1、第六单元 碳和碳的氧化物第六单元 碳和碳的氧化物【知识网络】课题1 金刚石、石墨和C60【考点透视】一、考纲指要1知道不同元素可以形成不同物质，同种元素也可以形成不同物质；了解金刚石、石墨和C60都是由碳元素形成的单质。2了解木炭、活性炭的吸附性。3掌握单质碳的化学性质，并能根据碳单质的物理性质、化学性质开发其不同用途。二、命题落点1金刚石与石墨物理性质的差异及其原因，或以足球烯C60、C70、碳纳米管等新型材料为试题背景，推测它们的结构，如例1。2利用金刚石、石墨、木炭、活性炭的性质来考查它们在日常生活和生产的用途，如例2。3对单质碳相关性质和用途的推测和探究，可根据题中所给条件推断反应物、
2、生成物，也可以实验题的形式来考查反应的现象，如例3。【典例精析】例1：（2005南通市）下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图，它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是（ ）A构成它们的原子大小不同 B构成它们的原子数目不同C金刚石、石墨、C60由不同种原子构成 D金刚石、石墨、C60里碳原子的排列不同解析 物质的结构决定了物质的性质。由图可知，金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的单质，但碳原子的排列方式不同。答案：D 例2：（2005 宜昌市课改区）“轻轨电车”（如右图）是近年来新兴的城市高架交通工具，具有污染小的特点。当轻轨电车开动时，轻轨电车上裸露的“电刷”沿架空电线滑动。电
3、刷材料中含有石墨。选择石墨作电刷材料是因为其具有下列性质： ； ； 。解析 电刷沿架空电线长时间滑动，因摩擦产生大量的热，这就要求电刷材料具有润滑、导电和耐高温的性能。而石墨恰好具有润滑、导电和耐高温的性质，因此石墨是制作电刷的理想材料。答案：导电 润滑 耐高温（或不易氧化；或化学性质不活泼）例3：(2004潍坊市)小强、小明和小梅三同学在学习了木炭还原氧化铜的实验后，提出如下问题：“木炭与一氧化铅(化学式为PbO)反应生成铅的同时产生的气体一定全部为二氧化碳吗?”请你和他们一起对产物中气体的成分进行研究，并回答有关问题。 （1）猜想：小强认为：反应产生的气体全部为二氧化碳。小明认为：反应产生
4、的气体全部为一氧化碳。小梅认为：反应产生的气体既有二氧化碳又有一氧化碳。（2）设计实验：根据各自的猜想，他们共同设计了实验，实验装置如右图(他们在实验中进行了规范操作和细致的观察)。 （3）现象与结论：如果小强猜想正确，装置B、C中的实验现象是 ；如果小明猜想正确，装置B、C中的实验现象是 ；如果小梅猜想正确，装置B、C中的实验现象是 。 （4）此实验装置有不足之处，请你对该装置进行改进，具体措施是 。 （5）根据上述实验及学习的木炭与CuO、Fe2O3的反应，请你归纳出单质碳的一项重要用途是 。解析 根据澄清的石灰水是否变浑浊，就可知是否有CO2 产生；根据新鲜的鸡血是否变色，可判断反应过程
5、中是否有CO 产生；尾气中含有CO，一般用点燃的方法来处理；木炭能还原CuO、Fe2O3的，说明用木炭可冶炼金属。答案：（3）石灰水变浑浊，鸡血颜色不变；石灰水无明显变化，鸡血颜色发生变化；石灰水变浑浊，鸡血颜色发生变化 （4）在装置C的出气口接一个尖嘴玻璃管和燃着的酒精灯（或在装置C的出气口用气球或塑料袋收集尾气） （5）冶炼金属【常见误区】1对同一元素不一定只组成一种单质的说法理解不透。如氧元素可组成O2 和O3 两种单质，所以说只含一种元素的物质不一定是单质，也可能是几种单质组成的混合物。2“炭”和“碳”两字容易混淆、写错。“碳”是元素名称，在书写含碳元素的物质的名称时使用，如二氧化碳；
6、而“炭”表示物质，如“活性炭”。3所有碳单质的化学性质都相同吗？比如金刚石、石墨和C60以及木炭等都是由碳元素组成的，其碳原子的最外层电子的数目一样多（都是4个），因此，不同碳单质的化学性质相同。4反应物相同，但反应物的量不同、反应物间接触面积不同或反应条件不同，则生成的产物或反应中产生的现象有可能不同。如：碳和氧气在点燃条件下反应，氧气充足时生成的是CO2，而氧气不充足时主要生成CO。【基础演练】一、选择题12002年底某省考古专家对“泗水王陵”进行保护性挖掘，在考古过程中发现在棺室外围的土层中有厚厚的一层一千多年前的木炭，这表明木炭具有（ ）A可燃性 B还原性 C稳定性 D吸附性2.据报道
7、：今年高考、中考临近时，个别不法商贩唯利是图，制造、销售假冒伪劣的2B铅笔，此类铅笔石墨含量低，光电阅读机读不出答案，会严重影响考生成绩，给家庭、社会带来危害。用石墨制铅笔，除了颜色外主要是利用石墨的（ ）A质硬 B.吸附性 C. 还原性 D. 质软3.2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机在空中失事。有专家分析认为，其原因可能是航天飞机壳底部的石墨瓦在空中脱落，击中机翼。航天飞机表面覆盖石墨瓦可以起隔热和保护作用，这主要是因为石墨（ ）A.能导电 B.熔点高、耐高温，化学性质稳定 C.密度小 D.硬度小，有润滑作用4.中国科学技术大学钱逸泰教授等以CCl4和金属钠为原料，在700制造
8、出纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界最权威的科学杂志上，立即被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。同学们对此的一些“理解”，不正确的是（ ）A.金刚石属于金属单质 B.制造金刚石过程中发生了化学变化C.CCl4是一种化合物 D.这个反应是置换反应5纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料。纳米碳管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米（1纳米=10-9米）的空心管。下列说法错误的是（ ）A纳米碳管是一种新型的有机化合物 B纳米碳管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳C纳米碳管材料管道多，表面积大，吸附能力强 D纳米碳管在常温下化学性质稳定6.在一定温度下，1cm3活性炭所能吸附某些常见气体的体积如下表
9、。根据表中的数据，以及有关物质的组成和性质推断，下列说法中正确的是（ ） H2CO2 O2 N2 Cl2气体的沸点/ -252 -78 -183 -196 -34被吸附的体积/ml 4.5 97 35 11 494A.气体分子所含原子个数越多越容易被吸附 B.沸点越高的气体，越容易被吸附 C.化合物的气体比单质的气体更容易被吸附D.气体的相对分子质量越大，越容易被吸附二、填空题7在物质的各大家族中，有一家兄弟多：老大骨头硬，光彩照人，身价百万；老二又软又滑，生活学习都有它；老三似足球，科研工作者喜欢它。(1)举出老大的一种用途 ；(2)请你猜出老三是 。 三、实验与探究题8.1985年科学家发
10、现的60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图），因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（图）图、图分别是金刚石和石墨的结构示意图。图中小黑点均代表碳原子。用你所学到的化学知识回答下列问题。（1）金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管物理性质有较大差异的原因是什么？（2）常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？简要说明理由。（）请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的（以足球烯为例，用文字简要叙述）。课题2 二氧化碳制取的研究【考点透视】一、考纲指要1掌握实验室制取二氧化碳的反应原理。2探究实验室制取二氧化碳的装置，
11、并利用设计的装置制取二氧化碳。3了解实验室中制取气体的一般思路和方法。二、命题落点1实验室制取二氧化碳的反应原理的选取，如例1。2实验室制取二氧化碳装置的探究，如例2。3实验室中制取气体的一般思路和方法的探究，如例3。【典例精析】例1：（2004临祈市）可生成二氧化碳的反应很多，例如：酒精的燃烧 木炭在空气中燃烧 碳与氧化铜反应 高温煅烧石灰石 石灰石（块状）与稀硫酸 石灰石（块状）与稀盐酸 碳酸钙粉末与浓盐酸 人和动物的呼吸作用其中可用于实验制CO2的是（ ）A. B. C. D.全部解析 两类方法虽然能生成CO2，但燃烧需在空气中进行，放出大量的热，对仪器、装置的要求高而且复杂，燃烧生成的
12、气体也能收集，故在实验室里操作性差；两类方法在高温下进行，操作不便；反应生成微溶于水的碳酸钙，覆盖在石灰石的表面，反应逐渐停止；反应剧烈，不易收集，并且浓盐酸易挥发出氯化氢气体，使CO2气体不纯；中CO2气体不纯，含量低，不易收集。答案：C例2：（2005 大连市）实验室里制取二氧化碳气体，有如下图所示的仪器可供选用请你回答下列问题：制取二氧化碳气体所需的药品是 ；收集二氧化碳气体的方法是 ；制取并收集二氧化碳气体所需的仪器是(用仪器的序号回) ；检验二氧化碳气体是否收集满的方法是 ；制取二氧化碳的化学方程式是 。 解析 这是一道实验室制二氧化碳的基础题，考查了学生组合装置的能力。根据实验室制
13、二氧化碳的原理、装置、及验满方法，我们很容易得到答案。答案：石灰石或大理石和稀盐酸；向上排空气法；ACDE；将燃着的木条放在集气瓶口；CaCO32HCl=CaCl2H2O CO2例3：（2005年福州课改区）在实验台上摆放着供你选择的如下药品和仪器(实验常备用品图中略)：请你设计一种制备某气体的实验方案，填写实验报告中的以下几项：制备气体名称实验药品(填写序号)实验仪器(填写序号)实验原理收集方法反思与评价(从装置的优、缺点方面说明) 解析 本题是一道考查气体制取的一道实验题。不但考查了学生对于仪器和药品的选择，还考查了学生对于实验方案的评价意识，培养学生的一种“选优”思想。要解答好本题，要熟
14、知实验室制取气体的思路：根据反应物和生成物的状态、反应条件选择实验仪器和药品；根据气体的密度和溶解性决定气体的收集方法等。本题分为两大类制取方案，涵盖了初中化学中气体制备的所有类型，即：固体液体气体；固体固体气体。答案：制备气体名称制取CO2或制取O2或制取O2实验药品(填写序号)实验仪器(填写序号)ACDH或GDH或ACBEH或GBEH与制取CO2的仪器相同ACFHIK实验原理CaCO32HCl =CaCl2H2O CO22H2O2 催化剂2H2O+O22KMnO4K2MnO4+MnO2+O2收集方法向上排空气法向上排空气法或排水法排水法反思与评价(从装置的优、缺点方面说明)分析你设计装置的
15、有缺点，如：制取CO2用ACDH装置，优点：该装置操作简单方便，应用于课堂演示实验；缺点：不便于制备量多的CO2气体。（只要符合题意均可）【常见误区】1实验室制取气体反应原理的选取不知从哪些方面去考虑。应从这些方面去考虑：考虑原料易得，反应条件要求不高，操作简便安全，反应速率适中，生成气体不混入其他气体，便于收集。如实验室制取二氧化碳：不用纯CaCO3或Na2CO3等代替大理石，是因为它们与盐酸反应速率太快，不便于控制；不用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发出HCl气体使CO2不纯；不能用H2SO4代替盐酸，是因为H2SO4与CaCO3反应生成微溶的CaSO4会覆盖在大理石的表面，阻止了反应的继续进行。
16、2实验室制取气体的实验装置不会判断。实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分。选择气体发生装置要根据反应物的状态和反应条件；选择气体的收集装置应考虑气体的密度和气体的溶解性及气体是否与水反应。3验证气体时，实验现象要明显。如检验CO2 气体，只能用澄清的石灰水，而不能用NaOH 溶液，尽管NaOH 也与CO2 反应，但反应过程中没有明显现象。【基础演练】一、选择题1下列四瓶气体存放方法正确的是( )2.检验集气瓶中的CO2是否收集满的正确方法是（ ）A.向瓶内倒入澄清石灰水振荡 B.在瓶口闻其气味C.将带火星的木插入瓶里 D.将燃着的木条放在瓶口3.实验表明，不能用块状大理石与稀硫酸反
17、应来制取二氧化碳气体，而能用大理石粉末与稀硫酸制取二氧化碳气体。由此得出的合理结论是（ ）A.能发生反应的物质之间是否发生反应，与反应条件有关B.反应物之间接触面积越大，越有利于反应的进行C.块状大理石与大理石粉末的化学性质不同D.块状大理石与大理石粉末的组成不同二、填空题4聪聪同学收集了一些家庭装修是废弃的大理石碎片，并设计了如下图所示的装置来制取二氧化碳，该装置能随时控制反应的发生。请回答问题：（1）大理石放在_中，装置（a）中的反应的方程式为_ 。（2）装置（a）中的粗铜丝能否用粗铁丝代替_，原因可用化学方程式表示_；（3）用装置（b）收集二氧化碳，验满时应把燃着的木条放在（选填字母）_
18、处。三、实验题5根据下面所提供的实验装置图，回答问题：（1）写出带标号仪器的名称_；_。（2）实验室制取H2和CO2时，都可选用的气体发生装置是_（填序号，下同）收集O2和CO2时都可选用的装置是_。（3）实验室加热高锰酸钾制取氧气的化学方程式为_。（4）小冬选用上图中的装置进行CO2的制取，他看到发生装置中有气泡冒出，然后把导气管插入到澄清的石灰水中，未观察到浑浊现象。其原因可能是（写出一条即可）_。(5)小冬为了探究H2CO3具有酸性，而CO2不具有酸性，他设计了如下实验。请写出将观察到的现象：问：你认为他通过上述实验_（能、不能）达到实验目的。（6）工业上可将CO2与氨气合成尿素CO(N
19、H2)2，给农作物施用，主要是为了补充_元素。6（如图A）下列是实验室常用的仪器： 图A 图B请回答下列问题：图A中仪器的名称是 ，仪器的名称是 。实验室用石灰石和盐酸制取二氧化碳的化学方程式： 。选用上图A所示的仪器组装一套制取二氧化碳的发生装置 (填编号)。图B为某同学设计并进行的有关CO2性质的探究实验过程筒图。请回答：该实验的实验目的是 ；该实验得到的结论是 。7（1）实验室用大理石与酸制二氧化碳，使用的酸是 （浓盐酸、稀盐酸 、浓硫酸、稀硫酸），其化学方程式为 （2）若设计一种有活塞可以开闭导管的装置，使达到活塞随开随发生CO2 气体，随关随停止出CO2 气体的要求，请从下面仪器中选
20、用一些最起码的仪器以完成这种设计： 按装置自上而下的安排顺序应选用的仪器是 。这套装置能随开随用，随关随停的原因是 。课题3 二氧化碳和一氧化碳【考点透视】一、考纲指要1掌握二氧化碳的性质和用途。2了解并关注温室效应。3掌握一氧化碳的性质。4理解一氧化碳还原氧化铜的原理及使人中毒的原因。二、命题落点1二氧化碳在自然界中的循环以及生态平衡问题，如例1。2对二氧化碳有关性质的探究，如例2。3利用二氧化碳具体性质来考查其相应的用途，如例3。4对温室效应的相关问题认识，如例4。5一氧化碳的可燃性、还原性、毒性三点化学性质是命题的热点，常以实验题的形式考查CO的还原性，在有关日常生活的考题中考查CO的可
21、燃性和毒性，如例5。6对碳和碳的化合物之间的转化与比较的考查，如例6。【典例精析】例1：（2004茂名市）二氧化碳占空气总体积0.03%正常情况下能维持这个含量基本不变是因为自然界存在如右图所示的循环过程，图中A处不包括下列哪项（ ）A. 发展和和利用太阳能 B. 植物的呼吸作用C. 人和动物的呼吸 D. 含碳燃料的燃烧 解析 二氧化碳的循环使二氧化碳在自然界中相对稳定，对生命活动非常重要，对循环的中的每一个环节都要掌握。由题中图示显示，A处应是消耗氧气，产生二氧化碳， B、C、D都符合这一要求。答案：A 例2：(2003福州市) 某同学设计了如下一组实验。取四朵用石蕊试液染成紫色的干燥纸花，
22、（石蕊与酸会变红色）分别按下图进行实验。回答下列问题：观察到纸花的颜色变化：.纸花变红； ；. 红花不变； ；该同学进行的、两项实验，说明了 。该同学进行 四组对比实验目的是 。解析 本题是通过实验对比，探究使紫色石蕊试液变红色的是碳酸而不是二氧化碳，实验、起到了对比作用，可以观察到稀醋酸使紫色石蕊变红，而水不变色，中说明二氧化碳不能使石蕊变红色，说明二氧化碳与水反应生成的碳酸具有这个性质。答案：不变红 变红 酸能使紫色石蕊变红色，水却不能 证明二氧化碳与水反应能生成碳酸，而碳酸能使紫色石蕊变红色例3：（2004河北鹿泉市）小明和小红对市场上销售的一种分袋包装的蛋糕发生了兴趣，因为蛋糕包装在充
23、满气体的小塑料袋内(如图)，袋内的气体充得鼓鼓的，看上去好像一个小“枕头”。他们认为这种充气包装技术，主要是为了使食品能够较长时间地保鲜、保质。那么，这是什么气体呢？ 小红猜想是氮气，小明猜想是二氧化碳。 请你帮助他们设计一个简单的实验方案，来判断小明的猜想是否正确，简要写出操作步骤： ；小明的猜想如果正确，现象应是 ；你认为食品充气包装，对所充气体的要求是： ； ； 。解析 本题从生活实际中遇到的问题出发，利用已学的CO2的化学性质，进行CO2的检验，以解决生活中的问题，体现了化学在生产生活中无处不在。本题考查了CO2的鉴别方法，用澄清的石灰水检验；而且还要求学生结合实际，对包装袋内的气体进
24、行收集，进而巩固了气体的收集方法；最后还要考虑到食品包装相关的一些因素，总结出充气包装的气体应该符合的要求。答案：（1）用注射器抽取袋内气体通入到少量澄清的石灰水（或紫色石蕊试液）中，观察现象；（2）澄清的石灰水变浑浊（或紫色石蕊试液变红色；）（3）无毒不与食物反应 廉价、易获得。例4：（2005南京市）今年世界环境日的主题是“营造绿色城市，呵护地球家园”。某科学探究小组为探究影响大气“温室效应”的因素，进行太阳光照射下N2、O2、CO2及空气温室效应强度的比较实验。请你参与他们的探究过程，填写有关空格。用500ml集气瓶装满一瓶空气。另取一个500ml的集气瓶，采用 法收集从液氮瓶中放出的N
25、2。现用右上图中装置A分别制取一瓶O2和一瓶CO2（均为500ml）；则制取O2反应的化学方程式为 ，制取CO2反应的化学方程式为 。该实验制取O2和CO2，与用装置B相比较，用装置A的优点是 。 将制得的N2、O2、CO2及空气4瓶气体放在室外的太阳光下，在互相不遮太阳光的条件下尽量使集气瓶靠近，以保证地表和光照条件 。将温度传感器插入4个集气瓶中，连接好装置（如图1所示）。打开数据采集器，实验时间从北京时间12：00到14：00，测得此期间4瓶气体的温度由高到低的顺序是： 。根据报道，南京市部分公交车将推广使用压缩天然气作燃料。使用天然气作燃料能否从根本上避免温室效应的发生？ （填“能”或
26、“不能”）。理由是： 。解析 实验探究的目的是找到影响大气“温室效应”的因素。首先制取和收集气样，由于N2的密度和空气相差不大，且难溶于水，所以选择排水集气法较好。从制取O2和CO2的装置来看都是“固液混合不需加热型”，所以反应原理分别为：2H2O2 2H2O +O2 CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2，装置A比装置B多了一个注射器，这就有利于添加液体反应物，可控制反应速率。为了使实验准确，必须控制无关变量，也就是说，让各种气体在同样光照下，接受阳光照射。由图2纵坐标分析可知温度高低顺序为： CO2空气N2O2 ，天然气是化石燃料，燃烧产物二氧化碳及本身（甲烷）都是温室气体。答案
27、：排水 2H2O2 2H2O +O2 CaCO2+2HCl=CaCl2+H2O+CO2便于添加液体反应物，控制反应速度；收集的气体比较纯。相同 CO2空气N2O2不能 天然气的主要成分甲烷以及其燃烧生成的二氧化碳都是产生温室效应的气体。例5：(2003济南市)用下图所示的仪器组装一套实验装置，并完成下列实验任务：用干燥的CO气体还原CuO检验CO还原CuO的气体生成物，请回答下列问题：(1)实验进行时，若要气体从左向右流动，则这套装置的连接顺序应是(填仪器接口字母)：( )接( )，( )接( )，( )接( ）。(2)实验开始时，先通入CO气体，后加热氧化铜的理由是 。(3)A中澄清石灰水的
28、作用是_。 (4)该套实验装置从环境保护的角度考虑可能存在的不足是_，你提出的合理处理建议是_。解析 根据图示仪器及药品可知：打开D中分液漏斗的活塞排出D中的一氧化碳，这时的气体中含有一定量的水蒸气；为得到干燥的一氧化碳，应用C中浓硫酸加以干燥；干燥后的一氧化碳用来还原氧化铜；然后将尾气通入A的澄清石灰水中，来检验生成物二氧化碳。由于一氧化碳既不溶于水也不与石灰水反应，将由导管b导出，而CO有毒，会污染空气，应增加必要的尾气处理装置。答案：（1）gefcda （2）防止加热CO和空气的混合气体加热时发生爆炸（3）检验生成的气体是二氧化碳 （4）缺少尾气处理装置 点燃尾气（或用气球收集）例6：(
29、2003南京市)仿照下图中CCO转化的表示方法，将下图中C、CO、CO2、H2CO3、CaCO3等五种物质之间的转化关系用“”连接起来，并在箭头旁标明必需的其他反应物及反应条件。 解析 本题主要考查碳及其化合物的重要反应，要求对课本中重要基础知识进行全面而准确的搜索，进而建立起相关反应的知识网络。这里，特别要注意反应的可行性和反应条件描述的准确性。答案： 【常见误区】1一氧化碳具有毒性，其原因是一氧化碳与血红蛋白结合，使人体缺氧导致中毒，与二氧化碳含量过高使人窒息死亡有着本质区别。二氧化碳没有毒，但空气中二氧化碳的体积分数过高会使人头晕甚至窒息死亡。2二氧化碳与水反应使紫色石蕊试液变红的实验中，往往错误认为二氧化碳使紫色石蕊试液变红的，实际上是二氧化碳与水反应生成的碳酸使紫色石蕊试液变红的。如例2。3对物质的性质与组成、结构之间关系缺乏正确理解。如CO和CO2分子构成不同表明它们在性质上有很大的差异。CO能进一步与氧结合生成CO2，表现出CO具有还原性。CO2可提供氧，表现出氧化性。4缺乏对问题的全面分
