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第六单元 碳和碳的氧化物
知识导引
知识清单
知识点1：碳的单质
1.金刚石、石墨和C60
结构 构成微粒 性质 用途 区别与联系
金刚石 碳原子 无色透明、折光性好 装饰品——钻石 金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，化学性质相似，但物理性质有很大差异， 原因是碳原子的排列方式不同
天然存在的最硬物质 作钻头、裁玻璃等
透光性好、硬度大 透镜等光学仪器的涂层
导热性好 集成电路基板散热
石墨 碳原子 灰黑色固体，质地较软 制铅笔芯
有良好的导电性 作电极或电刷等
有滑腻感 作润滑剂
C60 C60分子 —— 用于超导、催化、能源、医学等领域
易错辨析：
①金刚石、石墨都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，一个C60分子由60个碳原子构成。
②石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。
2.木炭、活性炭、焦炭和炭黑
颜色、状态 用途
木炭 灰黑色的多孔性固体 燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属
活性炭 灰黑色多孔颗粒状固体 净化多种气体和液体、作防毒面具
焦炭 浅灰色多孔性固体 冶炼金属
炭黑 极细的黑色粉末 制墨、油墨、油漆、鞋油等，作橡胶制品的填料
易错辨析：
木炭、活性炭、焦炭和炭黑都属于混合物，这些物质的主要成分是碳单质，结构与石墨类似。
②木炭、活性炭都是疏松多孔的结构，具有吸附性（物理性质），活性炭的吸附性更强。
知识点2：碳单质的化学性质
1.碳单质的化学性质
化学性质 举例 用途
常温下不活泼 用炭黑等制成的墨书写或绘画能长时间保存而不变色 制碳素墨水等
可燃性 充分燃烧：C+O2CO2 不充分燃烧：2C+O22CO 作燃料
与某些氧化物反应 与氧化铜反应：C+2CuO2Cu+CO2↑
与氧化铁反应：3C + 2Fe2O34Fe+3CO2↑ 与二氧化碳反应：C+ CO22CO 冶炼金属
2.实验：木炭与氧化铜反应
（1）实验装置：
（2）实验现象：黑色固体逐渐变成红色；澄清石灰水变浑浊。
（3）实验原理： C+2CuO2Cu+CO2↑
（4）实验中木炭的作用：木炭使氧化铜还原为铜，发生还原反应。
（5）实验分析：网罩的作用是使火焰集中，提高温度；弹簧夹的作用：反应结束时关闭弹簧夹，防止外界空气进入试管中，使灼热的铜重新被氧化为氧化铜；实验完毕后应先将导管从石灰水中移出，再熄灭酒精灯，并用弹簧夹夹紧乳胶管，避免石灰水倒吸入热的试管使试管炸裂；待试管冷却后再把试管中的粉末倒出，防止热的铜接触空气又被氧化。
知识点3：二氧化碳的性质和用途
1.二氧化碳的物理性质
（1）通常状况下，二氧化碳是无色、无臭的气体，密度比空气大。
（2）二氧化碳能溶于水。
实验 现象 性质
软塑料瓶变瘪 二氧化碳能溶于水（通常状况下，1体积水约能溶解1体积CO2）
2.二氧化碳的化学性质
实验 现象 性质
下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭 化学性质：二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧； （物理性质：二氧化碳的密度比空气大）
I、Ⅱ中石蕊纸花不变色，Ⅲ中石蕊纸花变红 CO2能与水反应 化学方程式：CO2+H2O=H2CO3
（用于检验二氧化碳） 澄清石灰水变浑浊 CO2能与碱溶液反应 化学方程式：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
3.二氧化碳的用途
CO2的用途 依据的性质
干冰（固体二氧化碳）作制冷剂，用于食品冷藏、制造舞台雾景、人工降雨等 干冰升华吸热（物理变化）
灭火 二氧化碳不能燃烧；不支持燃烧；密度比空气的大
气体肥料，可以增大农作物的产量 CO2是光合作用的原料，能促进光合作用
制碳酸饮料 CO2能溶于水；且与水反应生成碳酸
化工原料，制纯碱、尿素等 能与多种物质反应
4.二氧化碳对人体和环境的影响
（1）CO2对人体健康的影响：CO2无毒，但CO2不能供给呼吸。当空气中CO2超过正常含量时，会对人体健康造成影响，因此室内一定要注意通风换气。进入久未开启的菜窖和山洞、深井前，需做灯火实验。
（2）CO2对环境的影响：空气中CO2含量过高，会使温室效应加剧，造成全球变暖等。
易错辨析：
CO2不是空气污染物，但大气中CO2含量过高，会使温室效应加剧。
②能产生温室效用的气体有：CO2、O3、CH4（甲烷）、N2O（一氧化二氮）、氟氯代烷等。
5.低碳行动
（1）减少CO2的排放：减少使用化石燃料，更多地利用太阳能、风能等清洁能源。
（2）增大CO2的吸收：大力植树造林，严禁乱砍滥伐森林；采用物理、化学等方法，捕集、利用与封存CO2等。
知识点4：一氧化碳的性质和用途
1.物理性质
CO是无色、无臭的气体，难溶于水，密度比空气略小。
2.化学性质和用途
化学性质 用途
可燃性 2CO+O22CO2（CO点燃前需验纯） 反应现象：一氧化碳在空气中燃烧，发出蓝色火焰，放出热量，生成使澄清石灰水变浑浊的气体 作燃料
与某些氧化物反应 （1）CO+CuOCu+CO2 反应现象：黑色粉末变成红色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊 （2）3CO+Fe2O32Fe+3CO2 反应现象：红棕色粉末变成黑色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊 冶炼金属
毒性 一氧化碳跟血液中的血红蛋白的结合能力比氧气强，使人体缺少氧气而窒息死亡。 ——
注意事项：一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，必须进行尾气处理。
知识点5：一氧化碳和二氧化碳的比较
一氧化碳 二氧化碳
物理性质 色态味 无色、无臭气体 无色、无臭气体
密度 比空气略小 比空气大
水溶性 难溶于水 能溶于水
化学性质 可燃性 2CO+O22CO2 在一般情况下，既不燃烧也不支持燃烧
与某些氧化物反应 CO+CuO=== (△)Cu+CO2 不反应
与水反应 不反应 CO2+H2O==H2CO3
与石灰水反应 不反应 CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+ H2O
毒性 剧毒 无毒
主要用途 燃料、冶炼金属 灭火、温室肥料、化工原料等
相互转化 2CO+O22CO2 ；C+ CO22CO
知识点6：二氧化碳的实验室制法
1.药品：石灰石（或大理石）、稀盐酸。
2.反应原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（用化学方程式表示）。
3.实验装置：
（1）发生装置：反应物为固体和液体，反应条件为常温，应选用固液常温型，常见的制取二氧化碳的发生装置如下。
装置A操作简单，适用于制取少量气体；
装置B方便随时添加液体试剂；
装置C可通过控制分液漏斗的开关控制液体的滴加速度和滴加量，进而控制反应；
装置D可控制反应的发生和停止。
（2）收集装置：
二氧化碳能溶于水且与水反应，密度比空气大，应用向上排空气法收集，如装置E；若用装置F收集CO2，应从a口通入。
4.检验：
将气体通入澄清的石灰水中，若澄清的石灰水变浑浊，证明收集的气体是二氧化碳。
5.验满：
将燃着的木条放在集气瓶口，若火焰熄灭，证明二氧化碳已集满。
易错辨析：
①不能用稀硫酸代替稀盐酸：稀硫酸与大理石反应生成微溶于水的硫酸钙，阻碍反应的进行；不用浓盐酸代替稀盐酸：浓盐酸易挥发，使生成的二氧化碳中混有氯化氢气体而不纯；不用碳酸钙粉末或碳酸钠等代替大理石、石灰石：它们与稀盐酸反应速率太快，不容易控制和收集，且成本较高。
2.二氧化碳的工业制法：煅烧石灰石，反应的化学方程式为CaCO3高温CaO+CO2↑。
知识点7：气体制取的一般思路与方法
气体 氧气 二氧化碳
反应原理 2KMnO4 == (△) K2MnO4+MnO2+O2↑ 2H2O2 2H2O +O2↑ CaCO3+2HCl== CaCl2+H2O+CO2↑
实验装置图 发生装置：固体加热型 收集装置：排水法或向上排空气法 发生装置：固液常温型 收集装置：排水法或向上排空气法 发生装置：固液常温型 收集装置：向上排空气法
检验方法 将带火星的木条放入集气瓶中，若木条复燃，则为O2 将气体通入澄清石灰水中，若变浑浊，则为CO2
验满方法 将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则已集满 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则已集满
知识点8：碳及其化合物之间的转化关系
写出图中所示反应的化学方程式：
①2C+O22CO
C+O2CO2
2CO+O22CO2（或CO+CuO=== (△)Cu+CO2等）
C+ CO22CO
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑（或CaCO3高温CaO+CO2↑）
CO2+H2O==H2CO3
H2CO3==CO2↑+H2O

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