周課題：中考專題復習三：碳和碳的化合物

【知識導圖】

［解讀考點］

碳和碳的氧化物這部分知識內(nèi)容多而雜，化學式多、化學方程式多、與其他各部分知識聯(lián)系多、在生產(chǎn)實踐中的應用多，即需要掌握和記憶的內(nèi)容多．難記憶、難應用是這部分知識的特點．在學習這部分內(nèi)容時，一定要學會抓住核心——“物質的性質”這一關鍵，并“以性質為中心”，“以結構為基礎”，從而引出物質的“制法、用途、檢驗”，要學會多歸納、多比較，才能使知識融會貫通，舉一反三。

1、碳的單質（金剛石、石墨）的物理性質和用途金剛石石墨外觀無色透明正八面體狀晶體深灰色磷片狀固體光澤加工琢磨后有光澤略有金屬光澤硬度最硬軟導電性無良好導熱性無良好用途鉆探機鉆頭、刻刀、裝飾品等電極、鉛筆芯、潤滑劑等注：由于碳原子排列方式不同，導致金剛石和石墨在物理性質上存在較大差異。

2、CO2和CO的比較CO2CO物理性質無色、無味氣體，可溶于水，密度比空氣大，干冰易吸熱升華。無色無味氣體，難溶于水，密度與空氣接近，略小于空氣密度?；瘜W性質可燃性一般情況下既不能燃燒，也不支持燃燒。有可燃性

2CO+O22CO2還原性沒有還原性，有較弱的氧化性

C+CO22CO有還原性

CO+CuOCu+CO2與水反應與水反應CO2+H2O===H2CO3不能與水反應與石灰水的反應與石灰水反應

CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O不能與石灰水反應毒性無毒有劇毒主要用途可制汽水，作制冷劑，滅火，氣體肥料?？勺鳉怏w燃料和冶金工業(yè)的還原劑。注：由于CO和CO2的分子構成不同，決定了二者性質的不同。

3、一氧化碳和單質碳性質的比較CCO相似點都具有可燃性、還原性，常用作燃料和作還原劑冶煉金屬不同點屬于固體單質，常溫下具有穩(wěn)定性屬于氣體化合物，具有毒性

4、實驗室制取二氧化碳時需注意的幾個問題

（1）正確選擇制取二氧化碳的藥品

實驗室制取二氧化碳用大理石或石灰石（主要成分是碳酸鈣）和稀鹽酸。不用稀硫酸、濃鹽酸代替稀鹽酸，不用碳酸鈉、純凈碳酸鈣代替大理石或石灰石（要會分析原因）。

原因：

①用大理石或石灰石跟稀鹽酸反應，速度適中，便于收集CO2氣體；大理石或石灰石原料價低易得。

②不用稀硫酸與大理石反應的理由：剛開始二者反應生成微溶于水的硫酸鈣覆蓋在大理石的表面，阻止了酸與大理石的接觸，使反應不能持續(xù)進行下去。

③不用濃鹽酸的原因：濃鹽酸易揮發(fā)出HCl氣體，會使生成的CO2中混有HCl氣體，使制得的CO2不純。

④不用純CaCO3或Na2CO3等代替大理石（或石灰石）是因為它們與稀鹽酸反應速度太快，很難控制，且藥品價格比石灰石要貴（成本較高）。

（2）掌握制取二氧化碳的發(fā)生裝置選擇的依據(jù)

制取二氧化碳的反應原理是：CaCO3＋2HCl====CaCl2＋CO2↑＋H2O，反應物是塊狀固體和液體，在常溫下進行反應，因此制取CO2的裝置與用過氧化氫溶液和二氧化錳制取O2的發(fā)生裝置相同。一般情況下，由于制取CO2時所需反應物的量較大，常用下列儀器代替試管作為反應器（如：大試管、錐形瓶、廣口瓶、平底燒瓶、圓底燒瓶、啟普發(fā)生器）。CO2能溶于水，且密度比空氣大，因此一般只用向上排空氣法收集。

圖38－1

（3）檢驗二氧化碳的方法

①準確檢驗該氣體是否是CO2氣體，可以把該氣體通入到澄清石灰水中，若澄清石灰水變渾濁，證明生成的氣體是CO2。

②驗證CO2氣體是否收集滿時，可以將燃著的木條放在集氣瓶口，利用CO2既不燃燒也不支持燃燒的性質，可以方便快捷地驗滿。

（4）除去二氧化碳氣體中雜質的方法

根據(jù)二氧化碳的有關化學性質，對應選取試劑可將實驗室制取CO2氣體中混有的HCl氣體、水蒸氣除去。如除去混有的HCl氣體可用碳酸氫鈉溶液，除去混有的水蒸氣可用濃硫酸等。

5、實驗室制取氣體的設計思路和方法

（1）先要了解在實驗室的條件下，可用什么藥品，通過什么化學反應制取這種氣體。選擇藥品的一般原則是：反應速率適中，便于控制，藥品價格便宜，容易獲得，盡量減少污染。

（2）根據(jù)反應物的狀態(tài)、反應所需條件和生成氣體的性質來設計實驗裝置。實驗室制取氣體的裝置包括發(fā)生裝置和收集裝置兩部分。選擇氣體發(fā)生裝置要根據(jù)反應物的狀態(tài)和反應條件；選擇氣體的收集裝置應考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應。

（3）需要通過什么實驗來驗證產(chǎn)生的氣體是要制取的氣體。驗證氣體時，實驗現(xiàn)象要明顯。

[洞察考向]

1、碳單質的種類較多，有金剛石、石墨以及新研制的碳單質。碳單質的知識充分體現(xiàn)了結構決定性質、性質決定用途這一規(guī)律，這將是重點考查的內(nèi)容。預計結合生產(chǎn)、生活實際考查碳單質用途的題、以C60、碳納米管為背景的信息類考題以及有關還原性的實驗題較多，一般多為選擇題或填空題。

2、預計二氧化碳的性質考查將密切聯(lián)系實際，用途密切聯(lián)系性質。如植物的光合作用、溫室效應等。對二氧化碳性質的探究也是熱點之—，如二氧化碳與水反應的探究、石灰漿抹墻問題的探究。另外還有人體呼出的氣體與空氣組成的探究等。本考點主要以填空題、選擇題、實驗探究題的形式出現(xiàn)、分值較高。

3、二氧化碳的實驗室制法在注重基礎題的前提下，綜合實驗將是考查的熱點，它將集氣體的制備、除雜、干燥、證明于一體，全面考查學生的綜合實驗能力。本考點主要以實驗題形式出現(xiàn)。

4、對CO的化學性質將作為重點考查，如實驗尾氣的處理、煤氣泄漏、煤氣中毒的正確處理；CO與氧化銅或氧化鐵的反應也將是考查的熱點。本考主要以選擇題、實驗題的形式出現(xiàn)。

[真題剖析]

【例1】下圖是金剛石、石墨、C60、碳納米管結構示意圖，下列說法正確的是（）

a

石墨C60碳納米管

圖38－2

A．這四種物質都很軟，可作潤滑劑

B．這四種物質碳原子的排列方式相同

C．這四種物質完全燃燒后的產(chǎn)物都是CO2

D．這四種物質的結構中都是每個碳原子連接3個碳原子

解析：本題以圖文并茂的新穎形式綜合考查了碳單質的結構、性質及用途等知識。常見碳單質中石墨質軟，且有潤滑性，可作潤滑劑，而金剛石是自然界中最硬的物質，因此A不對；觀察圖示可以看出這四種物質碳原子的排列方式不同，因此B不對；同時結合碳原子的結構示意圖可知，碳原子的最外層有四個電子，因此這四種物質的結構中都是每個碳原子連接4個碳原子，D也不對。碳單質的化學性質是相同的，都具有可燃性和還原性，完全燃燒的產(chǎn)物是CO2，不完全燃燒的產(chǎn)物是CO，因此C對。

答案：C。

【例2】碳與碳的化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有廣泛的用途。

(1)右圖38－3是碳原子結構示意圖，碳原子的質子數(shù)是_______________，碳元素在元素周期表中位于第_________________周期。

(2)古代用墨書寫或繪制的字畫雖年久仍不變色，原因是墨中主要成分碳具有_________性。右圖38－4是木炭還原氧化銅的實驗，大試管中的反應體現(xiàn)了碳的還原性，其反應的化學方程式是_____________，單質碳的還原性可以用于冶金工業(yè)。

(3)二氧化碳能參與光合作用完成大氣中的“碳循環(huán)”，但是大氣中二氧化碳的含量不斷上升，會使全球變暖，從而導致________________。蔬菜大棚用作氣肥的二氧化碳，可用多種方法制得，例如可以用稀硫酸與碳酸氫銨（NH4HCO3）反應制得，反應后生成硫酸銨、水和二氧化碳，這一反應的化學方程式是_______________________。

(4)研究發(fā)現(xiàn)：物質的結構決定性質，物質的性質決定用途。如：一氧化碳也能還原氧化銅，也有還原性。從化學反應前后碳元素化合價的變化特點分析，一氧化碳和碳都具有還原性的原因是_____________。

解析：

（1）在原子結構示意圖中，圈內(nèi)的數(shù)字表示質子數(shù)，電子層數(shù)與元素在周期表中的周期數(shù)相同。所以碳原子的質子數(shù)為6，位于第二周期。

（2）由于墨的主要成分碳在常溫下具有穩(wěn)定性，不易與空氣中的氧氣、水等物質發(fā)生反應，所以用墨書寫或繪制的字畫年久也不易變色。C與氧化銅反應的化學方程式為2CuO+C2Cu+CO2↑。

（3）溫室效應是由于大氣中二氧化碳的含量不斷上升，從而使全球變暖。稀硫酸與碳酸氫銨（NH4HCO3）反應后生成硫酸銨、水和二氧化碳，反應物為H2SO4、NH4HCO3，生成物為(NH4)2SO4、H2O、CO2，所以其化學方程式是H2SO4+2NH4HCO3==(NH4)2SO4+H2O+CO2↑。

（4）根據(jù)題給信息“反應前后碳元素化合價的變化特點”，進行分析可知CO和C中碳元素的化合價均升高或反應后碳元素均變成了+4價。

答案：

（1）6二

（2）常溫下的穩(wěn)定（或常溫下化學性質穩(wěn)定或常溫下化學性質不活潑）；C+2CuO2Cu+CO2↑；

（3）溫室效應H2SO4+2NH4HCO3==(NH4)2SO4+H2O+CO2↑

（4）碳元素的化合價升高（或碳元素的化合價由低到高或反應后碳元素變成+4價）

【例3】（2008·達州）我市某校研究性學習小組在老師指導下，對呼吸作用是否產(chǎn)生二氧化碳進行探究。現(xiàn)請你一同參與：

[提出問題]呼吸作用是否產(chǎn)生二氧化碳？

[設計方案并進行實驗]

小雪：在試管中加入2mL蒸餾水，用一支玻璃導管插入水中吹氣，結果未發(fā)現(xiàn)明顯的現(xiàn)象。

小寧：在試管中加入2mL澄清石灰水，用玻璃導管向試管中的溶液吹氣，產(chǎn)生的現(xiàn)象是：

_________________，反應的化學方程式為：___________________。

[解釋與結論]根據(jù)他們的方案和實驗，小雪方案中的實驗原理用化學方程式表示為：

_________________；小寧的結論為：_________________。

[評價與反思]小雪的方案若繼續(xù)實驗，也能得到小寧同樣的結論。

請你設計方案_____________________________（要求寫出實驗操作及產(chǎn)生的現(xiàn)象）。

解析：此題借呼出氣體的探究情景考查了CO2的化學性質及碳酸的性質。

由題意知，此探究實驗的目的是證明人呼出的氣體是CO2，因此小寧向澄清石灰水中呼氣，會觀察到石灰水變渾濁，因為發(fā)生了反應CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。

而小雪往蒸餾水中吹氣，由于發(fā)生反應CO2+H2O=H2CO3，而無明顯現(xiàn)象，所以可以用檢驗碳酸存在的方法來證明CO2的存在，向所得溶液中滴入1~2滴紫色石蕊試液，溶液若變紅即可。

答案：澄清石灰水變渾濁CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2OCO2+H2O=H2CO3呼吸作用有CO2產(chǎn)生向所得溶液中滴入1~2滴紫色石蕊試液，溶液變紅。

【例4】（2008·雞西）根據(jù)以下裝置回答下列問題：

圖38－5

（1）寫出標有字母儀器的名稱：a_________；b______。

（2）實驗室制取和收集二氧化碳氣體所有的裝置是__________（填字母），有關該反應的化學方程式為__________________________。

（3）驗證二氧化碳氣體已收集滿的方法是_______________。

（4）氨氣（NH3）在通常狀況下是一種無色有強烈刺激性氣味的氣體，密度比空氣小，極易溶于水，其水溶液為氨水。實驗室可用加熱氯化銨和熟石灰兩種固體混合物的方法制取氨氣。實驗室制取氨氣應選用的發(fā)生裝置是__________（填字母），若用右圖38－6裝置收集氨氣，氣體應從_______端導氣管進入瓶中（填字母）。

解析：本題考查了實驗室制取CO2的有關知識。

（1）此問考查儀器的識別，比較簡單，要注意不要出現(xiàn)錯別字。

（2）實驗室制取CO2的反應原理為CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑，由于反應物狀態(tài)為固體+液體且不需要加熱，因此發(fā)生裝置應選擇B，由于CO2密度比空氣大且易溶于水，收集裝置只能選擇向上排空氣法，即E。

（3）驗滿CO2的方法是把燃著木條放在集氣瓶口，如果木條火焰熄滅則證明二氧化碳已收集滿。

（4）實驗室用加熱氯化銨和熟石灰兩種固體混合物的方法制取氨氣，由于反應物的狀態(tài)為固體+固體，反應條件為需要加熱，所以發(fā)生裝置應該選擇A。由于氨氣密度比空氣小，應用向下排空氣法收集氨氣，氣體應從C端導氣管進入瓶中，把空氣從d端導管口處排出。

答案：

（1）酒精燈長頸漏斗

（2）BECaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

（3）用燃著木條放在集氣瓶口，如果木條火焰熄滅則證明二氧化碳已收集滿。

（4）A，C

【例5】（2008·雅安）某研究小組在實驗室制取二氧化碳的研究中發(fā)現(xiàn)，通常不選用大理石與稀硫酸反應制取二氧化碳，其原因是反應生成硫酸鈣微溶物覆蓋在固體的表面，阻礙了大理石與稀硫酸的接觸，反應速率逐漸減慢甚至停止。為此，該小組設立研究課題：選擇合適濃度的硫酸和適當?shù)姆磻獪囟戎迫《趸肌?/p>

[實驗一]選擇合適濃度的硫酸

操作：在28℃時，用裝有5mL硫酸溶液的注射器向盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中注入硫酸，記錄15分鐘內(nèi)生成氣體的體積，見下表：試管編號12345硫酸濃度（%）1520253035氣體體積（mL）3547555142[實驗二]選擇合適的反應溫度

操作：往盛有1g直徑為2mm大理石的大試管中分別加入5mL相同合適濃度而不同溫度的硫酸溶液，觀察反應的情況，記錄如下表：試管編號ABCDE溫度（℃）4050607080現(xiàn)象和比較有少量氣泡氣泡比A號試管多氣泡明顯比B號試管多大量氣泡產(chǎn)生，與常溫用鹽酸反應相似反應激烈，迅速產(chǎn)生大量氣體請根據(jù)本次活動的研究目的，分析處理以上兩個表中數(shù)據(jù)，得出結論：

（1）稀硫酸與大理石反應，在28℃時，選用硫酸的濃度最合適為_______________%，因為濃度小于或大于合適濃度對反應的影響是_________________。

（2）在合適的硫酸濃度下，應選擇最合適的反應溫度為__________℃，因為溫度高于或低于該溫度對反應的影響是___________。在最合適反應溫度時硫酸與大理石反應的化學方程式為____________。

（3）除選用適當?shù)臏囟群秃线m濃度的硫酸之外，在反應過程中，為防止硫酸鈣覆蓋在大理石上，應增加_______________操作，更有利于氣體的制備。

（4）你認為該研究小組還可以研究_________________________對該反應速率的影響。

（5）在以下硫酸和大理石反應的裝置中，最佳選用_________________（填編號）。

解析：本題命題形式新穎，綜合程度較高，對大家分析處理實驗數(shù)據(jù)的能力、實驗操作能力以及提出猜想、選擇儀器裝置等的探究能力進行了綜合考查。

分析[實驗一]中表格數(shù)據(jù)，可知硫酸濃度為25%時，15分鐘內(nèi)生成氣體的體積最多為55mL，而其它濃度的硫酸反應時生成氣體的體積都較少，所以最好還是硫酸濃度為25%時。

分析[實驗二]中表格數(shù)據(jù)，可知70℃時有大量氣泡產(chǎn)生，與常溫用鹽酸反應相似，而溫度低于70℃時反應過慢，溫度過高時則又反應劇烈，不利于收集氣體，因此選擇最合適的反應溫度為70℃，在此溫度下反應的化學方程式為CaCO3+H2SO4====CaSO4+CO2↑+H2O。

（3）通常不選用大理石與稀硫酸反應制取二氧化碳，其原因是反應生成硫酸鈣微溶物覆蓋在固體的表面，阻礙了大理石與稀硫酸的接觸，反應速率逐漸減慢甚至停止，因此也可以通過不斷搖動試管（或搖動裝置）操作，盡量使大理石與稀硫酸充分接觸，從而更有利于氣體的制備。

（4）反應物的狀態(tài)如碳酸鈣固體顆粒大小或反應物的純度均會影響反應速率。

（5）由于丙裝置可以通過上下移動銅絲的方式使得藥品大理石發(fā)生振動，不利于生成的硫酸鈣微溶物覆蓋在其表面，從而有利于大理石與稀硫酸的充分接觸，利于反應的進行，所以最佳選擇為丙裝置。

答案：

（1）25；生成氣體體積較少。

（2）70；溫度過低反應過慢，溫度過高反應劇烈，不利于收集氣體。

CaCO3+H2SO4CaSO4+CO2↑+H2O（未寫反應條件不扣分）

（3）搖動試管（或搖動裝置）。

（4）碳酸鈣固體顆粒大小（其它合理回答也給分，例如“大理石純度”等）

（5）丙。

【例6】下列區(qū)別CO和CO2氣體最好的方法是（）

A．用動物試驗它們的毒性B．能否使帶火星的木條復燃

C．通入澄清的石灰水中D．觀察它們在水中的溶解性

解析：

碳氧化物中的CO和CO2，它們組成元素相同，但由于分子構成不同，因此，它們性質差別很大。

CO的性質：物理性質：密度小于空氣、難溶于水。化學性質：可燃性、還原性、毒性。

CO2的性質：物理性質：密度大于空氣、能溶于水?；瘜W性質：不可燃、不助燃、與堿反應、無毒等。

從性質上看，區(qū)別兩種氣體的方法很多，但化學中區(qū)別物質的方法一般要求：操作簡便安全，現(xiàn)象明顯可靠，結論清晰無爭議。結合題中選項，ABD的區(qū)別方法很顯然不可靠，只有通入澄清石灰水后，CO2與溶質Ca(OH)2反應使其變渾濁，而CO則無任何現(xiàn)象。

答案：C

【例7】（2008·山東威海）如圖38－8所示，某同學用一氧化碳代替氫氣還原氧化銅制取金屬銅，請你參與他的探究過程，并回答下列問題。

（1）試寫出一氧化碳和氧化銅反應生成金屬銅和二氧化碳的化學方程式_________________；

（2）該裝置中，右邊的酒精燈的作用是_________________；

（3）實驗結束后，該同學對A處殘留固體的組成進行探究，查閱資料得知，由于給氧化銅加熱溫度不夠或通入一氧化碳不足，反應可能生成中間產(chǎn)物氧化亞銅（化學式為Cu2O）氧化亞銅是一種紅色固體，難常溶于水，可與稀硫酸發(fā)生如下反應：Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O

①在氧化亞銅中銅元素的化合價為_________________；

②殘留固體的組成有幾種可能？（用化學式表示）_________________

③實驗內(nèi)容和步驟觀察到的實驗現(xiàn)象和結論

解析：本題考查了CO的還原性、毒性以及根據(jù)新信息設計方案進行探究的靈活應變能力，綜合程度較高，對大家的探究能力進行了很好的考查。

（1）圖中由于酒精燈上面加了網(wǎng)罩，提高了溫度，所以反應條件為高溫，一氧化碳和氧化銅反應的化學方程式為CO+CuOCu+CO2。

（2）由于CO有毒，直接排到空氣中會污染空氣，所以必須對尾氣CO進行處理，右邊的酒精燈的作用便是將未參加反應的CO燃燒掉，防止污染空氣。

（3）

①根據(jù)化合物中正負化合價的代數(shù)和為0，已知氧的化合價為-2，所以氧化亞銅中銅元素的化合價為+1價，注意不要丟掉正號，否則不對。

②殘留固體的組成有幾種可能應該從氧化銅、氧化亞銅、銅三種物質中任意取出一種（單獨是氧化銅除外）、二種或三種做即可。

③證明氧化銅是否全部轉化成金屬銅，其實是證明氧化亞銅是否存在即可，根據(jù)題意Cu2O+H2SO4=CuSO4+Cu+H2O，可用稀硫酸滴加到殘留固體中，若溶液變?yōu)樗{色，說明氧化亞銅存在，氧化銅沒有全部轉化為金屬銅，若溶液不變藍色，證明氧化亞銅不存在，氧化銅全部轉化成了金屬銅。

答案：

（1）CO+CuOCu+CO2

（2）將未參加反應的CO燃燒掉，防止污染空氣

（3）

①+1價

②a.CuO、Cu2O（氧化銅、氧化亞銅）；b.Cu2O（氧化亞銅）；c.Cu、CuO（銅和氧化銅）；d.Cu、Cu2O（銅和氧化亞銅）；e.Cu、Cu2O、CuO（銅、氧化銅和氧化亞銅）；f.Cu（銅）

③實驗內(nèi)容和步驟觀察到的實驗現(xiàn)象和結論取殘留固體少量于試管中，加入少量稀硫酸，充分振蕩。

（或按圖1裝置，在通入CO的同時，繼續(xù)加熱A處的殘