高中化学-碳及其重要化合物知识详解

一、碳单质1.碳原子的结构及碳元素的存在：C元素原子结构示意图：

，在自然界以化合态和游离态形式存在。2.常见碳单质的结构和物理性质常见的碳单质有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯、碳纳米管等，它们互为同素异形体。3.碳单质化学性质a．与O2的反应(用化学方程式表示)：①O2不足：2C＋O22CO②O2充足：C＋O2CO2。b．与氧化物反应(用化学方程式表示)：①与CuO反应：2CuO＋C2Cu＋CO2↑；②与Fe2O3反应：Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑；③与CO2反应：CO2＋C2CO；④与水蒸气反应：C＋H2O(g)CO＋H2(制水煤气)；⑤与SiO2反应：SiO2＋2CSi＋2CO↑(制粗硅)；SiO2＋3CSiC＋2CO↑(制金刚砂)c．与强氧化性酸反应①与浓硫酸反应：C＋2H2SO4(浓)CO2↑＋2SO2↑＋2H2O。②与浓硝酸反应：C＋4HNO3(浓)CO2↑＋4NO2↑＋2H2O。4.碳单质的用途：①金刚石结构坚硬，作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等；②石墨的细鳞片状结构质软、导电性、滑腻性、耐高温

铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚；③木炭和活性炭的疏松多孔的结构吸附性吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等；④作燃料，用于家庭取暖、做饭等；⑤作还原剂：冶炼金属，如冶炼金属铜、铁等。二、碳的氧化物CO和CO21.碳的氧化物的物理性质色态味密度(比空气)水溶性毒性相互转化CO无色、无味、气体小难溶有(易结合血红蛋白)CO2大能溶无(温室效应)2.碳的氧化物的化学性质①CO具有较强的还原性，可以与O2、金属氧化物等发生反应。如与Fe2O3反应：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。②CO2是典型的酸性氧化物，也具有氧化性。a.酸性氧化物①与水反应：CO2＋H2OH2CO3②与碱反应：CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；CO2足量：CO2＋NaOH===NaHCO3③与碱性氧化物反应：CO2＋CaO=CaCO3④与Ca(ClO)2盐溶液反应：Ca(ClO)2＋CO2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO（CO2少量）；Ca(ClO)2＋2CO2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO（CO2过量）；b.氧化性①与C反应：CO2＋C2CO；②与Mg反应：2Mg＋CO22MgO＋C【特别提醒】溶液中通入CO2气体产生沉淀的问题：向BaCl2或CaCl2溶液中通入CO2气体，由于盐酸的酸性比碳酸的强，不会产生BaCO3或CaCO3沉淀。3.CO、CO2气体的除杂方法CO中混有CO2通过盛有NaOH溶液的洗气瓶，然后干燥气体CO2中混有CO通过盛有灼热CuO的硬质玻璃管CO2中混有O2通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管CO2中混有少量SO2通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液的洗气瓶，然后干燥气体CO2中混有少量HCl通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶，然后干燥气体【易错提醒】①澄清石灰水只用于检验CO2，不能用于除去混合气体中的CO2，应用NaOH溶液除去；②CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液均无沉淀产生。三、碳酸和碳酸盐1.碳酸二元弱酸、不稳定，常用CO2＋H2O代替H2CO3，但酸性比苯酚、次氯酸强。2.碳酸的正盐和酸式盐的比较正盐酸式盐溶解性只有钾、钠、铵盐可溶一般都可溶热稳定性正盐＞酸式盐溶液pH同浓度：正盐＞酸式盐相互转化四、碳元素在自然界中的循环1.CO2的主要来源：大量含碳燃料的燃烧。2.自然界消耗CO2的主要反应：a．溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3；b．光合作用将CO2转化为O2；c．岩石的风化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。五、CO2与碱、盐溶液的反应规律1、与碱溶液的反应(1)反应原理(2)反应后溶质成分的判断也可用数轴来表示：①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO2、与盐溶液的反应(1)CO2与盐溶液的常见反应碳酸是一种弱酸，其酸性比盐酸、醋酸要弱，因此，盐酸、醋酸能与碳酸盐反应；其酸性又比硅酸、次氯酸、苯酚、偏铝酸等强，因此，将CO2气体通入Na2SiO3、NaClO、、NaAlO2等盐溶液中，均能发生反应而生成相应的弱酸和碳酸(氢)盐，这就是“强酸制弱酸”原理的应用。如：①CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3②CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3或CO2＋Na2SiO3＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H2SiO3↓＋2NaHCO3③CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO当CO2过量时，发生反应如下：2CO2＋Ca(ClO)2＋2H2O===Ca(HCO3)2＋2HClO④CO2＋＋H2O―→＋NaHCO3⑤CO2＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3(CO2过量时)CO2＋2NaAlO2＋3H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3(CO2少量时)(2)注意事项①“强酸制弱酸”是一个重要的化学反应规律，但不可认为弱酸就不能“制取”强酸。在某些条件下，当弱酸的酸根阴离子被沉淀或被氧化后，H＋就被“释放”出来，从而生成了强酸。如将H2S通入CuSO4溶液中或向氢硫酸中滴加氯水，均由氢硫酸这种弱酸生成了强酸：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4(S2－与Cu2＋结合成难溶的CuS)，H2S＋Cl2===S↓＋2HCl(S2－被氧化)。②CO2与溶液反应的产物与CO2的用量无