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碳及其化合物


碳和碳的氧化物
一.碳单质
1.碳单质的物理性质与用途。 金刚石:无色透明、正八面体结构、固体。作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品(钻 石)等; 石墨:细鳞片状结构质软、固体。导电性、滑腻性、耐高温铅笔芯、电极、润滑 剂、坩埚; 木炭和活性炭:疏松多孔的结构吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除 味剂等; C60 分子(又称足球烯): 球状、 结构稳定。 可能广泛应用于超导、 催化、 材料、医学等领域; 2.碳单质的化学性质与用途。 (1)稳定性:常温下不易跟其他物质反应,制作字画、书写档案等。 (2)可燃性:作燃料,家庭取暖、做饭等;

(不足)

(充足)

(发出白光)

(3)还原性(CO 是常用的还原剂):冶炼金属,如冶炼金属铜、铁等;

(黑色粉末变成红色)

(红色粉末逐渐变成黑色)

二. 二氧化碳与一氧化碳

CO2 为温室气体,含量过高会导致温室效应,使全球气候变暖,导致两极冰川融 化,海平面上升,淹没部分沿海城市; 使土地沙漠化,造成农业减产; 引起暴雨、洪水等灾害和极端气候条件发生频率和强度增加; 影响自然生态系统,改变生物多样性等等

三. 二氧化碳的实验室制法
1. 反应原理 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 2. 仪器装置(如下图所示)

3. 实验步骤 “查”:检查装置的气密性。 “装”:从锥形瓶口装大理石,塞紧塞子。 “加”:从长颈漏斗(或分液漏斗)加入稀盐酸。 “收”:收集气体。 “验满”:用燃着的木条放在集气瓶口,木条熄灭证明已收集满。 4. 收集方法 用向上排空气法收集二氧化碳(因为二氧化碳密度比空气大)。不能用排水法 收集二氧化碳(因为二氧化碳溶于水)。 操作注意事项:用向上排空气法收集二氧化碳时导管要伸入集气瓶底部。 5. 实验室制取二氧化碳析疑 a 为什么选用大理石或石灰石制取二氧化碳? 答:大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙。碳酸盐跟酸起反应,一般都有二氧 化碳生成。若选用可溶性的碳酸盐(如碳酸钠等),与酸反应速度过快,难以 控制; 若选用不溶性碳酸盐(如碳酸镁等),则其来源一般较少。 大理石或石灰石与酸反应适中,其在自然界中含量也极其丰富,价格低廉。 所以,选用大理石或石灰石制二氧化碳。 b 实验室制取二氧化碳时,为什么最好选用稀盐酸? 如果用稀硫酸和大理石或石灰石反应,有关化学方程式为: CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑,结果生成微溶性固体硫酸钙,它覆盖在大理 石或石灰石表面,使酸与大理石或石灰石脱离接触,导致反应太缓慢。 如果用硝酸与大理石或石灰石反应,由于硝酸是一种不稳定性的酸,在见光或 受热时易分解:4HNO3= 4NO2↑+O2↑+2H2O,从而使制得的 CO2 中混

有 NO2 和 O2 等杂质。 如果用浓盐酸和大理石或石灰石反应,由于浓盐酸具有挥发性,使制得的 CO2 中混有较多的氯化氢气体。 用稀盐酸和大理石或石灰石反应,所得 CO2 气体平稳,气体又较为纯净,所 以选用稀盐酸制 CO2 最合适。 c 实验室制取二氧化碳装置,需要哪些仪器?使用时应注意什么事项?

(1)仪器有广口瓶(平底烧瓶、锥形瓶等)、长颈漏斗、双孔橡皮塞、导管、 集气瓶。 使用时应注意的事项有: (1)要用镊子夹取石灰石或大理石。装入广口瓶(平 底烧瓶、锥形瓶等)时要注意“一横、二放、三竖”。 (2)插入广口瓶(平底烧瓶、锥形瓶等)内的导管不能伸入液面以下,也不 宜过长,只需刚刚露出塞子即可,这样才能有利于气体导出。 (3)稀盐酸应从长颈漏斗加入,长颈漏斗的下端管口要伸入液面以下,防止 反应生成的气体从长颈漏斗逸出。 (4)不能用酒精灯加热制 CO2。 d 怎样证明生成的气体是二氧化碳? 把产生的气体通入盛有澄清石灰水的试管中,若石灰水变浑浊,则证明生成的 气体是 CO2。 e 用什么方法收集二氧化碳? CO2 能溶于水,故不能用排水法收集;CO2 的密度比空气大,故采用向上排空 气法收集 CO2。 f 怎样检验集气瓶里是否充满了二氧化碳? 用一根燃着的木条放在集气瓶口,若木条立即熄灭,则证明瓶内已充满 CO2, 否则说明 CO2 没有收集满。

四. 碳酸钙的性质与用途
(1)存在;石灰石、大理石、白垩等。 (2)物理性质:白色固体,难溶于水。 (3)化学性质: ①高温分解: (熟练掌握);

②跟酸反应:



的制取原理)

(4)用途:重要的建筑材料;高温煅烧可制备生石灰和水泥。

五. 碳酸根离子的鉴定
①取少量固体或溶液,滴加稀盐酸,并用燃着的火柴检验气体,火柴熄灭。 ②将气体通入澄清的石灰水,石灰水变浑浊,可确定物质含有碳酸根离子

六. 典型题例析
例 1. 为了探究植物光合作用的原理,某同学设计了如图 1 所示的实验装置。在 相同条件下,你预测数天后植物生长最茂盛的是( )

图1 (2004 年广西南宁市课改区中考题) 解析:本题是一道比较简单的探究题,题目内容体现了素质教育坚持以“双基” 为考查重点, 努力用贴近同学们生活的问题或情景为载体,灵活地考查同学们掌 握知识的程度以及解决问题的能力。 将化学知识应用到实际中是初三同学必须具 有的能力,需要在平时就注意到这种能力的培养。在这道题中,创设了 4 个不同 情景, 从植物光合作用的条件出发, 考查了碳酸、 二氧化碳、 氢氧化钠、 浓硫酸、 水的性质。 (A)中雪碧饮料中溶有碳酸,碳酸易分解产生二氧化碳,植物吸收二氧化碳而 发生光合作用,促使植物生长茂盛; (B) 中氢氧化钠能吸收空气中的二氧化碳, 反应生成碳酸钠, 不利植物的生长; (C)中浓硫酸有吸水性,且(B)、(C)中的物质都有强腐蚀性,分子的微观 运动都会破坏植物的生长; (D)只能提供水分,不能提供光合作用所需的二氧化碳。 答案为(A)。 例 2. 某校进行化学实验考查时,教师给了同学们 1 包黑色粉末,这种黑色粉末 可能是氧化铜、炭粉或者是这两者的混合物,让他们通过实验探究来确定。某同 学探究如下: (1)【提出假设】假设 1:黑色粉末是炭粉;假设 2:_____________;假设 3: ____________。 (2)【设计实验方案】他对实验做了如下设想和分析:取少量粉末于烧杯中, 并加入过量的稀硫酸。 则实验中可能出现的现象与对应结论如下表,请你完成下 表。

(3) 【进行实验】 通过实验及分析, 确定该黑色物质为炭粉和氧化铜的混合物。 (4)【拓展】为了进一步探究炭粉和氧化铜的性质,他利用这种混合物补充做 了如下实验:将此黑色粉末隔绝空气加热(若炭完全反应),待冷却到室温后, 取剩余固体于烧杯中,再加入过量稀硫酸,完全反应后,静置。请你回答:①烧 杯中_______(选填“有”或“无”)不溶物;②若静置后溶液呈无色,则溶液 中溶质是(写化学式)___________;③若静置后溶液呈蓝色,该反应的化学方 程式为________________________。 (2004 年广东省课改区中考题) 解析: 这是一道比较完整的探究题,给立志从事科学探究的同学提供了科学探究 的基本模式:发现问题 提出假设 设计实验方案 收集资料(①回忆复习相 关知识; ②查阅有关资料) 进行实验探究 得出结论 运用结论解答问题 进一步反思与应用。解答探究题必须以知识为依托,立足于能力,做到读书求甚 解,做题善多思,才能顺利解答。 看清题目要求,结合学过的知识敢于提出假设,是现阶段学习的特点。题给“这 种黑色粉末可能是氧化铜、炭粉或者是这两者的混合物”,3 个假设自然呈现: (1)假设 1:黑色粉末是炭粉;假设 2:黑色粉末是氧化铜;假设 3:黑色粉末 是炭粉和氧化铜的混合物。 (2) 依据假设进行实验的现象: 假设 1 中黑色粉末是炭粉, 加入过量的稀硫酸, 炭粉不与稀硫酸反应,无变化,假设 1 成立;假设 2:黑色粉末是氧化铜,加入 过量的稀硫酸, 黑色物质溶解, 溶液变为蓝色硫酸铜溶液, 假设 2 成立; 假设 3: 黑色粉末是炭粉和氧化铜混合物,加入过量的稀硫酸,溶液变蓝色,仍有部分不 溶物,假设 3 成立。 (3)补充实验是将炭粉和氧化铜的混合物隔绝空气加热(炭完全反应)后产物 有两种可能:第一种为铜和过量的氧化铜;第二种若氧化铜与炭恰好完全反应, 产物则只有铜。可见两种可能都有铜。冷却到室温后,取剩余固体(有两种可能 组成)于烧杯中,再加入过量稀硫酸,完全反应后,静置:①烧杯中肯定有不溶 物,即铜;②若静置后溶液呈无色(为第二种可能组成,剩余物只有铜),则溶 液中溶质是硫酸 H2SO4;③若静置后溶液呈蓝色(为第一种可能组成,剩余物为 铜和氧化铜),该反应的化学方程式为 。

例 3. 化学复习课上,老师将

分别通入澄清石灰水和 NaOH 溶液中,我们观 和 NaOH 是否确实发生了化学反应?

察到前者变浑浊,后者无明显现象。

(1)A 同学设计了甲、乙两个实验装置来验证(如图 2 所示),实验现象为: 甲:软塑料瓶变瘪;乙:“瓶吞鸡蛋”。小虎同学认为上述实验是可行的,其共 同原理是_________;小余同学提出了质疑,他认为上述实验还不足以证明 CO2 与 NaOH 确实发生了反应,其理由是_______。A 同学思考后,又补充了一个实验 来回答,这个实验是_______。

图2 (2)小余同学认为可以利用与上述实验不同的原理,设计如图 3 所示的实验方 案,A 同学帮他完成。完成方案 1、2 并写出方案 2 中所涉及的化学方程式: __________。

图3 (3)由此探究,得到的启示是__________。 (2004 年湖北省宜昌市中考题)

解析:此题新颖独特有趣味,以物理知识展现问题,用化学知识思考问题,把对 化学知识的考查设计成实验验证,分步引导同学们探究解答问题。解题时应思维 有序,将题设情景或信息分解,找到解题的关键,调用自己储存的相关知识,迁 移、转换、模仿或重新组合,使问题得到解决。 (1)小虎同学认为甲、乙实验都可行,是因为两个实验装置都是在密闭装置中 消耗 CO2,这使体系中气压减小,从而观察到“瓶变瘪”、“瓶吞蛋”的现象。 小余提出了质疑的理由是:NaOH 溶液中有水,CO2 又能溶于水,究竟是 CO2 溶于 水使气压减小,还是 CO2 与 NaOH 反应使气压减小呢?甲、乙实验都不能加以说 明。为此 A 同学思考后补做了一个对比实验:另组装与甲相同的装置充满 CO2, 注入与 NaOH 等体积的水,振荡,比较瓶子变瘪的程度,即可判断。 (2)方案 1:CO2 通入 NaOH 溶液生成碳酸钠,再滴加稀酸又产生 CO2,故实验现 象为有气泡产生。方案 2;可将 CO2 通入 NaOH 溶液,再滴加 CaCl2 溶液(或石灰 水、或氢氧化钡溶液等);出现白色浑浊(或白色沉淀),可证明确实发生了化 学反应,化学方程式为 等。 (3)在探究的过程中得到的启示很多,例如,对于没有明显现象的实验,可以 通过改变实验装置, 创设新的情景, 使实验现象更为明显, 从而判断反应的发生; 又如,对比实验是学习化学,开展探究的有效方法;再如,由于氢氧化钠能与二 氧化碳反应,应该密封保存氢氧化钠等。 或

七. 中考题精选
1. 石灰浆抹的墙壁上掉下了一块白色固体,为探究其成分,进行下表所列的实 验,由此得出的结论,正确的是( )

A. 一定有



B. 一定有

,可能有

C. 一定没有



D. 一定有

,可能有

(2004 年江苏省无锡市课改区中考题) 2. 某化学课外兴趣小组成员小强、小明和小梅 3 位同学在学习了木炭还原氧化 铜的实验后,提出如下问题:“木炭与一氧化铅(化学式为 )反应,生成

铅的同时产生的气体一定全部为二氧化碳吗?” 请你和他们一起对产物中气体的 成分进行研究,并回答有关问题。 (1)猜想:小强认为,反应产生的气体全部为二氧化碳;小明认为,反应产生 的气体全部为一氧化碳; 小梅认为, 反应产生的气体既有二氧化碳又有一氧化碳。 (2)设计实验:根据自己的猜想,他们共同设计了实验,实验装置如图 4 所示 (他们在实验中进行了规范操作和细致的观察)。

图4 (3)现象与结论:如果小强猜想正确,装置 B、C 中的实验现象是________;如 果小明猜想正确,装置 B、C 中的实验现象是________;如果小梅猜想正确,装 置 B、C 中的实验现象是________。 (4) 此实验装置有不足之处, 请你对该装置进行改进, 具体措施是____________。 (5) 根据上述实验及木炭与 重要用途:________________。 (2004 年山东省潍坊市课改区中考题) 3. 研究性学习课题:探究实验室中久置的 NaOH 的变质程度。 的反应知识,请你归纳出单质碳的一项

【研究方案】先称取 13.3g 的 NaOH 样品(杂质为 液中逐滴加入质量分数为 14.6%的稀盐酸,根据生成 质量,从而进一步确定样品中 的变质程度。

)配成溶液,然后向溶 的质量测定 的

【解决问题】 实验测得加入稀盐酸的质量与产生 CO2 气体的质量关系如图 5 所示。 计算并填写下表(结果保留一位小数)。

图5

【继续探究】求实验过程中与 NaOH 反应所用盐酸的质量。 【发现问题】根据与 NaOH 反应所用盐酸的质量和上图对照,你发现什么问题?


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