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第六单元碳和碳的氧化物第一节金刚石、石墨和C60一、“碳”和“炭”的区别：“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。二、金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种不同的单质。所以，在一定条件下，将石墨转化为金刚石的变化是化学变化。三、金刚石、石墨的物理性质和用途化学式颜色形状硬度导电性导热性润滑性熔点用途金刚石C无色透明正八面体最硬无无无高划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制装饰品等石墨深灰色、有金属光泽、不透明细鳞片状最软之一优良良好良好电极、铅笔芯、润滑剂等金刚石是天然存在的最硬的物质。无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，没有固定形状。常见的无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。颜色、状态制法用途木炭灰黑色的多孔性固体木材隔绝空气加强热燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属活性炭灰黑色多孔颗粒状固体木炭在高温下用水蒸气处理净化多种气体和液体、作防毒面具焦炭浅灰色多孔性固体烟煤隔绝空气加强热冶炼金属炭黑极细的黑色粉末含碳物质不完全燃烧墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料木炭、活性炭具有吸附性（物理性质）。活性炭的吸附性更强。四、C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，这种足球结构的碳分子很稳定。五、金刚石、石墨、C60性质不同的原因：碳原子的排列方式不同。六、碳的化学性质单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却完全相同在常温下，碳的化学性质不活泼。碳具有可燃性：C+O2CO2（充分燃烧）2C+O22CO（不充分燃烧）碳在氧气中燃烧的现象：燃烧剧烈，发出白光；放热；生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。碳具有还原性：C+2CuO2Cu+CO2↑2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑单质碳的还原性可用于冶金工业。七、木炭还原氧化铜的实验（见右图）【实验操作】①把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；②将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管；③集中加热；④过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。【实验现象】澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。木炭+氧化铜澄清的石灰水【化学方程式】C+2CuO2Cu+CO2↑反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度。配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。八、还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有还原性。木炭在反应C+2CuO2Cu+CO2↑中作还原剂。第二节二氧化碳制取的研究一、实验室制取二氧化碳原料：大理石或石灰石、稀盐酸。不用稀硫酸代替稀盐酸的原因：稀硫酸与大理石反应生成微溶于水的硫酸钙，阻碍反应的继续进行。不用浓盐酸代替稀盐酸的原因：浓盐酸易挥发，使生成的二氧化碳中混有氯化氢气体而不纯。不用纯碳酸钙或碳酸钠等代替大理石、石灰石的原因：它们与稀盐酸反应速率太快，不容易控制和收集，且成本较高。反应原理：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑发生装置：同分解过氧化氢溶液制取氧气的发生装置（原因：固体和液体混合，在常温下反应生成气体）收集装置：向上排空气法收集气体的装置（原因：二氧化碳能溶于水，且密度比空气密度大）检查装置的气密性：用长颈漏斗插入液面内的气体发生装置，紧闭导气管出口，从漏斗中加水。如果液面稳定后水面下降，则表明漏气；若水面不下降，则表明不漏气。验满：把燃着的木条放在集气瓶口（不要伸入瓶内），如果火焰熄灭，证明二氧化碳已经收集满了。检验：把气体通入澄清的石灰水中，如果澄清的石灰水变浑浊，就证明收集的气体是二氧化碳。净化：如果制取的二氧化碳中混有少量氯化氢气体和水蒸气时，可先将气体通过盛有碳酸氢钠溶液的洗气瓶（除去氯化氢），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（除去水蒸气并进行干燥）。注意事项见第二单元。二、二氧化碳和氧化钙的工业制法：CaCO3CaO+CO2↑第三节二氧化碳和一氧化碳一、二氧化碳的物理性质及对应的探究实验：无色无味，常温常压下为气体。一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。【实验操作】如右图（1），将CO2气体慢慢倒入杯中。【实验现象】蜡烛自下而上依次熄灭。【实验分析】二氧化碳气体沿烧杯内壁流下，先聚集在底部，CO2（1）CO2（2）然后逐渐上升，把杯内的空气自下而上排出。【实验结论】①一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧；②一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。二氧化碳能溶于水。【实验操作】如右上图（2）向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡。【实验现象】瓶体变瘪。【实验分析】二氧化碳溶于水时，使瓶内的气体体积减小，因而压强减小，外界大气压把瓶子压瘪了。【实验结论】二氧化碳能溶于水。二、二氧化碳的化学性质一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。二氧化碳不能供给呼吸。（注意：二氧化碳没有毒性）二氧化碳能与水反应生成碳酸。【实验操作】取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的纸花。第一朵纸花喷上稀醋酸，第二朵纸花喷上水，第三朵纸花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中，第四朵纸花喷上水之后，再放入盛满二氧化碳的集气瓶中，观察四朵纸花的颜色变化。然后将第四朵纸花取出，小心烘烤，观察现象。【实验现象】①第一朵小花变红；②第二朵小花不变色；③第三朵小花不变色；④第四朵小花变红；⑤第四朵小花被烘烤后由红色变成紫色。【实验分析】①醋酸能使紫色小花变红，说明酸（溶液）可以使紫色石蕊变红；②水不能使紫色石蕊变红；③二氧化碳不能使紫色石蕊变红；④二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红；⑤说明碳酸被分解了。【化学方程式】CO2+H2O=H2CO3和H2CO3=H2O+CO2↑【注意事项】①第二朵、第三朵纸花可以说明：水不能使紫色石蕊变红，二氧化碳不能使紫色石蕊变红，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红。②纸花必须是干燥的。如果纸花不是干燥的，那么在把第三朵纸花放入水中时，CO2会与纸花里的水分反应生成碳酸使纸花变红，这样就起不到对照的作用。③二氧化碳不能使紫色石蕊变红，但二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红。二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O二氧化碳能与灼热的碳反应生成一氧化碳：CO2+C2CO该反应是吸热反应。该反应既是化合反应，又是氧化还原反应（CO2是氧化剂，C是还原剂）。该反应是二氧化碳变为一氧化碳的一种方法。三、二氧化碳的用途灭火（既利用了二氧化碳的物理性质，又利用了二氧化碳的化学性质）原因：①二氧化碳的密度比空气大；②一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。灭火器原理：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑干冰（固体二氧化碳）：干冰升华吸收大量的热，因此干冰可用于人工降雨、制冷剂。光合作用：作气体肥料，可以提高农作物的产量。四、二氧化碳对环境的影响：造成温室效应【能导致温室效应的气体】二氧化碳、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氟氯代烷等。五、一氧化碳的物理性质：无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。一氧化碳只能用排水法收集，不能用向下排空气法收集。六、一氧化碳的化学性质一氧化碳具有可燃性：2CO+O22CO2【燃烧的现象】①发出蓝色火焰；②放热；③生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。煤炉从上至下，常发生的三个反应：2CO+O22CO2、CO2+C2CO、C+O2CO2一氧化碳具有毒性。原因：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。正常的血液呈深红色，当通入一氧化碳后，血液由深红色变成浅红色。一氧化碳具有还原性。七、一氧化碳的用途：可燃性：作气体燃料（2CO+O22CO2）。还原性：冶炼金属（3CO+Fe2O32Fe+3CO2、CO+CuOCu+CO2）。八、一氧化碳的还原性一氧化碳还原氧化铜的实验：【实验装置】见下图（这是整套装置，但只需掌握虚线框中内容，并且下文的操作、现象、结论仅针对虚线框内的实验装置）。1-稀盐酸2-大理石3-碳酸氢钠溶液4-浓硫酸5-木炭6-氧化铜7-氢氧化钙溶液【实验操作】①先通入一氧化碳，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度；②点燃酒精灯给玻璃管内的物质加热；③实验完毕，先熄灭酒精灯；④再通入一会儿一氧化碳直到试管冷却。【实验现象】黑色粉末变成红色，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。【实验结论】一氧化碳能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳。【化学方程式】CO+CuOCu+CO2【注意事项】①检验一氧化碳纯度的目的：防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。②一氧化碳“早来晚走”，酒精灯“迟到早退”。③一氧化碳“早来”，酒精灯“迟到”的目的：排净装置内的空气，防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。②①③④⑤⑥⑦④一氧化碳“晚走”，酒精灯“早退”的目的：防止灼热的铜重新被空气中的氧气氧化（2Cu+O22CuO）。⑤因为一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，所以必须进行尾气处理。⑥7溶液的目的：①证明反应生成二氧化碳；②除去装置内的二氧化碳。一氧化碳还原氧化铁【实验装置和实验操作】与上面的实验类似（⑥下的酒精灯要换成酒精喷灯）【实现现象】红色粉末逐渐变黑，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。【化学方程式】3CO+Fe2O32Fe+3CO2【注意事项】铁块是银白色的，但铁粉是黑色的。水煤气（一氧化碳和氢气的混合气体）：C+H2OCO+H2在我们学过的还原剂还原金属氧化物的反应中，只有两个反应的条件是“加热”，其他的都是“高温”：H2+CuOCu+H2O和CO+CuOCu+CO2九、一氧化碳和二氧化碳的性质比较一氧化碳二氧化碳物理性质无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水化学性质可燃性、还原性、毒性①二氧化碳能和水反应生成碳酸②二氧化碳可以和四大强碱反应生成盐和水③二氧化碳能和碳单质反应④二氧化碳能参与光合作用检验方法通过灼热的氧化铜粉末，粉末由黑色逐渐变成红色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊主要用途做燃料、冶炼金属灭火、制汽水、人工降雨十、三大还原剂：H2、C、CO——共同性质：可燃性、还原性。十一、三大可燃性气体及燃烧时的火焰颜色：H2（淡蓝色）、CO（蓝色）、CH4（明亮的蓝）十二、当碳与氧化剂不充分反应时，会生成一氧化碳。