第15講碳及其化合物（原卷版）

第15講碳及其化合物一、碳同素異形體1.碳的單質(zhì)名稱性質(zhì)用途金剛石無色、透明、呈正八面體的晶體，不導(dǎo)電。天然物質(zhì)中最硬的物質(zhì)。做裝飾品、制鉆頭和切割玻璃、金屬、大理石石墨六角板狀、鱗片狀，質(zhì)軟、滑膩、有金屬光澤，熔點高，導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好。高溫潤滑劑，電極，制鉛筆芯，坩堝等C60（富勒烯/足球烯）具有金屬光澤的晶體，超導(dǎo)、強(qiáng)磁性，抗輻射、耐高壓、抗化學(xué)腐蝕超導(dǎo)材料等2.同素異形體金剛石、石墨和碳60都是由碳元素組成的單質(zhì)，由同一種元素組成不同的單質(zhì)的現(xiàn)象叫做同素異形現(xiàn)象。金剛石、石墨和碳60互稱碳元素的同素異形體。氧元素的同素異形體有：氧氣O2、臭氧O3等。磷元素的同素異形體有：紅磷、白磷。3.無定形碳木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)組成的，統(tǒng)稱為無定形碳。無定形碳用途木炭用作燃料，吸附性，繪畫炭筆，制火藥焦炭化工原料，冶金還原劑活性炭吸附劑，制防毒面具等炭黑制中國墨、油墨、鞋油、顏料．作橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑4.木炭的吸附作用：在500ml燒杯里注入約400ml水，滴入23滴紅墨水，再加入約10g活性炭。觀察現(xiàn)象。5.碳的化學(xué)性質(zhì)1）常溫下，碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑(穩(wěn)定性)2）可燃性——碳可做燃料C+O2CO22C+O22CO3）還原性——碳可作還原劑，用于冶煉金屬木炭還原氧化銅將木炭粉和黑色的氧化銅粉末混合均勻，放入試管底部，按圖示裝置儀器。將試管口的導(dǎo)管通入澄清的石灰水里。用酒精噴燈加熱，觀察現(xiàn)象。冷卻后把試管里的固體物質(zhì)倒在紙上。觀察顏色、光澤的變化。高溫現(xiàn)象：黑色粉末變紅色，石灰水變渾濁高溫反應(yīng)方程式：C+2CuO====2Cu+CO2↑二、還原反應(yīng)1.還原反應(yīng)：含氧化合物中的氧被奪取的反應(yīng)，是失氧的過程。在化學(xué)反應(yīng)中，氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)必定同時發(fā)生。2.氧化劑和還原劑把提供氧的物質(zhì)稱為氧化劑，把奪取氧的物質(zhì)稱為還原劑。氧化劑和還原劑都是反應(yīng)物。三、碳的氧化物1.二氧化碳的性質(zhì)和用途（1）物理性質(zhì)顏色狀態(tài)密度溶解性無色、無味氣體，固態(tài)易升華CO2氣體CO2液體CO2氣體干冰干冰汽化吸收大量熱大于空氣，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.977g/L，是空氣的1.5倍可溶于水，通常條件下，1體積水溶解1體積CO2氣體，加壓時溶解更多（2）化學(xué)性質(zhì)①二氧化碳不能燃燒，一般也不支持燃燒，也不能供給呼吸。點燃②一些活潑金屬能在二氧化碳?xì)怏w中燃燒，奪取二氧化碳中的氧，使二氧化碳還原成碳單質(zhì)，如：點燃2Mg＋CO2====2MgO＋C；高溫③高溫條件下，單質(zhì)碳也能奪取二氧化碳中的部分氧，使其還原為一氧化碳：高溫C＋CO2====2CO（吸熱反應(yīng)）④二氧化碳能與水反應(yīng)生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變紅（淺紅色）：CO2＋H2O===H2CO3；H2CO3極不穩(wěn)定，易分解：H2CO3H2O＋CO2↑，此時紅色石蕊試液又變?yōu)樽仙＂荻趸寄苁钩吻迨宜儨啙幔篊O2＋C(OH)2===CaCO3↓＋H2O此反應(yīng)可用來鑒定和檢驗二氧化碳。（3）二氧化碳的用途①由于二氧化碳既不燃燒一般也不能支持燃燒，且密度比空氣的大，所以可用來滅火。②“干冰”做制冷劑，用來保存食品和進(jìn)行人工降雨。③二氧化碳是一種工業(yè)原料，可用來制純堿、尿素和汽水等。④植物進(jìn)行光合作用，需要二氧化碳。在溫室里施用二氧化碳做肥料。2.一氧化碳的性質(zhì)和用途（1）物理性質(zhì)：一氧化碳通常是無色、無味的氣體，密度比空氣的略小，難溶于水。（2）化學(xué)性質(zhì)點燃①可燃性：一氧化碳燃燒，發(fā)出藍(lán)色火焰，放出熱量，罩在火焰上方的燒杯內(nèi)壁上附著的澄清石灰水變渾濁點燃化學(xué)方程式：2CO＋O2===2CO2；（注意：點燃一氧化碳前要驗純）②還原性：現(xiàn)象：黑色粉末變成紅色，澄清石灰水變渾濁。結(jié)論：生成了銅和二氧化碳?！鞣磻?yīng)方程式：△CO＋CuO====Cu＋CO2加熱前先通CO，防止CO不純加熱時發(fā)生爆炸。實驗完畢后先停止加熱后停止通CO，防止得到的銅被氧化；因CO有劇毒，上述兩項操作中多余的CO要燃燒掉，為此應(yīng)采用如上圖所示尾氣處理裝置。③毒性：CO和人體血紅蛋白的結(jié)合能力比氧與血紅蛋白的結(jié)合能力強(qiáng)200~300倍，而CO與血紅蛋白的解離比氧合血紅蛋白緩慢約3600倍，人吸入CO造成人體缺氧，嚴(yán)重者致死。CO輕度中毒者，應(yīng)該吸大量新鮮空氣或進(jìn)行人工呼吸；醫(yī)療上常用靜脈注射亞甲基藍(lán)進(jìn)行解毒。一氧化碳的用途：CO具有可燃性，可作燃料；CO具有還原性，可用來冶煉金屬，如煉鐵等。四、石灰石石灰石是制取建筑材料石灰的礦石原料。碳酸鈣（CaCO3）：石灰石的主要成分，不溶于水的白色固體。1）碳酸鈣的分解：高溫煅燒大理石，大理石表面會變白、疏松：高溫CaCO3====CaO+CO2高溫生石灰遇水變成熟石灰：CaO+H2O===Ca(OH)22）難溶的碳酸鈣在二氧化碳和水的作用下，會慢慢變成可溶的碳酸氫鈣：CaCO3+CO2+H2O===Ca(HCO3)2（溶洞的形成原理）碳酸氫鈣受熱分解，重新生成碳酸鈣沉淀：△Ca(HCO3)2====CaCO3+CO2+H2O（鐘乳石的形成原理）△一、單選題1．以下各物質(zhì)的用途是利用了其化學(xué)性質(zhì)的是A．木炭用作燃料 B．金剛石切割玻璃C．石墨制作鉛筆芯 D．活性炭吸附異味2．互為同素異形體的是A．石灰水與石灰漿 B．金剛石與石墨C．二氧化碳與一氧化碳 D．氧氣與液氧3．相同物質(zhì)的量一氧化碳和二氧化碳，具有相同的A．質(zhì)量 B．原子數(shù) C．分子數(shù) D．氧元素質(zhì)量4．科學(xué)家利用精密儀器把石墨拆成只有一個或幾個原子層厚的“碳片”，碳片是世界上最薄的材料。下列說法錯誤的是A．碳片是一種單質(zhì)B．碳片和C60是一種物質(zhì)C．在一定條件下，碳片可以還原氧化鐵D．碳片在氧氣中完全燃燒的產(chǎn)物是CO25．中國爭取2060年前實現(xiàn)碳中和，“碳中和”中的“碳”指的是A．碳原子 B．二氧化碳 C．一氧化碳 D．活性炭6．關(guān)于金剛石與石墨涉及的學(xué)科觀點錯誤的是A．元素觀：金剛石與石墨是由碳元素組成的同素異形體B．微粒觀：1g金剛石和1g石墨所含的碳原子數(shù)相同C．結(jié)構(gòu)觀：金剛石和石墨中碳原子排列方式不同，化學(xué)性質(zhì)也不同D．守恒觀：在一定條件下，1g金剛石能生成1g石墨7．屬于同素異形體的是A．生石灰與熟石灰B．石蕊與酚酞C．石墨與C60D．鎂帶與鎂粉8．在通二氧化碳?xì)怏w的水中，滴入紫色石蕊試液后顏色會變成（）A．藍(lán)色B．紅色C．紫色D．無色9．有關(guān)碳和碳的化合物說法，錯誤的是A．金剛石和石墨互稱為同素異形體 B．CO2和CO可以用紫色石蕊試液鑒別C．碳具有氧化性，能用于冶煉金屬 D．C60中的碳元素以游離態(tài)存在10．對比是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法。下列關(guān)于CO2與CO的比較中錯誤的是A．CO2可用于滅火，CO可用作燃料B．CO2能溶于水，CO難溶于水C．CO2可用于光合作用，CO可用于人工降雨D．CO2會造成溫室效應(yīng)，CO易與血液中的血紅蛋白結(jié)合引起中毒11．兩位英國科學(xué)家因在石墨烯材料方面的開創(chuàng)性研究獲得2010年諾貝爾獎。石墨烯是由碳元素組成的單質(zhì)，下列關(guān)于碳單質(zhì)的說法正確的是（）A．金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，可用來裁玻璃B．石墨有金屬光澤，有導(dǎo)電性，所以是一種金屬C．活性炭具有吸附性，可以吸附所有物質(zhì)D．金剛石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接構(gòu)成的12．碳還原氧化銅如圖所示，判斷該反應(yīng)開始發(fā)生的可靠現(xiàn)象是A．黑色粉末減少B．生成無色氣體C．導(dǎo)管口冒氣泡D．澄清石灰水變渾濁13．工業(yè)煉鐵的部分反應(yīng)如下所示，則以下說法正確的是A．X的主要成分是碳B．X與CO都具有氧化性C．③反應(yīng)后的尾氣可直接排放D．Y中鐵元素以游離態(tài)存在14．如下圖所示，先在a、c兩支相同的大試管中充滿紅棕色的NO2氣體，然后分別向a、c試管中加入質(zhì)量相等的足量的石墨和活性炭，迅速塞上帶導(dǎo)管的膠塞，經(jīng)過一段時間后，打開彈簧夾，所觀察到的現(xiàn)象A．a(chǎn)、c兩試管都無明顯變化B．a(chǎn)、c兩試管的顏色都消失，水往兩試管流C．a(chǎn)試管中的顏色消失，水往a試管流，c試管無明顯變化D．c試管中的顏色消失，水往c試管流，a試管無明顯變化15．氧循環(huán)和碳循環(huán)是自然界中的重要循環(huán)（如圖）。分析兩種循環(huán)，其中不正確的是A．碳循環(huán)和氧循環(huán)過程中均發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)B．氧氣只有通過燃燒才能參與碳循環(huán)C．通過減少化石燃料的使用和大力植樹造林以控制二氧化碳的排放量D．碳循環(huán)和氧循環(huán)有利于維持自然界中氧氣和二氧化碳含量的相對穩(wěn)定16．CO、CO2和CaCO3的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖所示。下列說法錯誤的是A．①可通過物質(zhì)的還原性實現(xiàn)B．②可通過物質(zhì)的可燃性實現(xiàn)C．③可通過與澄清石灰水反應(yīng)實現(xiàn)D．④可通過分解反應(yīng)實現(xiàn)17．構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)能提高學(xué)習(xí)的效率。下圖為有關(guān)CO2的知識網(wǎng)絡(luò)圖，以下判斷錯誤的是（

）A．物質(zhì)①中碳元素的化合價為+4價B．物質(zhì)②中陽離子符號為Ca+2C．物質(zhì)③由2種元素組成D．物質(zhì)①和⑤發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為④的化學(xué)方程式為：二、多選題18．在相同的溫度和壓強(qiáng)下，相同體積的氣體具有相同的分子數(shù)，反之亦然。取同溫同壓下同體積的CO和O2混合，在一定條件下充分反應(yīng)，恢復(fù)到初始溫度和壓強(qiáng)。說法正確的是A．參加反應(yīng)的CO和O2的體積比為1：3B．生成的CO2分子個數(shù)為原來氣體分子數(shù)的三分之二C．反應(yīng)后氣體的體積為原來的四分之三D．反應(yīng)后的氣體中C、O原子的個數(shù)比為1：319．一氧化碳還原氧化銅的實驗如圖所示，相關(guān)分析正確的是A．應(yīng)先點燃I處酒精燈，再通入一氧化碳B．應(yīng)先點燃III處酒精燈，再通入一氧化碳C．實驗中，可觀察到黑色固體變?yōu)榧t色D．實驗后，玻璃管內(nèi)固體減少的質(zhì)量等于II處增加的質(zhì)量20．某混合氣體可能含有CO2、H2O(氣)、CO和H2中的一種或幾種。為驗證其組成，同學(xué)們進(jìn)行實驗的裝置和現(xiàn)象如下(夾持儀器已省略，假設(shè)每步氣體均吸收完全)：有關(guān)上述實驗的判斷正確的是A．取裝置A中的固體少量到燒杯中，再滴加足量的稀鹽酸，不一定有氣泡產(chǎn)生B．裝置C的作用是為了檢驗混合氣體中是否有水蒸氣C．點燃尾氣，產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，則尾氣中一定只有一氧化碳D．該混合氣體中一定含有CO、H2可能有CO2或H2O(氣)三、填空題21．燃燒是人類獲得能量的重要方式?（1）用下圖探究燃燒條件?步驟一：通入N2，點燃酒精燈；步驟二：冷卻至室溫；步驟三：通入O2，點燃酒精燈?能說明可燃物燃燒需要O2的現(xiàn)象是_____；從燃燒條件分析，用水滅火主要利用的原理是_____?（2）相同條件下，n體積燃料完全燃燒放出的熱量見下表?燃料（氣態(tài)）COH2CH4熱量（KJ）282.6285.8890.3①從等體積燃料完全燃燒放出的熱量分析，最適合家庭使用的燃料是_____；②CO與其它燃料相比的主要缺點是_____?22．碳元素是組成物質(zhì)的重要元素。①石墨、___________和碳60都是由碳元素組成的同素異形體。②天然氣（主要成分：CH4）是清潔的氣態(tài)礦物燃料。CH4屬于___________（選填“有機(jī)物”或“無機(jī)物”），由___________種元素組成，1molCH4中約含有___________個碳原子。③固態(tài)二氧化碳稱為干冰，可用于___________。④一氧化碳可冶煉金屬，其還原氧化銅的實驗裝置如圖所示（夾持儀器省略）。A處玻璃管中反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________，B處觀察到的現(xiàn)象是___________；C處尾氣處理的目的是___________。⑤鹽堿湖地區(qū)有“冬天撈堿、夏天曬鹽”的生產(chǎn)經(jīng)驗，其中“堿”指碳酸鈉，“鹽”指氯化鈉。I.碳酸鈉的物質(zhì)類別是___________（選填“酸”、“堿”或“鹽”）。II.碳酸鈉、氯化鈉的部分溶解度數(shù)據(jù)見下表。溫度（℃）010203040溶解度（g/100g水）碳酸鈉7.012.521.539.749.0氯化鈉35.735.835.936.136.4由上表可知，溶解度受溫度影響較大的物質(zhì)是___________；“冬天撈堿”是獲取湖水中析出的碳酸鈉晶體，碳酸鈉晶體的形成過程是___________（選填“降溫結(jié)晶”或“蒸發(fā)結(jié)晶”）。四、實驗題23．木炭還原氧化銅的實驗如圖，請回答下列問題：（1）試管口略向下傾斜的目的是_____。（2）剛開始預(yù)熱，試管②中立即觀察到有氣泡，但澄清的石灰水并沒有變渾濁，其原因是_____。（3）實驗完畢，要先_____。（用序號填空）（A、先熄滅酒精燈

或

B、先將導(dǎo)管從石灰水中拿出）（4）通過這個實驗，得到的結(jié)論是碳在高溫條件下具有_____性。（5）寫出木炭還原氧化銅的化學(xué)反應(yīng)方程式_____。24．實驗室制取CO2，并驗證CO2和CO的性質(zhì)的實驗（如下圖所示），請回答問題：(1)能證明CO具有還原性的實驗現(xiàn)象為___________，化學(xué)方程式為___________；E處放一點燃的酒精燈的目的是___________。(2)實驗結(jié)束時，先停止B、C處的加熱，繼續(xù)通一會A中產(chǎn)生的氣體，其目的是___________。25．實驗室模擬煉鐵的實驗裝置如下圖所示。試回答下列問題：(1)寫出有標(biāo)號儀器的名稱：a.________，b________。(2)實驗中看到玻璃管中的現(xiàn)象__________；試管里的澄清石灰水________。(3)玻璃管中反應(yīng)的化學(xué)方程式_________。(4)加熱氧化鐵之前，先通一會兒一氧化碳的作用是__________。(5)該實驗設(shè)計裝置C的目的是_________(6)在此實驗中，我們還認(rèn)識到CO和CO2的化學(xué)性質(zhì)有許多的不同。①請寫出其中的一點___________。②試從微觀的角度分析CO和CO2化學(xué)性質(zhì)不同的原因是___________。26．如圖是小組同學(xué)探究高溫時木炭與氧化鐵（其中鐵為+3價）反應(yīng)產(chǎn)物的實驗。步驟Ⅰ：將2g木炭研成粉末，與8g氧化鐵粉末充分混合，高溫使二者發(fā)生反應(yīng)。步驟Ⅱ：當(dāng)盛有石灰水的試管中不再有氣泡出現(xiàn)，移去酒精燈，冷卻后稱量試管中剩余固體質(zhì)量為6.7g。（1）若生成物只有鐵和二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_____。（2）實驗中將木炭研成粉末的目的是_____。實驗中空試管的作用是_____。（3）木炭與氧化鐵反應(yīng)時，除二氧化碳和鐵外，還可能生成氧化亞鐵（FeO）。小組同學(xué)通過實驗數(shù)據(jù)分析，判斷生成物中不可能有氧化亞鐵。簡要說明判斷的依據(jù)_____。27．利用下圖裝置進(jìn)行不同化學(xué)實驗。玻璃管左端通入一氧化碳，管內(nèi)放入氧化銅，可以進(jìn)行一氧化碳與氧化銅反應(yīng)的實驗。(1)對實驗過程描述錯誤的是___________。a、開始時，先通入一會兒一氧化碳，后點燃酒精燈b、觀察到B中有氣泡時，說明一氧化碳與氧化銅發(fā)生反應(yīng)c、結(jié)束時，先熄滅酒精燈，后立即停止通一氧化碳d、結(jié)束后，A中固體減少的質(zhì)量小于參加反應(yīng)的氧化銅的質(zhì)量(2)玻璃管左端封閉，管內(nèi)放入木炭和氧化銅，酒精燈換成酒精噴燈，可以進(jìn)行木炭與氧化銅反應(yīng)的實驗。①木炭與氧化銅反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________。②該實驗結(jié)束時，尾氣中檢測到一氧化碳，產(chǎn)生一氧化碳的可能原因是___________。(3)比較一氧化碳、木炭分別與氧化銅反應(yīng)的實驗。①在兩個化學(xué)反應(yīng)前后，___________元素的存在形態(tài)都沒有發(fā)生改變。②若要得到相等質(zhì)量的銅，則反應(yīng)掉的一氧化碳的質(zhì)量___________（填“大于”、“等于”或“小于”）參加反應(yīng)的木炭的質(zhì)量。28．圖1是某實驗小組進(jìn)行一氧化碳和氧化銅反應(yīng)的實驗裝置（裝置氣密性良好）。(1)實驗開始時，應(yīng)按______（填序號）的順序進(jìn)行操作。a．點燃A處酒精燈b．通一氧化碳c．點燃C處酒精燈(2)加熱一段時間后，在A裝置玻璃管內(nèi)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______，該反應(yīng)體現(xiàn)一氧化碳具有______性。(3)圖1B裝置中澄清石灰水的作用是______，C處尾氣點燃時的現(xiàn)象是______。(4)圖2中______（填編號）裝置與圖1方框內(nèi)BC組合裝置的作用類似（瓶中液體均為足量的澄清石灰水）。實驗小組稱取8.0克CuO進(jìn)行實驗（玻璃管質(zhì)量為a克），一段時間后觀察到A裝置中玻璃管內(nèi)的黑色粉末全部變紅，小組同學(xué)認(rèn)為氧化銅全部轉(zhuǎn)化成了銅。(5)有同學(xué)查閱資料后發(fā)現(xiàn)一氧化碳和氧化銅在高溫下也可能生成紅色的Cu2O固體，于是就玻璃管中紅色物質(zhì)的組成提出了三種猜想，猜想1：全部是Cu；猜想2：______；猜想3：是Cu和Cu2O的混合物。(6)請將猜想2填寫完整。如果猜想1成立，請設(shè)計方案加以驗證______。29．木炭還原氧化銅是初中化學(xué)的重要實驗，請回答下列問題。(1)實驗室用A和B組合進(jìn)行木炭還原氧化銅的實驗，A中反應(yīng)的化學(xué)方程式是__________