中考化学专题《碳和碳的氧化物》知识要点+典型例题.pdf

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1、1【精品】中考化学解题宝典专题专题 7 7 碳和碳的氧化物碳和碳的氧化物碳的性质知识要点碳的性质知识要点一、碳的分类一、碳的分类1.单质碳的种类单质碳根据碳原子排列不同分为金刚石、石墨和无定形碳;名称金刚石石墨C60外观纯净的金刚石是一种无色透明、正八面体形状的晶体;经琢磨能折射,散射光线;石墨是一种深灰色有金属光泽不透明的细鳞片状固体,有滑腻感.分子形似足球状.硬度天然存在的最硬的物质质软质脆熔点及导电性熔点高;是电的不良导体;不溶于任何通常用的溶剂中;熔点高;是电的良导体;不溶于水和一般的溶剂;用途装饰品、钻头、玻璃刀等电极、铅笔芯、润滑剂,坩埚等 制备新材料、新配件、医学金刚石和石墨是同

2、素异形体;2.无定形碳生活中用到的木炭(活性炭、炭黑、焦炭)主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的,它有疏松多孔的结构,具有吸附作用,属于物理变化.易错点易错点:无定形碳种类繁多,含有杂质,不能说和金刚石是同素异形体;二、碳的化学性质二、碳的化学性质常温下,碳的化学性质不活泼,随着温度的升高,活动性增强,在高温下碳能与多种物质起反应;1.与氧气反应碳的各种单质均能在空气中燃烧,因条件不同产物而异;方程式:O2 充足时,C+O2CO2;O2 不充足时,2C+O22CO;2.与其它非金属反应 红热的木炭与硫的蒸气反应,生成易挥发的无色液体二硫化碳,C+2SCS2;3.还原性2 一定条件下碳可以与多

3、种氧化物反应,夺取含氧化合物中的氧,有还原性,是冶金工业的重要还原剂;碳与 CuO、Fe2O3 反应,2CuO+C2Cu+CO2;2Fe2O3+3C4Fe+3CO2;碳与 CO2 反应,C+CO22CO;碳的氧化物知识要点碳的氧化物知识要点一、一氧化碳的性质一、一氧化碳的性质一氧化碳是无色、无味、有毒的气体,在标准状况下密度是 1.250gL,难溶于水;可燃性:一氧化碳可在空气中燃烧,发出蓝色火焰,产物是二氧化碳,方程式,2CO+O22CO2;还原性:一氧化碳能夺取含氧化合物中的氧,有还原性;与 CuO 反应生成铜和二氧化碳,方程式为,CuO+COCu+CO2;与 Fe2O3 反应(炼铁炉里的

4、反应),方程式为,Fe2O3+3CO2Fe+3CO2;CO 具有毒性,吸进肺里极易与血液中的血红蛋白化合,使人因缺氧而死亡,俗称煤气中毒;二、二、CO2CO2 的性质和用途的性质和用途1.CO2CO2 的性质的性质二氧化碳是大气中含量最多的温室气体,通常为无色无味的气体,能溶于水,在加压降温条件下可变为无色液体、雪状固体即干冰;二氧化碳不燃烧,不支持燃烧,不供给呼吸,是生物呼吸作用的产物;二氧化碳是酸性氧化物,具有酸性氧化物的性质;与水反应生成碳酸,方程式 CO2+H2O=H2CO3;碳酸易分解 H2CO3=H2O+CO2碳酸可使石蕊试液由紫色变为红色,但由于碳酸不稳定,红色很快消失;与石灰水

5、(碱溶液)反应,生成白色沉淀,方程式为 CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O,这个反应常用于检验检验二氧化碳;吸收二氧化碳应用足量石灰水或氢氧化钠溶液;二氧化碳与氢氧化钠反应,方程式为 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O;2.2.二氧化碳的制法二氧化碳的制法实验室制法:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2 工业制法:高温下煅烧石灰石制取生石灰时的副产品是二氧化碳,方程式 CaCO3CaO+CO2验满方法:将燃着的木条放在集气瓶口,若木条熄灭,则二氧化碳已收集满3.3.常见碳的化合物常见碳的化合物大理石、石灰石的主要成分是碳酸钙;碳酸钙是白色固体,不溶于水;碳酸钙高温煅烧

6、生产生石灰(氧化钙);碳酸钙是由钙离子(Ca2+)和碳酸根(CO32-)离子构成的化合物,与酸反应产生使石灰水变浑浊的气体二氧3 化碳,这是鉴定碳酸根离子的最简便的方法;方程式:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2,Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO24.碳酸氢钙和溶洞石灰岩层里的不溶性碳酸钙和溶有二氧化碳的水作用能转化成碳酸氢钙,溶有碳酸氢钙的水也可析出碳酸钙,这就是溶洞的形成原因;方程式:CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+CO2;水壶里的水垢主要成分也是 CaCO3,用醋酸可除去;5.5.纯碱工艺纯碱工艺(侯

7、氏制碱法侯氏制碱法)根据氨碱法用食盐制纯碱的反应原理是:(1)NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl (2)2NaHCO3 Na2CO3+CO2+H2O易错点易错点:碳酸钙和碳酸氢钙能相互转换;生石灰和消石灰不同;CO2 是酸性氧化物,但不是形成酸雨的气体.典型例题典型例题【例例1 1】碳和碳的化合物都是非常重要的物质.(1)碳原子的结构示意为 ,碳原子的核电荷数为 .(2)碳的单质有多种,具有下列结构的碳单质中,由分子构成的是 .图 1-32(3)上海世博会体现的“低碳”亮点主要是降低了 气体的排放.解析解析:(1)原子的核电荷数等于原子的核外电子数,由图可知,碳原子的核

8、电荷数为 6;(2)C60是 60 个原子构成的分子结构,分子之间相对独立,没有共用电子对;金刚石和石墨是原子结构,各个原子之间都存在共用电子对;所以只有 C60 由分子构成;(3)低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式,尽量减少使用化石燃料,降低碳(CO2)的排放.答案答案:(1)6(2)C(3)CO2(或二氧化碳)点拨点拨:分子的结构是独立结构,分子之间不存在共用电子,这是分析本题的关键.【例例 2】2】据报道,科学家已经研制出世界上最薄的材料碳膜片,其厚度只有一根头发的二十万分之一.如右图所示,这种碳膜片形状如蜂巢,是由碳原子构成的六边形单元向外延展而成,下列有关碳膜片的说法

9、中,正确的是 +62 44 图 1-33A.碳膜片属于单质 B.碳膜片与 C60是同一种物质C.碳膜片属于人工合成的有机高分子材料 D.碳膜片在氧气中完全燃烧的产物和碳在氧气中完全燃烧的产物不同解析解析:碳膜片是只含有一种元素的纯净物,因此是单质,所以 A 选项正确;碳膜片与 C60结构不同,不是同一种物质,属于同素异形体,所以 B 选项错误;有机高分子材料都是由碳的化合物聚合而成,而碳膜片不是,所以 C 选项错误;碳单质在氧气中完全燃烧的产物都是 CO2,所以 D 选项错误.答案答案:A点拨点拨:只有一种元素组成的物质不一定是纯净物,还必须结构相同.【例例 3 3】2009 年世界气候大会在

10、丹麦首都哥本哈根举行.中国承诺:到 2020 年单位国内生产总值所排放的二氧化碳比 2005 年下降 4045.充分展示了中国谋发展、促合作、负责任 的大国形象.(1)近年来科学家正致力于减少大气中二氧化碳含量的研究:将空气中的 CO2压缩后贮藏于冰冷的深海.但有科学家担心这样做会增加海水的酸度,导致海洋生物死亡.CO2使海水酸度增加的原因是 (用化学方程式表示).将过多的 CO2和氢气在催化剂和加热的条件下反应,转化为水和甲烷.这个反应的化学方程式是 .将工业上产生的 CO2进行收集、处理,作工业原料,如用作氨碱法制纯碱的原料.CO2与饱和氨盐水制取碳酸氢钠的化学方程式是 .(2)开发和利用

11、清洁而高效的新能源替代传统能源:氢气是未来最理想的能源,理想的制氢方法是 .开发太阳能、风能、海水热能等能源.目前,烟台太阳能热水器的应用达到总户数的 48以上;风电装机容量已达到 374 千瓦,居全省第一;并正在尝试利用海水热能来取暖.这些新能源的利用,除了能减少 CO2的排放外,还有哪些好处?.(请列举一条)(3)节能减排:某集团成功利用秸秆造出板材,它的意义在于 .日常生活中你有哪些做法能直接或间接降低碳排放?.(请列举一条)解析解析:(1)CO2 与水反应生成碳酸,碳酸也是一种弱酸,因此可使海水酸度增加;CO2 与 H2 通过催化剂和加热生成 CH4 和 H2O,可写出方程式;CO2

12、与 NaCl、NH3、H2O 反应生成 NaHCO3 和 NH4Cl,氨碱法制纯碱的公式就是利用 NaHCO3 溶解度小可析出的性质;5(2)利用太阳能制氢气是最节能环保的做法,因为这样不会生成 CO2,且不需要燃料或电能;开发新能源可节约化石燃料,降低污染;(3)利用秸秆造出板材,就地取材,减少对木材需求,有利于保护森林.答案答案:(1)CO2+H2O=H2CO3 CO2+4H2CH4+2H2ONaCl+NH3+H2O+CO2=NaHCO3+NH4Cl(2)利用太阳能分解水制氢气 节约煤、石油等不可再生的能源(或降低对环境的污染等其它合理答案也可)(3)减少对森林的砍伐(或减少环境污染等)双

13、面使用纸张(步行或骑自行车上学、随手关灯等)点拨点拨:酸性氧化物与水都能生产酸;低碳生活的要求:远离一次性用品,乘坐公共交通等【例例 4】4】某无色混合气体中,可能含有 H2、N2、CO、CO2、HCl 中的几种,现将该气体经下列处理(假设每步反应或作用都是完全的).图 1-34请回答下列问题:(1)通过澄清石灰水时,无沉淀但气体体积明显减少,说明原混合气体中一定含有_.(2)通过无水硫酸铜变蓝,说明原混合气体中一定含有 .解析解析:(1)H2、N2、CO 都不溶于水,通过澄清石灰水时气体体积减少但无沉淀生成,说明原混合气体中可能CO2 和 HCl 同时存在,或只有 HCl 气体,因此一定有

14、HCl;(2)CuSO4 遇水变蓝是典型性质,由于浓硫酸已除去前面步骤的水分,无水 CuSO4 变蓝说明经过灼热 CuO 后有水生成,因此混合气体一定有 H2;答案答案:(1)HCl (2)H2 点拨点拨:无水硫酸铜是检验水分的典型物质.【例例 5】5】完成下列各题:(1)已知由 Cu 到 Cu(OH)2可经三步转化:CuCuOCuSO4Cu(OH)2.而 Al 经两步反应可得到 Al(OH)3,写出6 其转化反应的化学方程式(其它反应物自定):_.(2)初中学过得到 CO2的化学反应有多种,可由四种基本反应类型的反应得到 CO2.已知:Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2CO3(H2

15、CO3不稳定,分解直接得到 CO2),该反应属于基本反应类型中的_反应;由化合反应得到 CO2,写出其反应的化学方程式之一:_由分解反应得到 CO2,写出其反应的化学方程式之一:_由置换反应得到 CO2,写出其反应的化学方程式之一:_解析解析:(1)Al 的化学性质比较活泼,能直接与酸反应生成盐,盐溶液与可溶性碱反应就可以得到 Al(OH)3,省掉一步;具体方程式为:铝与稀硫酸反应生成硫酸铝,硫酸铝与烧碱反应生成氢氧化铝;(2)根据方程式,Na2CO3 与 H2SO4反应生成 Na2SO4 和 H2CO3只是离子的交换,所以属于复分解反应;碳与氧气通过化合反应可生成 CO2,碳酸、碳酸钙和碳酸

16、氢钠通过分解反应都能分解成 CO2,C 还原 CuO 属于置换反应,也可以生成 CO2.答案答案:(1)2Al+3 H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 Al2(SO4)3+6NaOH=2Al(OH)3+3 Na2SO4(2)复分解反应 C+O2 点燃 CO2 H2CO3 CO2+H2O C+2CuO 2Cu+CO2 点拨点拨:C 单质和 CO 都有还原性,单质 C 能置换出不活泼金属7 本节强化练习本节强化练习1 1、碳在地壳中的含量不高,但它的化合物数量众多,而且分布极广.图 1-35根据所学知识回答:(1)图为碳原子的结构示意图,碳原子最外层电子数为 ,常温下碳的化学性质 ,(填“活泼

17、”或“不活泼”).(2)图、对应三种碳单质:图单质的名称是 ,图单质的名称是 ,图单质的化学式是 .(3)C 为+4 价,Cl 为-1 价,由 C 和 Cl 组成的化合物的化学式为 .1 1、解析、解析:(1)由图可知,碳原子最外层电子数为 4;常温下碳与其它物质一般不反应,所以化学性质不活泼;(2)金刚石是正八面体结构,石墨是网状结构,C60 是球状结构;因此据图可知单质是金刚石,单质是石墨,单质是 C60;(3)化合物分子中正负化合价之和为 0,由于 C 为+4 价,Cl为-1 价,因此一个 C 原子需要 4 个 Cl 原子,负价元素写在后面,所以化学式为 CCl4.答案答案:(1)4 不

18、活泼 (2)金刚石 石墨 C60 (3)CCl42 2、用作牙膏摩擦剂的轻质碳酸钙可以用矿石 A 来制备,某化学兴趣小组设计了 2 种转化流程,如下图所示.图 1-36 已知:a二氧化碳持续通入氢氧化钙溶液发生如下反应:CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O,CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2;b碳酸氢钙微溶于水,微热易分解:Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2;微热8 c生石灰与水充分反应后可得到颗粒非常细小的熟石灰浆.试填空.(1)小王主张用流程、和操作的设计,认为其工艺简单.请写出反应和的化学方程式:;操作包括 等工序.(2)制轻质碳酸钙时,D 为 (选填“悬浊

19、液”或“溶液”或“乳浊液”),理由是:(3)小李认为流程、和操作 I 比小王的主张更好,其理由是:.操作 I 包括搅拌和微热等工序.2 2、解析、解析:(1)根据题意,矿石 A 需要煅烧才能生成 CO2 和 CaO,因此矿石 A 主要成分是碳酸钙,反应是CaCO3 的分解反应,反应是碳酸钠和石灰水的反应;分离出碳酸钙沉淀需要过滤操作,所以操作包括搅拌过滤等工序;(2)氢氧化钙在水中溶解度太小,因此需要制成悬浊液进行反应,提高效率,故 D 选悬浊液;(3)流程、充分利用生成物 CO2 和 CaO,更经济实用,也有利于回收 CO2,节能减排,所以小李的主张更好;答案答案:(1)CaCO3 高温 C

20、aO+CO2 Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO 3+2NaOH;搅拌过滤(2)悬浊液 澄清石灰水中氢氧化钙浓度太小,生产效率很低.(3)利用产生的二氧化碳比另加碳酸钠溶液更经济,生产成本更低.若产生的二氧化碳不回收直接排放,不利于“节能减排”.3 3、酸雨给人类生活和社会发展带来了严重危害.汽车尾气是导致酸雨的重要原因,为减少有害气体的排放,人们在汽车排气管上安装“催化转化器”,使尾气中的一氧化碳和一氧化氮转化为空气中体积分数最多的气体和 CO2.回答下列问题:(1)写出转化的化学方程式:.(2)化学反应中,元素的化合价升高,则该元素所在的反应物是还原剂,反之则为氧化剂.那么上述反应中的

21、NO 是 剂.(3)上述反应产生的 CO2大量排放会导致 ,植树造林、低碳环保刻不容缓.(4)实验室,若要充分吸收大量的 CO2,下列试剂中最合适的是 .来 A、水 B、澄清石灰水 C、饱和氢氧化钠溶液 3 3、解析、解析:(1)空气中体积分数最多的气体是氮气,因此 CO 与 NO 反应生成 N2 和 CO2,可写出化学方程式,再进9 行配平;(2)反应的 NO 中 N 元素的化合价从+2 变成 0,化合价降低,根据题意,所以 NO 是氧化剂;(3)CO2大量排放会导致温室效应;(4)CO2 在水中溶解度小,澄清石灰水中溶质过少吸收有限,因此氢氧化钠溶液是吸收大量的 CO2最好的溶液,所以选

22、C;答案答案:(1)2CO+2NO 催化剂 N2+2CO2 (2)氧化 (3)温室效应 (4)C 4 4、工业上用“碳捕捉”技术将 CO 和 CO2混合气体的 CO2捕捉并回收 CO,其基本过程如下图所示(部分条件及物质示未标出):图 1-37(1)反应分离出的 CO2可制成干冰,干冰常用于 ;(2)反应在“反应分离室”内进行.将 NaOH 和 CaCO3分离的操作是 ;(3)“捕捉室”中发生反应的化学方程式为 ;(4)下列有关该捕捉过程的叙述正确的有 .A.捕捉到的 CO2可制备其它化工产品,减少了温室气体排放 B.“反应分离室”中的反应要吸收大量热 C.整个过程中,只有一种物质可循环利用

23、D.能耗大是该捕捉技术的一大缺点4 4、解析、解析:(1)干冰是固体 CO2,熔化时可吸热降温,常用于人工降雨;(2)溶液中 CaCO3是沉淀而 NaOH 是可溶物,因此可以用过滤操作进行分离;(3)CaO 与水生成 Ca(OH)2,Ca(OH)2 只有与 Na2CO3 反应才能生成 CaCO3和 NaOH,因此 X 溶液是碳酸钠溶液,可写出化学方程式;(4)CO2 气体是温室气体,对其捕捉可减少温室气体排放,故 A 选项正确;生石灰与水反应大量放热,所以反应分离室里不需吸收热,B 选项错误;由流程图,CaO 和 NaOH 两种物质都参与循环利用,C 选项错误;由于碳酸钙分解需要高温,因此能耗较大,D 选项正确;答案答案:10(1)人工降雨(2)过滤(3)CO2 +2NaOH Na2CO3 +H2O(4)A、D