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第六单元 碳和碳的氧化物
第一节 金刚石、石墨和C60
碳单质
金刚石、石墨、是由碳元素组成的三种不同的单质。
金刚石、石墨的物理性质和用途
金刚石（C） 石墨（C） C60
外观 无色透明，正八面体固体 深灰色，不透明，细鳞状固体，有金属光泽 分子似足球，是有金属光泽的固体
结构模型
导电性 不导电 良好 不导电
硬度 天然存在的最硬的物质 质软 质脆
用途 作钻探机钻头，刻刀，装饰品等 作电极，铅笔芯，润滑剂（开锁）等； 作超导体，制备新材料
区别与联系 金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，但是这些单质中碳原子的排列方式不同，导致其物理性质存在明显差异；金刚石、石墨可以通过化学反应相互转变；

注：“碳”和“炭”的区别：“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。

（例）下列有关金刚石、石墨、C60的说法中，错误的是（??? ）
?C60是一种新型的化合物?????????????????????????????????????
金刚石是天然存在最硬的物质
C.?金刚石、石墨、C60在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳????????
D.?金刚石与石墨物理性质不同的原因是碳原子的排列方式不同
答案：A
（例）2015年3月，首批石墨烯手机在渝发布。石墨烯是一种由单层碳原子构成的材料。下列对该材料描述错误的是（?? ）
?化学式可表示为C?????
B.?具有可燃性????
C.?常温下化学性质很活泼???
D.?一定条件下可还原氧化铜
答案：C
无定形碳
定义：木炭、活性炭、炭黑、焦炭等物质的主要成分都是碳单质，均属于混合物，而他们的结构和石墨相似，没有固定的几何外形，所以称之为无定形碳；

无定形碳的物理性质、主要用途
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（吸附性）
焦炭 浅灰色多孔性固体 冶炼金属
炭黑 极细的黑色粉末 墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料

注：木炭、活性炭都具有吸附性（物理性质），活性炭的吸附性更强。

碳的化学性质
单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却完全相同

在常温下，碳的化学性质不活泼。
碳原子最外层有4个电子，既不容易得到电子，也不容易失去电子，所以常温下，碳的化学性质不活泼，它受日晒或与空气、水分接触都不容易发生变化；例如古代的书法字画经千百年仍不变色；

碳具有可燃性
在点燃的条件下，单质碳能在空气中（氧气中）燃烧
C+O2CO2（充分燃烧，充足） 2C+O22CO（不充分燃烧，不充足）

碳具有还原性
C+2CuO2Cu+CO2↑（黑色粉末变红） 2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑（红色粉末变黑）
单质碳的还原性可用于冶金工业。
木炭还原氧化铜的实验
操作步骤：
把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；
② 将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管；
③ 集中加热；
④ 过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象并分析；

实验现象：澄清的石灰水中有气泡冒出，变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。
方程式： C+2CuO2Cu+CO2↑

注意事项：
①反应开始的标志：黑色粉末变成红色（决定性现象），同时澄清的石灰水变浑浊；
反应结束的标注：黑色粉末不再变红或石灰水不再变浑浊；
②在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度；
③配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化；
④实验完毕后先撤离导管后熄灭酒精灯的原因：防止石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂；
⑤反应未开始澄清石灰水变浑浊的原因：木炭与试管内空气中的氧气反应生成二氧化碳从而使澄清石灰水变浑浊，所以单独的变浑浊现象不能作为反应开始的标志；
⑥木炭粉末需烘干的原因：防止木炭与水在高温下反应生成一氧化碳和氢气，发生爆炸；

⑦木炭与氧化铜采用粉末状混合的原因：增加反应物的接触面积，使反应更充分；
⑧反应过程中澄清石灰水始终不变浑浊的原因：（1）装置漏气（2）石灰水变质（3）温度不够
⑨待试管冷却后再将粉末倒出的原因：防止灼热的Cu粉与空气接触发生反应；


（例）用木炭还原氧化铜的实验如图．
（1）酒精灯加灯罩的目的________；
（2）刚开始预热，试管②中立即产生气泡，
但石灰水不变浑浊，原因是________；
（3）继续加热，观察到试管①中现象________，②中现象________．请你写出试管①中的化学方程式：________，②中发生反应的化学方程式是________；在这个反应中________（填“木炭”或“氧化铜”）发生还原反应，________（填“木炭”或“氧化铜”）具有还原性．
（4）停止加热时，应先将导管从试管②中撤出，这样操作的原因是________．
（5）如果实验过程中始终无铜生成的可能原因是________．
答案：（1）集中火焰，提高温度（2）气泡为试管与导管内的空气（3）红色粉末逐渐变黑；澄清石灰石变浑浊； C+2CuO2Cu+CO2↑；；氧化铜；木炭（4）
防止石灰石通过导管进入试管使试管炸裂；（5）温度未达到实验要求

还原反应
定义：含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。
木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有还原性。
C + 2CuO 2Cu + CO2↑
C ：得氧，发生氧化反应，具有还原性，为还原剂；
CuO：失氧，发生还原反应，具有氧化性，作氧化剂；

注：氧被夺去的说法，为氧元素，不是氧气；且还原反应中，氧元素可能被全部夺去，可能被夺去一部分。例：
第二节 二氧化碳制取的研究
实验室制取二氧化碳
原料：大理石或石灰石（主要成分）、稀盐酸。
①不用稀硫酸代替稀盐酸的原因：稀硫酸与大理石反应生成
微溶于水的硫酸钙，阻碍反应的继续进行。
②不用浓盐酸代替稀盐酸的原因：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。
③不用纯碳酸钙或碳酸钠等代替大理石、石灰石的原因：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。如果一定要用此方法，一定要注意控制反应速率，可使用分液漏斗或者注射器进行滴加液体；

反应原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

发生装置：同分解过氧化氢溶液制取氧气的发生装置
（原因：固体和液体混合，在常温下反应生成气体）

收集装置：向上排空气法收集气体的装置（原因：二氧化碳能溶于水，
且密度比空气密度大）

验满：把燃着的木条放在集气瓶口（不要伸入瓶内），如果火焰熄灭，证明二氧化碳已经收集满了。

检验：把气体通入澄清的石灰水中，如果澄清的石灰水变浑浊，就证明收集的气体是二氧化碳。

实验注意事项：
①一段时间后，集气瓶始终未收集满的原因：
长颈漏斗下端管口未伸入到液面以下；装置漏气；
②集气瓶收集的二氧化碳气体中混有少量氯化氢气体和水蒸气，可先将气体通过盛有碳酸氢钠溶液的洗气瓶（除去氯化氢），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（除去水蒸气并进行干燥）。

（例）实验室制取CO2有以下步骤：
①连接好装置；②向试管中小心放入几小块石灰石；③向试管中小心注入适量稀盐酸；
④检查装置的气密性；⑤收集产生的气体；⑥用燃着的木条检验集气瓶是否集满CO2。
以上操作按由先至后的顺序排列正确的是(　　)
A.?①②③④⑤⑥??????B.?①④②③⑤⑥?????????C.?①③②④⑤⑥??????????D.?③①②④⑤⑥
答案：B
实验室制取气体的一般思路与方法
原则：①反应物容易获取（原材料广泛易求）；
②反应条件容易达到，装置操作简单；
③气体生成速率始终，反应容易控制；
④生成的气体尽量纯净容易分离；
⑤副产物污染小或零污染

选择装置：

固体与液体；液体与液体，无需加热型 固体与固体反应，需加热型

工业制取二氧化碳的方法
工业上采用高温煅烧大理石或石灰石的方法获取二氧化碳


四、气体制备装置的优化
通过对制备装置的控制，从而控制反应的发生与停止或控制反应速率

五、气体收集装置的优化

上图装置可测量收集气体的体积

的作用：吸收HCl气体；浓的作用：吸收水；经过此方法后，可收集到干燥纯净的二氧化碳气体；

二氧化碳和一氧化碳
二氧化碳的物理性质
（1）无色无味，常温常压下为气体。
（2）一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。

【实验操作】如右图（1），将CO2气体慢慢倒入杯中。

【实验现象】蜡烛自下而上依次熄灭。

【实验分析】二氧化碳气体沿烧杯内壁流下，先聚集在底部，然后逐渐上升，把杯内的空气自下而上排出。

【实验结论】① 一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧；（化学性质）
② 一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。（物理性质）

（3）二氧化碳能溶于水。

【实验操作】如右图（2）向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡。

【实验现象】瓶体变瘪。

【实验分析】二氧化碳溶于水时，使瓶内的气体体积减小，因而压强减小，外界大气压把瓶子压瘪了。

【实验结论】二氧化碳能溶于水。

二氧化碳的化学性质
一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。

二氧化碳不能供给呼吸。（注意：二氧化碳没有毒性）

（3）二氧化碳能与水反应生成碳酸。

【实验操作】取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的纸花。第一朵纸花喷上稀醋酸，第二朵纸花喷上水，第三朵纸花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中，第四朵纸花喷上水之后，再放入盛满二氧化碳的集气瓶中，观察四朵纸花的颜色变化。然后将第四朵纸花取出，小心烘烤，观察现象。

【实验现象】① 第一朵小花变红；② 第二朵小花不变色； ③ 第三朵小花不变色； ④ 第四朵小花变红；⑤ 第四朵小花被烘烤后由红色变成紫色。

【实验分析】① 醋酸能使紫色小花变红，说明酸（溶液）可以使紫色石蕊变红；② 水不能使紫色石蕊变红；③ 二氧化碳不能使紫色石蕊变红；④ 二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红；⑤ 说明碳酸被分解了。

【化学方程式】CO2+H2O=H2CO3和H2CO3=H2O+CO2↑

【注意事项】
① 第二朵、第三朵纸花可以说明：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碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红。
② 纸花必须是干燥的。如果纸花不是干燥的，那么在把第三朵纸花放入水中时，CO2会与纸花里的水分反应生成碳酸使纸花变红，这样就起不到对照的作用。
③ 二氧化碳不能使紫色石蕊变红，但二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红。
④二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，生成白色沉淀碳酸钙：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O（本性质常用于检验二氧化碳）
⑤二氧化碳能与灼热的碳反应生成一氧化碳：CO2+C2CO
该反应是吸热反应。该反应既是化合反应，又是氧化还原反应（CO2是氧化剂，C是还原剂）。
该反应是二氧化碳变为一氧化碳的一种方法。

（例）如图所示实验中，①④为用紫色石蕊溶液润湿的棉球，
②③为浸过紫色石蕊溶液的干燥棉球．下列能准确描述实验现象的
是（? ）
A.?④比①先红，②、③不变红??????B.?①比④先红，②、③不变红
C.?④变红，①②③不变红????????????????D.?①变红，②③④不变红
答案：A
二氧化碳的用途
（1）灭火（既利用了二氧化碳的物理性质，又利用了二氧化碳的化学性质）
原因：① 二氧化碳的密度比空气大；② 一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。
灭火器原理：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
注：金属着火时，不能选用二氧化碳灭火，在一般情况下不支持燃烧，但对有些物质有助燃性，例如K，Ca，Na，Mg等物质有助燃性；

（2）干冰：干冰即固态二氧化碳，升华吸收大量的热，因此干冰可用于人工降雨、制冷剂。（物理性质）

光合作用；作气体肥料，可以提高农作物的产量。

（4）化工原料：例如碳酸饮料
三、二氧化碳对环境的影响：造成温室效应
能导致温室效应的气体：二氧化碳、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氟氯代烷等

灯火实验：进入久未开启的菜窖或干凅的深井之前，先做一个灯火实验，将一支燃着的蜡烛放入上述场所内，如果蜡烛熄灭或者燃烧不旺盛，说明二氧化碳含量较高，人不能进入。

减少大气中二氧化碳含量的措施：
改善燃料的结构，减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，更多的使用清洁能源，如太阳能，风能，核能，潮汐能等；
增强大自然的自净能力，植树造林等；
提倡“低碳”生活，绿色出行等；

四、一氧化碳的性质
物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。一氧化碳只能用排水法收集，不能用排空气法收集。

化学性质：
（1）一氧化碳具有可燃性：2CO+O22CO2
【燃烧的现象】① 发出蓝色火焰； ② 放热； ③ 生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。

（2）一氧化碳具有毒性。
原因：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。
正常的血液呈深红色，当通入一氧化碳后，血液由深红色变成浅红色。

（3）一氧化碳具有还原性。

（例）燃气热水器中燃气不充分燃烧易产生CO气体，下列关于CO的说法错误的是：(??? )
A.?CO气体有毒，可危害人体健康??????????????????????????B.?CO可用于冶炼金属
C.?CO可以燃烧，可作燃料??????????????????????????????????????D.?在煤炉上放一壶水就能防止CO中毒
答案：D
（例）“归纳与比较”是化学学习的主要方法，下列关于CO2 ?与CO的不同点比较错误的是（ ）
A.?组成：一个二氧化碳分子比一个一氧化碳分子多一个氧原子
B.?性质：CO2能溶于水，水溶液呈酸性；CO难溶于水，但能燃烧
C.?用途：CO2可用于光合作用、灭火等；CO可作气体燃料，还可用于人工降雨
D.?危害：CO2会造成“温室效应”；CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒
答案：C

一氧化碳还原氧化铜的实验：
【实验装置】见下图（这是整套装置，但只需掌握虚线框中内容，并且下文的操作、现象、结论仅针对虚线框内的实验装置）。


【实验操作】
① 先通入一氧化碳，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度；
② 点燃酒精灯给玻璃管内的物质加热；
③ 实验完毕，先熄灭酒精灯；
④ 再通入一会儿一氧化碳直到试管冷却。

【实验现象】黑色粉末变成红色，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。

【实验结论】一氧化碳能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳。

【化学方程式】CO+CuOCu+CO2

【注意事项】
① 检验一氧化碳纯度的目的：防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。
② 一氧化碳“早来晚走”，酒精灯“迟到早退”。
③ 一氧化碳“早来”，酒精灯“迟到”的目的：排净装置内的空气，防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。
④ 一氧化碳“晚走”，酒精灯“早退”的目的：防止灼热的铜重新被空气中的氧气氧化
（2Cu+O22CuO）。
⑤ 因为一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，所以必须进行尾气处理。
⑥ 7溶液的目的：① 证明反应生成二氧化碳； ② 除去装置内的二氧化碳。
⑧ 左侧酒精灯点燃的时机：右侧导管口冒出蓝色火焰时；
左侧酒精灯熄灭的时机：右侧导管口不再冒出蓝色火焰时；


一氧化碳还原氧化铁的实验
【实验装置和实验操作】与上面的实验类似（⑥ 下的酒精灯要换成酒精喷灯）

【实现现象】红色粉末逐渐变黑，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。

【化学方程式】3CO+Fe2O32Fe+3CO2

【注意事项】铁块是银白色的，但铁粉是黑色的。
在我们学过的还原剂还原金属氧化物的反应中，只有两个反应的条件是“加热”，其他的都是“高温”；
H2+CuOCu+H2O　和　CO+CuOCu+CO2

三大还原剂：H2、C、CO——共同性质：可燃性、还原性。

三大可燃性气体及燃烧时的火焰颜色：H2（淡蓝色）、CO（蓝色）、CH4（明亮的蓝）
选择气体的收集方式
对于可以使用排空气法收集的气体，我们选择向上或向下排空气法时，一定遵循的气体密度与空气密度的关系，一般利用相对分子质量来选择方法
空气的相对分子质量约为29
当气体的相对分子质量＞29时，代表；
当气体的相对分子质量＜29时，代表；
对于相对分子质量接近29的气体，例如28，30，一般不推荐使用排空气法收集，当密度与空气密度太接近时，会导致收集的气体不纯；

可燃性气体验纯
可燃性气体使用前，一定要检查气体的纯度，且一定要进行尾气处理操作，防止造成环境污染；

可燃性气体爆炸条件：可燃性气体与空气或氧气混合加热时，都容易发生爆炸

一氧化碳与二氧化碳的鉴别方法
物质的鉴别需要根据物质在不同性质上的差异，选择操作简便，现象明显的操作
（1）鉴别方法
鉴别方法 二氧化碳 一氧化碳
分别通入澄清石灰水 变浑浊 无现象
分别通入紫色石蕊溶液中 溶液由紫色变红色 无现象
分别通入灼热的氧化铜 无现象 黑色粉末变红
点燃 无现象 燃烧，放热，产生蓝色火焰
气体通入装有水的塑料瓶中 塑料瓶变瘪 无变化

（2）除杂方法
括号内为杂质 方法 原理
通过足量灼热的 CO+CuOCu+CO2
通过足量的溶液

注：检验二氧化碳：使用澄清石灰水；吸收二氧化碳：NaOH溶液

（例）有关CO2、CO的实验设计错误的是（?? ）
?鉴别CO2、CO????????????????????????????B.?鉴别CO2、CO
C.?除去CO2????????????????? D.?除去CO
答案：D


（例）有甲、乙、丙三种纯净物，甲为黑色固体，乙、丙为无色气体．点燃时，甲既能生成乙，也能生成丙；丙点燃也能生成乙．在以下关于这三种物质推断的叙述中，正确的是（ ）
A.?甲是一种化合物??????????B.?乙是一氧化碳??????????C.?丙是一氧化碳???????????D.?丙是二氧化碳
答案：C


混合气体成分分析问题的方法
检验气体，特别是检验混合气体时，首先要明确每种气体独特的性质与检验方法，其次要考虑检验的顺序，设计实验不仅要考虑单独气体的检验，也要考虑其他气体对检验的影响和干扰；一般的，先检验水，再检验二氧化碳并除去，最后检验一氧化碳
气体 检验方法 现象
带火星的小木条 木条复燃
燃着的木条 木条燃烧更旺盛
通入澄清石灰水中 石灰石变浑浊
点燃，让生成气体通入澄清石灰水 产生蓝色火焰，石灰水变浑浊
通过灼热的和装有石灰水的试剂管 黑色粉末变红色，澄清石灰水变浑浊
点燃，并在火焰上方罩一个干冷烧杯 产生淡蓝色火焰，烧杯内壁有水珠
通过无水固体 白色固体变蓝色

注：无水为白色固体，遇水变蓝色

（例）1.某气体中可能含有H2、CO、CO2中的一种或几种，为确定该气体的成分，某同学设计了如下的实验装置：

写出编号仪器的名称：①________；②________．（2）若能观察到________，则证明该气体中含有CO2 ． （3）若该气体中含有H2 ， 则C处能观察到的现象是________．
（4）B中NaOH的作用是________．
（5）按照这位同学的设计进行实验是否一定能判断H2的存在？________（填“是”或“否”）
答案：（1）酒精灯；铁架台（2）A中澄清石灰水变浑浊（3）黑色粉末变红色（4）吸收二氧化碳（5）不能



木炭+氧化铜

澄清的石灰水

CO2


（1）

CO2

（2）

CO2

（2）



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