专题十一 碳和碳的氧化物（解析版）

专题十一碳和碳的氧化物【知识归纳】一、碳的几种单质1.金刚石和石墨：金刚石（C）石墨（C）外观无色透明正八面体状晶体深灰色鳞片状固体硬度自然界中最硬的物质是最软的矿物之导电性无良好用途制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。制铅笔芯、干电池的电极、润滑剂等。2.无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成。主要有焦炭、木炭、活性炭、炭黑等。活性炭、木炭具有强烈的吸附性，焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。3.其他碳单质:①C60分:是一种由60个碳原构成的分。它形似足球,这种足球结构的碳分很稳定。②碳纳米管:由碳原构成的管状大分。4.金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是:碳原的排列方式不同。CO和CO2的化学性质有很大差异的原因是:分的构成不同。二、单质碳的化学性质

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!1.常温下化学性质不活泼碳原的最外层有4个电，既不容易得电，也不容易失去电，因此常温下碳的化学性质比较稳定。【用途】档案材料一般用碳素墨水书写、古代书画历经百年也安然无恙、木质电线杆埋入地下部分用火烧焦可防腐。2.可燃性:（反应物的量不同，产物不同）完全燃烧(氧气充足),生成CO2:

C+O2CO2不完全燃烧(氧气不充足),生成CO：2C+O22CO

【用途】用作燃料。3.还原性：C+2CuO2Cu+CO2↑

（置换反应）

【实验现象】：黑色粉末逐渐变成光亮红色，石灰水变浑浊。【氧化还原反应】：碳具有还原性，被氧化；氧化铜具有氧化性，被还原。【用途】：冶金工业【注意事项】：①试管口略向下倾斜防止冷凝水倒流引起试管的炸裂；②实验完毕先撤导管再撤酒精灯防止澄清石灰水倒吸引起试管的炸裂；③当试管冷却后再倒出固体观察现象，防止铜重新被氧化；④碳单质作还原剂一般需要大量的热，属于吸热反应，因此反应条件一般要写高温。2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑三、二氧化碳的制法

1.反应原理：用石灰石和稀盐酸反应，CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑【注意】：①不用稀硫酸代替稀盐酸，因为稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，附着在大理石表面,阻碍了反应的进行。②不用碳酸钠或碳酸钙粉末代替大理石，因为碳酸钠或碳酸钙粉末与稀盐酸反应的速率过快,不利于气体的收集。③不用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸具有挥发性,挥发出HCl气体,使制得的气体不纯。2.发生装置：（固液常温型）

①②③【注意事项】（1）①简单装置②便于添加液体③可以控制反应速率（2）长颈漏斗必须伸到液面以下，防止气体从长颈漏斗逸出。（3）导气管刚刚露出橡皮塞便于气体导出。3.实验步骤：查:连接仪器,检查装置的气密性；装:将大理石(或石灰石)装人锥形瓶内,塞紧橡胶塞；加:由长颈漏斗中加入稀盐酸；收:收集气体。4.收集方法：二氧化碳密度比空气大，能溶于水。只能用向上排空气法5.验证方法：将气体通入澄清的石灰水，如澄清石灰水变浑浊，则是二氧化碳。6.验满方法：用燃着的木条，放在集气瓶口，木条熄灭。证明已集满二氧化碳气体。【小结】：实验室制取气体的一般思路和装置的选择：1.一般思路:选择药品→确定反应原理→选择实验装置(发生装置和收集装置)→设计实验→确定收集方法、检验方法、验满方法。2.装置的选择：（1）发生装置的选择依据:反应物的状态和反应条件。固固加热型固液常温型（2）收集装置的选择依据:气体的密度和溶解性。①排空气法:操作简单,收集到的气体比较干燥但不纯净。【适用范围】：无毒无害,不与空气中的任何成分发生反应,密度比空气大的气体(如O2、CO2)用向上排空气法收集；密度比空气小的气体(如H2)用向下排空气法收集。②排水法:收集的气体纯净,但不干燥。【适用范围】：用于收集难溶或不易溶于水，且不与水反应的气体。【注意】：当导管口有连续均匀气泡冒出时再收集；用加热装置制取气体时，实验结束后要先从水槽中取出导管再熄灭酒精灯，以防止水倒流造成试管炸裂。三、二氧化碳的性质1.物理性质：无色、无味的气体；密度比空气大；能溶于水,高压低温下可得固体—干冰。2.化学性质:（1)一般情况下不能燃烧,也不支持燃烧，不能供给呼吸。【实验现象】：下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。【结论】：二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，密度比空气的大（2)与水反应生成碳酸：【实验现象】:Ⅰ纸花变红；Ⅱ纸花不变色；Ⅲ纸花不变色；IV纸花变红,再烘干第四朵纸花,纸花由红色又变为紫色。【实验结论】：CO2+H2O==H2CO3

二氧化碳与水反应，生成的碳酸能使紫色的石蕊试液变红；H2CO3==H2O+CO2↑

碳酸不稳定,易分解使红色石蕊溶液又变成紫色。（3)能使澄清的石灰水变浑浊：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O。本反应用于检验二氧化碳。（4）与灼热的碳反应：

C+CO22CO（吸热反应，既是化合反应又是氧化还原反应，CO2是氧化剂，C是还原剂）3.用途：（1）灭火（灭火器原理：Na2CO3+2HCl==2NaCl+H2O+CO2↑）既利用物理性质，又利用其化学性质。（2）干冰用于人工降雨、制冷剂（3）温室肥料。

4.二氧化碳对生活和环境的影响：（1）二氧化碳本身没有毒性,但二氧化碳不能供给呼吸。进入久未开启的菜窖、干涸的深井或深洞底部前,应进行灯火试验。（2）过多排放引起温室效应。

四、一氧化碳

1.物理性质：无色、无味的气体；密度比空气略小；难溶于水。

3.化学性质：（H2、CO、C具有相似的化学性质：①可燃性；②还原性）（1）可燃性：2CO+O22CO2

（可燃性气体点燃前一定要检验纯度）【实验现象】：发出蓝色火焰；放出热量。【注意】：H2燃烧：发出淡蓝色的火焰。CH4燃烧：发出明亮的蓝色火焰。鉴别H2、CO、CH4可燃性的气体方法是看燃烧产物（不可根据火焰颜色）。（水煤气：H2与CO的混合气体

C+H2O

H2

+CO）【用途】作燃料。Δ（2）还原性：ΔCO+CuO=Cu+CO2

（非置换反应）

【实验现象】：黑色的固体逐渐变成光亮红色，石灰水变浑浊。

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2【实验现象】：红棕色粉末逐渐变成黑色，石灰水变浑浊。【实验注意事项】：①先通一会儿一氧化碳再加热，排净玻璃管内的空气防止爆炸。②实验结束后应先停止加热，再停止通一氧化碳气体，以防铜重新被氧化。③实验必须进行尾气处理，防止一氧化碳排放到空气中污染空气。【用途】：冶金工业3.毒性：吸进肺里与血液中的血红蛋白结合，使人体缺少氧气而中毒。（化学变化）【注意事项】：①如果发现有人煤气中毒，首先打开门窗通风换气，将患者抬到室外，拨打120。②煤气中常加入有特殊气味的乙硫醇，可提示煤气是否泄漏。③当你回到家，发现煤气(主要成分CO)泄漏，关闭煤气总阀门，迅速打开门窗，不能开灯，不能打开抽油烟机和排风扇,不能点火，不能在室内拨打电话等。【专题突破】基础性习题：1.我国古代某些画家、书法家用墨（用炭黑等制成）绘制或书写的字画能够保存至今而不变色的原因是（）A.碳在常温下化学性质不活泼B.炭黑具有很强的吸附能力C.部分炭黑转变成了更稳定的物质D.碳单质不溶于水【解析】A.用墨（用炭黑等制成）绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，是因为碳在常温下化学性质不活泼；B.用墨（用炭黑等制成）绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，是因为碳在常温下化学性质不活泼，和吸附能力无关；C.绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，是因为碳在常温下化学性质不活泼，比较稳定；D.绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，是因为碳在常温下化学性质不活泼，和溶解性无关。【答案】A2.下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球代表碳原。下列说法不正确的是（）A.原的排列方式改变，则构成的物质种类改变B.相同元素组成的不同物质，在足量的氧气中完全燃烧，产物相同C.相同元素组成的不同物质，化学性质相同D.在特定的条件下，石墨既可转化为金刚石，也可转化为C60【解析】A.金刚石和石墨的区别在于碳原的排列方式不同。原的排列方式改变，则构成的物质种类改变；B.相同元素组成的不同物质，在足量的氧气中完全燃烧，产物相同；C.一氧化碳和二氧化碳都是由碳元素和氧元素组成的，但它们的化学性质不同；D.金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的，在特定的条件下，石墨既可转化为金刚石，也可转化为C60。【答案】C3.下列关于CO2的实验室制法及性质实验的说法不正确的是（）制CO2的药品B．发生装置C．收集装置D．比较CO2与空气的密度【解析】A.实验室制取二氧化碳的药品是大理石（或石灰石）和稀盐酸，不能用稀硫酸代替稀盐酸，原因是稀硫酸和碳酸钙生成硫酸钙微溶于水，阻止了反应的进一步发生；B.实验室制取二氧化碳的反应物是固体和液体、反应不需加热，发生装置应选择固-液常温型；C.二氧化碳的密度比空气大，可以用向上排空气法收集；D.该实验现象是下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭，结论是：二氧化碳密度比空气大；二氧化碳不燃烧、也不支持燃烧。【答案】A4.下列与碳和碳的氧化物有关的说法中，正确的是（）A．煤炉上放一盆水可防止CO中毒B．CO2能使紫色石蕊溶液变红，说明CO2显酸性C．CO和CO2化学性质不同的原因是分构成不同D．用墨绘制的古画经久不变色，说明碳不与任何物质反应【解析】A.一氧化碳难溶于水，煤炉上放一盆水不可防止CO中毒，不符合题意；B.二氧化碳能使紫色石蕊试液变红，是因为二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸显酸性，能使紫色石蕊试液变红，不是因为二氧化碳显酸性，不符合题意；C.一氧化碳由一氧化碳分构成，二氧化碳由二氧化碳分构成，分构成不同，化学性质不同，符合题意；D.用墨绘制的古画经久不变色，是因为常温下，碳的化学性质比较稳定，碳可与许多物质反应，碳在点燃的条件下可与氧气反应，在高温的条件下可与氧化铜、二氧化碳反应，不符合题意。【答案】C5.下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是（）A．都能导电 B．都是黑色固体C．硬度都很小 D．都由碳元素组成【解析】A.金刚石不能导电，石墨具有良好的导电性，不符合题意；B.石墨是灰黑色固体，金刚石是无色透明的固体，不符合题意；C.金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨是自然界中最软的物质之一，不符合题意；D.金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，符合题意。【答案】D6.关于二氧化碳的用途，下列说法错误的是（）A．灭火 B．生产汽水 C．气体肥料 D．供给呼吸【解析】A.二氧化碳密度比空气大，不能燃烧也不支持燃烧，可用于灭火，说法正确；B.二氧化碳与水反应生成碳酸，可用于生产汽水，说法正确；C.植物进行光合作用，吸收二氧化碳释放氧气，可用于气体肥料，说法正确；D.二氧化碳不能供给呼吸，说法错误；【答案】D7.实验室部分仪器或装置如图所示，请回答下列问题：（1）仪器b的名称是：b_____________。（2）上述装置中，可用于收集氢气的是_________（填仪器装置下方的字母，下同）。（3）若要组装一套实验室制取二氧化碳的装置，可选择图中的_______；检验二氧化碳是否收集满的方法是_________________________。（4）若用B装置制取氧气，则其化学方程式为______________________________。【解析】（1）仪器b的名称是锥形瓶；（2）氢气难溶于水，可以用排水集气法收集；氢气密度小于空气，可用向下排空气法收集；（3）实验室用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，故用B；二氧化碳密度重于空气而溶于水，因此收集用C不用E，故该空填BC；二氧化碳不支持燃烧，因此可用燃着的木条放在集气瓶口来验证二氧化碳是否收集满；（4）B装置是固液不加热型装置，用其制取氧气时，过氧化氢在二氧化锰催化下生成氧气和水，方程式为：。【答案】（1）锥形瓶；（2）D或E（D和E）；（3）BC；燃着的木条放在集气瓶口；（4）8.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位.(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原_________不同.(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有__________________的结构.(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是__________。(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5024C02+2H20，则R的化学式为_________________.【解析】（1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原排列方式不同，导致其结构不同，物理性质不同.(2)活性炭疏松多孔，故活性炭有较强的吸附能力.(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是碳素墨水的主要成分中有碳常温下碳的化学性质不活泼可以保存较长时间.(4)根据化学反应前后原的种类、数目不变，解答.原种类OCH反应前原个数1000反应后原个数10442R中原个数044故一个R分中含有2个碳原和2个氢原，化学式为C2H2.【答案】(1)排列方式(2)疏松多孔(3)常温下碳的化学性质不活泼(常温下碳的化学性质稳定，不答常温下不给分)(4)C2H2拓展性习题：1.下列有关碳和碳的化合物说法错误的是（）A.金刚石是天然存在的最硬的物质B.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质C.金刚石、石墨，物理性质有很大差异的原因是碳原排列方式不同D.二氧化碳、一氧化碳的组成元素相同，化学性质也相同【解析】A.金刚石硬度大，是天然存在的最硬的物质；B.金刚石、石墨、C60都是碳的单质，都是由碳元素组成的；C.金刚石、石墨，物理性质有很大差异，是因为碳原排列方式不同；D.二氧化碳、一氧化碳由分构成，但是分构成不同，分构成的物质，分是保持物质化学性质的最小粒，分构成不同化学性质也不同。【答案】D2.石墨烯是一种非常优良的纳米材料，由碳元素组成，化学性质和石墨相似，还具有超强导电、导热的性能。关于石墨烯的认识，错误的是（）A.可做散热材料B.是一种新型化合物C.常温下化学性质稳定D.可用作新型电池的电极【解析】A.石墨烯具有超强导热性能，故可以作散热材料，故A正确；B.石墨烯是碳元素组成的单质，故B错误；C.石墨烯是碳元素组成的单质，常温下化学性质稳定，故C正确；D.石墨烯具有超强导电性能，故可以作电极，故D正确。【答案】B3.对比是学习化学的重要方法。下列关于CO2与CO的比较中错误的是（）A．CO2可用于灭火，CO可用作燃料B．CO2能溶于水，CO难溶于水C．CO2可用于光合作用，CO可用于人工降雨D．CO2会造成温室效应，CO易与血液中的血红蛋白结合引起中毒【解析】A.二氧化碳不燃烧、也不支持燃烧，可用于灭火，一氧化碳具有可燃性，可用作燃料，不符合题意；B.二氧化碳能溶于水，一氧化碳难溶于水，说法正确，不符合题意；C.二氧化碳是光合作用的重要原料，干冰是固体二氧化碳，干冰升华吸热，可用于人工降雨，不是一氧化碳，符合题意；D.二氧化碳会造成温室效应，一氧化碳有毒，极易与血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能再与氧气结合，造成生物体缺氧，不符合题意。故选C。【答案】C4.按如图进行实验，下列分析或结论正确的是A．导管口刚有气泡冒出说明反应开始B．实验结束应立即倒出粉末C．木炭能使氧化铜还原为铜D．固体减少的质量一定等于生成二氧化碳质量【解析】A.试管中有空气，导管口刚有气泡冒出的是受热膨胀的空气，不能说明反应开始，不符合题意；B.实验结束应立即倒出粉末，此时产物铜的温度较高，容易和空气中的氧气发生反应，又产生黑色的氧化铜，所以要等固体冷却后才能倒出，不符合题意；C.木炭具有还原性，能夺取氧化铜中的氧元素，使氧化铜失去氧，变成单质铜，符合题意；D.根据质量守恒定律，固体减少的质量等于氧化铜中失去的氧元素的质量和参加反应的碳元素的质量的总和，反应中可能生成一氧化碳，所以固体减少的质量不一定等于生成二氧化碳质量，不符合题意。【答案】C5.对比是学习化学的重要方法，下列关于二氧化碳和一氧化碳的比较，完全正确的是（）A.组成：CO2、CO均由碳元素和氧元素组成B.性质：CO2、CO都有可燃性C.用途：CO2可用于灭火；CO可用于人工降雨D.危害：CO2会导致酸雨；CO会引起中毒【解析】A.一氧化碳和二氧化碳都是由碳元素和氧元素组成的，A正确；B.二氧化碳不能燃烧，一氧化碳具有可燃性，B错误；C.二氧化碳的固体干冰升华吸热，可用于人工降雨；一氧化碳可用作气体燃料、冶炼金属的还原剂等，但不能用于人工降雨，C错误；D.二氧化碳会造成“温室效应”，导致酸雨的是二氧化硫，D错误；故选A。【答案】A6.某兴趣小组同学设计并进行了如下图所示实验探究CO2的相关性质。为避免盐酸挥发出的HCl对实验的干扰，选用稀硫酸与碳酸钠反应制取CO2。（1）写出装置A中仪器a的名称_______。（2）实验中装置B内浓硫酸的作用是____。（3）对比装置C与D中的实验现象，观察到干花不变色，湿花变红色，可得出的结论（用化学方程式表达）______。（4）持续通入CO2，观察到装置E中的现象为_____________。（5）依据装置F中观察到点燃的蜡烛由低到高依次熄灭，可得出CO2的性质有_____________。【解析】（1）装置A中仪器a的名称是：分液漏斗；（2）浓硫酸具有吸水性，故可用于干燥气体；（3）碳酸钠与稀硫酸反应生成二氧化碳，将干燥的二氧化碳通入C中，干花不变色，通入D中，湿花变红，说明二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸显酸性，能使紫色石蕊试液变红，该反应的化学方程式为：；（4）持续通入二氧化碳，二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，故观察到装置E中的现象为：澄清石灰水变浑浊（或产生白色沉淀）；（5）装置F中观察到点燃的蜡烛由低到高依次熄灭，蜡烛熄灭，说明二氧化碳不燃烧，也不支持燃烧，蜡烛由低到高依次熄灭，说明二氧化碳的密度比空气大。【答案】（1）分液漏斗；（2）吸水（或干燥气体）；（3）；（4）澄清石灰水变浑浊（或产生白色沉淀）；（5）密度比空气大，不燃烧，也不支持燃烧7.下图是实验室中常见装置，回答下列问题。(1)仪器a的名称是__________________(2)用装置A进行实验时.首先应________________（填序号)①加药品

②加热③检查装置气密性(3)用A装置制取气体的不足之处是____________________________(4)若要收集干燥的C02，可将含有水蒸气的C02从装置B的______(填“m”成“n”)端导入，试剂X是________；再用装置______（填“C”或“D”或“E”)收集。(5)向集满C02的集气瓶中加入澄清石灰水，反应的化学方程式为______________【解析】（1）根据常见仪器的名称和用途可知：仪器a为反应容器的锥形瓶；（2）制取气体的装置为防止气体逸出，实验前应先检查装置气密性；（3）A装置进行实验，锥形瓶内添加固体药品，长颈漏斗添加液体药品，但不能随时控制反应的发生与停止；（4）干燥二氧化碳中的水蒸气可以用浓硫酸作为干燥剂，洗气时将含有水蒸气的C02从装置B的m端导入，然后