碳及其化合物间的转化学案

碳及其化合物间的转化
学案
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第2课时 碳及其化合物间的转化
1.溶洞形成涉及的化学反应： CaCO 3＋CO 2＋H 2O===Ca(HCO 3)2； Ca(HCO 3)2=====△
CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 。

2．高炉炼铁的原料：铁矿石、焦炭、空气。

3．高炉炼铁中碳的转化：C ＋O 2=====点燃 CO 2，C ＋CO 2=====高温
2CO ，
Fe x O y ＋y CO=====高温
x Fe ＋y CO 2。

4．水垢的主要成分：CaCO 3、Mg(OH)2。

5．碳及其化合物的转化：
1．CO 有哪些化学性质
提示：(1)可燃性：2CO ＋O 2=====点燃
2CO 2(火焰呈蓝色) (2)还原性：CuO ＋CO=====△
Cu ＋CO 2 (3)毒性：CO 极易与血红蛋白结合。

2．CO 2有哪些化学性质
提示：(1)不支持燃烧，本身也不燃烧。

(2)能与水反应：CO 2＋H 2O===H 2CO 3(使紫色石蕊溶液变红色)；
对应学生
H 2CO 3=====△
CO 2↑＋H 2O(石蕊溶液恢复紫色)。

(3)与碱溶液反应：CO 2＋2NaOH===Na 2CO 3＋H 2O 、CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O
自然界中碳及其化合物间的转化
探究1 转化示意图
探究2 溶洞形成的模拟实验
实验操作
实验现象 澄清石灰水先变浑浊后变澄清，加热该溶
液，又变浑浊
化学方程式
①Ca(OH)2＋CO 2===CaCO 3↓＋H 2O ②CaCO 3＋H 2O ＋CO 2===Ca(HCO 3)2
③Ca(HCO 3)2====△
CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑
[必记结论]
(1)CO 2属于温室气体，大气中CO 2含量多时会造成温室效应。

(2)少量CO 2与石灰水反应生成CaCO 3，足量CO 2与石灰水反应生
成Ca(HCO3)2。

(3)碳酸的正盐与CO2、H2O反应生成酸式盐。

(4)稳定性：Na2CO3＞CaCO3＞NaHCO3
[或Ca(HCO3)2]＞H2CO3。

[成功体验]
1．判断正误。

(1)大气中的CO2能被海洋溶解一部分。

( )
(2)自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程。

( )
(3)CO2主要是植物的光合作用消耗，因此植树造林能有效减弱“温室效应”。

( )
(4)加热碳酸氢钙溶液会变浑浊，加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊。

( )
(5)钟乳石、石笋是由于CaCO3和Ca(HCO3)2的相互转化形成的。

( )
答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√
生产和生活中碳及其化合物
间的转化
探究1高炉炼铁
(1)原料：焦炭和铁矿石。

(2)涉及的反应：
①CO的产生
②
铁矿石被还原
探究2 木炭的燃烧
C 、CO 、CO 2的转化关系为
用化学方程式表示为：
①2C＋O 2(不足)=====点燃
2CO 。

②2CO＋O 2=====点燃 2CO 2。

③C＋O 2=====点燃 CO 2。

④C＋CO 2=====高温
2CO 。

探究3 水垢的形成 (1)成分：CaCO 3、Mg(OH)2。

(2)形成过程反应的化学方程式：
①Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 。

②Mg (HCO 3)2=====△MgCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑， MgCO 3＋H 2O=====△Mg(OH)2＋CO 2↑。

探究4 碳在无机物和有机物之间的转化
1828年，德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH 4CNO)合成出有机化合物尿素[CO(NH 2)2]，突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。

[必记结论]
(1)C 、CO 一般表现还原性，CO 2只有氧化性。

(2)CO 2具有酸性氧化物的通性：与水反应生成碳酸；与碱反应生成碳酸盐和水。

(3)H 2CO 3的酸性比CH 3COOH 弱，所以生活中可以用醋酸除水垢。

(4)溶解性：Ca(HCO 3)2＞CaCO 3，MgCO 3＞Mg(OH)2。

(5)金属氧化物与CO 反应时符合通式：
M x O y ＋y CO=====△
x M ＋y CO 2。

[成功体验]
2．判断正误。

(1)高炉炼铁过程中，碳元素只显示还原性。

( ) (2)所有物质都不能在CO 2中燃烧。

( ) (3)CO 、CO 2均属于温室气体。

( )
(4)用醋酸除水垢的离子方程式为2CH 3COOH ＋CaCO 3===Ca 2＋＋2CH 3COO －＋CO 2↑＋H 2O 。

( )
(5)在Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O 中，碳元素既表现氧
化性又表现还原性。

( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×
考查CO 2与碱溶液反应产物的判断与计算
对应学生
与碱反应的原理
CO2与碱反应时产物与二者的相对量有关，当碱足量时生成碳酸盐，当CO2足量时，生成碳酸氢盐。

如：
①CO2不足时：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O
②CO2足量时：CO2＋NaOH===NaHCO3。

2．CO2与NaOH反应有关量和产物分析
n CO2
n NaOH
反应情况生成物
＜1∶2
NaOH过量，只发生反应
①(剩余NaOH)
Na2CO3
＝1∶2恰好发生反应①Na2CO3 1
2
＜
n CO2
n NaOH
＜
1
①②两个反应均有
NaHCO3、
Na2CO3
＝1∶1恰好发生反应②NaHCO3
＞1∶1只发生反应②，CO2剩余NaHCO3其上述转化关系可用数轴表示为：
[例1] 用 1 L mol·L－1 NaOH溶液吸收 mol CO2，所得溶液中CO2－3与HCO－3的物质的量浓度之比约是( )
A．1∶3B．1∶2
C．2∶3D．3∶2
[解析] 解题有三条途径：
[答案] A
当12<n CO 2n NaOH <1时，CO 2与NaOH 反应的化学方程式可表示为(x ＋y )CO 2＋(2x ＋y )NaOH===x Na 2CO 3＋y NaHCO 3＋x H 2O ，如果已知
n (CO 2)/n (NaOH)可快速判断n (Na 2CO 3)/n (NaHCO 3)。

(1)若例1中CO 2的量改为 mol ，CO 2－3与HCO －
3的物质的量分别为
多少
(2)若n (CO 2)/n (NaOH)＝47时，n (CO 2－3)∶n (HCO －3)等于多少
解析：(1)据C 原子和Na ＋守恒可得：
n (CO 2－3)＋n (HCO －
3)＝ mol ① 2n (CO 2－3)＋n (HCO －3)＝ mol ②
解得：n (CO 2－3)＝ mol ，
n (HCO －3)＝ mol 。

(2)方程式可表示为
(x ＋y )CO 2＋(2x ＋y )NaOH===x Na 2CO 3＋y NaHCO 3＋x H 2O ，由已知可得：
⎩⎪⎨⎪⎧
x ＋y ＝42x ＋y ＝7
，解得⎩⎪⎨
⎪⎧
x ＝3
y ＝1。

则n (CO 2－
3)∶n (HCO －3)＝3∶1。

答案：(1)n (Na 2CO 3)＝ mol n (NaHCO 3)＝ mol (2)3∶1
考查CO 2、CO 2－3、HCO －
3之间的相互转化
实现上述六个转化的反应有：
①⎩⎪⎨⎪⎧
与活泼金属氧化物反应：CO 2＋Na 2O===Na 2CO 3
与过量碱反应：CO 2＋2OH －===CO 2－
3＋H 2O
②与过量酸反应：CO 2－3＋2H ＋===H 2O ＋CO 2↑
③⎩
⎪⎨⎪⎧
与少量酸反应：CO 2－3＋H ＋===HCO －
3与CO 2、H 2O 反应：CO 2－3＋H 2O ＋CO 2===2HCO －
3
④⎩⎪⎨⎪⎧
与碱反应：HCO －3＋OH －===H 2O ＋CO 2－3受热分解：2NaHCO 3=====△
Na 2CO 3＋H 2O ＋CO 2↑
⑤⎩⎪⎨⎪⎧
与酸反应：HCO －3＋H ＋===H 2O ＋CO 2↑受热分解：Ca HCO 32=====△
CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O
⑥⎩
⎪⎨⎪⎧
与少量碱反应：CO 2＋OH －===HCO －3与CO 2－3、H 2O 反应：CO 2＋CO 2－3＋H 2O===2HCO －
3
[特别提醒]
(1)CO 2、CO 2－3、HCO －3 之间相互转化时，生成的产物不但与反应
物种类有关，而且与反应物之间相对量的多少有关。

(2)HCO －3既能与酸反应，又能与碱反应，与酸反应生成CO 2和H 2O ，与碱反应生成CO 2－
3和H 2O 。

[例2] A、B、C、D、E五种物质的转化关系如图所示。

已知A 为二元碱，微溶于水且溶解度随温度升高而降低。

(1)写出各物质的化学式：
A________；B________；C________；D________；
E________。

(2)写出下列两个变化的离子方程式：
B→D___________________________________________________ ___________________。

B→E___________________________________________________ ___________________。

[解析] A为Ca(OH)2，Ca(OH)2与过量CO2反应生成B，B为Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2受热分解成C，C为CaCO3，CaCO3与盐酸反应生成D，D为CaCl2。

[答案] (1)Ca(OH)2Ca(HCO3)2CaCO3
CaCl2Na2CO3
(2)HCO－3＋H＋===CO2↑＋H2O
Ca2＋＋2HCO－3＋2OH－===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O
解答框图推断题的关键是明确“题眼”，然后围绕题眼展开推敲。

如例2中的“题眼”是：A为溶解度随温度升高而降低的二元
碱，只能是Ca(OH)2。

A、B、C、D、E、F六种物质有如下转化关系，E为淡黄色粉末，通常用在呼吸面具中作为氧气的来源。

(1)A、C、E、F的化学式：
A________，C________，E________，F________。

(2)向饱和的C的溶液中通入足量CO2，会出现的现象是
____________________________，有关反应的化学方程式为
________________________。

(3)鉴别C与F溶液应选用的试剂是________，有关反应的离子方程式为___________________________________________________________ _____________。

解析：由题意可知E为解题突破口。

E为淡黄色粉末，通常用在呼吸面具中作为氧气的来源，故E为Na2O2。

据框图逆推A为Na，则B为NaOH，C为Na2CO3，D为NaCl，F为NaHCO3。

答案：(1)Na Na2CO3Na2O2NaHCO3
(2)析出晶体Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3↓
(3)CaCl2CO2－3＋Ca2＋===CaCO3↓
对应学生
[课堂双基落实]
1．下列有关碳及其化合物间的相互转化属于氧化还原反应的是( )
A ．NaHCO 3＋NaOH===Na 2CO 3＋H 2O
B ．CO 2＋Na 2CO 3＋H 2O===2NaHCO 3
C ．3CO ＋Fe 2O 3=====高温
2Fe ＋3CO 2 D ．Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3＋H 2O ＋CO 2↑
解析：选 C 反应前后元素化合价发生变化的反应为氧化还原反应。

2．CO 2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是( ) A ．CaCl 2溶液 B ．Ca(OH)2溶液 C ．Ba(OH)2溶液
D ．Ca(ClO)2溶液
解析：选A B 中生成CaCO 3，C 中生成BaCO 3，D 中生成CaCO 3，A 不反应。

3．向 mol·L －1 NaOH 溶液中通入过量CO 2后，溶液中存在的主要离子是( )
A ．Na ＋、CO 2－3
B ．Na ＋、HCO －3
C ．HCO －3、CO 2－3
D ．Na ＋、OH －
解析：选 B 向NaOH 溶液中通入过量的CO 2，发生的反应为NaOH ＋CO 2===NaHCO 3，因此通入过量CO 2后溶液中的溶质主要是NaHCO 3，主要离子为Na ＋、HCO －3。

4．[双选题]下列反应的离子方程式中，正确的是( )
A．Na2CO3溶液与Ba(OH)2溶液反应：
CO2－3＋Ba2＋===BaCO3↓
B．少量NaOH溶液与Ca(HCO3)2溶液反应：
HCO－3＋OH－===CO2－3＋H2O
C．NaHCO3溶液与盐酸反应：
HCO－3＋H＋===CO2↑＋H2O
D．NaHCO3溶液与CaCl2溶液反应：
CO2－3＋Ca2＋===CaCO3↓
解析：选AC B项，应为Ca2＋＋HCO－3＋OH－===CaCO3↓＋H2O；D 项，不反应。

5．如图所示为炼铁实验装置，按下列要求回答问题：
(1)写出有标号的仪器名称：
①________，②________。

(2)在A装置的硬质玻璃管中观察到的现象是
____________________________________；
B装置中观察到的现象是
_____________________________________________________；
装置C处气体燃烧时产生________色火焰。

(3)写出B 、C 两部分所发生反应的化学方程式：
B________________________________________________________________________。

C________________________________________________________________________。

解析：炼铁中的主要反应为3CO ＋Fe 2O 3高温,2Fe ＋3CO 2，反应物CO 过量，通过点燃将尾气中的CO 处理掉。

答案：(1)铁架台 酒精灯
(2)红棕色粉末变黑 澄清石灰水变浑浊 淡蓝 (3)CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O
2CO ＋O 2=====点燃
2CO 2。