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第六单元碳和碳的氧化物碳的单质一、碳的单质1.碳单质的存在形式碳的单质有_______、_____和____，由于它们的原子______________不同，导致它们在_________上存在很大差异。金刚石石墨C60原子排列方式物理性质2.常见的几种单质(1)金刚石和石墨的物理性质和主要用途比较。金刚石石墨色、形、态硬度导电性主要用途无色透明、正八面体形状的固体深灰色的有金属光泽、不透明的细鳞片状固体最软的矿物之一不导电易导电天然存在的最硬的物质做钻石、制玻璃刀做铅笔芯、电极、高温润滑剂(2)木炭和活性炭。木炭和活性炭具有_____性，可以用作_______，除去食品和工业产品中的色素，消除异味和吸收有毒气体等。(3)C60。①构成：每个C60分子由___________构成，它形似_____。②用途：主要应用于材料科学、超导等方面。吸附吸附剂60个碳原子足球【思考感悟】1.碳的单质一定都是由碳原子直接构成的吗？提示：不一定。金刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C60则是由C60分子构成的。2.“金刚石和石墨都是由碳元素组成的，因而其性质是相同的。”这种说法是否正确，为什么？提示：不正确。碳单质都是由碳元素组成的，但不同的碳单质(如金刚石和石墨)中碳原子的排列方式不同，因而其性质差异较大。二、碳的化学性质常温下，碳的化学性质_______，随着温度的升高，碳的活泼性大大增强。1.可燃性氧气充足时，反应的化学方程式为：_____________；氧气不足时，反应的化学方程式为：_____________。不活泼C+O2CO2点燃====2C+O22CO点燃====2.还原性(1)与CuO反应。黑色粉末中有红色固体生成澄清的石灰水变浑浊C+2CuOCO2↑+2Cu高温====CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O(2)与CO2反应。化学方程式：_______________3.应用用于_____工业。如焦炭把铁从铁的氧化物矿石中还原出来，化学方程式为：_________________________。CO2+C2CO高温====冶金2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑高温====【思考感悟】1.实验中，酒精灯加网罩的作用是什么？提示：集中酒精灯的火焰，以提高试管内药品的受热温度。2.实验完毕后，是先熄灭酒精灯还是先将导管从试管②中拿出？理由是什么？提示：先将导管拿出，以避免熄灭酒精灯后试管①内温度降低，试管②中的液体倒流将试管①炸裂。二氧化碳1.性质(1)物理性质。颜色气味状态密度溶解性_______________比空气______溶于水无色无味气体大能(2)化学性质。①灭火性现象：_______________________________，结论：CO2_______________________，且______________。下面的蜡烛先灭，上面的蜡烛后灭不能燃烧，也不支持燃烧密度比空气大②与水化合现象：紫色石蕊溶液_______，结论：____________________，化学方程式：_______________。③与澄清石灰水反应现象：澄清的石灰水_______，化学方程式：__________________________。应用：实验室常用该反应检验二氧化碳气体。变红色CO2与水反应生成碳酸CO2+H2O====H2CO3变浑浊CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O2.用途及对环境的影响(1)用途。①用于灭火:是因为CO2_______，也___________，且密度_________。②制冷剂、人工降雨：固体二氧化碳叫“干冰”，升华时吸收大量的热。③参与光合作用，作气体肥料。④作化工原料。不燃烧不支持燃烧比空气大(2)温室效应。①成因：大气中的二氧化碳增多，使全球变暖。能产生温室效应的气体有：_________、_____、_____、氟氯代烷等。②危害：导致两极的冰川融化，使海平面上升，土地沙漠化。③缓解措施：减少_________的使用；使用_____型能源；大量植树造林，严禁乱砍滥伐等。二氧化碳臭氧甲烷化石燃料清洁3.制取(1)工业制法。____________________。(2)实验室制取。①反应原理_____________________________。CaCO3CO2↑+CaOCaCO3+2HCl====CaCl2+H2O+CO2↑高温====将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭向上排空气法②制取装置实验室常用的制取二氧化碳的装置如图甲、乙所示。伸入液面以下从长颈漏斗中排出正放【思考感悟】1.实验室能否用浓盐酸或硫酸反应制取CO2？提示：不能。因浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢会使制得的二氧化碳不纯；不能用硫酸，是因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在碳酸钙的表面，阻止反应的继续进行。2.实验室能否用碳酸钠或纯净的碳酸钙粉末代替石灰石制取CO2？提示：不能。因它们与盐酸反应速率太快，不便于控制，不利于收集气体。一氧化碳1.物理性质颜色气味状态密度溶解性_______________比空气______溶于水无色无味气体小难2.化学性质(1)可燃性。反应现象：纯净的CO在空气中点燃时，能产生_____火焰，放出大量的热。化学方程式为：__________________。(2)还原性。CO还原CuO反应的化学方程式为：___________________。(3)剧毒性。毒性原理：CO与血液中的_________结合，使___________________________，造成生物体缺氧，甚至危及生命。2CO+O22CO2点燃====CO+CuOCu+CO2△====血红蛋白血红蛋白不能很好地与O2结合蓝色3.用途(1)用作_____。(2)用于_________，如用CO冶炼生铁的化学方程式为：_______________________。燃料冶炼金属3CO+Fe2O32Fe+3CO2高温====【甄别·判断】1．金刚石和石墨都是由碳原子构成的，因而由石墨转化为金刚石的变化属于物理变化。()提示：石墨和金刚石属于不同的单质，因而其变化过程中有新物质生成，故属于化学变化。2．一种元素只能组成一种单质。()提示：金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，说明一种元素不一定只能形成一种单质。××3．为防止一氧化碳中毒，可在房间内放一盆水。()提示：CO难溶于水，故在房间内放一盆水，不能有效吸收CO，而应保持房间通风、透气。×一、气体的发生装置与收集装置的综合探究【高频考点】气体发生装置、收集装置的选择；装置正误的判断及装置的连接顺序等1．气体发生装置2.收集装置3.问题思考(1)选择气体的发生装置的依据是什么？图1中A、B、C三套气体发生装置各自适用于什么条件下的反应？提示：一般根据反应条件(是否加热、加催化剂等)和反应物状态(固体和固体反应、固体和液体反应或液体和液体反应等)设计发生装置；若固+固气，可选用图A的装置，如可用高锰酸钾加热制取O2等气体；若固+液→气，可选用图B或C的装置，如实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取O2等气体。△(2)选择气体的收集装置的依据是什么？图2中A、B、C三套收集装置各自适用于收集具有什么特点的气体？提示：一般根据气体的水溶性和气体的密度设计收集装置。当气体密度大于空气时，可选用向上排空气法(装置A)，如CO2、O2、SO2等气体的收集；若密度小于空气，则用向下排空气法(装置B)，如H2、CO、CH4等气体的收集；若气体难溶或不易溶于水，且不与水发生化学反应，则用排水法收集(装置C)，如H2、CO、CH4、O2等气体的收集。(3)用图2中D装置收集气体，若收集二氧化碳，气体应从哪端(填“a”或“b”)进入？若用排水法收集氧气呢？提示：因二氧化碳的密度比空气大且能溶解于水，因而需用向上排空气法收集，若用D装置收集时，二氧化碳气体应从a端进入；若用排水法收集氧气时，因水需从a端被排出，故氧气应从b端进入。【典例1】(重庆中考)为了制取氧气和二氧化碳，实验室提供了以下药品和仪器装置。【药品】①二氧化锰②氯酸钾③大理石④过氧化氢溶液⑤稀盐酸【装置】(1)小明同学选择的药品是③和⑤，则发生反应的化学方程式为__________________________________________________，他应该选择的发生装置是______(填序号)，收集装置是_____(填序号)。(2)小永用装置A制取氧气，试管中应装入的药品是______(填序号)，加热时发生反应的化学方程式为_________________。他选择了E作收集装置。如果a与b相连，c端排出的物质主要是______；如果a与c相连，b端排出的物质是_______。【易错提醒】1.根据反应物的状态和反应条件，确定制取气体的发生装置；2.根据气体的密度大小及是否溶于水，确定收集装置。【我的收获】(1)实验室通常使用大理石和稀盐酸反应制取二氧化碳，由于该反应的反应物是液体和固体，且不需要加热，故选装置B作发生装置；二氧化碳的密度比空气大，且能溶于水，故选装置C作收集装置。(2)装置A适用于反应物是固体，且需要加热的气体制取，由提供的药品可知该装置用于加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气；若氧气从长导气管进入集气瓶，c端排出的主要是氧气；若氧气从短导气管进入集气瓶，则进入的气体将水从b端排出。答案：(1)CaCO3+2HCl====CaCl2+H2O+CO2↑BC(2)①②2KClO32KCl+3O2↑氧气(O2)水(H2O)MnO2△====【拓展延伸】1.比较气体密度的方法比较气体的密度大小时，若不知道气体密度的准确值，可根据气体的相对分子质量的大小进行比较。空气的平均相对分子质量为29，若气体的相对分子质量大于29，则气体的密度比空气大，若气体的相对分子质量小于29，则气体的密度比空气小。2.实验室制取二氧化碳的药品选择及选择依据(1)药品的选择：实验室制取二氧化碳通常选用大理石(或石灰石)与稀盐酸反应。①大理石(或石灰石)的主要成分是碳酸钙，是难溶性块状固体，与盐酸反应速度适中，价廉易得，便于气体收集；②实验室一般不用粉末状的碳酸钠或碳酸钙做反应物，是因为反应速度太快，不利于气体收集；③实验室不用浓盐酸做反应物，是因为浓盐酸具有挥发性，挥发出的氯化氢气体导致二氧化碳气体不纯；④实验室一般不用硫酸做反应物，是因为硫酸与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙，会覆盖在碳酸钙的表面，阻止反应进行。(2)选择药品的依据：有二氧化碳生成的反应不一定适用于实验室制取二氧化碳。实验室制取气体选择药品时，要考虑以下几个要素：①药品是否价廉易得；②反应速度是否有利于气体的收集；③反应是否有利于环境保护，无有毒、污染物产生；④反应装置是否简单、操作简便等。二、CO还原氧化铜的实验【高频考点】反应现象；操作的先后顺序及原理分析；化学方程式的书写等1．反应装置2.反应原理①CO+CuOCu+CO2②CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O③2CO+O22CO23．问题思考(1)图示中①、②、③各处的反应现象分别是什么？提示：①：黑色固体逐渐变为红色固体；②：澄清的石灰水变浑浊；③：导管口有蓝色火焰。△====点燃====(2)装置图中②的作用是什么？③处酒精灯的作用是什么？提示：图中②的作用是检验CO与氧化铜反应的产物中是否有CO2；因反应排放的尾气中有CO，若直接排入空气中，易造成空气污染，故③处酒精灯的作用是通过点燃的方法将尾气中的CO燃烧掉。(3)实验的操作顺序是怎样的？这样操作的原因是什么？提示：实验开始时应先通入CO气体，排尽装置内的空气后再点燃酒精灯，目的是防止加热时发生爆炸；实验完毕，应先熄灭酒精灯，还要继续通入CO直到试管冷却才停止通入CO，以防止生成的灼热的铜再被氧化。【拓展延伸】CO还原氧化铜的实验注意事项(1)为防止CO不纯发生爆炸，使用(特别是点燃)前一定要先验纯。(2)CO还原氧化铜的实验也可以采用如图所示装置，该装置既避免了因CO直