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第一节 碳及其化合物
【基础考点梳理】
一．碳族元素的原子结构及其性质：
1．碳族元素在周期表中的位置： 族
2．碳族元素包括 （填元素符号）五种元素。
名称：
3．原子最外层上都有 个电子，容易形成共价化合物，该族元素形成的化合物在自然界中
最多。
4．主要化合价为： ，其中 的+4价化合物稳定，而 的+2价
化合物稳定。
5．随核电荷数的增加，原子半径依次 ，非金属性逐渐 。
C为非金属，Si外貌似金属而性质为非金属，Ge的金属性比非金属性强，Sn、Pb为金属。
二．碳族元素性质的相似性和递变性
相似性 递变规律
最外层有4个电子，难得失，易形成共价键 熔点：C Si Ge Pb Sn沸点：C Si Ge Sn Pb
在气态氢化物中显－4价，化学式为RH4 CH4 SiH4 GeH4 SnH4气态氢化物稳定性降低
在最高价氧化物中显+4价，化学式为RO2 CO2、SiO2、GeO2、SnO2、PbO2
最高价氧化物对应的水化物化学式为H2RO3或H4RO4或R(OH)4 H2CO3、H2SiO3、H4GeO4酸性减弱Ge(OH)2、Sn(OH)2、Pb(OH)2碱性增强
三．碳的的同素异形体：
金刚石、石墨、无定形碳和C60
同素异形体 金刚石 石墨
结构 正四面体，空间网状结构 平面层状正六边形结构，层与层之间以 相结合
主要性质 熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不能导电 熔点很高，质软，有滑腻感，是电的良导体。
主要用途 钻具、装饰品 润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料
转化 隔绝空气 C（s,金刚石） C（s,石墨）；△H = －1.9 kJ/mol 1273K
稳定性 石墨 金刚石
四．碳的化学性质：常温下性质稳定
1．可燃性：
C + O2(足量) C + O2(不足量)
2．还原性：
C + CuO
C + SiO2
C + H2O
C + CO2
3．氧化性：
C + Si C + H2
五．碳的氧化物：
1．CO—不成盐氧化物
⑴ 物理性质：无色、无味气体，密度略小于空气，难溶于水。
⑵ 化学性质：
①可燃性：CO + O2 （用于除去CO）
② 还原性：CO + CuO
CO + Fe2O3 （高炉炼铁原理）
CO + H2O （工业制H2）
③ 毒性：可与人体血红蛋白结合使人中毒，NO与CO中毒原理相同。
2．CO2—酸性氧化物，叫碳酐。
⑴ 物理性质：无色无味气体，密度大于空气，微溶于水(1体积溶解1体积)
⑵ 化学性质：
①酸性氧化物的性质：
CO2 + H2O=
CO2 + H2O + Na2CO3 =
CO2 + Ca(OH)2=
CaO + CO2
Ca(ClO)2+CO2+ H2O=
②氧化性：
CO2 + Mg
③跟Na2O2反应：
CO2 + Na2O2＝
六．CO2的制法：
1．工业制法：
CaCO3
2．实验室制法：
a．药品：石灰石、稀盐酸
b．装置：启普发生器(H2、CO2、H2S)
　 c．反应原理：CaCO3+ HCl=
d．收集方法：向 排空气法
e．验满方法：燃着的木条靠近瓶口
f．注意事项：用稀盐酸而不能用浓盐酸(具有挥发性)和稀硫酸(生成微溶于水的硫酸钙)
七．碳酸：
二元弱酸，比乙酸的酸性弱，比次氯酸和偏铝酸的酸性强。
如：Na2CO3 + CH3COOH =
NaAlO2 + H2O + CO2 (过量) =
八．CO2与“温室效应”
1．CO2的主要来源：大量燃烧含碳的燃料
2．自然界消耗CO2的主要反应：
⑴溶于江、河、湖、海中：CO2 + H2O =
⑵光合作用将CO2转化为O2
⑶岩石的风化：CaCO3 + H2O + CO2 =
九．CO2的用途：灭火剂、制纯碱、制汽水、干冰用于作致冷剂或人工降雨
十．碳及其化合物的知识网络
基础考点梳理答案：
一、
1．ⅣA
2． C、Si、Ge、Sn、Pb 名称：碳、硅、锗、锡、铅
3．4
4．+2、+4 C、Si、Ge、Sn Pb
5．增大 减弱
二、
熔点：C>Si>Ge>Pb>Sn
沸点：C>Si>Ge>Sn>Pb
三、
分子间作用力 >
四、
1．C + O2(足量)CO2 2C + O2(不足量)2CO
2．C + 2CuO 2Cu+CO2 C + SiO2 Si+2CO
C + H2O CO+H2 C + CO2 2CO
3．C + Si SiC C + 2H2 CH4
五、
1．⑵① 2CO + O22CO2
②CO + CuO Cu+CO2
3CO + Fe2O3 2Fe+3CO2
CO + H2OH2+CO2
2．⑵①CO2 + H2O=H2CO3
CO2 + H2O + Na2CO3 =2NaHCO3
CO2 + Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
CaO + CO2 CaCO3
Ca(ClO)2+CO2+ H2O= CaCO3+2HClO
②CO2 + 2Mg 2MgO+C
③2CO2 +2Na2O2＝ 2Na2CO3+O2↑
六． 1．
CaCO3 CaCO3+CO2↑
2．
　 c． CaCO3+ 2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
d．上
七、
Na2CO3 +2CH3COOH = 2CH3COONa+H2O+CO2↑
NaAlO2 + 2H2O + CO2 (过量) = Al(OH)3↓+NaHCO3
八、
CO2 + H2O =H2CO3
CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2
【解题方法规律技巧大放送】
一、除杂问题归纳
1．CO（CO2）：通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。
2．CO2（CO）：通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管
3．CO2（SO2）：通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶
4．CO2（O2）：通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管
5．CO2（HCl）：通过饱和NaHCO3溶液
6．CO2（H2S）：通过CuSO4溶液
【例1】某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O(气)、H2中的一种或几种，依次进行如下处理（假如每次处理均反应完全）。①通过碱石灰时气体体积变小，②通过赤热的氧化铜时，固体变为红色，③通过白色CuSO4粉末时粉末变为蓝色，④通过澄清石灰水时，溶液变得浑浊。由此可以确定原混合气体中
A．一定含有CO2、H2O，可能含有H2、CO
B．一定含有CO、H2O，可能含有H2、CO2
C．一定含有CO、CO2，可能含有H2、H2O
D．一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种
答案：D
解析：由①判断至少含有H2O、CO2中的一种，由②③④综合推断一定存在CO和H2。
二、碳族元素的化合价
常见化合价为+2和+4价，其中碳、硅、锗、锡的+4价的化合物较稳定，而铅的+2价化合物稳定。以在氧化还原反应中化合价的变化可归纳如下性质：
⑴单质以还原性为主，如碳常作还原剂，且稳定越高还原性越强。
⑵+2价化合物有还原性。因锡的+4价的化合物较稳定，+2价Sn2+有较强的还原性：
如Sn2+ +2 Fe3+ =2 Fe2++ Sn4+
⑶+4价化合物只有氧化性，因铅的+2价化合物稳定，Pb4+有很强的氧化性：
如 Pb3O4 + 8HCl(浓) =3PbCl2+Cl2↑+4H2O
【例2】如果发现114号新元素（位于第7周期IVA族），下列有关X可能具有的性质合理的是
A．X是非金属元素
B．X的+2价化合物比+4价化合物稳定
C．XO2具有强氧化性
D．X有稳定的气态氢化物
答案：BC
解析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同，即为+2价，所以XO比XO2稳定。X4+离子另得电子变成X2+，所以XO2具有强氧化性。X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。
三、碳酸盐的性质
1．溶解性
如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度较小，如：Na2CO3＞NaHCO3；如果碳酸的正盐溶解度较小，则对应酸式盐的溶解度较大，如CaCO3＜Ca(HCO3)2。
2．稳定性
难溶性的碳酸盐、(NH4)2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
3．酸式盐与碱反应的产物判断
如：在Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液
Ca(HCO3)2+NaOH=CaCO3↓+NaHCO3+H2O （NaOH少量）
Ca(HCO3)2+2NaOH=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O （NaOH过量）
书写原则：谁少量谁的系数定位“1”。
4．CO32-和HCO3-的检验
⑴利用正盐和酸式盐的溶解性可区别CO32-和HCO3-，如加CaCl2溶液。
⑵利用CO32-和HCO3-与H+反应放出CO2快慢来区别。
5．正盐和酸式盐的相互转化
【例3】下列有关碳酸盐、碳酸氢盐的说法中，正确的是
A．只有碱金属和铵的碳酸盐易溶于水，而碳酸氢盐都不易溶于水
B．某白色粉末的焰色反应呈黄色，加入盐酸后放出二氧化碳气体，则该粉末一定是碳酸钠
C．所有的碳酸氢盐加热后，均生成相应的碳酸盐
D．所有的碳酸盐和碳酸氢盐加入硝酸后均能生成二氧化碳
答案：D
解析：Ba(HCO3)2、Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2、NH4HCO3、等都易溶于水，故A错；与盐酸反应放出CO2气体，可以是碳酸盐也可以是碳酸氢盐，故B错；NH4HCO3 NH3↑+H2O+CO2↑，故C错。
四、CO2气体与溶液的反应规律
1．往某溶液中不断通入CO2至过量时，现象是“先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解”。如：
⑴往澄清石灰水中不断通入CO2气体的反应为：
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
⑵往氢氧化钡溶液中不断通入CO2气体的反应为：
Ba(OH)2+CO2=BaCO3↓+H2O BaCO3+CO2+H2O=Ba(HCO3)2
⑶往漂白粉溶液中不断通入CO2气体的反应为：
Ca(ClO)2+CO2+H2O= CaCO3↓+2HClO，CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2
2．往某溶液中不断通入CO2气体至过量时，现象为“产生白色沉淀或浑浊，沉淀或浑浊不消失”。如：
⑴在NaAlO2溶液中不断通入CO2气体至过量时，反应为：
2AlO2-+CO2(少量)+3H2O=2Al(OH)3↓+CO32-
AlO2-+CO2(过量)+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
⑵往Na2SiO3溶液中不断通入CO2气体至过量时，反应为：
SiO32-+CO2+H2O=H2SiO3+CO32-，SiO32-+2CO2+2H2O=H2SiO3+2HCO3-
⑶往饱和Na2CO3溶液中通入CO2气体，反应为：
2Na++CO32-+CO2+H2O=2NaHCO3↓
【例4】将标准状况下的2.24LCO2通入150mL1mol/LNaOH溶液中，下列说法正确的是
A．c(HCO3-)略大于c(CO32-)
B．反应后的溶液能使高锰酸钾酸性溶液褪色
C．c(Na+)等于c(CO32-)与c(HCO3-)之和
D．c(HCO3-)略小于c(CO32-)
答案：A
解析：n(CO2)=0.1mol；n(NaOH)=0.15mol，其反应后的产物为Na2CO3、NaHCO3，物质的量分别为0.05mol、0.05mol。由于CO32-的水解程度比HCO3-的水解程度大，故在溶液中c(HCO3-)略大于c(CO32-)；该溶液不可使KMnO4(H+)溶液褪色，故B错；由原子守恒可知c(Na+)应大于c(CO32-)与c(HCO3-)之和，故C错。
【例5】 将过量的CO2分别通入① CaCl2溶液；② Na2SiO3溶液；③ Ca(ClO)2溶液；④ 饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有白色沉淀析出的是（ ）
A．①②③④ B．②④ C．①②③ D．②③
答案：B
解析：CO2溶于水：CO2+H2O=H2CO3，H2CO3的酸性比盐酸弱，而比硅酸、次氯酸强。根据酸与盐反应的规律，CO2通入CaCl2溶液无明显现象（弱酸不能制强酸）；过量CO2通入Ni2SiO3溶液中有白色沉淀H2SiO3生成；CO2通入Ca(ClO)2溶液至过量，Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO，CaCO3+H2O+CO2= Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生。过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中。Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3生成的NaHCO3溶解度比Na2CO3溶解度小而结晶析出。
点评：此题易出错的地方有三个：① CO2通入CaCl2溶液无明显现象；② CaCO3可溶于饱和CO2水溶液；③ NaHCO3因溶解度小而结晶析出。
C
CO2
CaCO3
CaC2
C2H2
CO
有机物
NH4HCO3
CH4
H2CO3
Na2CO3
NaHCO3
O2
SiC 、CCl4
不完全燃烧
O2(不足)
O2 (不足)
①O2
②CuO
炽
热的碳
NH3·H2O
O2 (点燃)
△
H2O
CaO
△
Si、Cl2 (△)
Mg (点燃)
①O2 (点)
②CuO
(△)
C、CO
Na2O2
NaOH
H2O
NaOH
H＋
Ca(OH)2
①高温②H+
Ca2＋
CO2 、H2O
△
Ca(OH)2
CO2 (水)
①OH―
②加热
Ca(HCO3)2
加热或加NaOH
Na2CO3
NaHCO3
H2O+CO2
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