碳及其氧化物專題復(fù)習(xí)導(dǎo)學(xué)案一、學(xué)習(xí)目標(biāo)同學(xué)們，通過本專題的復(fù)習(xí)，我們旨在系統(tǒng)梳理碳及其氧化物的核心知識，構(gòu)建清晰的知識網(wǎng)絡(luò)。希望大家在復(fù)習(xí)后，能夠熟練掌握碳單質(zhì)的性質(zhì)與用途，深入理解碳的氧化物（二氧化碳與一氧化碳）的化學(xué)性質(zhì)、制法及重要應(yīng)用，并能運用所學(xué)知識分析和解決相關(guān)的實際問題與化學(xué)計算。同時，通過對比分析，強化對物質(zhì)性質(zhì)決定用途這一化學(xué)基本觀念的認(rèn)知，并提升實驗設(shè)計與探究能力。二、知識回顧與梳理（一）碳的單質(zhì)碳元素在地殼中的含量并不高，但它形成的單質(zhì)和化合物種類繁多，分布極廣，這與碳原子的結(jié)構(gòu)特點密切相關(guān)。1.常見的碳單質(zhì)：金剛石、石墨、C60等。它們都是由碳元素組成的單質(zhì)，但由于碳原子的排列方式不同，導(dǎo)致它們的物理性質(zhì)存在顯著差異。*金剛石：無色透明、正八面體形狀的固體，是天然存在的最硬的物質(zhì)。因此，它常被用于裁玻璃、切割大理石、鉆探機的鉆頭等。*石墨：深灰色、有金屬光澤、不透明的細(xì)鱗片狀固體，質(zhì)軟，有滑膩感，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性?；谶@些性質(zhì)，石墨可用于制作鉛筆芯、電極、潤滑劑等。*C60：由60個碳原子構(gòu)成的分子，形似足球，這種結(jié)構(gòu)使其具有一些特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)，在材料科學(xué)、超導(dǎo)體等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。2.碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)：盡管碳的各種單質(zhì)物理性質(zhì)差異很大，但它們的化學(xué)性質(zhì)卻相似。*穩(wěn)定性：常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。這也是古代字畫能長久保存的原因。*可燃性：碳在點燃條件下能與氧氣反應(yīng)，充分燃燒生成二氧化碳，化學(xué)方程式為C+O?(點燃)→CO?；不充分燃燒則生成一氧化碳，化學(xué)方程式為2C+O?(點燃)→2CO。*還原性：在高溫條件下，碳能與某些氧化物發(fā)生反應(yīng)，奪取氧化物中的氧，表現(xiàn)出還原性。例如，與氧化銅反應(yīng)：C+2CuO(高溫)→2Cu+CO?↑；與二氧化碳反應(yīng)：C+CO?(高溫)→2CO。（二）碳的氧化物碳的氧化物主要有兩種：二氧化碳（CO?）和一氧化碳（CO）。它們的分子構(gòu)成不同（一個二氧化碳分子比一個一氧化碳分子多一個氧原子），因此性質(zhì)有很大差異。1.二氧化碳(CO?)*物理性質(zhì)：通常情況下，是一種無色、無味的氣體，密度比空氣大，能溶于水。在一定條件下，二氧化碳?xì)怏w會變成固體，俗稱“干冰”，干冰升華時吸收大量的熱。*化學(xué)性質(zhì)：*一般情況下，不燃燒也不支持燃燒：這一性質(zhì)常用于滅火。*與水反應(yīng)：二氧化碳能與水反應(yīng)生成碳酸，化學(xué)方程式為CO?+H?O→H?CO?。碳酸不穩(wěn)定，易分解，化學(xué)方程式為H?CO?→H?O+CO?↑。（可聯(lián)系紫色石蕊試液的變色實驗理解）*與堿溶液反應(yīng)：這是二氧化碳的重要化學(xué)性質(zhì)。*與澄清石灰水反應(yīng)：CO?+Ca(OH)?→CaCO?↓+H?O，此反應(yīng)現(xiàn)象明顯（澄清石灰水變渾濁），常用于檢驗二氧化碳。*與氫氧化鈉溶液反應(yīng)：CO?+2NaOH→Na?CO?+H?O，此反應(yīng)無明顯現(xiàn)象，常用于吸收二氧化碳（如除去氣體中的二氧化碳雜質(zhì)）。*實驗室制法：*藥品：大理石（或石灰石）與稀鹽酸。*反應(yīng)原理：CaCO?+2HCl→CaCl?+H?O+CO?↑。*發(fā)生裝置：固液不加熱型（與用過氧化氫制氧氣的裝置相似）。*收集方法：向上排空氣法（因為二氧化碳密度比空氣大，且能溶于水）。*驗滿：將燃著的木條放在集氣瓶口，若木條熄滅，則證明已收集滿。*用途：滅火、光合作用的原料、作氣體肥料、干冰用于人工降雨及制冷劑、制碳酸飲料等。*二氧化碳與環(huán)境：空氣中二氧化碳含量過高會引起“溫室效應(yīng)”。我們應(yīng)關(guān)注其影響，并采取措施（如減少化石燃料燃燒、植樹造林等）加以控制。2.一氧化碳(CO)*物理性質(zhì)：通常情況下，是一種無色、無味的氣體，密度比空氣略小，難溶于水。*化學(xué)性質(zhì)：*可燃性：一氧化碳能在空氣中燃燒，發(fā)出藍(lán)色火焰，放出大量的熱，生成二氧化碳?；瘜W(xué)方程式為2CO+O?(點燃)→2CO?。（點燃前需驗純）*還原性：一氧化碳在加熱或高溫條件下也具有還原性，能與某些金屬氧化物反應(yīng)。例如，與氧化銅反應(yīng)：CO+CuO(△)→Cu+CO?；與氧化鐵反應(yīng)（工業(yè)煉鐵原理之一）：3CO+Fe?O?(高溫)→2Fe+3CO?。*毒性：一氧化碳極易與血液中的血紅蛋白結(jié)合，從而使血紅蛋白不能再與氧氣結(jié)合，造成生物體內(nèi)缺氧，嚴(yán)重時會危及生命。因此，使用一氧化碳時要特別注意安全，防止中毒。*用途：作燃料（可燃性）、冶煉金屬（還原性）。（三）二氧化碳與一氧化碳的對比與轉(zhuǎn)化1.性質(zhì)對比：請從顏色、氣味、密度、溶解性、可燃性、還原性、與水反應(yīng)、與石灰水反應(yīng)、毒性等方面對比CO?和CO。（建議同學(xué)們自行列表比較，加深記憶）2.相互轉(zhuǎn)化：*CO轉(zhuǎn)化為CO?：2CO+O?(點燃)→2CO?或CO+CuO(△)→Cu+CO?*CO?轉(zhuǎn)化為CO：C+CO?(高溫)→2CO3.鑒別與除雜：*鑒別CO?和CO：可利用它們性質(zhì)的差異，如通入澄清石灰水（CO?使石灰水變渾濁，CO不能）、通入紫色石蕊試液（CO?使其變紅，CO不能）、點燃（CO能燃燒，CO?不能）、通過灼熱的氧化銅（CO能使其變紅，CO?不能）等方法。*除雜：*除去CO中混有的少量CO?：通常將混合氣體通過足量的氫氧化鈉溶液。*除去CO?中混有的少量CO：通常將混合氣體通過足量的灼熱氧化銅粉末。（注意不能用點燃的方法，因為CO?含量高時無法點燃少量CO）三、重難點突破（一）碳單質(zhì)的多樣性與性質(zhì)差異的原因理解金剛石、石墨等碳單質(zhì)物理性質(zhì)差異的根本原因是碳原子的排列方式不同，而化學(xué)性質(zhì)相似是因為它們都是由碳元素組成的單質(zhì)。（二）碳、一氧化碳的還原性及相關(guān)實驗碳和一氧化碳都具有還原性，都能與氧化銅等金屬氧化物反應(yīng)。在書寫化學(xué)方程式時要注意反應(yīng)條件（碳與氧化物反應(yīng)通常需“高溫”，一氧化碳與氧化銅反應(yīng)是“加熱”），并能描述實驗現(xiàn)象。對于一氧化碳還原氧化銅的實驗，要特別注意實驗步驟（先通CO后加熱，實驗結(jié)束時先停止加熱后停止通CO）及其原因（防止爆炸和防止生成的銅被氧化），以及尾氣處理（點燃或收集，防止CO污染空氣）。（三）二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)及相關(guān)實驗探究二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變紅，而不是二氧化碳直接使石蕊變紅。這個實驗探究過程（提出問題、設(shè)計實驗、觀察現(xiàn)象、得出結(jié)論）是重點。二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)的化學(xué)方程式及現(xiàn)象是中考的高頻考點。（四）“碳三角”的轉(zhuǎn)化關(guān)系熟練掌握碳、一氧化碳、二氧化碳三者之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系（即“碳三角”）：C→CO：2C+O?(點燃)→2COC→CO?：C+O?(點燃)→CO?或C+2CuO(高溫)→2Cu+CO?↑CO→CO?：2CO+O?(點燃)→2CO?或CO+CuO(△)→Cu+CO?CO?→CO：C+CO?(高溫)→2COCO?→CaCO?：CO?+Ca(OH)?→CaCO?↓+H?OCaCO?→CO?：CaCO?+2HCl→CaCl?+H?O+CO?↑或CaCO?(高溫)→CaO+CO?↑四、典例精析例題1：下列關(guān)于碳單質(zhì)的說法中，正確的是（）A.金剛石、石墨和C60都是由碳原子構(gòu)成的，性質(zhì)相同B.活性炭具有吸附性，可用于除去水中所有雜質(zhì)C.木炭在氧氣中燃燒，只能生成二氧化碳D.石墨很軟，有滑膩感，可用于制作鉛筆芯解析：A選項，金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì)，但由于碳原子排列方式不同，物理性質(zhì)差異很大，化學(xué)性質(zhì)相似但不完全相同，A錯誤；B選項，活性炭具有吸附性，能吸附水中的色素和異味等，但不能除去所有雜質(zhì)，如可溶性的離子，B錯誤；C選項，木炭在氧氣充足時燃燒生成二氧化碳，氧氣不足時燃燒生成一氧化碳，C錯誤；D選項，石墨質(zhì)軟，有滑膩感，在紙上劃過會留下痕跡，可用于制作鉛筆芯，D正確。故答案為D。例題2：某同學(xué)設(shè)計了如下實驗裝置，用來驗證二氧化碳的性質(zhì)。請回答下列問題：（1）若裝置A中盛放的是紫色石蕊試液，通入二氧化碳后，觀察到的現(xiàn)象是______，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。（2）若裝置A中盛放的是澄清石灰水，通入二氧化碳后，觀察到的現(xiàn)象是______，反應(yīng)的化學(xué)方程式為______。（3）裝置B中放有兩支高度不同的燃著的蠟燭，通入二氧化碳后，觀察到的現(xiàn)象是______，由此可得出二氧化碳的性質(zhì)是______。解析：（1）二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變紅，故現(xiàn)象為紫色石蕊試液變紅，化學(xué)方程式為CO?+H?O→H?CO?。（2）二氧化碳與澄清石灰水中的氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和水，故現(xiàn)象為澄清石灰水變渾濁，化學(xué)方程式為CO?+Ca(OH)?→CaCO?↓+H?O。（3）二氧化碳的密度比空氣大，且不燃燒也不支持燃燒，故通入裝置B后，會觀察到下層的蠟燭先熄滅，上層的蠟燭后熄滅。五、鞏固練習(xí)1.填寫下列物質(zhì)的化學(xué)式或主要成分的化學(xué)式，并回答相關(guān)問題：（1）自然界中最硬的物質(zhì)______；（2）鉛筆芯的主要成分______；（3）用于人工降雨的物質(zhì)______；（4）煤氣的主要成分（有毒）______。2.下列有關(guān)碳和碳的氧化物的說法，錯誤的是（）A.CO和CO?組成元素相同，所以它們的化學(xué)性質(zhì)也相同B.碳在空氣中充分燃燒時生成CO?，不充分燃燒時生成COC.CO用于冶煉金屬、作氣體燃料；CO?用于人工降雨、滅火D.清明上河圖至今圖案清晰可見，是因為在常溫下碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定3.某同學(xué)為了探究二氧化碳的性質(zhì)，進(jìn)行了如下實驗：（1）向盛有少量澄清石灰水的試管中通入二氧化碳，觀察到的現(xiàn)象是______，該反應(yīng)常用于______。（2）將二氧化碳通入紫色石蕊試液中，溶液變成______色，原因是______（用化學(xué)方程式表示）。將上述變色后的溶液加熱，可觀察到的現(xiàn)象是______，原因是______（用化學(xué)方程式表示）。4.寫出除去下列物質(zhì)中混有的少量雜質(zhì)（括號內(nèi)為雜質(zhì)）的化學(xué)方程式：（1）CO?(CO)：______（2）CO(CO?)：______5.某化學(xué)興趣小組的同學(xué)用如圖所示裝置進(jìn)行木炭還原氧化銅的實驗。請回答下列問題：（1）實驗開始時，應(yīng)先______（填“通入氣體”或“點燃酒精燈”），目的是______。（2）實驗過程中，觀察到試管內(nèi)黑色粉末逐漸變成______色，澄清石灰水______。（3）寫出試管中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：______。（4）實驗結(jié)束后，應(yīng)先______（填“停止通入氣體”或“熄滅酒精