2021届高三化学一轮复习——碳及其重要化合物(学案及训练)

2021届高三化学一轮复习——碳及其重要化合物（学案及训练）
核心知识梳理 1．碳单质
(1)碳单质的存在形式有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为同素异形体。

(2)结构
金刚石：正四面体空间网状结构；石墨：平面正六边形层状结构。

(3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质软，有滑腻感。

(4)主要化学性质——还原性 ①可燃性
②与氧化物反应⎩⎪⎨⎪⎧
CuO ：2CuO ＋C=====△
2Cu ＋CO 2↑(冶炼金属)
SiO 2
：SiO 2
＋2C=====高温
Si ＋2CO ↑(制取粗硅)
H 2
O ：C ＋H 2
O (g )=====高温CO ＋H 2
(制取水煤气)
③与强氧化性酸反应⎩⎨⎧
浓H 2SO 4：C ＋2H 2SO 4(浓)=====△
CO 2↑＋
2SO 2
↑＋2H 2
O
浓HNO 3：C ＋4HNO 3(浓)=====△
CO 2
↑＋
4NO 2↑＋2H 2
O
2．一氧化碳
(1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。

(2)化学性质——还原性
①燃烧：2CO ＋O 2=====点燃
2CO 2，淡蓝色火焰； ②还原CuO ：CuO ＋CO=====△
Cu ＋CO 2(冶炼金属)。

3．二氧化碳(CO 2)
(1)一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO 2俗称干冰。

(2)与H 2O 、Na 2O 、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg 反应的方程式分别为CO 2＋H 2O H 2CO 3，Na 2O ＋
CO 2===Na 2CO 3，CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O ，2Mg ＋CO 2=====点燃
2MgO ＋C 。

4．碳酸(H 2CO 3)
弱酸性、不稳定性。

碳酸(H 2CO 3)只能在水中存在。

H 2CO 3在水中与CO 2共存，因此常把CO 2＋H 2O 当碳酸用。

5．CO 2与盐溶液的反应 (1)CO 2与盐溶液的常见反应
碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯
酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。

如：
①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3
②CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3
或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3
当CO2过量时，发生反应如下：
2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3
③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO
当CO2过量时，发生反应如下：
2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO
④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3
⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2过量时)
CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量时)
(2)注意事项
①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。

在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。

如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。

②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无关，都生成NaHCO3，因为酸性H2CO3>
>HCO－3。

③CO2与NaClO溶液反应的产物与CO2的量无关，也只能生成NaHCO3，不能生成Na2CO3，因为酸性H2CO3>HClO>HCO－3。

④CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均不反应，无沉淀产生。

6．碳酸的酸式盐和正盐的比较
(1)在水中的溶解性
①含K＋、Na＋、NH＋4的正盐易溶于水，其余碳酸的正盐一般不溶于水；酸式盐均能溶于水。

②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度小于其酸式盐溶解度，如溶解度Ca(HCO3)2>CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸式盐溶解度，如溶解度Na2CO3>NaHCO3。

(2)热稳定性
一般来说，热稳定性顺序为正盐>酸式盐>碳酸，如稳定性Na2CO3>NaHCO3>H2CO3；可溶性正盐>难溶性正盐，如CaCO3高温分解，而K2CO3不易分解。

(3)水溶液酸碱性强弱
物质的量浓度相同时，正盐溶液的pH 大于其酸式盐溶液，如pH ：Na 2CO 3溶液>NaHCO 3溶液。

课堂检测 1、判断题
(1)一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合( )
(2)向CaCl 2溶液中通入CO 2，无明显现象，若先通入NH 3再通CO 2，溶液会变浑浊( ) (3)向饱和Na 2CO 3溶液中加入过量的CO 2气体，有晶体析出( )
(4)向NaAlO 2溶液中通入CO 2气体，一开始有白色沉淀生成，CO 2过量，沉淀溶解( ) (5)向饱和NaCl 的氨溶液中通入过量CO 2气体，有晶体析出( ) 答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)× (5)√
2．标准状况下，将3.36 L CO 2气体通入200 mL 1.00 mol·L －
1NaOH 溶液中，充分反应后溶液中c (CO 2－
3)与c (HCO －
3)的比值为( 不考虑CO 2－
3、HCO －
3的水解)( ) A ．1∶1 B ．1∶2 C ．2∶1 D ．1∶3 答案 B
解析 n (CO 2)＝ 3.36 L 22.4 L·mol
－1＝0.15 mol ，n (NaOH)＝0.200 L ×1.00 mol·L －1＝0.2 mol n (NaOH )n (CO 2)＝0.2 mol 0.15 mol ＝43，即1＜n (NaOH )
n (CO 2)
＜2，反应产物为Na 2CO 3、NaHCO 3，设其物质的量分别为x 、y ，
则⎩⎪⎨⎪⎧ 2x ＋y ＝0.2 mol x ＋y ＝0.15 mol ，解得⎩⎪⎨⎪⎧
x ＝0.05 mol y ＝0.10 mol
， 所以n (CO 2－3)
n (HCO －3)
＝12。

3．浓度相同的NaOH 溶液各100 mL 倒入A 、B 、C 三个烧杯中，分别向三份溶液中通入不等量的CO 2，充分反应后，再向三份所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L －1
的盐酸，产生CO 2的体积与所加盐酸体积之间的
关系如图所示。

下列判断不正确的是( )
A ．原NaOH 溶液的浓度为0.2 mol·L －
1
B ．B 烧杯中通入的CO 2体积为448 mL(标准状况)
C ．通入CO 2后，A 烧杯中的溶质为Na 2CO 3和NaHCO 3
D ．通入CO 2后，C 烧杯中溶质成分的物质的量之比为n (NaOH)∶n (Na 2CO 3)＝2∶1 答案 B
解析 CO 2通入NaOH 溶液，可能发生反应2NaOH ＋CO 2===Na 2CO 3＋H 2O 或NaOH ＋CO 2===NaHCO 3，由图示可知，滴加盐酸时均不直接产生CO 2气体，且最终完全反应消耗的盐酸均为100 mL 生成NaCl ，由原子守恒得n (Na ＋)＝n (Cl －)，即n (NaOH)＝n (HCl)，故c (NaOH)＝n (NaOH )
V (NaOH )
＝0.2 mol·L －1×0.1 L 0.1 L ＝0.2 mol·L
－1，A
正确；B 烧杯中从开始加入盐酸到开始产生气体与从开始产生气体到气体完全放出需盐酸相同，即
通入CO 2后生成的溶液为Na 2CO 3溶液，据2NaOH ～CO 2可知n (CO 2)＝0.2 mol·L －1×0.1 L
2＝0.01 mol ，
标准状况下V (CO 2)＝224 mL ，B 错误；A 烧杯中未产生气体消耗的盐酸小于气体完全生成消耗的盐酸，故溶质为Na 2CO 3和NaHCO 3，C 正确；C 烧杯中通入CO 2未产生气体消耗的盐酸大于气体完全放出消耗的盐酸，故溶液溶质为Na 2CO 3和NaOH ，n (Na 2CO 3)＝n (NaHCO 3)＝(100－75)×10－3×0.2 mol ＝5×10－3 mol ，故n (NaOH)＝(50－0)×10－3×0.2 mol ＝1×10－2 mol ，即n (NaOH)∶n (Na 2CO 3)＝2∶1，D 正确。

4．向某碳酸钠溶液中逐滴加1 mol·L
－1
的盐酸，测得溶液中Cl －、HCO －
3的物质的量随加入盐酸体积的关系
如图所示，其中n 2∶n 1＝3∶2，则下列说法中正确的是( )
A ．Oa 段反应的离子方程式与ab 段反应的离子方程式相同
B ．该碳酸钠溶液中含有1 mol Na 2CO 3
C ．b 点的数值为0.6
D ．b 点时生成CO 2的物质的量为0.3 mol 答案 C
解析 结合图像知Oa 段反应为CO 2－3＋H ＋===HCO －3，a 点后：HCO －3＋H ＋===H 2O ＋CO 2↑，A 项错误；由加入a L 盐酸时生成HCO －3为0.5 mol ，则n (HCl)＝0.5 mol 可知，n (Na 2CO 3
)＝0.5 mol ，B 项错误；由n 2∶n 1＝3∶2，可推知n 2＝0.6 mol ，n 1＝0.4 mol ，C 项正确；b 点产生n (CO 2)＝0.1 mol ，D 项错误。

归纳总结：CO 2和NaOH 的反应 (1)反应原理
NaOH ―――→少量CO 2
Na 2CO 3――→CO 2
NaHCO 3 (2)反应后溶质成分的判断
也可用数轴来表示：
5．用如图装置来分离CO2和CO混合气体并干燥，图中a、c、d为止水夹，b为分液漏斗活塞，通过Y形管和止水夹分别接两个球胆，现装置内空气已排尽，为使实验成功，甲、乙、丙分别盛放的试剂为()
答案C
解析分离CO2和CO应该先用碱溶液吸收CO2，干燥后用一个球胆收集CO，然后再用酸与甲中溶液反应生成CO2，干燥后用另一个球胆收集，故丙装置中盛的一定是浓硫酸(18.4 mol·L－1H2SO4)，其中乙中的酸应选用2 mol·L－1的硫酸，而不能选用盐酸，因为盐酸易挥发出HCl气体而混进CO2中。

用饱和Na2CO3溶液吸收CO2，再用酸制CO2时会改变CO2的量，且吸收效果不如饱和NaOH溶液，故选C。

6．确定混合气体(CO 、CO 2)中含有CO 气体的实验设计方法
按要求回答下列问题 (1)填写下列指定装置的作用 A ：除去混合气体中的CO 2气体。

B ：检验混合气体中CO 2是否除尽。

E ：除去尾气中的CO 2气体。

F ：除去尾气中的CO 气体、防止污染环境。

(2)写出C 中的化学方程式：CO ＋CuO=====△
Cu ＋CO 2。

(3)确定混合气体中含有CO 气体的实验现象：
B 中无明显现象，
C 中的物质由黑色变成红色，
D 中的澄清石灰水变浑浊。

(4)写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法： ①CO(CO 2)：通过盛有浓NaOH 溶液的洗气瓶。

②CO 2(CO)：通过盛放灼热CuO 的硬质玻璃管。