导学案：组成燃料的主要元素-碳

第五章燃料组成燃料的主要元素——碳导学案学习目标、重点、难点【学习目标】1.了解金刚石与石墨的物理性质及主要用途。2.明确物质的性质与用途的关系。3.知道一种元素可以因结构不同而能组成几种不同的单质。4.认识碳的燃烧及其产物。5.了解CO和CO2的性质及CO2的用途。6.初步学会制取CO2，了解实验室内制备气体的思路和方法7.了解并关注温室效应，增强环保意识。8.认识自然界中的碳循环。9.理解碳与一些含碳化合物的相互转变关系。【本节重点】C、CO及CO2的性质、CO2的实验室制法、关注社会与环境责任感的培养。【本节难点】CO2性质及制法的探究过程和方法、碳与一些含碳化合物的相互转变关系。本节知识概览图种类：金刚石、石墨、C60、无定形碳物理性质：不同性质常温下：化学性质稳定完全燃烧时：C+O2CO2碳单质化学性质点燃时不完全燃烧：2C+O22CO用途：切割玻璃、作电极、作吸附剂、作燃料、冶炼金属等碳物理性质：无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小及性质可燃性：2CO+O22CO2碳的一氧化碳化学性质：毒性：与血红蛋结合氧还原性：CuO+COCu+CO2化用途：作燃料、冶炼金属物物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水碳的氧化物通常情况下，不燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸性质：与水反应：H2O+CO2H2CO3与石灰水反应：化学性质：CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O与碳反应：CO2+C2CO二氧化碳原理：CaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O实验室制法收集方法：向上排空气法检验方法：CO2+Ca(OH)2CaCO3+H2O用途：灭火、作制冷、光合作用的原料、化工原料新课导引冰箱里往往会产生一股讨厌的臭味，但只要放进一个装有活性炭的口袋，臭味很快就没有了。活性炭有捕捉臭味的本领，还有吸附毒气的本领，它是制造防毒面具的重要材料。防毒面具上有根像大象鼻子那样的塑料管，在管子的尽头连接一个扁形罐子，里面装的就是活性炭。活性炭还能净化水质。如果有一瓶被弄脏的水，变得有颜色了，可以用活性炭去“捕捉”色素；如果水里混进了脏东西，只要让水流过一根装有活性炭的管子，就可以把水净化。在人们的日常生产、生活中，活性炭还有哪些用途?活性炭在日常生产、生活中有许多用途。制糖工业中利用活性炭来脱色以制白糖，也可以吸附工业产品里的色素，还可以吸附有异味的物质等。教材精华知识点1碳的单质√碳元素跟氢、氧两种元素一样，碳元素对人类有十分重要的意义。碳是组成地球上生物体的基本元素，也是给人类社会提供能源的主要元素，许多含碳的物质早就被人类的祖先用来作燃料，直至现代，以碳元素为主要成分的煤和石油，仍然是人类社会最主要的燃料。√金刚石和石墨金刚石和石墨的物理性质和用途见下表。金刚石和石墨的物理性质和用途颜色、状态硬度导电性导热性润滑性用途金刚石无色、透明的正八面形状的固体最硬无无无切割玻璃，制钻探机钻头、装饰品石墨深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体质软良好良好有电极、铅笔芯、润滑剂、冶炼金属坩锅的材料√无定形碳无定形碳包括木炭、活性炭、焦炭和炭黑，它们都是由石墨的细小晶体和少量杂质形成的，没有固定的几何形状。(1)几种无定形碳的比较。颜色、状态制法用途木炭灰黑色的多孔固体木材隔绝空气加强热作燃料、冶炼金属、制黑火药、制活性炭活性炭灰黑色多孔颗粒状固体木炭在高温下用水蒸汽处理净化多种气体和液体、作防毒面具中的吸附剂焦炭浅灰色多孔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制油墨、油漆、鞋油、颜料等，作橡胶制品的填料(2)木炭和活性炭的吸附性。木炭具有疏松多孔的结构。活性炭是木炭经过水蒸气高温处理而得到的，因此活性炭具有更大的表面积，它的吸附能力比木炭还强。它们可以吸附气体或溶液里的色素。孔隙越多，跟气体或液体的接触面积越大，吸附能力越强。吸附过程为物理变化，吸附性为物质的物理性质。制糖工业给白糖脱色、防毒面具的滤毒罐能吸附有毒气体、除去冰箱中的异味等都是利用木炭或活性炭的吸附性。√其他的碳单质——C60和碳纳米管近年来科学家又合成出一类称为“富勒烯”的单质，如C60、C50、C70等，其中最具代表性的是C60，C60分子由20个六边形和12个五边形彼此牢固地结合在一起形成，由于它的结构与足球很相似，故又称为“足球烯”。上世纪末，科学家们又进一步合成了“碳纳米管”，它们在材料科学和超导方面将有广阔的应用前景。√物质用途和性质的关系碳单质的用途是由物质本身的性质决定的。也就是说物质的性质决定物质的用途；反过来根据它们的用途可以推知它们的性质。物质的性质物质的用途知识点2碳单质的化学性质√在常温时，碳的化学性质非常稳定，受日光照射或跟空气、水分接触，都不易起变化。√在点燃或高温的条件下，碳的化学性质比较活泼，能与许多物质发生反应。(1)在点燃的条件下，碳与氧气发生反应，即碳有可燃性。①完全燃烧：在氧气供给充足时，碳完全燃烧，生成二氧化碳，放热，热值为·g－1。C+O2CO2②不完全燃烧：在氧气供给不充足时，碳不完全燃烧，生成一氧化碳，放热，热值仅为·g-1。2C+O22CO2(2)在高温的条件下，碳能与某些氧化物反应，即碳有还原性。①在高温条件下，炽热的碳与二氧化碳反应生成一氧化碳：C+O22CO2，此反应为吸热反应。②碳能与金属氧化物反应，也体现了碳的还原性。如：在高温条件下，碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳：C+2CuO2Cu+CO2；在高温条件下，碳与氧化铁反应生成铁和二氧化碳：3C+2Fe2O34Fe+3CO2；等等。这些反应均应用在冶金工业上冶炼金属。知识点3一氧化碳的性质和用途√一氧化碳的物理性质通常情况下，一氧化碳是一种无色无味的气体，难溶于水(1体积水里可溶解体积一氧化碳)，密度(1。250g·L-1)比空气略小。√一氧化碳的化学性质（1）一氧化碳的可燃性。一氧化碳易燃，燃烧时会放出大量的热，生成物可使澄清石灰水变浑浊。演示实验【实验目的】探究一氧化碳的可燃性。【仪器试剂】贮气瓶1个、烧杯1个、带胶管和尖嘴的导管1个、一氧化碳、澄清石灰水等。【实验操作】将一氧化碳从贮气瓶中导出，并在尖嘴导管口处点燃，然后在火焰上方罩一个内壁附有澄清石灰水的烧杯(如图5—6所示)。【实验现象】一氧化碳燃烧时发出淡蓝色火焰，放出大量的热，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。【实验结论】一氧化碳具有可燃性：2CO+O22CO2。【注意事项】点燃一氧化碳之前，一定要先检验它的纯度.【实验拓展】由于本实验导管点火的一端用的是普通玻璃管，所以一氧化碳燃烧时的火焰可能为黄色，最好将玻璃管换成铁管、铝管或瓷管等。(2)一氧化碳的毒性。氧化碳是有毒的气体，它能跟血液中的血红蛋白结合，并且结合的能力很强，使血液失去输氧能力，人就会发生中毒。√一氧化碳的用途(1)由于一氧化碳有可燃性，燃烧时放出大量的热，因此一氧化碳常用作燃料。如煤气、水煤气中都含有一氧化碳：2CO+O2CO2。(2)由于一氧化碳具有还原性，可以将某些金属从其氧化物中还原出来，因此常用在冶金工业上冶炼金属。如：CO+CuOCu+CO23CO+Fe2O3CO2+2Fe知识点4二氧化碳的性质√二氧化碳的物理性质通常状况下，二氧化碳是无色无味的气体，密度为·L－1，比空气大，能溶于水(大约l体积水溶解1体积二氧化碳)。在加压降温时，二氧化碳能转变为液体和白色固体——“干冰”。√二氧化碳的化学性质（1）在一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。正因为二氧化碳具有不燃烧也不支持燃烧的性质，故日常生活中常利用二氧化碳来灭火。演示实验【实验目的】探究二氧化碳灭火的实验。【仪器试剂】大烧杯1个、铁皮架1个、短蜡烛2支、漏斗1个、二氧化碳气体l瓶。【实验操作】把两支短蜡烛固定在烧杯的铁皮架上(高低不同)，点燃。拿起集满二氧化碳的集气瓶，通过漏斗向烧杯中缓慢倾倒二氧化碳。【实验现象】将二氧化碳倒入烧杯后一会儿，放置在低处的蜡烛先熄灭，放置在高处的蜡烛后来电熄灭。【实验结论】二氧化碳不能燃烧，一般情况下也不支持燃烧，密度比空气大。【注意事项】①高处的蜡烛不能过高，如果太接近烧杯口，其火焰的外焰又达到烧杯口水平面之上，加上准备的二氧化碳不够多，高处蜡烛很可能不会熄灭。②倾倒二氧化碳时，集气瓶口的玻璃片不要拿掉，只需露出瓶口的1／3左右，并要缓慢倾倒。③实验时，漏斗的下端应紧贴烧杯内壁，避免造成两支蜡烛同时熄灭。 (2)二氧化碳能与水反应。二氧化碳可溶于水，跟水反应生成碳酸，碳酸不稳定，容易发生分解，受热时气体逸出。演示实验【实验目的】探究二氧化碳与水的反应。【仪器试剂】二氧化碳的制取装置1套、试管1支、蒸馏水、紫色石蕊试液、胶头滴管、酒精灯等。【实验操作】①取1支试管，加入约2mL。蒸馏水，滴入1～2滴紫色石蕊试液。②向试管中通入二氧化碳，观察溶液颜色的变化。③然后再加热试管，观察溶液颜色的变化。【实验现象】向试管中通入二氧化碳时，石蕊试液中出现很多气泡，紫色溶液逐渐变成红色；给试管加热时，试管内又出现许多气泡，溶液由红色又变回原来的紫色。【实验结论】二氧化碳可溶于水，二氧化碳与水反应生成碳酸：CO2十H2OH2CO3，碳酸能使紫色石蕊试液变红；碳酸不稳定，受热易发生分解：H2CO3H2O+CO2。【注意事项】紫色石蕊是遇到酸会变红的色素，家里用的食醋中的醋酸、可乐饮料中的碳酸均能使紫色石蕊试液变红。（3）二氧化碳与石灰水的反应。二氧化碳跟氢氧化钙溶液反应生成白色的碳酸钙沉淀：CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O，这个反应常用来检验CO2.演示实验【实验目的】探究二氧化碳与石灰水的反应【仪器试剂】试管1支、玻璃管(或饮料管)1支、澄清石灰水。【实验操作】取一支试管，注入少量澄清石灰水，通过玻璃管向其中吹气，观察现象。【实验现象】吹入气体后，澄清石灰水变浑浊。【实验结论】人体呼出的气体中含有的二氧化碳与澄清石灰水反应，生成了不溶于水的碳酸钙沉淀：Ca(OH)2+CO2+CaCO3+H2O。【注意事项】①所用的石灰水最好是新配制的且浓度较大的，否则吹入的过量的二氧化碳容易把白色沉淀溶解。[来源:]②吹入试管中的气体与吸入的气体相比，含有较多的二氧化碳，较少的氧气。√二氧化碳和二氧化碳性质的比较碳燃烧的产物有一氧化碳和二氧化碳，二者都由碳元素和氧元素组成，二者也可以相互转化：2CO+O22CO2，CO2+C2CO。但二者的性质却有很大差异，见下表。一氧化碳和二氧化碳性质的比较性质一氧化碳(CO)二氧化碳(CO2)物理性质色无色、无味气体无色、无味气体密度比空气略小(1．250g·L-1)比空气大(1．977g·L-1)水溶性难溶于水能溶于水化学性质可燃性有可燃性：2CO+O22CO2不能燃烧，也不能支持燃烧(一般情况下)还原性有还原性：CO+CuOCu+CO2不具有还原性氧化性不具有氧化性有弱氧化性：C+CO22CO与水反应不能和水反应能和水反应：CO2十H2OH2CO3与石灰水反应不能与石灰水反应能与石灰水反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3+H2O知识点5二氧化碳的制法√二氧化碳的实验室制法实验室制取二氧化碳，一般用块状大理石或石灰石与稀盐酸反应：CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2。根据二氧化碳密度比空气大的特点，采用向上排空气法收集。演示实验【实验名称】探究实验室制取二氧化碳的方法。【仪器试剂】锥形瓶(或广口瓶、烧瓶)1个、集气瓶1个、长颈漏斗1个、试管1支、毛玻璃片1块、导管、双孔胶塞、石灰石或大理石、稀盐酸(1：2)、澄清的石灰水、火柴、木条。【实验操作】①连接装置(如图5—9所示)，检查装置气密性。②在锥形瓶中先装入石灰石，然后从长颈漏斗向锥形瓶中加入稀盐酸。③用向上排空气法收集一瓶二氧化碳。④检验二氧化碳是否集满。集满后盖上毛玻璃片。⑤证明所收集的气体为二氧化碳。⑥拆除装置。【实验现象】①向锥形瓶中加入稀盐酸后，有大量气泡产生，石灰石逐渐减少。②把燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭。③将二氧化碳通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊。【实验结论】石灰石与稀盐酸反应生成了二氧化碳；二氧化碳的密度比空气大；二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧；二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊。【注意事项】①实验室制二氧化碳所用的药品是块状的大理石或石灰石与稀盐酸。不能用浓盐酸代替稀盐酸，原因是浓盐酸易挥发，会使生成的：二氧化碳气体中混有氯化氢气体而不纯。不能用稀硫酸代替稀盐酸，原因是稀硫酸与石灰白(或大理石)反应生成微溶于水的硫酸钙(CaSO4)，覆盖在石灰石(或大理石)表面，阻碍反应进行。不能用纯的碳酸钙或碳酸钠等代替大理石或石灰石，原因是它们与稀盐酸反应的速率太快。不容易控制和收集，且成本较高。②长颈漏斗的下端必须要伸入液面以下，起液封作用，防止生成的气体从长颈漏斗的下端管口逸出，收集不到二氧化碳气体；伸入锥形瓶内的导管不宜过长，刚过胶塞即可，否则不利于气体排出。③反应不需用酒精灯加热，在常温下就可以迅速进行。④只能用向上排空气法收集二氧化碳，因为二氧化碳的密度比空气大，且二氧化碳能溶于水并与水反应。收集时，导管口应接近集气瓶底部，这样能更好地排尽集气瓶内的空气。⑤检验气体是否为二氧化碳时只能用澄清的石灰水，而不能用紫色石蕊试液。因为有许多气体(如氯化氢、二氧化硫、硫化氢等)通入紫色石蕊试液中，紫色石蕊均变成红色。⑥检验二氧化碳已集满的方法是：将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条立即熄灭，证明已集满。这其中利用厂二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧的性质。⑦存放二氧化碳的方法是集气瓶正放(因为它的密度比空气大)，但也要盖上玻璃片(因为二氧化碳气体的分子会扩散到空气中)。【实验拓展】检查装置气密性时，应先从长颈漏斗向锥形瓶中注入水，没过长颈漏斗的下端管口，再将导管插入盛有水的烧杯中，双手握住锥形瓶外壁，如果管口有气泡出现，说明装置气密性良好。(或：检查装置气密性时，用弹簧夹夹紧橡胶管，然后从长颈漏斗向锥形瓶内注入水，当水没过长颈漏斗下端管口时，水不易加入，长颈漏斗中液面高于锥形瓶液面，说明装置气密性良好)√碳酸根离子(CO32-)的检验(1)原理：凡是含有碳酸根离子(CO32-)的化合物都能和稀酸(盐酸、硫酸、醋酸)反应，生成使澄清石灰水变浑浊的气体一—二氧化碳。(2)常用试剂：稀盐酸、澄清石灰水。√实验室制取气体实验的设计思路和方法(1)要研究气体实验室制法的化学反应原理，就是要研究在实验室条件下(如常温、加热、加催化剂等)，可用什么药品，通过什么反应来制取这种气体。(2)研究制取这种气体所应采用的实验装置。实验室里制取气体的装置包括发生装置和收集装置两部分，实验室制取气体的装置和应用要求如下表。实验室制取气体的装置和应用要求发生装置收集装置装置示意图应用要求固体与固体反应需加热固体与液体反应，不用加热密度比空气大，且不与空气中的物质反应密度比空气小，且与空气中的物质反应难溶于小，不与水反应√二氧化碳的工业制法少量的二氧化碳可采用实验室方法制取，较多的二氧化碳的制取，采取的是工业制法——高温煅烧石灰石，发生化学反应：CaCO3CaO+CO2。这是工业上制取生石灰(氧化钙CaO)的原理，同时得到副产品二氧化碳。知识点6二氧化碳的用途及自然界中的碳循环二氧化碳的用途二氧化碳可用来灭火。因为一般情况下，二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，并且密度比空气大，它可以覆盖在可燃物的表面，隔绝空气。固态的：二氧化碳——干冰，可用作制冷剂和用于人工降雨。因为干冰升华时吸热。(3)二氧化碳作气体肥料，可促进植物的光合作用，提高农作物产量。CO2+H2O有机物+O2(4)二氧化碳是—种化工原料，可用于制造汽水、纯碱、化肥等。√二氧化碳对人类的影响——温室效应(1)温室效应。大气层中的二氧化碳及水蒸气等就像温室的玻璃一样，让阳光可以透过，又能吸收地表的红外线辐射，阻止地表热量向外散发，起了保温作用，因此人们称为“温室效应”。(2)能产生温室效应的气体。二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氟氯代烷等。(3)温室效应产生的危害。①会导致两极冰川融化，海平面升高，淹没沿海的一些城市。②引起气候反常，土地变成沙漠。③使生态环境变坏，生物物种减少。人类健康受到危害。(4)防止温室效应的措施。由于工业的高速发展，大量使用含碳的化石燃料，排入大气中的二氧化碳含量迅猛增加，又由于能吸收二氧化碳以进行光合作用的森林却囚天灾和被乩砍滥伐而不断减少，因此大气中二氧化碳的含量明显增加。为了保护人类赖以生存的环境，我们应该共同采取措施防止“温室效应”的进—步增强。例如，减少使用煤、石油、天然气等化石燃料；更多地利用太阳能、风能、地热能等清洁能源；大力植树造林，严禁乱砍滥伐等。√自然界中的碳循环自然界中碳循环的基本过程是：大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物吸收，然后通过生物或地质过程以及人类活动，又以二氧化碳的形式返回大气中。课堂检测国际冰川专家指出：喜马拉雅山的冰川正在逐渐消融，造成冰川融化的主要原因是“温室效应”，而与“温室效应”密切相关的气体是()A．N2B．O2C．COD．CO2人工降雨的奥妙是用飞机从高空撒“干冰”，它能使空气中的冷凝，变成降下。在摄影棚里也常用“干冰”，使人们看到云雾缭绕的幻境，这是利用“干冰”升华时。根据下列物质的用途，写出其对应的性质。(1)用活性炭作冰箱的去味剂或用于防毒面具中：。(2)用石墨作干电池的电极：。(3)用焦炭冶炼金属：。(4)用玻璃刀上镶的金刚石来切割玻璃：。(5)用墨书写或绘制字画：。4.下列关于C60的说法中，正确的是()A．它是一种新型的碳的化合物B．它是一种新型的单质C.它是由碳原子直接构成的D．它的相对分子质量是605.下列有关碳的化学性质的叙述中，正确的是()A．只有可燃性B．只有还原性C．既有可燃性，又有还原性D．碳燃烧的产物只有二氧化碳6.按体积计算，人体吸入的空中CO2约占％，呼出的气体中CO2约占4％，向滴有紫色石蕊试液的试管中，连续吹气，溶液呈色，此过程体现的CO2的性质是。把此试管稍加热，溶液颜色由色变成色。是因为。．整个过程发生反应的化学方程式是，。7.某校化学课外活动小组的同学设计了一个验证一氧化碳性质并带有一定趣味性的实验，效果明显。实验装置如图；5—12所示，当打开开关a、b(同时在尖嘴处放—火源)，通入适量的一氧化碳后。关闭a和b，并撤掉火源，约10min～15min后，可观察到A中的鱼仍活着，B中的青蛙死亡，C中暗红色的血液变成鲜红色．然后打开开关b，同时在尖嘴处将尾气点燃。试回答：A中结果说明。B中结果说明。(3)C中结果说明。(4)在尖嘴处点燃尾气的目的是。8.实验室用一氧化碳还原氧化铜的装置如图5-13所示，回答下列问题：(1)在加热氧化铜前先通一会儿一氧化碳，这是为了.。(2)在A处观察到的现象是，反应的化学方程式为；在B处观察到的现象是，说明A处有生成。(3)在C处观察到的现象是，点燃尾气的目的是，反应的化学方程式为。(4)实验结束时先撤去酒精灯①，继续通入一氧化碳—直到玻璃管冷却，其目的是。体验中考1.(2022·杭州)图5—25是甲、乙两种物质的结构示意图，图中小球均代表碳原子．这两种物质在氧气中完全燃烧后的产物都是二氧化碳，但它们的物理性质却明显不同，如导电性、硬度等．据此，下列说法错误的是()甲、乙两种物质中的碳原子大小相同甲、乙两种物质都是碳单质C．甲、乙两种物质中原子的空间排列方式不同D．将甲、乙两种物质混合后得到的是纯净物2.(2022·丹东)据《焦点访谈》报道，2022年5月22日，北京市有多家居民发生煤气中毒事件，造成人员伤亡。请回答问题：(1)煤气的主要成分是什么?(2)煤气中毒的原理是什么?(3)据民警调查，居民发生煤气中毒多数是由于使用了“土暖气”(即在室内用煤炉取暖)。在使用煤炉取暖