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第4讲碳和碳的氧化物┃自主梳理┃考点10碳单质的物理性质和用途1．常见的碳单质金刚石石墨C60图4－12．碳单质的物理性质和用途比较物理性质用途金刚石无色、正八面体，硬度最大可用于制玻璃刀、钻探机钻头(或磨成钻石)等石墨深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，石墨很软，有滑腻感，有优良的导电性能用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的滑块等C60结构外形类似足球，每个分子是由60个碳原子构成的可用于超导体材料无定形碳木炭、活性炭具有吸附性活性炭可用于吸附有异味的物质[注意](1)不同的碳单质物理性质差异较大的原因是碳原子的排列方式不同。(2)活性炭吸附性比木炭吸附性强(填“强”或“弱”)，吸附性属于物理(填“物理”或“化学”)性质。考点11碳的化学性质1．稳定性。常温下，碳的化学性质不活泼。2．可燃性。碳在氧气充足情况下燃烧生成二氧化碳；氧气不充足情况下燃烧生成一氧化碳。3．还原性(碳还原氧化铜)(1)装置图(2)现象：黑色粉末逐渐变成红色；澄清石灰水出现白色浑浊。图4－2(3)化学方程式：2CuO＋C=====高温2Cu＋CO2↑；基本反应类型是置换反应。(4)酒精灯加网罩目的是集中火焰，提高温度。4．高温下，碳能使二氧化碳转变成一氧化碳。考点12CO2的性质和用途1．物理性质：(1)无色、无味气体；(2)图4－3观察到的现象是两支蜡烛自下而上，依次熄灭，得出CO2的物理性质是二氧化碳密度比空气大。(3)图4－4观察到的现象是塑料瓶变扁，得出的结论是二氧化碳能溶于水。(4)二氧化碳固体叫干冰。2．化学性质(1)不燃烧，也不支持燃烧。(2)与水反应(Ⅰ)说明醋酸能使石蕊溶液变色。(Ⅱ)说明水不能使石蕊溶液变色。(Ⅲ)说明CO2不能使石蕊溶液变色。(Ⅳ)得出结论是：CO2与水反应生成碳酸，它能使紫色石蕊溶液变红。(3)与碱溶液反应观察到现象是澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，此反应可用于检验CO2。CO2与NaOH溶液反应的化学方程式是CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O。3．用途：可用来灭火；制碳酸饮料；植物光合作用的原料；用作气体肥料等。图4－3图4－4图4－5图4－6[拓展](1)①干冰可用作制冷剂的原因是干冰升华时，吸收大量热；②干冰用于人工降雨的奥秘是干冰升华吸热，空气中的水蒸气迅速冷凝成小水滴。(2)实验室检验二氧化碳一般用澄清石灰水(或氢氧化钙溶液)；吸收二氧化碳一般用氢氧化钠溶液。(3)空气中CO2含量过高会引起全球温度升高，形成温室效应。此外，甲烷、臭氧、氟氯代烷等也会引起温室效应。①二氧化碳含量升高的原因：森林遭到破坏，人类大量燃烧化石燃料以及工厂排放废气等。②温室效应的危害：两极冰川融化，使海平面升高，淹没沿海城市；使土地沙漠化、农业减产等。③预防温室效应的措施：减少化石燃料的燃烧；提倡使用新能源，如太阳能、风能等；大力植树造林，严禁乱砍滥伐等。(4)“低碳”生活是指生活作息所消耗的能量尽量减少，从而降低二氧化碳的排放。日常生活中符合“低碳”生活的做法有：随手关灯；采用骑自行车或步行的方式出行；节约纸张；拒绝使用一次性木筷等。考点13CO的性质和用途1．物理性质：无色、无味的气体；难溶于水；密度比空气的略小。2．化学性质(1)可燃性：燃烧生成二氧化碳，发出蓝色火焰，化学方程式为2CO＋O2=====点燃2CO2。(2)毒性：极易与血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能再与氧气结合，造成人体因缺氧而中毒。(3)还原性：CO能将金属氧化物还原成金属单质，同时生成二氧化碳。3．用途：用作燃料；冶炼金属；重要的化工原料等。┃热身反馈┃1．[考点10]有关金刚石、石墨和C60的说法正确的是(A)A．都属于单质B．元素组成不同C．硬度相同D．碳原子排列方式相同2．[考点10、11]竹炭制品深受消费者欢迎，竹炭是竹子经过炭化处理后形成的多孔性材料。则竹炭不具有的性质是(C)A．黑色固体B．吸附性C．易溶于水D．能燃烧3．[考点10、11、12]下列关于碳和碳的氧化物的说法不正确的是(C)A．C可以将CuO中的Cu置换出来B．在一定条件下CO2能够转变成COC．CO2能使被石蕊染成紫色的干花变红D．金刚石、石墨和C60都是碳元素的单质4．[考点12、13]二氧化碳和一氧化碳都是我们非常熟悉的物质。下列关于二氧化碳和一氧化碳说法正确的一组是(C)①二氧化碳和一氧化碳组成相同，性质相同②二氧化碳能使染有紫色石蕊的干燥纸花变红③二氧化碳在水中的溶解度与压强成反比④进入久未开启的菜窖，应进行灯火试验⑤一氧化碳、木炭、氢气都具有还原性和可燃性⑥一氧化碳能与人体内的血红蛋白结合，使人缺氧窒息而亡A．①②③B．②⑤⑥C．④⑤⑥D．③④⑤5．[考点12]图4－7是某同学设计的验证CO2化学性质的实验装置。请回答：(1)该同学连接装置A的目的是干燥CO2气体。我认为：在此实验中没有(填“有”或“没有”)必要连接此装置。(2)利用此装置进行实验，开始通入CO2气体时，在B处可观察到的现象是导管口有气泡冒出。(3)装置B在初中化学中常用来检验CO2气体，是因为CO2能使澄清石灰水变浑浊；实验过程中，在C处可观察到紫色石蕊溶液变红。[解析](1)浓硫酸能吸水，可用来吸收二氧化碳中的水分，干燥气体；仔细研究题给实验装置B、C中的液体试剂中均含有水，因此推知进入B、C装置的二氧化碳没有必要干燥，不会影响实验现象和结论。解答问题(2)一定要注意审题，抓住题给“开始通入CO2气体时”关键字词，切莫盲目做答，错填现象“变浑浊”。(3)抓住二氧化碳的相关化学性质和实验现象解答。┃典例分析┃图4－7典例图4－8是某同学设计的实验室制取二氧化碳并验证其性质的实验装置图。请回答下列问题。(1)将A、E装置连接时，应将A装置的导管a与E装置的导管C(填“b”或“c”)相连接。检验E装置中二氧化碳已收集满的方法是用燃着的木条靠近E瓶b导管口，木条火焰熄灭。(2)将A、B装置连接，观察到的现象是溶液由紫色变为红色，可验证二氧化碳的性质是二氧化碳能与水反应。(3)将A、C装置连接，可验证二氧化碳与氢氧化钙反应，该反应的化学方程式为Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O。(4)用E装置收集满一瓶二氧化碳气体，取下双孔橡胶塞，将瓶中的气体沿D装置烧杯右侧内壁缓慢倒入，观察到的现象是燃着的蜡烛由下至上依次熄灭，这些现象说明二氧化碳具有的物理性质是密度比空气大，化学性质是不能燃烧，不支持燃烧。[解析](1)二氧化碳的密度比空气大，用E装置收集CO2，气体应从c口进入；根据二氧化碳不燃烧也不支持燃烧的性质，应将燃着的木条放在E瓶b导管口处，木条熄灭，证明已收集满。(2)二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸呈酸性，能使紫色石蕊溶液变红。(3)二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水。(4)因二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大，故倾倒时会在烧杯底部先聚集较多的CO2，使下方蜡烛首先接触到较多CO2而先熄灭，上方的蜡烛后接触到CO2而后熄灭。[方法技巧]解答此类题目时，要学会从题给装置入手并结合题中设问和有关二氧化碳性质的知识灵活解答。顺利完成解题任务需要突破以下几个问题：一是二氧化碳密度比空气密度大；二是熟知二氧化碳三点化学性质：①不燃烧也不支持燃烧，②能与水反应，③能与澄清石灰水反应；三是掌握验证二氧化碳化学方程式的书写。变式题自然界中二氧化碳的循环过程如图4－9所示：(1)吸收大气中CO2的环节是绿色植物的光合作用。(2)由于人类消耗化石燃料的增加和森林的乱砍滥伐，使空气中CO2的含量上升，从而导致温室效应增强，全球气候变暖。请写出一条因气候变暖给人类生存环境带来影响的情况：导致两极图4－8图4－9的冰川融化(或使海平面升高，淹没部分沿海城市，以及使土地沙漠化，农业减产等)。(3)科学家研究得到：海洋是吸收大量CO2的地方。如果工业生产产生的CO2排放量继续以目前速度增加，海洋将成为“酸化的海洋”。请写出酸化原因的化学反应方程式：CO2＋H2O===H2CO3。(4)科学家目前正在研究将空气中过量的CO2和H2在催化剂和适量条件下转化成液态甲醇和水，反应的化学方程式：CO2＋3H2=====催化剂适量条件甲醇＋H2O，则甲醇的化学式是CH3OH。┃自主训练┃1．引起煤气中毒的物质是(A)A．一氧化碳B．甲烷C．二氧化碳D．二氧化硫[解析]CO能与人体血红蛋白结合，使人体缺氧而窒息。2．金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，下列说法正确的是(B)A．碳原子的排列方式相同B．在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳C．物理性质相同D．一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化[解析]碳单质充分燃烧都生成CO2。3．在书写具有保存价值的档案时，最好使用(C)A．铅笔B．纯蓝墨水笔C．碳素墨水笔D．圆珠笔[解析]碳素墨水主要成分是单质碳，单质碳常温下化学性质不活泼。4．2013年3月，我国研制出世界上最轻、吸油力最强的固体材料——碳海绵。碳海绵由碳元素组成，具有疏松多孔结构。下列关于碳海绵的说法不正确的是(B)A．常温下化学性质不活泼B．是一种新型的化合物C．具有较强的吸附性D．可处理海上泄漏的石油[解析]碳海绵属于碳单质。5．“低碳生活”是指在生活作息时间时减少能量耗用，使二氧化碳排放降低的一种时尚生活方式。下列不符合“低碳生活”主题的是(D)A．用旧报纸制铅笔杆B．参加“地球熄灯一小时”活动C．开发回收利用二氧化碳新技术D．深秋时节焚烧落叶[解析]落叶燃烧生成大量有害气体和烟尘，污染空气。6．下列对一些事实的解释错误的是(C)事实解释A书写档案规定必须使用碳素墨水碳的化学性质稳定B石墨能够作为电池的电极材料石墨能够导电C焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来焦炭具有氧化性D制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖活性炭具有吸附性7．“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(C)A．二氧化碳是导致酸雨的主要气体B．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C60则是碳的化合物8．碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识回答：(1)图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为4，常温下碳的化学性质不活泼(填“活泼”或“不活泼”)。(2)图②③④对应三种碳单质：图②单质的名称是金刚石，图③单质的名称是石墨，图④单质的化学式是C60。(3)C为＋4价，Cl为－1价，由C和Cl组成的化合物的化学式为CCl4。9．CO是一种无色、无味、有毒的可燃性气体污染物，具有还原性，可用于冶金工业。某兴趣小组为探究其具有还原性，设计了如图4－11所示实验装置。请回答以下有关问题。(1)CO气体能使人中毒，其原因是一氧化碳能与人体血液中的血红图4－10图4－11蛋白结合，使人体缺氧而中毒。(2)实验开始时，先通入CO一段时间后，再加热，其原因是排尽玻璃管内的空气，避免加热时发生爆炸。(3)实验中A处玻璃管中发生的现象是黑色粉末变成红色，其反应的化学方程式为CO＋CuO=====△Cu＋CO2。(4)实验中B处产生的现象是澄清石灰水变浑浊，其反应的化学方程式为CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。(5)该装置中有一个明显的缺陷，请指出改正方法：在C处放一只燃着的酒精灯。┃原创预测┃1．下列用途中不属于石墨用途的是(B)[解析]防毒面具里滤毒罐中的物质是活性炭，活性炭具有吸附性。2．碳及其化合物在生活中应用广泛。(1)金刚石、石墨的物理性质相差较大的原因是碳原子的排列方式不同。(2)公交电车中使用石墨电刷主要是利用了石墨的导电性(稳定性、润滑性等，任意一点即可)。(3)飓风“桑迪”登陆美国后，曼哈顿部分城区停电，纽约电力公司向市民发放干冰，以暂时代替冰箱，其原理是干冰升华吸热。(4)图4－13是教材中关于二氧化碳性质的实验探究。①此实验探究目的是探究二氧化碳的溶解性，能证明此性质的实验现象是瓶子变瘪。图4