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课时9　碳和碳的氧化物
一、碳的单质
1.物理性质及用途
(1)金刚石的物理性质：无色透明的固体，天然存在的________的物质；用途：作装饰品，裁玻璃、切割大理石、作钻探机钻头等。
(2)石墨的物理性质：灰黑色，质______，有滑腻感，有优良的________性；用途：制铅笔芯，作润滑剂，作石墨电极、电刷等。
(3)C60：由C60分子构成，分子形似足球，具有一些特殊的性质。
总结：金刚石、石墨、C60物理性质差异大的原因是____________ ______不同。
最硬
软
导电
碳原子排列方式
木炭、焦炭、活性炭、炭黑的主要成分也是碳单质。木炭、活性炭具有____________的结构，有吸附性，可用于吸附色素和异味等。
名师点睛
疏松多孔
2.化学性质及用途
(1)稳定性：用墨(由炭黑等制成)书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色。
(2)可燃性：氧气充足时，充分燃烧：___________________(填化学
方程式，下同)；氧气不足时，不充分燃烧：______________________。碳单质有可燃性，可用作燃料。
(3)还原性：与二氧化碳反应：______________________；与氧化铜
反应：___________________________；
与氧化铁反应：__________________________________。利用碳单质的还原性冶炼金属。
二、碳的氧化物
1.一氧化碳
(1)物理性质：无色、无臭的气体，______溶于水，密度比空气略小。
难
还原性：①与氧化铜反应：__________________________；②与氧
化铁反应：_______________________________。可用于冶金工业。
毒性：极易与血液中的血红蛋白结合，使之失去携氧能力，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。
2CO2
CO有毒，在实验中一定要进行尾气处理；用煤等含碳燃料取暖时，一定要装烟囱，并且注意室内通风，防止CO中毒。
名师点睛
2.二氧化碳
(1)物理性质：无色、无臭的气体，______溶于水(体积比约为1∶1)，密度比空气______，固态二氧化碳叫作________。
(2)化学性质：①不能供给呼吸(本身无毒)，因此进入久未开启的地窖前，要先做灯火试验。一般情况下，不能燃烧，也不支持燃烧。
②与水反应：________________________(使紫色石蕊溶液变红，正常雨水呈弱酸性的原因。填化学方程式，下同)；H2CO3很不稳定，容易分解：___________________________。
③与碳反应：____________________。
能
大
干冰
CO2＋H2O===H2CO3
H2CO3===CO2↑＋H2O
④与碱反应：Ca(OH)2＋CO2===__________________(澄清石灰水变浑浊，用于检验CO2)；2NaOH＋CO2===___________________(无明显现象，用于吸收CO2)。
(3)用途：灭火、作化工产品原料、作气体肥料，干冰作制冷剂、用于人工增雨等。
总结：CO和CO2元素组成相同，化学性质不同的原因是________________。
CaCO3↓＋H2O
Na2CO3＋H2O
分子构成不同
二氧化碳用于灭火，既利用了其“不能燃烧，也不支持燃烧”的化学性质，又利用了其“密度比空气大”的物理性质。
名师点睛
(4)制法：①工业制取(煅烧石灰石)：__________________________ (填化学方程式)。
②实验室制取
a.试剂：石灰石(或大理石)与稀盐酸。
1.不能用稀硫酸代替稀盐酸：稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在固体表面，阻止反应继续进行。
2.不能用浓盐酸代替稀盐酸：浓盐酸挥发性强，使制得的气体中混有较多的氯化氢杂质。
3.不宜用碳酸钠粉末代替石灰石(或大理石)：碳酸钠粉末与稀盐酸反应速率过快，产生的气体不便于收集。
名师点睛
b.反应原理：________________________________________(填化学方程式)。
c.发生装置：固液常温型。
d.收集方法：____________法，依据是CO2的密度比空气大。
e.除杂：依次通过饱和NaHCO3溶液(除去HCl)、浓硫酸(干燥)。
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
向上排气
(5)对生活和环境的影响
①自然界中的碳、氧循环
。
②温室效应：人类消耗的化石燃料急剧增加，导致二氧化碳含量增加。防治措施：减少使用化石燃料，开发利用清洁能源，植树造林，严禁乱砍滥伐。
③“低碳”生活：减少__________(填化学式)的排放，低能量、低消耗、低开支的生活方式；日常做法：不使用一次性筷子，不使用一次性塑料袋，出行乘坐公共交通工具。
CO2
三、实验突破
1.木炭还原氧化铜(装置如图)
(1)现象：黑色粉末逐渐变______，澄清石灰水变________。
(2)注意事项：①酒精灯加网罩的目的是______________________。
②反应结束后，先将导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯的目的是__________________________。
③用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后再把
粉末倒出，目的是________________。
红
浑浊
集中火焰，提高温度
防止石灰水倒流炸裂试管
防止铜被氧化
2.一氧化碳还原氧化铜实验(拓展)
(1)现象：黑色粉末逐渐变______，澄清石灰水变________。
(2)注意事项：①先通入一段时间的CO，再点燃左侧酒精灯加热的目的是________________________________________。
②反应结束后，先停止加热，继续通入CO至玻璃管冷却至室温的目的是________________、__________________________。
③CO有毒，因此应进行尾气处理，可采用点燃法或________法。
红
浑浊
排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸
防止铜被氧化
防止石灰水倒流炸裂试管
收集
3.二氧化碳的性质实验
(1)倾倒二氧化碳
①现象：两支蜡烛____________________。②结论：二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，密度比空气大。③应用：可用于________。
自下而上依次熄灭
灭火
(2)二氧化碳的溶解性实验
①旋紧瓶盖后，应进行的操作是________。②最终观察到的现象是______________。③结论：二氧化碳能溶于水(不能说明二氧化碳能与水反应)。
振荡
塑料瓶变瘪
(3)二氧化碳与水的反应
实验一 实验二 现象 Ⅰ.纸花不变色 Ⅱ.纸花不变色 Ⅲ.纸花变红 通入二氧化碳后溶液变为____色 加热后溶液又变为紫色
分析 水不能使紫色石蕊变红 二氧化碳不能使紫色石蕊变红 二氧化碳与水反应生成的________能使紫色石蕊变红 原因是_________ _______________ (用化学方程式表示) 原因是______ _________________(用化学方程式表示)
结论 二氧化碳能与水反应生成酸性物质 红
碳酸
CO2＋
H2O===H2CO3
H2CO3
===CO2↑＋
H2O
碳和碳的氧化物的性质和用途(5年5考)
1.(2024·广州)部分含碳物质的分类与相应的化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　 　)
A.a可能是C60
B.b 和c能相互转化
C.c能与水反应生成d
D.c 不能直接转化成e
D
2.(2021·广州)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
碳和碳的氧化物的简单实验(5年4考)
3.(2022·广州节选)陶瓷是火与土的结晶，是中华民族文化的象征之一。“九秋风露越窑开，夺得千峰翠色来”描述的是著名的青瓷。
(1)①手工制作陶瓷的过程如图1，陶瓷丰富的色彩与烧制过程中的还原反应有关。燃料(以木炭为例)在窑体内燃烧。通过两步反应生成CO，化学方程式为____________________________________。
②青瓷的“翠色”来源十分复杂，涉及窑体内的CO和瓷器表面釉料中的氧化铁在高温下反应生成氧化亚铁，化学方程式为___________ ___________________。
CO＋Fe2O3
(2)古代窑炉(如图2)构造不断变迁。为了提高窑体内CO的体积分数，下列措施中可行的有哪些 ________(多选，填标号)
A.相对增加燃料用量 B.相对增加空气鼓入
C.增加排气口数量 D.减少排气口数量
AD
4.(2022·广州)某化学兴趣小组研究影响化学反应快慢的因素。
(1)如图是实验室中常用的仪器。
①仪器A的名称是____________。
②从如图中选择合适的仪器组装一套CO2发生装置，要求添加盐酸无需拆开装置，需要用到的仪器有哪些 __________(填标号)
长颈漏斗
ABD
(2)该小组的实验设计和数据记录如表。每个实验均在反应开始后，就立即用排水法连续收集多瓶CO2；表中“—”表示气泡太少，不再收集。
序号 反应物 收集每瓶气体所用时间(单位：秒) 盐酸浓度 盐酸体积 大理石形状 第1瓶 第2瓶 第3瓶 第4瓶 第5瓶 第6瓶
实验1 10% 70 mL 小颗粒 8 9 10 12 14 19
实验2 块状 11 12 15 17 21 23
实验3 7.5% 70 mL 小颗粒 10 12 13 15 17 26
实验4 块状 t 14 16 19 22 24
实验5 5% 70 mL 小颗粒 14 18 19 32 63 —
实验6 块状 20 31 59 — — —
①该小组研究了哪些因素对反应快慢的影响 ___________________ ______。
②为了分析浓度对反应快慢的影响，可对比表中实验______(填标号)。
A.2和3 B.2和4
C.4和5 D.1和6
③根据实验数据反映出的规律，表中数值t的合理范围是：________＜t＜________。
盐酸浓度、大理石
形状
B
11
14
(3)该小组在反应开始后立即收集第1瓶气体，你认为该做法合理吗 说出你的观点并阐述理由：_____________________________________ _____________________________________。
合理，每个实验均在反应开始后，就立即用排水法收集，收集的空气体积一样多
【解析】(1)②实验室用石灰石(或大理石)与稀盐酸反应制取二氧化碳，该反应是固液不加热型，从如图中选择合适的仪器组装一套CO2发生装置，不需要酒精灯和量筒，要求添加盐酸无需拆开装置，故需要用长颈漏斗，便于随时添加液体，用长颈漏斗需要带导管的双孔橡胶塞，还需要锥形瓶作反应容器，故选ABD。(2)②分析浓度对反应快慢的影响，根据控制变量法，浓度是变量，其他量相同，故选实验1、3、5或2、4、6，故选B。③根据实验数据可知，其他条件相同时，盐酸浓度越大，第1瓶收集时间越短，故t＞11；条件相同时，收集第1瓶时间比第2瓶短，故t＜14，即11＜t＜14。
1.(2025·广州增城区二模)下列CO2的用途中，没有涉及化学性质的是(　 　)
A.干冰用于人工增雨
B.CO2用于生产碳酸饮料
C.CO2用作气体肥料
D.CO2用于人工合成淀粉
A
2.(2025·广州花都区一模)下列有关碳及其化合物的说法不正确的是(　 　)
A.石墨可用于高铁列车的受电弓滑板
B.CO和CO2具有相同的分子种类
C.CO2可用于灭火
D.可燃冰的主要成分是甲烷水合物，有望成为未来新能源
B
3.(2025·广州番禺区一模)下列关于碳和碳的氧化物的说法中，正确的是(　 　)
A.高温下，一氧化碳与氧化铁的反应属于复分解反应
B.石墨有滑腻感、优良的导电性和常温下化学性质稳定等性质
C.金刚石和石墨中原子排列方式相同
D.1 g金刚石和1 g石墨与足量氧气完全反应后生成的二氧化碳的质量不同
B
4.下列项目与所涉及的化学知识有关联的是(　 　)
A.用活性炭制作简易净水器，是因为活性炭具有导电性
B.石墨一定条件下转变成金刚石：原子种类发生改变
C.碳和氢气用于冶炼金属，是因为碳和氢气具有还原性
D.CO2气体制成干冰：二氧化碳分子由运动变为静止
C
5.(原创)碳燃烧时会产生一氧化碳和二氧化碳，下列关于它们的说法正确的是(　 　)
A.一氧化碳固体也叫干冰
B.二氧化碳含量很高时也会致人死亡
C.一氧化碳约占空气体积分数的0.03%
D.二氧化碳可以还原氧化铁
B
6.下列物质的检验、鉴别与除杂方法正确的是(　 　)
选项 实验目的 实验方法
A 检验CO2中含有CO 将气体通过氧化铜粉末
B 检验CO2中含有HCl气体 通入紫色石蕊溶液中
C 除去CO2中混有的少量CO 点燃该气体
D 酒精中含有碳元素和氢元素 在酒精灯火焰上罩一个干燥的烧杯
A
7.(2025·广州一模)某同学想要做实验室制取CO2和探究CO2性质的实验。
Ⅰ.制取CO2
(1)实验室制取CO2的化学方程式为____________________________ ______________。
(2)制取一瓶干燥的二氧化碳气体需要的装置有________(填标号)。
2HCl＋CaCO3===CaCl2＋H2O＋CO2↑
BCE
Ⅱ.CO2的性质探究
(3)将纯净干燥的CO2缓慢通入图1装置，观察到现象是______(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===CO2↑＋H2O
Ⅲ.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环节。碱清除法利用了碱能与CO2反应的原理，能有效吸收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。
(4)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__________________________________。
(5)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
因为相同条件下LiOH吸收的CO2更多
8.(2025·广州番禺区一模)我国力求在2060年前实现“碳中和”，“碳中和”即CO2的消耗量抵消其排放量。某兴趣小组围绕CO2的制备、吸收、封存等问题展开探究。
Ⅰ.CO2的制备(如图1)
(1)仪器a的名称是____________。
(2)用装置AC组合制备并收集二氧化碳，该反应的化学方程式为______________________________________，如何验证装置C中二氧化碳已收集满__________________________________________________。装置B也能用来制取二氧化碳，反应过程中若关闭装置B中的弹簧夹，可观察到的现象是__________________________________________。
长颈漏斗
CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
把燃着的木条放在导管口n处，若木条熄灭，则集满
液体被压入长颈漏斗，固液分离，反应停止
Ⅱ.CO2的吸收：利用压强传感器研究NaOH溶液吸收CO2的情况。用3个250 mL的烧瓶收集满纯净的CO2，连接压强传感器，用注射器同时等速度分别注入三种不同浓度的NaOH溶液各15 mL，同时振荡烧瓶。采集的数据如图2所示。
(3)曲线a、b、c所示的实验中，t2 s时导致压强瞬间降低的操作是________，t3 s时被吸收CO2的体积由大到小的顺序是______________(用“a”“b”“c”表示)，写出NaOH溶液吸收CO2的化学方程式：__________________________________。
振荡
c＞b＞a
2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
Ⅲ.CO2的封存：碳封存是从大气中捕集、储存二氧化碳的过程，其中最重要的操作是“碳捕集”，如图是一种利用NaOH溶液喷淋捕集空气中CO2的工艺流程图。
已知：石灰乳是氢氧化钙的悬浊液。
(4)以上工艺流程中，可以循环利用的物质是_____________(填化学式)。
(5)下列溶液中，同样能用于“捕集”CO2的是________(多选，填标号)。
A.CaCl2溶液 B.CuSO4溶液
C.氨水 D.KOH溶液
NaOH、CaO
CD
1.幸福需要辛勤的劳动来创造。下列劳动与所涉及的化学知识不相符的是(　 　)
选项 劳动项目 化学知识
A 铅笔芯中的石墨具有导电性 用铅笔芯作简易电池的电极
B 用活性炭去除冰箱异味 活性炭具有吸附性
C 把水煮沸后饮用 煮沸可以降低水的硬度、杀菌、消毒
D 捕集工业排放的CO2制成干冰 CO2可直接用于冶炼金属
D
2.我国科研人员以金属钠和CCl4为原料，在700 ℃时制造出纳米级金刚石粉末，下列有关说法不正确的是(　 　)
A.金属钠的化学性质不活泼 B.CCl4属于化合物
C.金刚石可用于切割大理石 D.另一种产物是NaCl
3.(2025·云南)下列有关碳和碳的氧化物的说法不正确的是(　 　)
A.CO和CO2均可通过C和O2反应得到
B.CO可作燃料，CO2可作气体肥料
C.CO有毒，煤炉上放一壶水能防止煤气中毒
D.金刚石薄膜可用于集成电路基板散热
A
C
4.碳和碳的化合物是化学世界里最庞大的家族。下列有关它们的说法正确的是(　 　)
A.一氧化碳与二氧化碳可相互转化
B.用碳素墨水填写重要资料，是因为碳的化学性质稳定
C.金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，它们之间的转化属于物理变化
D.所有含有碳元素的化合物都属于有机化合物，简称有机物
A
5.(原创)常温下，下列说法正确的是(　 　)
A.CO2能与水反应生成碳酸，故会形成酸雨
B.醋酸(CH3COOH)分子由2个碳原子、4个氢原子和2个氧原子构成
C.碳酸钠溶液的pH＝7
D.pH＞10的土壤不适于种植农作物，因为碱性太强
D
6.如图为与CO2有关的部分转化(转化②和③同时还生成H2O)。下列说法不正确的是(　 　)
A.转化①为置换反应
B.转化②中CO2与C2H5OH的分子个数比为1∶1
C.转化③中CO2与H2的质量比为22∶3
D.工业上转化④还可用于制取生石灰
B
7.下列关于实验的说法不正确的是(　 　)
A.实验①：干花不变色，湿花变红，说明CO2能与水反应生成碳酸
B.实验②：燃烧产生蓝色火焰，烧杯内壁有水雾，说明无色气体为氢气
C.实验③：木条在空气中继续燃烧，在呼出气体中熄灭，说明O2含量：空气＞呼出气体
D.实验④：碘在水中几乎不溶解，在汽油中可溶解，说明碘的溶解性与溶剂种类有关
B
8.(2025·威海)走进碳家族。
Ⅰ.碳的单质
(1)有人提出：可将碳加入金属活动性顺序中，其位置位于铝和锌之间。在高温条件下，碳可以将排在它后面的金属从其氧化物中置换出来，同时生成二氧化碳。请列举一例说明：________________________ __________________(用化学方程式表示)。
(答案合理即可)
Ⅱ.碳的化合物
(2)二氧化碳的调控
我国承诺力争于2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。要实现这些目标，主要有以下两种路径：
①从源头上减少CO2排放：能从源头上减少CO2排放的措施有__________________________(答一条)。
②促进CO2的吸收与转化：可将CO2注入深海，实现高压封存，但该方法会使海水的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)，请解释原因：__________________________________________。
使用新能源替代化石燃料
减小
二氧化碳溶于水生成碳酸，使海水酸性增强
③植树造林能增加二氧化碳的吸收，绿色植物的光合作用能够将二
氧化碳转化为葡萄糖，反应的化学方程式为_______________________ ________________。
④“液态阳光”技术以二氧化碳和氢气为原料，在催化剂作用下合成甲醇(CH3OH)和水。利用该技术生产6.4 t甲醇，消耗二氧化碳的质量是__________t。
C6H12O6＋6O2
8.8
(3)乙炔的制取
乙炔是有机合成的重要原料之一，常温、常压下为无色气体，难溶于水，密度比空气小。实验室常用块状电石(主要成分CaC2)和水在常温下制取乙炔。制取该气体的发生装置是______(填标号)，若采用装置F收集乙炔气体，则气体应从______(填“a”或“b”)端导入。
A
b

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