二氧化碳的性质探究
实验是科学探究的重要方式,请结合图示回答下列问题:
(1)实验一可用于实验室检验二氧化碳气体,烧杯中应盛放的试剂是　　　　　　　;通入二氧化碳气体后,现象是　　　　　　　。
(2)实验二是向一定量的水中不断通入二氧化碳气体,利用pH传感器采集到的数据如图1所示,可推测出混合后溶液呈　　　　(选填“酸性”或“碱性”),t1时刻后,溶液pH几乎无变化,其原因是　　　(填字母)。
A.二氧化碳难溶于水
B.二氧化碳与水不能发生化学反应
C.二氧化碳在水中已经达到饱和状态
(3)实验三可用于探究二氧化碳与足量氢氧化钠溶液的反应,该反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　,反应过程中利用pH传感器采集到的数据如图2所示,可推测出反应后减少的物质是　。
(4)综上所述,对于有明显现象的化学反应,可借助生成沉淀或　　　　　　　　　　　　(写一条即可)等现象判断化学反应是否发生;对于没有明显现象的化学反应,可以从验证反应物的减少或验证　　　　　　　　等角度来判断化学反应是否发生。
[思维破冰]　(1)实验室一般利用澄清石灰水检验二氧化碳气体,二氧化碳可以与其中的氢氧化钙反应生成碳酸钙,使澄清石灰水变浑浊。
(2)pH<7,说明溶液呈酸性;二氧化碳在水中的溶解度不大,所以达到饱和状态后,不再溶解,生成的碳酸达到一定浓度后,pH不再变化,故选C。
(3)二氧化碳和足量氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水,化学方程式为CO2+2NaOHNa2CO3+H2O;溶液pH减小,说明溶液中氢氧根离子减少,可推测出反应后减少的物质是氢氧化钠。
(4)该题两个实验中,一个是测试澄清石灰水变浑浊,另一个则是测试溶液pH的变化,分别对发生的化学反应进行了验证;除了从反应物减少方面验证反应发生,也可以从新物质生成方面验证反应是否发生。
在实际生产中,常采用足量NaOH溶液来“捕捉”(吸收)CO2,其部分流程如图所示。
(1)大量CO2直接排放到空气中会破坏人类生存的环境。捕捉室内发生的反应的化学方程式为　 。
(2)操作①的名称为　　　　,用到的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和　　　　。
(3)往纯碱溶液中加入X溶液,得到NaOH溶液和CaCO3,X的化学式是　　　　　　　　。
(4)整个流程中可以循环使用的物质是　　　　　　　　　　　　　。
(5)若要确认“捕捉”后的气体中CO2含量已经降得很低,先分别取一瓶“捕捉”前和一瓶“捕捉”后的气体,接下来的实验操作是　 　。
二氧化碳的性质探究
在解此类题时,首先要将题中的知识认知透,然后结合学过的知识进行解答。CO2与水反应生成碳酸;与碱溶液反应生成碳酸盐,其中CO2与石灰水反应生成白色沉淀用于检验CO2气体,而CO2与NaOH溶液反应用于吸收CO2气体,反应时无明显现象,反应过程中的pH变小,压强变小。
实验探究 —— 学科核心素养提升
【围绕课标】
必做实验2　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。
【实验过程】
实验用品 实验 仪器 烧杯、集气瓶、锥形瓶、导管、乳胶管、双孔橡胶塞、长颈漏斗、毛玻璃片、镊子等
实验 试剂 石灰石(或大理石)、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
发生装置 类型 固液不加热型
装置 优点 A 装置简单 注意事项 加入的试剂不能太多,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 　　　　　　　　　　　　　　　 石灰石(或大理石)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 导管要伸入集气瓶底部,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石灰石(或大理石),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,覆盖在石灰石(或大理石)表面,阻止反应进一步发生;3.不能用碳酸钠(或碳酸钾)粉末代替石灰石(或大理石),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收集不满,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】
1.装置的创新
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.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。
3.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、稀有气体等其他不支持燃烧的气体。
答案
真题精粹
1.(1)Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
(2)含碳量
1.1　B　【解析】A.根据上图可以判断CO和NO转化的适宜温度为450 ℃左右,不符合题意;B.根据图示可知,350 ℃时,容器内发生反应的反应物是CO和NO,反应条件是催化剂,生成物是N2、CO2和N2O,反应的化学方程式为4CO+6NON2+4CO2+2N2O,符合题意;C.使用催化净化装置,可将CO和NO转化为N2和CO2,使有害物质转化为无害物质,不符合题意;D.450 ℃时,有害气体N2O的浓度趋近于零,不符合题意。
2.B　【解析】A.为了使测定的结果更准确,应从教室不同位置多点采集空气样品,正确;B.由于空气中二氧化碳的含量少,氢氧化钙又微溶于水,现象不明显,不正确;C.国家规定教室内空气中二氧化碳的最高允许浓度为0.15%,测得二氧化碳浓度为0.28%,说明二氧化碳浓度超标,正确;D.为避免二氧化碳浓度超标,教室应多通风换气,正确。
3.(1)CH4+2O2CO2+2H2O
(2)分解反应
(3)1∶1
(4)CO
【解析】本题主要考查物质的性质,解答时要根据各种物质的性质,结合各方面条件进行分析、判断,从而得出正确的结论。
(1)甲烷完全燃烧生成水和二氧化碳。
(2)一种物质反应生成多种物质的反应是分解反应。
(3)一定条件下二氧化碳和氢气反应生成甲烷和水。
(4)图2所示过程的中间产物CO、氧和氢进一步作用生成甲醇(CH3OH)和水。
3.1　(1)动植物的呼吸作用
(2)等质量煤和天然气燃烧,天然气放出热量更多、产生的二氧化碳更少
(3)绿色出行(合理即可)
(4)CO2+H2OH2CO3
(5)Na2CO3和NaHCO3
回归教材
知识清单
考点1
1.自然界最硬　软　无　优良　裁玻璃、制钻石等　制作铅笔芯、电极等
2.C+O2CO2　2C+O22CO　C+2CuO2Cu+CO2↑　3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
考点2
1.大　能　难　②CO2+H2OH2CO3　③CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O、CO2(少量)+2NaOHNa2CO3+H2O　②2CO+O22CO2　③CuO+COCu+CO2↑、Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑　作气体肥料、灭火、人工降雨等　作燃料、冶炼金属等
2.(1)蜡烛由低到高依次熄灭　不能燃烧也不支持燃烧,且密度比空气大
(2)矿泉水瓶变瘪　能溶于水
(3)纸花不变色　纸花不变色　纸花变红　不能　不能　能　能　CO2+H2OH2CO3　新物质的生成　红色纸花变回紫色　H2CO3CO2↑+H2O
考点3
2.(1)CO2
(2)变暖　融化　升高
(3)①化石燃料　清洁能源　②节能产品和技术　③植树造林
核心突破
例题1　(1)锥形瓶　长颈漏斗和锥形瓶中形成液面差
(2)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑　澄清石灰水　燃着的木条熄灭
(3)密度比空气大,不能燃烧,不支持燃烧　灭火
(4)防止二氧化碳溶于水、与水反应
变式训练
(1)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑
(2)①除去二氧化碳中的氯化氢气体　②b
(3)①将燃着的木条放在锥形瓶口,若木条熄灭,则已收集满　②二氧化碳与氢氧化钠溶液反应,装置内气体减少,压强减小　③向上排空气法收集的二氧化碳气体不纯
【解析】(1)碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。
(2)①由于盐酸具有挥发性,因此用稀盐酸和碳酸钙反应制取的二氧化碳中含有氯化氢气体,装置B中饱和NaHCO3溶液能除去二氧化碳中的氯化氢气体。②浓硫酸具有吸水性,要收集干燥的二氧化碳,可以用浓硫酸来干燥二氧化碳。
(3)①检验装置D中CO2是否集满的方法是将燃着的木条放在锥形瓶口,若木条熄灭,则已收集满。②二氧化碳与氢氧化钠反应,装置内气体减少,因此压强减小。③反应结束后锥形瓶中的压强保持在40 kPa,说明锥形瓶中含有空气,即CO2气体不纯。
例题2　(1)澄清石灰水　澄清石灰水变浑浊
(2)酸性　C
(3)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O　氢氧化钠(或NaOH)
(4)生成气体(合理即可)　新物质的生成
变式训练
(1)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O
(2)过滤　漏斗
(3)Ca(OH)2
(4)NaOH和CaO
(5)向两瓶气体中分别加入等量澄清石灰水,振荡,观察变浑浊的程度(合理即可)
实验探究
必做实验2　二氧化碳的实验室制取
【实验过程】CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑　可以随时添加液体试剂　可以控制反应速率　可以控制反应的发生与停止　产生气体的速率过快,不便于收集　产生的气体从长颈漏斗末端逸出　带小孔的隔板上　密度　便于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.试剂的量不足(合理即可)　继续加入试剂(合理即可)　2.石灰水已变质(或盐酸浓度较大,二氧化碳中混有氯化氢气体等)
【实验拓展】1.可以控制反应的发生与停止　2.(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)①饱和碳酸氢钠溶液　②浓硫酸
3.澄清石灰水

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