2008年高三化学成套优秀复习讲义 碳族元素

2008年高三化学成套优秀复习讲义碳族元素
第三节碳族
【知识网络】
【易错指津】
1．CO2通入NaOH溶液的判别错误。

CO2通入NaOH溶液的反应与CO2气体通入量有关。

当CO2通入少量时生成Na2CO3，当CO2通入过量时生成NaHCO3，CO2通入量介于两者之间，既有Na2CO3又有NaHCO3。

因此推断产物时一定要注意CO2与NaOH间量的关系。

2．Na2CO3溶液中滴加盐酸过程不清楚。

在Na2CO3溶液中滴加HCl，CO32-先转化为HCO3-，再滴加盐酸HCO3-转化为H2CO3，不稳定分解为CO2。

如：在10mL0.01mol/L纯碱溶液中，不断搅拌并逐滴加
入1.2mL0.05mol/L盐酸，完全反应后在标准状况下生成二
氧化碳的体积为（1998年上海高考题）
A.1.334mL
B.2.240mL
C.0.672mL
D.0mL
思路分析：反应过程为：CO32-−→
−+H CO2。

−+H HCO3-−→
盐酸溶液中n(HCl)=0.00006mol，纯碱溶液中
n(Na2CO3)=0.0001mol
CO32- + H+ = HCO3-
0.0001mol 0.0001mol 现盐酸不足，故无气体
产生。

答案：D
3．CO2通入CaCl2溶液中是否有沉淀的分析错误。

可用反证法：如能产生沉淀，则反应的化学方程式为：
CO2+CaCl2+H2O=CaCO3↓+2HCl。

因CaCO3溶于盐酸，故反应不
能发生。

因为CO2只有通入中性或碱性溶液才能产生CO32-，
并同时产生部分H+，若原溶液无法消耗这部分H+，则不利
于CO2转化为CO32-，也就无法与Ca2+形成沉淀。

若要使CaCl2
与CO2反应生成沉淀，就必须加入部分碱溶液中和CO2与H2O
反应而产生的H+。

同理，该思维方式适用于CO2、SO2通入
CaCl2或BaCl2溶液。

4．不要把Na2CO3+SiO2−
−高温Na2SiO3+CO2↑与
−→
Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓相混。

前者是工业制玻璃的
反应式之一，是在高温条件下发生的反应，而后者是在水
溶液中发生的反应。

若交换条件，两者均不发生反应。

【典型例题评析】
例1已知天然气的主要成份CH4是一种会产生温室效
应的气体,等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者
大。

下面是有关天然气的几种叙述:①天然气与煤、柴油相
比是较清洁的能源;②等质量的CH4和CO2产生的温室效应
也是前者大;③燃烧天然气也是酸雨的成因之一.其中正确的是(2001年理科综合能力测试第10题)
A.是①②③
B.只有①
C.是①和②
D.只有③
思路分析：大气中的CH4和CO2为红外线吸收体，它们吸收太阳和地球的长波辐射，并将其中一部分反射回地球。

因此，大气中CH4和CO2浓度增加，则阳光被吸收得多，反射到太空的部分减少,地表温度将上升。

天然气燃烧产物为CO2和水，而煤和柴油燃烧产物会造成污染。

对等质量的CH4和CO2，CH4的物质的量比CO2多，由题意知等质量的CH4和CO2产生的温室效应CH4大，但CO2不是形成酸雨的物质。

答案：C
方法要领：CO2导致“温室效应”是人们所熟知的常识，但本题告诫人们，CH4也是一种会产生“温室效应”的气体，且等物质的量的CH4产生“温室效应”比CO2还要大。

纵观当今世界范围内都在呼吁控制CO2的排放量以遏制“温室效应”的加剧，同时又在为保护环境号召多使用清洁能源——天然气。

殊不知，事物都是一分为二的，就像天然气，既有有利的一面，也有有害的一面。

本题让人们意识到利用天然气作燃料的同时，一定要防止其泄漏。

例2 下列物质不属于“城市空气质量日报”报道的是(2001年上海高考题)
A.二氧化硫
B.氮氧化物
C.二氧化碳
D.悬浮颗粒
思路分析：二氧化硫、氮氧化物和悬浮颗粒均为大气污染物，只有二氧化碳不需报道。

答案：C
方法要领：SO2主要来自含硫煤燃烧时的排放。

其危害一方面是由于本身的刺激性会影响人的呼吸系统和眼睛，另一方面还由于能与空气中的其它污染物相互影响，产生所谓的“协同效应”，可导致更为严重的后果。

氮氧化物中造成空气污染的主要是NO和NO2，习惯上可用NO x来表示。

氮氧化物主要来自汽车尾气排放，汽车内燃机运转时，高温和电火花条件使缸内N2和O2反应生成氮氧化物。

两种氮氧化物中，二氧化氮的毒性要比NO高4～5倍，人吸入NO2后，首先对呼吸道产生刺激作用，浸入肺部后，又与细胞中的水分结合而生成硝酸和亚硝酸，造成肺水肿。

NO2吸收紫外光后被分解：NO2−
−紫外光NO+O，生成的O非常活泼，
−→
再继续发生一系列化学反应，最后导致光化学烟雾，这是NO2造成的另一危害。

大气中悬浮的大小在10微米以内的颗粒，因鼻腔无法将其阻挡，可进入人体的呼吸道和肺部，被称为可吸入颗粒。

这些颗粒不仅仅是尘土，还在表面吸附了其它污染物，因此吸入后可能引起多种病变。

例3向下列溶液中通入过量CO2，最终出现浑浊的是（2000年全国高考题）
A.氢氧化钙饱和溶液
B.苯酚钠饱和溶液
C.醋酸钠饱和溶液
D.氯化钙饱和溶液
思路分析：当足量CO2通入Ca(OH)2饱和溶液时，由于其为二元酸，故可生成溶于水的酸式盐Ca(HCO3)2而“最终”无浑浊。

而当遇苯酚钠时，由于碳酸的酸性较苯酚的酸性强，故可生成苯酚。

又由于苯酚在常温下的溶解度不大，故最终出现浑浊。

而C、D两选项中，由于醋酸、盐酸的酸性较碳酸强，故CO2与其均不可反应。

A中先有沉淀后又溶解；B中出现浑浊；C和D中无反应发生。

答案：B
方法要领：本题原理不难，但由于考生审题不严及粗心，很易错选。

本题的“题眼”在“过量CO2”。

如：若看不到“最终”或“足量CO2”，很易因为氢氧化钙能与二氧化碳反应而错选。

故提醒考生，答好选择题的关键是审题，正确应用好关键字句，避免疏忽错误。

例4 将CO2气体通入CaCl2溶液，若要有白色沉淀产生，可加入的试剂是（1997年上海高考题）
A.硫酸氢钾溶液
B.碳酸氢钙溶液
C.氯水
D.氢氧化钠溶液
思路分析：在CaCl2溶液中：CaCl2=Ca2++2Cl-；CO2通入溶液中存在如下平衡：CO2+H2O H2CO3、
H2CO H++HCO3、HCO3- H++CO32-。

在CO2和CaCl2的混合溶液中，加入的各物质电离为：
A中：KHSO4=K++H++SO42-；B中：Ca(HCO3)2==Ca2++2HCO3-；C中：Cl2+H2O==H++Cl-+HClO；D中：NaOH=Na++OH-
要产生沉淀，必须使H2CO3的电离平衡右移，以增加[CO32-]，方能有CaCO3沉淀生成，纵观选项中四种物质，只有D中的NaOH电离的OH-离子可中和H+使电离平衡右移，使CO32-浓度增加至足以与Ca2+结合为CaCO3沉淀。

答案：D
方法要领：当CO2通入碱溶液中，才能生成CO32-，此时
与Ca2+结合形成CaCO3沉淀。

而A、C显酸性，不可能形成CO32-。

碳酸氢钙中虽然有大量的Ca2+和HCO3-，但CO32-的量仍然很少，所以无法形成CaCO3沉淀。

阴阳离子要结合生成难溶于水的沉淀物，必须使阴阳离子的量都达到一定的数值。

如只有阳离子无阴离子或阴离子极少，是不能形成沉淀的。

反过来只有阴离子无阳离子或阳离子极少也是不能形成沉淀的。

运用电离平衡的知识解决化学反应现象。

CO2气体通入CaCl2溶液中，是不能产生沉淀的，这是由于碳酸是弱酸，不能与强酸盐反应生成强酸：HCl。

大家熟知的“弱酸不能制强酸”的实质，仍然离不开电离平衡移动原理的解释。

运用“强酸制弱酸”原理时需注意如下两点：①强酸制弱酸原理是指强酸可与弱酸盐发生复分解反应
．．．．．的原理；
②这一规律也有例外，如H2S+CuSO4=CuS↓+H2SO4，这是因为生成的CuS极难溶于水的缘故。

，下例5已知酸性强弱顺序为H2CO3＞＞HCO
OH
3
列化学方程式正确的是（1998年上海高考题）
思路分析：已知酸性H2CO3＞C6H5OH＞HCO3-，即碱性CO32->C6H5O->HCO3-，根据较强的酸可以制取较弱的酸，较强碱可制取较弱的碱的原理，A、D是错误的。

答案：B、C
方法要领：“强酸制弱酸”的实质是电离能力强的物质可生成电离能力弱的物质。

例6 CaC2和ZnC2、Al4C3、Mg2C3、Li2C2等都同属离子型碳化物，判断下列反应产物正确的是（1997年高考化学试测题）
A.ZnC2水解生成乙烷（C2H6）
B.Al4C3水解生成丙炔（C3H4）
C.Mg2C3水解生成丙炔（C3H4）
D.Li2C2水解生成乙烯（C2H4）
思路分析：由CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑，借用其规律
作模仿，可以从各种角度考虑。

考虑方法（1）：假定钙、氢、氧的化合价在反应前后
都没有变化，从CaC2来看，钙是+2价、C22-是-2价，相当
是-2价的烃，所以产物是乙炔（C2H2）。

类比可知，ZnC2水
解也应该是乙炔（C2H2）；Al4C3水解的C3应该表现-12价，
只能是3个甲烷（CH4）；Mg2C3水解的C34-应该表现-4价，产
物为C3H4；Li2C2水解的C22-是-2价，还是乙炔。

检查选项只
有C对。

答案：C
一题多解：考虑方法（2）：假定碳化物中的金属元素
都水解成为氢氧化物，那么，每用去一个氢氧根都会多出
一个氢原子，这些氢原子与反应物中的碳原子分配。

因此，
CaC2产物是Ca(OH)2、C2H2，ZnC2、Li2C2也都得到C2H2，Al4C3
得到“C3H12”，只能是3CH4，Mg2C3应得到C3H4。

方法要领：本题新颖，希望考生用已有的一个代表性
的化合物的性质摸索其规律，再用这个规律去解决新问题。

所用方法没有常规，题海中也没有。

考查了思维能力，创
造能力。

解题中根据水解原理写出化学方程式或用电荷守恒原
理，把金属阳离子所带的总电荷数用等量的H+替代，即得
产物的分子式。

作为第ⅣA族、第二周期的碳，一般情况下
难以形成离子，通常在化合物中以共价键的形式存在。

但
当其与某些较活泼的金属在高温下形成无机化合物时，也
可以以阴离子的形式存在。

这些金属碳化物与水极易发生
彻底的水解，生成对应的碱和某些烃类化合物。

例7 纯净的Ca(HCO3)2试样在高温下分解，当剩余固体
是原试样质量的一半时，它的分解率为（1996年上海市高
考题）
A.50%
B.75%
C.92.5%
D.100%
思路分析：若Ca(HCO3)2按下式完全分解：
Ca(HCO3)2==CaCO3+CO2↑+H2O
162 100
剩余固体质量为原试样的100/162，大于1/2，故伴随着发生进一步分解：
CaCO3==CaO+CO2↑
答案：D
方法要领：掌握碳酸盐的分解规律：一般来说，热稳定性大小的顺序为：正盐>酸式盐（成盐离子相同）。

考虑问题要周密，防止只考虑第一步反应，而忽略了第二步分解反应。

例8 某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3和Ba(NO3)2三种杂质中的一种或二种。

现将13.8克样品加入足量水,样品全部溶解。

再加入过量的CaCl2溶液,得到9克沉淀，对样品所含杂质的正确判断是(1996年上海高考题).
A.肯定有KNO3
B.肯定有KNO3,可能还含有Na2CO3
C.肯定没有Ba(NO3)2,可能有KNO3
D.肯定没有Na2CO3和Ba(NO3)2
思路分析：根据“加足量水，样品全部溶解”这一种条件，可确定不可能含有Ba(NO3)2杂质，否则会与K2CO3生成BaCO3沉淀。

因此对杂质成分的判断集中在KNO3和Na2CO3
是否存在这一问题。

根据反应的关系，假定13.8g样品全部是K2CO3，则n(K2CO3)=13.8g/138 g.mol-1=0.1mol。

按加入CaCl2生成CaCO3沉淀的量关系，有：
K2CO3～CaCO3
0.1mol 0.1mol
则应生成CaCO3质量为0.1mol×100g mol-1=10g，现只生成9g沉淀，说明13.8g CO32-只有0.09mol，则在NaNO3、Na2CO3二种杂质中，必含有不与CaCl2反应的KNO3存在，C错。

肯定存在KNO3时，是否可能含有Na2CO3？由于0.09molK2CO3质量为m(K2CO3)= 0.09mol×138m.mol-1=12.42g，故可能存在K2CO3、Na2CO3共0.09mol，再加入KNO3使总质量达到13.8g的可能性，则在存在KNO3的前提下，可能有Na2CO3存在，B对，D错。

上述思考过程中，涉及的计算，有些不必精确算出结果，只须估计即可，这样可以节省时间。

答案：A、B
方法要领：根据实验现象、结合所给数据利用极限思想解题。

例9 汽车尾气（含烃类、CO、SO2与NO等物质）是城
市空气的污染源。

治理方法之一是在汽车排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金做催化剂）。

它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，
（1998年上海市高考题）并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式。

（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是。

（3）控制城市空气污染源的方法可以有（）
A.开发氢能源
B.使用电动车
C.植树造林
D.戴上呼吸面具
思路分析：本题涉及的反应产物均隐含在题中，只有认真分析才能得出正确的结论。

如NO与CO反应产物是参与大气循环的无毒气体，排除NO2等有毒气体，也排除生成的单质碳，同时也不可能是不常见的气体，只能是空气中存在的N2和CO2。

又因催化转换器中的铂、钯合金是SO2与O2生成SO3反应的催化剂，这样就合理解释了空气酸度的增加。

控制城市空气污染当然不能靠戴呼吸面具，植树造林虽是环保的重要措施，但不会直接关系到城市污染的控制。

答案：（1）2CO+2NO=2CO2+N2；（2）SO2转化为SO3，产生
硫酸酸雾；（3）A、B
方法要领：因为“CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体”，所以这气体是CO2和N2；（2）SO2可被氧化SO3，与水蒸气形成硫酸酸雾；（3）在控制城市空气污染的方法中，植树造林这一选项具有一定的迷惑性，植树造林能控制CO2量的增加，是改善环境的一种重要手段，而对消除汽车尾气中烃类、CO、SO2与NO等物质没有直接的效果。

戴上呼吸面具是一种防止污染的方法，并不能减小污染。

例10下图是石英晶体平面示意图：
—Si—O—Si—O—Si—
O O O
—S—O—Si—O—Si—
O O O
它实际上是立体的网状结构，其中硅和氧的原子数之比为。

原硅酸根离子SiO44-的
结构可表示为—O 二聚硅酸根Si2O76-只有硅氧键，它的结构可以表示为。

O
思路分析：从示意图中的结构可以看出每个Si原子结合了四个O原子，而每个O只结合了二个Si，所以在二氧化硅晶体中硅原子与氧原子的最简个数比为1:(4×1/2)=1:2，原硅酸（H4SiO4）
O—H
的结构可以表示为：H—O—Si—O—H，两个原硅酸分子可发生分子间脱水，生成二聚硅酸
O—H
（H6Si2O7）：
OH OH OH OH
HO—
—Si--OH→
HO—Si—O—Si—OH + H2O
OH OH OH OH O O
二聚硅酸脱去6个H+形成带6个单位负电荷的阴离子
（二聚硅酸根离子）：O-Si-O-Si-O
O O
方法要领：根据物质的空间结构，结合数学空间几何知
识和思想、方法，推断出组成晶体的微粒（原子或离子）
个数比，推出晶体的化学式。

酸等。

可采用同样的方法求解。

例11 下图中①～ 分别代表有关反应中的一种物
质,请填写以下空白。

(1)①、③、④的化学式分别是 、 、
(2)⑧与⑨反应的化学方程式是 思路分析：本题的突破口就在题目的开始部分。

因为这
一部分把反应条件和部分反应物都已列出，为推断物质提
供的充足的已知条件。

通过浓H 2SO 4可得CO 2气体，CO 2气体与Na 2O 2反应得氧气④，
氨气和氧气在催化剂作用下加热反应得NO ⑥，NO 和O 2反应
生成NO 2⑦，与H 2O 反应生成HNO 3⑧，CO 2与Mg 条点燃后生
成MgO ⑩和C ⑨、C 与HNO 3反应生成NO 2⑦，CO 2②和H 2O ，
所以①是NH 4HCO 3。

答案：（1）NH 4HCO 3、NH 3、O 2；（2）C+4HNO 3=2H 2O+4NO 2↑1
+CO2↑
引申发散：1.热分解全是气体的是何物？-----碳酸铵或碳酸氢铵，亚硫酸铵
2.与过氧化钠产生两种产物的气体有哪些?-------CO2,H2O
3.能与镁条燃烧的气体有哪些?------CO2,SO2、O2、N2
4.两物质反应产物还能继续与反应物反应的有哪些?----NH3(+O2)→NO(+O2)→NO2,H2S(+O2)→SO2(+O2)→SO3,C(+O2)→CO(+O2)→CO2,O2(+C)→CO2(+C)→CO。