第六章碳和碳的化合物

第六章碳和碳的化合物
板块一、认识碳家族：
1、 碳有一个庞大的家族：它的家族可以分为单质和化合物两大类。

2、 单质碳主要有金刚石、石墨、
C 60和无定形碳，无定形碳主要包括木炭、活性炭、焦炭、 炭黑等四
种，此外还有正在研究的足球烯、碳纳米管等。

3、 碳的化合物主要有一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等。

知识点一、金刚石、石墨和
C 60
1、 金刚石是一种 无色透明、正八面体 形状的的固体，硬度最大，不导电。

金刚石能作 钻头、 装饰品
等。

2、 石墨是一种深灰黑色的有金属光泽的不透明的固体。

石墨质软，有滑腻感，且具有优良 的导电性。

石墨
主要用来作 电极、坩埚、耐高温材料
3、C 60分子和金刚石、石墨一样，也是一种碳的单质, 但它们的物理性质有很大的不同，是因为它们的分子中 式不同。

4、无定形碳也是一种碳单质， 它主要包括木炭、活性炭、焦
炭、炭黑等。

其中木炭和活性炭具有较强的吸附性，因为这些物质内部具有 疏松多孔 的结构。

5、我国古代的山水字画， 碳素墨水写的档案， 毕业留言册等不容易褪色 是因为碳素墨水中所含 碳单质在
常温下化学性质稳定的缘故。

知识点二、碳的化学性质
1、 碳加热或点燃时容易跟空气中的氧气发生反应，比如完全燃烧 全燃烧2C+0 2==2CO 。

（化学方程式）
2、 碳能跟某些氧化物反应，如木炭能和氧化铜在高温下反应，反应中黑色物质变少并且变 成
红色，生成能使澄清的石灰水变浑浊 的气体，反应中氧化铜为 氧化剂，木炭为还原剂，氧化 铜发生了还原反应。

化学方程式为 C+2Cu0===2Cu+C0 2匸。

另外焦炭也能与氧化铁在高
温下反应，反应方程式为 3C0+Fe 203===2Fe+3C0 2,该反应为冶金工业中高炉炼铁的反应
原理。

3、物质的性质在很大程度上决定物质的
用途。

【思考】在高温高压的环境下，科学家可以将石墨转化为金刚石，
那么在此过程中发生的是
物理变化还是化学变化呢？
等。

它是一个由60个碳原子构成的分子。

碳原子的排列方
C+O 2==C0 2；以及不完
【例1】中国科学技术大学科学家在 440 C 和高压下，利用金属钠与二氧化碳作用得到了金 刚石（化学式为C ）和碳酸钠，且金刚石的颗粒有望达到宝石级大小，它将给天然金刚石开 采业带来极大挑战。

下列说法不正确的是（）
A. 金刚石是一种单质 B .碳是非金属元素
C .该反应是置换反应
D .该反应中生成了新的原子
【例2】（2013.日照市）科学家成功地利用精密仪器从石墨中分离出单层的石墨片，这是目 前世界上人工制得的最薄的材料，如图所示。

下列有关石墨片说法错误的是 （
）
A .石墨片是一种单质
B. 石墨片与C 60是同种物质，具有导电性
C. 在一定条件下，石墨片可还原氧化铜 D .石墨片在氧气中完全燃烧的产物是
CO 2
【例3】在国际上为了使作为历史资料的重要文件，在长期保存中签署的姓名清晰，则签署 文件时一般用（ ） A .蓝墨水 B .碳素墨水 C .蓝黑墨水 D .墨汁 【例4】（2013?长沙）两型”社会，提倡低碳”生活，下列有关碳及化合物的说法正确的是 （ A. B .
） 二氧化碳是导致酸雨的主要气体 室
内放一盆水能防止一氧化碳中毒 C.大气中二氧化碳消耗的途径主要是绿色植物的光合作用 D.金刚石、石墨是碳的单质，而 C 60则是碳的化合物 【例5】（2013.北京市）碳兀素是组成许多物质的基本兀素。

下列含碳元素的物质中，属于有机物的是 A .碳酸钙 B .乙醇（C 2H 5OH ） 化石燃料主要包括煤、 和天然气，它们都含有碳元素，其中天然气的主要成分 （写化学式）。

很多天然矿石中含有碳元素，菱锰矿的主要成分是碳酸锰（ 元素的化合价 。

（4）在440 C 和高压条件下，金属钠与二氧化碳反应能生成金刚石 该反应的化学方程为 。

（5）碳海绵”是已知最轻的固体材料（如下图所示）
，由碳元素组
成，具有多孔结构，弹性好。

它对石油有很强的吸附能力（不吸水）， 将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。

下列关于碳海绵的说法正确的 是（填字母序号）。

(1) (2) 是 (3)
（填字母序号）。

C .二氧化碳 MnCO 3）,其中锰 （C ）和碳酸钠,
9
A •具有吸附性
B .可重复使用
C.可处理海上石油泄漏
【例6】有关2 CuO + Cu + CO2f的反应，说法正确的是
A. CuO具有氧化性
C.反应前后氧元素的化合价没有改变B . C发生了还原反应
D .反应前后固体质量不变
【例7】一定质量的铜粉和碳粉的混合物，在空气中充分灼烧后其固体与原混合物的质量不变，则原混合物中铜粉和碳粉的质量比为()
A . 4: 1 B. 2: 1 C. 3: 2
【例8】在日常生活和农业生产中，下列物质用途是由化学性质决定的是: B .
用天然气作燃料D.用金刚石刻划玻璃
A •用活性炭除去冰箱内的异味
C •用金属铜制作电线
板块二二氧化碳制取的研究
知识点一、制取气体的一般思路
(1)反应原理
(2)实验装置实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置，由反应物的状态,反应条件决定，对于收集装置主要考虑生成气体的物理性质大小、溶解性)。

对于发生装置主要
(气体的密度
实验室制取气体的装置一般有：
(1)固体+固体7气体，如用高锰酸钾、二氧化锰和氯酸钾制氧气, 装置特点
是：试管口略向下倾斜，以免水倒流，引起试管炸裂，铁夹夹在距试管口1/3
处，导管不能伸入试管中太长。

(2)液体+固体7气体，如用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气, 用锌粒和
稀硫酸制氢气，用大理石(或石灰石)和稀盐酸制二氧化碳。

装置特点
是；长颈漏斗的末端必须插入液面以下。

3、根据制取气体的性质，集气装置可有下述两种情况:
①排水集气法：凡不易溶于水，不与水反应的气体均可
用排水集气法，如收集氧气、氢气等气体。

I
② 排空气法：密度与空气相差较大（可用相对分子质量比较, 29，
大于29的密度比空气大，小于 29的密度比空气小） 的均可用排空气法。

a 向上排空气法：所收集的气体相对分子质量大于 如二氧化碳、氧气等。

b.向下排空气法：所收集的气体相对分子质量小于 如氢
气、甲烷等。

知识点二、二氧化碳气体的制取和收集
1、实验室常用大理石（或石灰石） 和稀盐酸制取二氧化碳，原因是反应速率适中，原料价 廉易得。

不能用浓盐酸制，是因为浓盐酸有 挥发性，得不到纯净的 CO 2气体；
不能选用硫酸，是因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙附着在碳酸钙的表面， 阻止了反应继续进行。

也不能选用碳酸钠，粉状碳酸钙是因为反应
反应速率过快 难以收集。

2、实验室制取二氧化碳的反应原理为 CaCO 3+2HCI====CaCI 2+CO 21 +H 2O 。

二氧化碳的收集方法有向上排空气法。

排饱和NaHCO 3溶液
4、 二氧化碳验满时，用燃烧的木条放到集气瓶口，若木条熄灭，则证明二氧化碳已收集满。

5、 检验二氧化碳的试剂是 澄清的石灰水，方法是将待检气体通入澄清石灰水，若
澄清的石
灰水变浑浊，证明是CO 2。

6、 实验室检验 CO 32-
的的试剂是 稀盐酸和澄清的石灰水，（如为碳酸钠）反应的方程式为
Na 2CO 3+2HCI===2NaCI+CO 2匸 +H 2。

、CO 2+Ca （OH ） 2===CaCO 3 J +H 2O 。

专题：气体的制取和收集
【例91（ 2013.福州市）结合图9、10所示实验装置回答问题:
C 图
9
空气的平均相对分子质量是 ，且不与空气中任一成分反应
29,
29,
3、
(1)实验室若用高锰酸钾制取氧气，可选用的发
生和收集装置是(填标号)
程式为・。

(2 )检查装置B气密性的方法是。

(3)装置B与C组合，可以制取的一.种气体是，反应的化学方程式为，能用装置C收
集该气体的原因是。

(4)一种洗气装置如图10所示，为了除去二氧化碳中混有的少量水分，气体应从(填
“a或“b)端导管口通入。

(5 )用澄清石灰水检验二氧化碳的化学方程式为
【例10】请结合图10所示实验装置回答有关问题:
S I10
(1 )写出装置中标号仪器的名称。

a; b。

(2)写出一个实验室制取氧气的化学方程式，根据该反应原理，可选择图下同)与组装
一套制取氧气的装置。

(3)实验室制取二氧化碳的化学方程式为。

你所组装的上述制取氧气的装置(填
【例111.实验室现有高锰酸钾、稀硫酸稀盐酸、石灰石、棉花及以下仪器:
① ②，
(1)利用上述药品实验室制取氧气所需要的仪器是
学方程式为
(2)请写出实验室制取二氧化碳的化学方程式：
画入方框内，并与A装置连接：实验过程中得出
的
⑥ ⑦®
(填序号)；制取该气体的化
请回答
将制取二氧化碳的发生装置图A装
置内的实验现象是。

由此结论
是
【例121( 2013.荆州市)实验室用下图所示装置的部分或全部组合后完成如下实验, 下列
问题：
£ _e 他将A
装置中
b
__ C
--nnn-.
(1)小明要证明鸡的导气管r a与C装置中的导气
管相连，，当装置产生的现象时即即达到实验目的碌
I
,反应的化学方
10中(填标号,
能”或不能”用于实验室制取二氧化碳，理由是。

(2)
若将A 装置中的药品换成稀硫酸和锌粒，产生的
H 2经干燥后用D 装置收集，当D
装置的瓶口向下时，导管口的连接顺序应是
af bf C7。

(3) B 装置中使用过的浓硫酸稀释后，还可以用作它用，
用烧杯稀释浓硫酸时，应向烧杯
中倒入的物质是。

冷知识点睛
板块三二氧化碳和一氧化碳
知识点一、二氧化碳
1、物理性质
二氧化碳是一种 无色、无味的气体，密度比空气 大，能溶于水。

固体二氧化碳叫做“ 干 冰”，它升华时要吸热，所以可作为
致冷剂
2、化学性质
二氧化碳不燃烧，也不支持燃烧。

二氧化碳能与水反应，生成碳酸，它能使紫色的石蕊试液变红色。

方程式为 CO 2+H 2O==H 2CO 3。

但它不稳定，易分解，方程式表示为 H 2CO 3===CO 2+H 2O 。

二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊， 原因是CO 2+Ca(OH)2===CaCO 3J +H 2O ,此反应
可用来鉴别二氧化碳。

3、二氧化碳具有广泛的用途：
二氧化碳可用来灭火；
温室里二氧化碳可作为 气体肥料，促进植物的 光合作用; 二氧化碳也可作为化工产品的原料。

4、二氧化碳对环境的影响
大气中的二氧化碳气体能像温室的玻璃或塑料薄膜那样， 不易散失，从而使全球变暖，这种现象叫“ 温室效应”。

能形成“温室效应”的气体主要是 二氧化碳，此外还有甲烷、臭氧、氟氯代烷等。

“温室效应”产生的全球变暖将导致 两极的冰川融化，海平面升高，淹没沿海城市,
使土地沙漠化、农业减产等。

为了保护人类赖以生存的的环境，我们应该共同采取措施，防止温室效应进一步增强。

如人类应减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，更多地利用太阳能、风能、地热等
清洁能源；大力植树造
使地面吸收的太阳光的热量
林，严禁乱砍滥伐森林等。

知识点二、一氧化碳 物理性质、
一氧化碳是一种 无色，无味的密度比空气略 小的气体，难溶于水。

化学性质
一氧化碳能燃烧，反应方程式为 2CO+O 2==2CO 2,燃烧时发出蓝色火焰，放出大量热，因
此一氧化碳可以作燃料。

现象：（1）纯净的CO 安静燃烧，产生蓝色火焰，同时放出大量热。

（2）产生使澄清石灰水变浑浊的气体
注意：CO 和H 2 —样，与空气（或氧气）混合时，遇明火可能发生爆炸，点燃前必须验纯 （方法与H 2 —样）
一氧化碳有 毒性，与血液中的血红蛋白结合， 而使血红蛋白不能很好地与氧气结合， 造成生
物体缺氧而中毒。

一氧化碳具有还原性，可以还原氧化铜，反应的化学方程式为 此反应中一氧化碳是 还原剂。

在此实验之前要先 验纯。

(
JJ O
貝倔匸课堂小练习
1、写出下列物质的转化方程式: ① C7 co ； ② C7 co 2 ； ③ H 2CO 3T CO
2； ④ CaCO 3^ CO 2；
CO+CuO==Cu+CO 2。

⑤CO T CO2；
⑥CO2T H2CO3；
⑦CO2 T CaCO3。

2 :选择O2、CO或CO2填空，并写出有关反应的化学方程式。

①能使带火星的木条复燃的是；
②能用于灭火的是；
③能使人中毒的是；
④干冰是；
⑤绿色植物进行光合作用吸收的是，释放的是；
⑥能在空气中燃烧的是，反应的化学方程式是
⑦能使澄清的石灰水变浑浊的是，反应的化学方程式是
⑧能使紫色石蕊试液边红色的是，它与水反应的化学方程式是
⑨能使灼热的氧化铜还原成铜的是，反应的化学方程式是
【例13】二氧化碳占空气总体积的因为自然界存在如图所示的循环过程,
0.03%，正常情况下能维持这个含量基本不变是图中A处不包括下列哪项（）
A.发展和利用太阳能C.人和动物的呼吸
B.植物的呼吸作用
D.含碳燃料的燃烧
./
VCi.
\
【例14】常用二氧化碳灭火的原因是
A.它是一种能溶解于水的气体
B.降温加压下它可以变成固体“干冰”
C.通常状况下，它的密度比空气的密度大
D.它不能燃烧也不能支持燃烧
【例15】某同学设计了如下一组实验。

取四朵用石蕊试液染成紫色的干燥纸花, 接触会变红）分别按下图进行实验。

回答下列问题：（石蕊与酸
例题精讲
1 b
S
A
（1 ）实验进行时，
若要气体从左向右流
动，则这套装置的连
接顺序应是（填仪器
接口字母）：
（）接（），（）接（），（）接（）。

（2） 实验开始时，先通入 CO 气体，后加热氧化铜的理由是。

（3） A 中澄清石灰水的作用是
（4） 该套实验装置从环境保护的角度考虑， 可能存在的不足是
提出的合理处理建议是 __________________________________________
【例18】（2013.烟台市）一男孩在排污井盖上燃放鞭炮，点燃了排污井内的气体，井盖被 炸飞，男孩被井盖击伤。

【提出问题】排污井内气体的主要成分是什么？
【查阅资料】排污井内的有机物在一定的条件下发酵产生了气体， CO 2、CH 4 等。

【提出猜想】某兴趣小组同学对排污井内气体含有上述气体中最少 猜想I ：有CO 2、CH 4 猜想n ：有CO 、CH 4 猜想川：有 CO 、CO 2 猜想IV ： 有 CO 、CO 2、CH 4 【实验方案】小组同学共同设计了下图所示的装置并进行探究。

I （till 任播较人 卞化陳中
（怕 聯丿上百致代屮 (1) .纸花变红；n ；川.纸花不变色；V ； 该同学进行的i 、n 两项实验，说明了。

该同学进行四组对比实验的目的是 。

观察到纸花的颜色变化：1
【例
16】欲除去CC 2中混有的少量 CO 气体，可采用的方法是（） A.将混合气体点燃 B.将混合气体通过澄清的石灰水
C.将混合气体通过灼热的 CuO
D.将混合气体通过灼热的炭层
17】用下图所示的仪器组装一套实验装置， 并完成下列实验任务： ①用干燥的CO 气体
CuO ②检验CO 还原CuO 的气体生成物，请回答下列问题：
体干燥）
【例 还原 （浓硫酸具有吸水性，使气 其成分可能含有CO 、 2种成分的猜想如下:
H
-型
——H h 【问题讨论】
(1) 装置A 出现浑浊，证明猜想不成立。

(2) 小明通过装置 C 处的现象，证明猜想川不成立。

小芳对此提出了疑义，小芳认为要在位置，再增加一个上图中
(填序号)装置，才能证明猜想川不成立。

(3) 为了进一步确认气体中是否含有一氧化碳，小明将装置 C 处气体完全燃烧后的产物依 次通过
装置D 、E ，经实验测定装置 D 增重1.8g ，装置E 增重2.2g ，因此证明猜想成 立。

(4)
小明认为要证明排污井内气体是否含有 CO ,可以不用装
置 B ，小芳认为需要使用装
置B ，你认为装置 B 的作用是
1.某无色气体中可能含有甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氮气中的一种或几种，现将该气 体依次通过下图所示装置， 观察到：①A 装置内未见有浑浊出现； ②D 装置内无水硫酸铜 变蓝(无水硫酸铜遇水变蓝);最终收集到一定量干燥气体(假设每步反应都是完全的)o
(1) 由①可知原混合气体中肯定不含
(2) 由②可知原混合气体中一定含有
(3) 最终收集到的气体是 _________
(4) 实验过程中记录的实验数据如下: D 装置总质量
E 、
F 装置总质量 反应前
156. 6g 356. 8g 反应后
158. 4g
359. 0g 则该气体的成分为: ir
W A
家庭作业
2.用木炭还原氧化铜的实验如右下图。

(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，观察到石灰水逐渐变浑浊，黑色粉末中出现红色物
• ••••••• •••••••••• 质。

请你写出带点部分的化学
方程式：
(4)停止加热时，应先将导管从试管②中撤出，并用弹簧夹夹紧橡皮管，待试管①冷却后再把试管
里的粉末倒出。

这样操作的原因是。

3、( 2013.泸州市)已知，过氧化钠(化学式为Na2O2)是一种浅黄色固体粉末，可用作呼
吸面具里的供氧剂利用人呼出的二氧化碳与过氧化钠反应放出氧气，供给人的正常生命活动,
该反应的化学方程式为2Na2O2+ 2CO2= 2Na2CO3+ O?。

某同学利用该反应原理制取氧气，设计实验装置如下图所示：
(1 )装置①中
若用稀盐酸和石灰石制取CO2,该反应的化学方程式为。

若用加热应该选用的
发生装置为(选填下图字母)
(2 )装置③中盛装的试剂为，作用是。

(3)④为02的收集装置，可选用装置IT
NaHCO3固体制取CO2, (选填上图字母)。