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(共55张PPT)
考点3 碳和碳的氧化物
知识梳理 夯基础
知识点1碳单质的性质及用途
1.碳单质的物理性质及用途
项目 金刚石 石墨 木炭、活性炭 C60
物理 性质 无色透明的固体,天然存在的最_____的物质 灰黑色,有金属光泽,质软的固体,有滑腻感,有优良的导电性能 具有________的结构,有吸附性 由C60分子构成,分子结构形似足球,具有一些特殊的物理和化学性质
用途 作钻探机钻头、装饰品、裁玻璃、切割大理石等 作润滑剂、制铅笔芯、作石墨电极、制高铁列车的受电弓滑板 防毒面具里的滤毒罐、冰箱除臭剂、环保活性炭包 超导、催化、能源、医学等领域
物理性质差别很大的原因 碳原子的排列方式不同 硬
疏松多孔
2.碳单质的化学性质及用途
项目 发生的化学反应 用途
稳定性(常温) — 用于书写、绘画、签名、填写档案等
可燃性 氧气充足时: _________________________ 氧气不充足时: _________________________ 作燃料
C+O2 CO2
2C+O2 2CO
项目 发生的化学反应 用途
还原性 (1)与金属氧化物反应: 还原氧化铜: __________________________ 实验现象:黑色粉末逐渐变为红色,澄清石灰水变浑浊 用于冶炼金属
注意事项:a.酒精灯加网罩的目的:使火焰集中,提高温度
b.实验结束,先将导管从澄清石灰水中撤出,再熄灭酒精灯的目的:防止澄清石灰水倒吸回热的试管,使试管炸裂
c.冷却后再把粉末倒出的原因:防止生成的铜重新被氧化
(2)与二氧化碳反应:_____________ 用于冶炼金属
结论 不同的碳单质由于都是由碳元素组成,所以化学性质相似 C+2CuO 2Cu+CO2↑
C+CO2 2CO
温馨提示 (1)“碳”与“炭”的区别:“碳”是元素的名称,是指核电荷数为6的一类原子的总称,比如碳元素、碳单质、含碳化合物等。“炭”表示由碳元素组成的某种特殊物质,如木炭、活性炭、炭黑、焦炭等,它们是石墨的微小晶体和少量杂质的混合物。
(2)碳原子的最外层有4个电子,在化学反应中,既不易得电子,也不易失电子,所以碳在常温下化学性质不活泼。
(3)金刚石和石墨是两种不同的物质,石墨转化为金刚石的变化属于化学变化。
知识点2一氧化碳与二氧化碳
1.物理性质的比较
物质 CO CO2
无色、无臭的气体;密度比空气_________;_________溶于水 无色、无臭的气体,密度比空气________,_________溶于水
略小
难
大
能
2.一氧化碳的化学性质及用途
化学性质 用途
可燃性:CO燃烧的化学方程式为2CO+O2 2CO2 作_________
还原性:CO还原CuO的化学方程式为 ______________________________ CO还原氧化铁的化学方程式为 ______________________________ 用于_________
毒性:CO极易与血液中的血红蛋白结合,造成生物体缺氧,严重时危及生命 —
气体燃料
冶炼金属
CO+CuO Cu+CO2
3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2
3.二氧化碳的化学性质及用途
(1)化学性质及实验
序号 实验装置 实验现象 结论
Ⅰ 蜡烛由下至上依次熄灭 二氧化碳的密度比空气大(物理性质),不燃烧也不支持燃烧(化学性质)
Ⅱ 塑料瓶变瘪 _____________________
二氧化碳能溶于水
序号 实验装置 实验现象 结论
Ⅲ 分别取三朵用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花做相应实验 实验ⅰ喷水 纸花不变色 水不能使紫色石蕊变红
实验ⅱ放入二氧化碳中 纸花不变色 二氧化碳不能使紫色石蕊变红
实验ⅲ喷水后放入二氧化碳中 纸花　　　 二氧化碳和水反应生成的碳酸能使紫色石蕊变红,反应的化学方程式为
　　 　 　　　
吹干实验ⅲ中的纸花 纸花变为 　　　 碳酸很不稳定,容易分解,化学方程式为
　　　　　　　　　
变红色
CO2+H2O══H2CO3
紫色
H2CO3══H2O+CO2↑
序号 实验装置 实验现象 结论
Ⅳ 将二氧化碳通入澄清石灰水 澄清石灰水变浑浊 二氧化碳能与Ca(OH)2反应,化学方程式为
_______________________________
Ca(OH)2+CO2══CaCO3↓+H2O
(2)二氧化碳的用途
知识点3二氧化碳的实验室制取
CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑
注意 (1)不可用稀硫酸代替稀盐酸,理由是稀硫酸与石灰石反应生成的硫酸钙微溶于水,它覆盖在石灰石表面,阻碍反应的进一步发生。
(2)不可用浓盐酸,理由是浓盐酸有很强的挥发性,极易挥发出氯化氢气体,导致所收集的二氧化碳不纯。
(3)不可用碳酸钙粉末和碳酸钠代替大理石(或石灰石),理由是它们与稀盐酸反应的速率太快,来不及收集。
知识点4二氧化碳对生活和环境的影响
1.对人体健康的影响
二氧化碳本身无毒,但因为其不能供给呼吸,当空气中的二氧化碳超过正常含量时,会对人体健康产生影响,在人群密集的地方应该注意通风换气。
2.自然界中的碳循环
3.温室效应加剧与低碳生活
主要形成原因 大气中二氧化碳的含量不断上升:人类消耗的化石燃料急剧增加;森林面积不断减少
温室气体 二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟氯代烷等
危害 全球气候变暖,两极冰川融化,土地沙漠化等
防治措施 减少使用化石燃料,开发新能源;大力植树造林;提倡“低碳”生活(即减少二氧化碳的排放,如不使用一次性筷子、提倡纸张双面使用、提倡乘坐公共交通工具等)
物质网络
下面是碳及碳的化合物相互之间的转化,每个序号代表一条性质,请写出序号代表的化学方程式:
⑤CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑(合理即可)
⑥Ca(OH)2+CO2══CaCO3↓+H2O
判断下列说法的正误(正确的画“√”,不正确的画“×”)
1.CO和C还原氧化铜的反应都是置换反应。(　　)
2.煤炉旁放一大盆水能防止煤气中毒。(　　)
3.金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的。(　　)
4.相同的反应物在不同的条件下产物可能不同。(　　)
5.因为构成石墨和金刚石的碳原子相同,故将石墨转化为金刚石属于物理变化。(　　)
6.CO2和CO的组成元素相同,二者性质不同的原因是分子的构成不同。
(　　)
×
×
×
√
×
√
7.除去CO2中混有的少量CO,可用点燃的方法。(　　)
8.检验CO2要用澄清石灰水,吸收CO2要用氢氧化钠溶液。(　　)
9.由于盐酸具有挥发性,故用盐酸制得的CO2气体中可能会有少量的HCl气体。(　　)
10.除去CO2中混有的HCl杂质,可用NaOH溶液。(　　)
11.实验室常用块状石灰石和稀硫酸反应制取二氧化碳。(　　)
×
√
√
×
×
考点过关 提能力
考点1碳单质的性质及用途(6年5考)
【例1】 金刚石和石墨是常见的碳单质,其结构如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.构成金刚石和石墨的原子大小不同
B.金刚石和石墨中原子排列方式相同
C.1 g金刚石和1 g石墨所含原子数相同
D.金刚石和石墨在氧气中都不能燃烧
C
解题金钥匙 (1)从宏观角度看,碳单质都是由碳元素组成的,所以它们的化学性质相似。
(2)从微观角度看,金刚石和石墨都是由碳原子构成的,C60是由分子构成的,因为碳原子的排列方式不同,物理性质差别较大。
变式训练
1.【人教九上P134 T2变式】下列关于碳单质的性质和用途对应不正确的是(　　)
选项 用途 性质
A 木炭用于烧烤 可燃性
B 活性炭用于净水 吸附性
C 金刚石用于切玻璃 硬度大
D 石墨用作铅笔芯 滑腻感
D
2.(2025·清远一模改编)金刚石“对顶砧”技术可“点水成冰”。在常温极高压条件下,水可形成密度更大的热冰,原理如图。有关说法错误的是(　　)
A.该过程没有发生化学变化
B.过程中金刚石转化成了石墨
C.“热冰”和水的化学性质相同
D.水转化为“热冰”过程中分子间隔变小
B
3.(2025·深圳一模)“见微知著,睹始知终”的智慧可用于化学学习。下图为碳单质的结构示意图,相关说法正确的是(　　)
A.六种碳单质都是由碳原子直接构成的
B.石墨、石墨烯和石墨炔是同种物质
C.六种物质含有同种原子,但原子的排列方式不同
D.金刚石非常坚硬,除它之外,其余物质都能在氧气中燃烧
C
[解析]六种碳单质中,C60是由分子构成的,故A错误;石墨、石墨烯和石墨炔的物质结构不同,属于不同的物质,故B错误;六种物质含有同种原子(即碳原子),但原子的排列方式不同,导致物理性质差异较大,故C正确;虽然金刚石非常坚硬,也能在氧气中燃烧,故D错误。故选C。
考点2一氧化碳的性质与用途(6年2考)
【例2】 煤气中含有CO,CO是“双刃剑”,对人们的生活有利有弊。下列说法正确的是(　　)
A.CO具有难闻气味,泄漏时能闻到
B.CO还原氧化铜的化学方程式是CO+CuO══Cu+CO2
C.煤气泄漏时,可打开排气扇降低室内煤气浓度
D.煤气燃烧时既生成新物质,又伴随着能量变化
D
变式训练
4.【人教九上P152 T4变式】下列关于碳及其化合物的说法不正确的是
(　　)
A.CO与C的化学性质相似
B.CO与CO2的化学性质相似
C.鉴别CO与CO2可将其通入澄清石灰水中
D.CO与CO2一定条件下可以相互转化
B
5.【原创题】用以下装置进行CO还原CuO的实验。下列说法正确的是
(　　)
A.实验时先点燃酒精灯,再挤压CO气囊
B.实验中乙、丙的现象分别是红色物质逐渐变黑、澄清石灰水逐渐变浑浊
C.丁的作用是收集尾气,防止CO污染空气
D.实验结束后直接将热的Cu倒出,对实验无影响
C
6.(2025·深圳一模)如图所示进行有关碳及其氧化物的性质实验,下列说法错误的是(　　)
A.甲处的反应为C+CO2 2CO B.乙处观察到红色固体变黑
C.丙处试管可防止液体倒吸 D.丁既可吸收CO2,也可收集CO
B
[解析]甲处反应的化学方程式为C+CO2 2CO,故A正确;乙处是一氧化碳和氧化铜在加热下生成铜和二氧化碳,现象是黑色固体变成红色,故B错误;由丙装置的特点可知,丙处空试管的作用为防止氢氧化钠溶液倒流到热的玻璃管处,使玻璃管炸裂,故C正确;二氧化碳能与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,且一氧化碳难溶于水,可将溶液排出,即丁既可吸收CO2,也可收集CO,故D正确。故选B。
考点3二氧化碳的性质与用途(6年4考)
【例3】 如图,将充满CO2的试管倒扣在滴有紫色石蕊的蒸馏水中,一段时间后,下列实验现象描述正确的是____________(填序号)。
①试管内液面上升　②试管内溶液变红　③试管内液面不上升　
④试管内溶液变蓝　⑤试管内溶液不变色
①②
变式训练
7.【人教九上P143 T1改编】关于二氧化碳性质与用途的描述不正确的是
(　　)
A.二氧化碳可作灭火剂是利用其不燃烧、不支持燃烧,密度比空气大的性质
B.二氧化碳能作气体肥料是因为二氧化碳能供给呼吸
C.干冰用于人工增雨是利用干冰升华吸热
D.二氧化碳做碳酸饮料是因为二氧化碳能溶于水,且能与水反应生成碳酸
B
8.(2025·深圳)如图1通过针筒改变试管内压强,图2为pH值随气压变化的关系,下列说法错误的是(　　)
发生了2个反应:
①CO2+H2O══H2CO3
②H2CO3══H2O+CO2↑
A.pH随气压增大而减小
B.当活塞吸气时,pH值变大,发生了反应②
C.当气压小到一定程度时,瓶内pH值会大于7
D.将剩余的水换成NaOH时,CO2质量会减少
C
[解析]由图2可知,随着气压增大,pH值减小,故A正确;当活塞吸气时,气压减小,H2CO3分解为CO2和H2O(反应②),酸性减弱,pH值变大,故B正确;最初是CO2和水的体系,溶液因CO2与水反应生成碳酸呈酸性,pH<7,当气压小到一定程度,碳酸因分解而减少,溶液仍显酸性,pH不会大于7,故C错误;将剩余的水换成NaOH时,CO2会与NaOH反应被吸收,所以CO2质量会减少,故D正确。故选C。
9.(2025·广州一模节选)如图所示为探究CO2性质的实验。
Ⅰ.CO2的性质探究
(1)将纯净干燥的CO2缓慢通入图1装置,观察到的现象是____________(填“a”“b”或“c”,下同)处石蕊纸花先变红,____________处石蕊纸花后变红。将变红的石蕊纸花取出,加热一段时间,纸花重新变成紫色,原因是____________________________________(用化学方程式表示)。
c
b
H2CO3 H2O+CO2↑
Ⅱ.CO2的吸收
清除CO2是载人航天器环境控制和生命保障的重要问题。碱清除法利用了碱能与CO2反应的原理,能有效吸收清除CO2。凯凯同学为比较NaOH和LiOH对CO2的吸收能力,设计了图2实验,实验结果如图3所示。
(2)LiOH具有与NaOH类似的化学性质,这是因为它们的溶液中都含有____________(填微粒符号),LiOH吸收CO2的化学方程式为___________________________。
(3)由以上信息可知,短期载人空间站选用____________(填“LiOH”或“NaOH”)作为CO2吸收剂更好,原因是________________________。
OH-
CO2+2LiOH══Li2CO3+H2O
LiOH
相同质量的氢氧化锂吸收的二氧化碳更多
考点4二氧化碳的实验室制取(6年5考)
【例4】 下图是实验室制取气体的常用装置。请回答下列问题:
(1)写出仪器①的名称:____________。
锥形瓶
(2)若制取二氧化碳,反应的化学方程式为___________________________,应选用的装置是____________(填字母);检验二氧化碳是否集满的方法是___________________________________________________________。
(3)将集满二氧化碳的集气瓶倒扣在盛有澄清石灰水的水槽中,观察到的现象是_________________________________________________。
(4)若要得到纯净的二氧化碳,可选用装满冷水的E装置进行收集,则CO2应从导管____________(填“a”或“b”端)通入。为了减少CO2在水中溶解的量,可选用的方法是________________________。
CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑
BE
将燃着的木条放在b管口处,若木条立即熄灭,则二氧化碳已收集满
集气瓶内液面上升,澄清石灰水变浑浊
b
将冷水改为热水
变式训练
10.(2025·佛山一模)实验室制取CO2,下列试剂、装置、检验和验满错误的是(　　)
B
11.【基础实验与跨学科实践】(2025·东莞一模)
Ⅰ.[CO2的实验室制取]
(1)图1中仪器a的名称是____________。
(2)实验室用大理石制取CO2,实验中能随时使反应发生或停止,应选用的发生装置是____________(填字母,下同),其化学方程式为______________________________________。
(3)收集CO2应选用装置____________;证明CO2已集满的操作方法为________________________,现象是____________。
锥形瓶
C
CaCO3+2HCl══CaCl2+H2O+CO2↑
D
将燃着的木条放在瓶口
木条熄灭
Ⅱ.[跨学科实践]
我校综合实践小组为研究旗峰公园中植物的碳交换,对旗峰公园一年内每天的气温及光合有效辐射进行测量,结果见“图2”和“图3”。通过测量一年内每天空气中CO2含量,分析所得碳交换的结果见“图4”(碳交换以每月每平方米植物吸收或释放CO2的质量表示,正值为净吸收CO2,负值为净释放CO2)。
(4)由上图推测,影响公园中植物碳交换的因素有____________和____________。
(5)为进一步研究环境因素对植物碳交换的影响,从光合作用的反应物看,还需测量的另一因素是一年内每天____________的变化。
温度
光照强度
湿度
考点5二氧化碳对生活和环境的影响(6年6考)
【例5】 【跨学科实践】2021年我国向全世界宣布“碳达峰”和“碳中和”目标,争取2030年前达到“碳达峰”,2060年实现“碳中和”,彰显了大国的责任和担当。实现“碳中和”的路径之一是降低化石能源在消费能源中的比例,提高可再生、非化石能源比例。
请回答下列问题:
(1)目前人们使用的燃料大多来自化石燃料,如煤、石油、天然气等,其中天然气的主要成分是____________(写化学式);化石燃料的大量使用,使大气中二氧化碳的含量持续上升,由此引发的环境问题是_______________。
CH4
温室效应加剧
(2)发展“低碳经济”,提倡“低碳生活”,已成为社会发展的总趋势。下列说法正确的有____________(填字母)。
a.“碳达峰”与“碳中和”中的“碳”指的是碳单质
b.发展公共交通事业,提倡绿色出行
c.开发和利用新能源,如太阳能、氢能等
d.为达到“碳达峰”,应立即禁止使用化石燃料
bc
(3)氢能是一种极具发展潜力的清洁能源。以太阳能为热源,热化学硫碘循环分解水是一种高效、无污染的制氢方法。其反应过程如图所示。
①反应Ⅰ的化学方程式是____________________________________。
②上述生产过程中可循环使用的物质是________________________(填化学式)。
SO2+I2+2H2O══H2SO4+2HI
H2SO4、HI、SO2、I2
变式训练
12.(2025·深圳一模)“践行低碳生活,守护深圳蓝天”。下列做法与环保理念不相符的是(　　)
A.分级处理生活污水
B.建设生态湿地公园
C.维持“煤炭为主”能源结构
D.实施垃圾分类条例
C
13.【科普阅读】(2025·佛山二模)化石燃料的燃烧、森林砍伐和工业发展等造成CO2过度排放已成为全球性问题。将CO2转化为高附加值燃料或化学品已被认为是缓解能源短缺和温室效应等问题最有前景的方法。
上海科研团队成功开发出一种用锌修饰的氮化镓(Zn-GaN)纳米线催化剂,实现了人工光合作用下CO2高效转化为甲烷,原理与反应部分路径图如图1,助力实现碳中和。团队通过大量实验证明,产生甲烷速率的影响因素如图2。(摘自Science Bulletin)
依据上文,回答问题:
(1)造成CO2过度排放的原因____________________________________。
(2)CO2经人工光合作用生成的燃料属于____________(填“有机”或“无机”)物。
(3)图1发生的化学反应方程式_________________________________ 。
(4)由图2推测,该实验至少设置____________组对照实验;光照越强,催化作用越____________(填“强”或“弱”),提高甲烷产生速率的方法有____________________________________________________(写一条)。
(5)实现上述转化的意义是________________________________(写一条)。
化石燃料的燃烧、森林砍伐、工业发展等
有机
6H2O+CO2 4H2O2+CH4
3
强
增强光照、增大水蒸气浓度、增加催化剂质量、升温等
缓解能源短缺、减缓温室效应等
聚焦广东 练真题
1.【基础实验和跨学科实践】(2024·广东)回答下列问题:
(1)CO2的制取及性质
ⅰ.制取CO2
组装一套便于添加稀盐酸的发生装置,需用到图中的仪器有__________ (填字母)。
ade
ⅱ.性质实验
操作 现象 性质
X为澄清石灰水时,现象为______________________ CO2能与石灰水反应
X为____________时,现象为______________ CO2能与水反应生成酸性物质
低处的蜡烛先熄灭,高处的蜡烛后熄灭 ______________________; CO2不燃烧,也不支持燃烧
澄清石灰水变浑浊
紫色石蕊溶液
溶液变为红色
CO2的密度比空气的大
(2)低碳行动方案
同学们展示如图所示的方案,并交流讨论、完善方案。
ⅰ.完善方案中的内容(各补写一条):
a.__________________________________________;
b.__________________________________________;
c.__________________________________________。
ⅱ.CO2物理利用____________(填“能”或“不能”)从总量上减少CO2。
ⅲ.植树造林,利用绿色植物的____________作用吸收CO2。
减少一次性餐具的使用　
人工增雨　
碳酸
不能
光合作用
2.(2020·广东)某兴趣小组在学习碳(C)的化学性质时,了解到高温下C与CuO反应生成CO2,C还能使CO2转变成CO。于是对过量木炭还原CuO的气体产物中是否含有CO进行了探究。
【猜想与假设】C还原CuO时产生的CO2与C进一步反应生成CO,化学方程式是____________________________________。
【查阅资料】CO不与NaOH、Ca(OH)2及H2SO4反应。
【实验方案】取研细和干燥后的木炭(0.3 g)和CuO(2.0 g),混合均匀并装入试管,连接装置,高温反应,检验气体。
CO2+C 2CO
【实验过程】
(1)由如图装置③中粉末的颜色变化可检验CO,除此之外,还可通过几种装置的组合,由另一种明显的现象来进一步确定CO的存在,则装置连接的最佳顺序为____________(填字母)→尾气处理。
A.①→②→③→④ B.④→①→②→③→①
C.①→④→①→③→② D.③→④→①→②
B
(2)上述进一步确定CO存在的现象是_______________________________
________________________________(装置③中粉末的颜色变化除外)。
(3)装置③中发生反应的化学方程式是___________________________。
(4)写出CO尾气处理的方法:________________________(一种即可)。
【实验结论】高温下,过量木炭还原CuO的气体产物中有CO。
【延伸应用】冬天,室内用炭火取暖时,应注意____________。
装置③前的澄清石灰水不变浑浊,
装置③后的澄清石灰水变浑浊
CO+CuO Cu+CO2
增加点燃的酒精灯
通风

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