碳的氧化物和二氧化碳的制法

【主要内容】
碳的氧化物
碳的化合物种类繁多，尤其是有机化合物在国民经济的发展中起着非常重要的作用。

而碳的氧化物（CO 和CO2）不仅与日常生活密切相关，同时也是初中化学元素化合物知识中非常重要的一部分，碳和碳的氧化物是以后学习许多化学反应的基础，初中化学的许多反应都与碳和碳的氧化物有关。

一、二氧化碳
1．二氧化碳的物理性质
在通常情况下，二氧化碳是无色无味的气体，相同条件下密度比空气大，能溶于水，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强还会溶解得更多。

生产汽水等碳酸型饮料就是利用了二氧化碳的这一性质。

很多实验在证明二氧化碳的物理性质的同时也能体现出二氧化碳的化学性质。

如图倾倒CO2的实验，根据现象“烧杯底下的蜡烛先熄灭”，可以验证“在相同条件下，CO2的密度比空气大，不能燃烧，也不支持燃烧”的这一性质。

CO2的溶解性实验：如图所示，在收集满CO2的空塑料矿泉水瓶里加入适量的蒸馏水，振荡，塑料瓶子变瘪，可以证明CO2能溶于水。

再加入紫色石蕊溶液，溶液变红，加热后又变成紫色，证明CO2溶于水的同时能与水反应：H2O+CO2＝H2CO3；H2CO3＝H2O+CO2↑
根据教材实验的设计：（Ⅰ）向干燥的紫色石蕊小花（纸花）喷稀醋酸；（Ⅱ）向干燥的紫色石蕊小花喷水；（Ⅲ）直接把干燥的紫色石蕊小花放入干燥的二氧化碳中；（Ⅳ）将干燥的紫色石蕊小花喷水后放入二氧化碳中；（Ⅴ）将（Ⅳ）中小花取出后小心加热。

通过观察实验现象，可以得出以下结论：（1）石蕊是一种酸碱指示剂，遇酸变成红色。

（2）水不能使紫色石蕊变成红色，干燥的二氧化碳也不能使紫色石蕊变成红色。

（3）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变成红色。

（4）碳酸不稳定，容易分解成二氧化碳和水。

2．二氧化碳的化学性质
（1）一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸。

（2）二氧化碳跟水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红色。

CO2+H2O＝H2CO3（紫变红）
碳酸不稳定，很容易分解成水和二氧化碳，所以红色又变成紫色，
H2CO3＝H2O+CO2↑（红变紫）
（3）二氧化碳跟石灰水反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O（澄清石灰水变浑浊）
3．二氧化碳的用途：
二氧化碳不支持燃烧，不能燃烧，且比空气重，将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面，可使物体跟空气隔绝而停止燃烧，因此二氧化碳可用于灭火，是常用的灭火剂。

在食品工业上，生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。

固态的二氧化碳即“干冰”，主要用作致冷剂，或用飞机在高空喷撒“干冰”，可以使空气中水蒸气冷凝，形成人工降雨。

用于贮藏粮食、水果、蔬菜。

用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用，可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长，避免变质和有害健康的过氧化物产生，并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分。

二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。

用二氧化碳通入大米仓库24 h，能使99%的虫子死亡。

二氧化碳用于工业制纯碱和尿素，促进植物的光合作用，用作气体肥料等。

4．温室效应
大气中的二氧化碳气体能像温室的玻璃或塑料薄膜那样，使地面吸收的太阳光的热量不易散失，从而使全球变暖，这种现象叫温室效应。

温室效应的危害性后果是：
①冰川融化和海平面上升。

事实上，冰川融化已经开始，发展下去，海面将升高，一些沿海城市将被海水淹没；
②频繁、严重的旱灾；
③更多更厉害的沙尘暴；
④更频繁更厉害的飓风；
⑤更频繁更严重的森林火灾；
⑥野生动物濒临灭绝。

能产生温室效应的气体不只是二氧化碳，还有甲烷、氟里昂等气体。

二、二氧化碳的制取
1．实验室制取二氧化碳的反应原理
实验室常用大理石或石灰石与稀盐酸反应制取：
CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑
注意：
（1）石灰石跟稀硫酸反应，开始有气体产生，过一会儿气泡逐渐减少，以至反应停止。

（2）碳酸钠跟稀盐酸反应十分剧烈，迅速产生大量气体。

石灰石跟稀盐酸反应比碳酸钠缓和，也能生成大量气体。

（3）用硫酸代替盐酸跟石灰石反应，虽能产生二氧化碳，但是生成的硫酸钙微溶于水。

它会覆盖在块状石灰石表面，阻止碳酸钙跟硫酸接触。

而碳酸钠跟盐酸反应速率太快，生成的二氧化碳不容易收集。

因此，实验室里通常是用石灰石跟稀盐酸反应来制取二氧化碳的。

2．实验室制取二氧化碳的装置
（1）实验室制取气体的装置是根据所需药品的状态，反应条件来确定的。

制取二氧化碳的反应物石灰石（或大理石）是块状固体，盐酸是液体，反应是在常温下进行的，不需要加热。

反应前可以将固体置于锥形瓶中，液体在制取时从长颈漏斗中注入，液体与固体接触时生成的气体经导气管导入集气瓶中。

（2）气体的收集方法主要取决于气体的密度及其在水中的溶解性。

由于二氧化碳的密度大于空气又能溶于水，故不宜用排水法收集，所以一般用向上排空气集气法收集二氧化碳。

（3）因为普通漏斗颈太短，产生的二氧化碳气体会从漏斗处逸出。

长颈漏斗下端管口必须液封，也就是说为了避免产生的气体从漏斗中逸出，必须使长颈漏斗的下端管口在液面以下。

（4）锥形瓶在装置中作为容器，可以用其他（如大试管、烧瓶、广口瓶）口径大小适宜的容器代替。

（5）根据二氧化碳不能燃烧、不支持燃烧的性质，可以将燃着的木条放在集气瓶口，如火焰熄灭，则二氧化碳已收集满。

3．实验室制取氧气、二氧化碳的比较
4
2
三、一氧化碳
1．一氧化碳的物理性质
在通常状况下，一氧化碳是无色、无味气体，难溶于水。

在相同条件下，一氧化碳的密度略小于空气。

根据一氧化碳的物理性质，在实验室应用排水集气法收集。

不能用向下排空气法收集，因为CO密度与空气的密度很接近，很难通过排空气法来收集。

2．一氧化碳的化学性质
（1）可燃性
一氧化碳能燃烧，发出蓝色火焰，放出大量的热，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体。

2CO+O22CO2
（2）一氧化碳的还原性
一氧化碳不仅有可燃性，还具有还原性。

原因是它们都夺取含氧化合物中的氧，使其还原：
CO+CuO CO2+Cu
可以用下图完成实验：
3．一氧化碳的毒性和对空气的污染
一氧化碳有剧毒！一氧化碳被人吸进肺中，极易跟血液中的血红蛋白结合。

一氧化碳跟血红蛋白的结合能力比氧气大200倍～300倍，造成机体急性缺氧。

当一氧化碳在空气中浓度为0.02%时，人在2 ～3 小时后就会出现头晕恶心的症状；浓度达0.08%时，2小时即昏迷；浓度再高，将危及生命。

4．一氧化碳的用途
一氧化碳可作气体燃料和用来冶炼金属，工业上利用一氧化碳的还原性，在炼铁厂把铁矿石还原成铁： Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
【例题解析】
1．请根据下图回答问题。

（1）图中仪器a的名称是________________。

（2）用A与D相连可制取的一种气体是①________________，该反应的化学方程式为②_____________。

（3）小明将B与C相连，用高锰酸钾制取氧气。

实验操作有：a．停止加热b．固定试管c．将导管从水槽中取出d．装药品和放棉花e．加热，收集氧气。

上述过程中缺少的一步操作是①________________，将该操作编号为f，则正确的操作顺序是②________________。

（4）查阅资料：相同条件下，氨气（NH3）的密度比空气小，且易溶于水，其水溶液称为氨水；加热氯化铵和氢氧化钙固体混合物可制取氨气。

根据所查资料，制取氨气应选择的装置是__________（填序号）。

【分析】本题主要考查的是气体的实验室制法。

（2）A所用装置是固液反应不需要加热的产生气体的
装置，可以用于过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气、稀硫酸和锌粒制氢气以及用于稀盐酸和石灰石制二氧化碳，根据所用收集装置D确定只能用于收集密度大于空气的气体二氧化碳或氧气。

（3）为保证能够顺利收集气体，实验前必须检查装置气密性。

高锰酸钾制取氧气的操作顺序可以概括为七个字“查、装、定、点、收、离、熄”，对应选项为f d b e c a。

（4）氯化铵和氢氧化钙都是固体，反应还需加热，因此选择B装置作为气体的发生装置；因为氨气易溶于水，所以不能用排水法收集，又因为氨气密度比空气小，所以应该选择向下排空气法收集，即选E装置。

本题答案：
（1）酒精灯
（2）
①二氧化碳（或氧气）
②CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑（或2H2O22H2O + O2↑）。

（3）①检查装置的气密性，②f d b e c a。

（4）BE。

2．化学兴趣小组的同学们在实验室发现一些黑色粉末，是做“碳还原氧化铜”的实验时剩余的药品，于是对其成分进行探究。

【猜想与实验设计】小红猜测：黑色粉末是CuO。

她设计了如下图所示的实验装置。

【实验步骤】取适量该粉末放入玻璃管中，打开K通入CO，排尽空气后加热。

【实验现象】
【实验结论】该黑色粉末是CuO。

B装置中反应的化学方程式为_____________________。

【评价与反思】
（1）小芸认为该实验装置存在安全隐患，需要改进的是_______________________；小芸还认为小红的实验结论是有欠缺的，她认为该黑色粉末的成分是_____________________，理由是_______________。

（2）小红经过反思，改进了实验并确认了黑色粉末的成分。

请填写下表。

【分析】本题的考查侧重于实验方案的评价和反思。

首先是对装置的安全进行评价：因为实验使用了有毒气体一氧化碳，因此必须考虑残余一氧化碳的处理，所以应该增加尾气处理装置，如可以在尾气出口增加一个燃着的酒精灯。

其次是对实验结论的评价与反思：小红所检验的黑色固体来自于“碳还原氧化铜”，因此黑色粉末还有可能是碳。

小红的实验“黑色粉末变红”可以证明所检验的黑色固体中确实有氧化铜，但是并不能确定有碳。

解决方案：1.可以直接加热黑色粉末，将产生的气体通过澄清石灰水检验，如果还能产生二氧化碳就说明黑色粉末中存在碳。

2.还可以进行定量实验，可以先称量黑色粉末的质量，然后将黑色粉末在空气中灼烧，因为如果黑色粉末中有碳就会和空气中的氧气发生反应，而氧化铜质量不会改变，如果粉末质量减轻就可以判断黑色粉末中有碳，若质量不变则黑色粉末是氧化铜。

本题答案：
【实验结论】Ca(OH)2＋CO2 = CaCO3↓＋H2O
（1）增加尾气处理装置一定含氧化铜，也可能是混有炭粉的氧化铜含有炭粉的氧化铜也能出现同样的实验现象
（2）
其他方法，例如：实验步骤：①取少量黑色粉末称重，②置于空气中充分加热冷却后再称重，实验现象和实验结论：若质量减少则该黑色粉末是炭粉和氧化铜的混合物；若质量不变则该黑色粉末是氧化铜。