全程学习方略学高中化学 3.1.2 碳及其化合物间的转化(探究导学课型)课件 鲁科必修1.ppt
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1、第2课时 碳及其化合物间的转化1 1了解碳元素在自然界及生产、生活中的转化。了解碳元素在自然界及生产、生活中的转化。2 2能从原理上解释钟乳石、溶洞的形成,能用化学方程式表能从原理上解释钟乳石、溶洞的形成,能用化学方程式表示高炉炼铁、木炭燃烧过程中的相关反应。示高炉炼铁、木炭燃烧过程中的相关反应。3 3了解碳单质、碳的氧化物、碳酸正盐、碳酸酸式盐的性质了解碳单质、碳的氧化物、碳酸正盐、碳酸酸式盐的性质及转化关系。及转化关系。4 4通过了解通过了解COCO2 2排放对环境的影响,以增强环保意识。排放对环境的影响,以增强环保意识。1 1COCO与与COCO2 2的物理性质与化学性质。的物理性质与化
2、学性质。2 2C C与与COCO、COCO2 2之间的相互转化以及之间的相互转化以及Ca(OH)Ca(OH)2 2与与CaCOCaCO3 3、Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2之间的相互转化。之间的相互转化。一、自然界中碳及其化合物间的转化一、自然界中碳及其化合物间的转化1 1自然界中碳元素的转化自然界中碳元素的转化2 2活动探究活动探究模拟溶洞的模拟溶洞的“形成形成”实验操作实验操作 实验现象实验现象 澄清石灰水先变浑浊,后变澄清,加热时该溶澄清石灰水先变浑浊,后变澄清,加热时该溶液又变浑浊且产生无色气泡液又变浑浊且产生无色气泡 化学方程式化学方程式 Ca(OH)Ca(OH)2 2+CO
3、+CO2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O OCaCOCaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=Ca(HCOO=Ca(HCO3 3)2 2Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2 CaCO CaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O O=(1)(1)主要原料:主要原料:_。(2)(2)反应原理。反应原理。COCO的产生的产生_,_铁矿石被还原:铁矿石被还原:_ _ _二、生产和生活中碳及其化合物间的转化二、生产和生活中碳及其化合物间的转化1 1高炉炼铁高炉炼铁焦炭和铁矿石焦炭和铁矿石C+OC+O2 2 CO CO2 2点燃点燃=C+COC+CO2 2 2CO 2CO高温
4、高温=3Fe3Fe2 2O O3 3+CO +CO 2Fe 2Fe3 3O O4 4+2CO+2CO2 2高温高温=2 2木炭燃烧木炭燃烧用化学方程式表示下列转化过程:用化学方程式表示下列转化过程:_2C+O2C+O2 2(不足不足)2CO)2CO点燃点燃=COCO2 2+C 2CO+C 2CO高温高温=2CO+O2CO+O2 2 2CO 2CO2 2点燃点燃=C+OC+O2 2(充分充分)CO)CO2 2点燃点燃=3 3水垢的形成水垢的形成(1)(1)水垢的主要成分:水垢的主要成分:_。(2)(2)水垢形成反应的化学方程式:水垢形成反应的化学方程式:_。4 4无机物与有机物之间的转化无机物与
5、有机物之间的转化尿素的合成尿素的合成18281828年,德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵年,德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH(NH4 4CNO)CNO)合成了有合成了有机化合物机化合物尿素分子式为尿素分子式为CO(NHCO(NH2 2)2 2,开创了以含碳无机化,开创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。合物合成有机化合物的先河。碳酸钙碳酸钙Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2 CaCO CaCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=1 1COCO2 2通入澄清石灰水后一定有沉淀生成吗?通入澄清石灰水后一定有沉淀生成吗?提示:提示:不一定。不一定。COCO2 2不足时有沉淀,不
6、足时有沉淀,COCO2 2过量时沉淀会溶解。过量时沉淀会溶解。2 2碳酸盐的溶解度一定大于碳酸氢盐吗?碳酸盐的溶解度一定大于碳酸氢盐吗?提示:提示:不一定。一般说来难溶性碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度不一定。一般说来难溶性碳酸盐对应的碳酸氢盐溶解度较大,如溶解度:碳酸氢钙较大,如溶解度:碳酸氢钙 碳酸钙;而可溶性碳酸盐的溶解碳酸钙;而可溶性碳酸盐的溶解性大于对应的碳酸氢盐,如溶解度:碳酸钠性大于对应的碳酸氢盐,如溶解度:碳酸钠 碳酸氢钠。碳酸氢钠。3 3燃烧时火焰呈淡蓝色的气体都有哪些?燃烧时火焰呈淡蓝色的气体都有哪些?提示:提示:燃烧时火焰呈淡蓝色的气体有燃烧时火焰呈淡蓝色的气体有COCO、H
7、H2 2和和CHCH4 4。一、二氧化碳、碳酸盐与碳酸氢盐之间的转化及性质一、二氧化碳、碳酸盐与碳酸氢盐之间的转化及性质自然界中石灰岩地区常常有许多奇异壮观的溶洞,洞中有着各自然界中石灰岩地区常常有许多奇异壮观的溶洞,洞中有着各种奇特的石笋、钟乳石和石柱,其主要成分都是碳酸钙。种奇特的石笋、钟乳石和石柱,其主要成分都是碳酸钙。1 1自然界中的自然界中的“溶洞奇观溶洞奇观”中蕴含了什么样的化学原理?写中蕴含了什么样的化学原理?写出有关反应方程式。出有关反应方程式。【思路分析思路分析】提示:提示:水流经石灰岩时,不溶性的碳酸钙与二氧化碳、水反应水流经石灰岩时,不溶性的碳酸钙与二氧化碳、水反应生成微
8、溶性的碳酸氢钙,溶有碳酸氢钙的水受水分的蒸发、压生成微溶性的碳酸氢钙,溶有碳酸氢钙的水受水分的蒸发、压强的减小以及温度的升高因素影响,会分解析出碳酸钙。有关强的减小以及温度的升高因素影响,会分解析出碳酸钙。有关反应方程式如下:反应方程式如下:CaCOCaCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=Ca(HCO=Ca(HCO3 3)2 2Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 22 2实验室中长期存放石灰水的瓶子,为什么内壁常常会出现实验室中长期存放石灰水的瓶子,为什么内壁常常会出现一层白色固体?应如何除去?一层白色固体?应如何除去?
9、【思路分析思路分析】石灰水在放置过程中容易与空气中的二氧化碳反石灰水在放置过程中容易与空气中的二氧化碳反应生成难溶性的碳酸钙,可以用醋酸或盐酸将其溶解。应生成难溶性的碳酸钙,可以用醋酸或盐酸将其溶解。提示:提示:白色固体为氢氧化钙与二氧化碳反应生成的白色固体为氢氧化钙与二氧化碳反应生成的CaCOCaCO3 3,可用可用稀盐酸溶解,有关反应的化学方程式为:稀盐酸溶解,有关反应的化学方程式为:COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O OCaCOCaCO3 3+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl2 2+CO+CO2 2+H+H2 2O O3 3实
10、验室常用碳酸钙与稀盐酸反应制取实验室常用碳酸钙与稀盐酸反应制取COCO2 2气体时,所得气体时,所得COCO2 2气气体中混有少量的体中混有少量的HClHCl和水蒸气,根据所学的知识分析:怎样才和水蒸气,根据所学的知识分析:怎样才能得到纯净干燥的能得到纯净干燥的COCO2 2气体?气体?【思路分析思路分析】提示提示:先通过饱和先通过饱和NaHCONaHCO3 3溶液除去溶液除去HClHCl,然后再通过浓硫酸除去,然后再通过浓硫酸除去水蒸气,最后得到纯净干燥的水蒸气,最后得到纯净干燥的COCO2 2气体。气体。1 1COCO2 2和和NaOHNaOH反应时的数量关系反应时的数量关系COCO2 2
11、+2NaOH+2NaOH=NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2O(COO(CO2 2不足不足)COCO2 2+NaOH+NaOH=NaHCONaHCO3 3(CO(CO2 2过量过量)(1)n(CO(1)n(CO2 2)n(NaOH)12,)n(NaOH)12,产物是产物是_。(2)n(CO(2)n(CO2 2)n(NaOH)1)n(NaOH)1,产物是,产物是_。(3)12(3)12n(COn(CO2 2)n(NaOH)n(NaOH)1 1,产物是,产物是_。NaNa2 2COCO3 3NaHCONaHCO3 3NaNa2 2COCO3 3和和NaHCONaHCO3 3的的混合物混合物
12、2 2CaCOCaCO3 3和和Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2的性质比较的性质比较(1)(1)溶解性:溶解性:CaCOCaCO3 3的溶解性比的溶解性比Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2 _ _。(2)(2)稳定性:稳定性:CaCOCaCO3 3的稳定性比的稳定性比Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2 _ _。(3)(3)与盐酸反应:等物质的量的与盐酸反应:等物质的量的CaCOCaCO3 3和和Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2与足量盐酸反与足量盐酸反应,应,CaCOCaCO3 3和和Ca(HCOCa(HCO3 3)2 2消耗盐酸消耗盐酸_,但,但Ca(HCOCa(HCO3
13、3)2 2和盐酸和盐酸反应放出反应放出COCO2 2多。多。CaCOCaCO3 3+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl2 2+CO+CO2 2+H+H2 2O OCa(HCOCa(HCO3 3)2 2+2HCl=CaCl+2HCl=CaCl2 2+2CO+2CO2 2+2H+2H2 2O O小小强强一样多一样多【典题训练典题训练】(双选双选)(2011)(2011海南高考改编海南高考改编)“)“碳捕捉技术碳捕捉技术”是指通过一定的是指通过一定的方法将工业生产中产生的方法将工业生产中产生的COCO2 2分离出来并利用。如何利用分离出来并利用。如何利用NaOHNaOH溶溶液来液来“捕捉捕捉”C
14、OCO2 2,其基本过程如图所示,其基本过程如图所示(部分条件及物质未标部分条件及物质未标出出)。下列有关该方法的叙述中正确的是下列有关该方法的叙述中正确的是()()A A能耗大是该方法的一大缺点能耗大是该方法的一大缺点B B整个过程中,只有一种物质可以循环利用整个过程中,只有一种物质可以循环利用C C“反应分离反应分离”环节中,分离物质的基本操作是蒸发结晶、环节中,分离物质的基本操作是蒸发结晶、过滤过滤D D该方法可减少碳排放该方法可减少碳排放【解题指南解题指南】可以依据如下反应流程进行分析:可以依据如下反应流程进行分析:【解析】【解析】选选A A、D D。碳酸钙高温分解时,需要吸收大量的热
15、,所。碳酸钙高温分解时,需要吸收大量的热,所以该方法的缺点是能耗大,以该方法的缺点是能耗大,A A选项正确;整个过程中,选项正确;整个过程中,CaOCaO和和NaOHNaOH两种物质可以循环利用,两种物质可以循环利用,B B选项错误;选项错误;“反应分离反应分离”环节环节中分离的是中分离的是NaOHNaOH溶液和碳酸钙沉淀的混合物,只需过滤即可,溶液和碳酸钙沉淀的混合物,只需过滤即可,C C选项错误;该方法吸收了选项错误;该方法吸收了COCO2 2,可减少碳排放,符合,可减少碳排放,符合“低碳经低碳经济济”原则。原则。二、碳和碳的氧化物二、碳和碳的氧化物 高炉炼铁高炉炼铁1 1高炉炼铁的原料是
16、铁矿石和焦炭,其中焦炭所起的作用有高炉炼铁的原料是铁矿石和焦炭,其中焦炭所起的作用有哪些?哪些?【思路分析思路分析】高炉炼铁的原理是利用还原剂在高温下将铁矿石高炉炼铁的原理是利用还原剂在高温下将铁矿石还原为单质铁的过程,焦炭与氧气反应放出大量的热,同时生还原为单质铁的过程,焦炭与氧气反应放出大量的热,同时生成还原剂一氧化碳。成还原剂一氧化碳。提示:提示:(1)(1)提供热能:焦炭与氧气反应生成二氧化碳,同时放提供热能:焦炭与氧气反应生成二氧化碳,同时放出大量的热:出大量的热:C+OC+O2 2 CO CO2 2(2)(2)生成还原剂:二氧化碳再与碳反应生成还原剂一氧化碳:生成还原剂:二氧化碳再
17、与碳反应生成还原剂一氧化碳:C+COC+CO2 2 2CO 2CO然后利用一氧化碳将铁矿石还原为单质铁:然后利用一氧化碳将铁矿石还原为单质铁:3CO+Fe3CO+Fe2 2O O3 3 3CO 3CO2 2+2Fe+2Fe=高温高温=2 2如何除去如何除去COCO2 2气体中混有的少量气体中混有的少量COCO气体?气体?【思路分析思路分析】COCO有还原性而二氧化碳没有还原性,因此可以利有还原性而二氧化碳没有还原性,因此可以利用氧化铁或者氧化铜除去用氧化铁或者氧化铜除去COCO。提示:提示:将混合气体通过足量灼热的氧化铁或者氧化铜即可除去将混合气体通过足量灼热的氧化铁或者氧化铜即可除去COCO
18、气体。有关方程式如下:气体。有关方程式如下:3CO+Fe3CO+Fe2 2O O3 3 3CO 3CO2 2+2Fe+2Fe或或CO+CuO COCO+CuO CO2 2+Cu+Cu=COCO、COCO2 2气体的检验和提纯气体的检验和提纯(1)CO(1)CO、COCO2 2气体的检验。气体的检验。COCO通过灼热的通过灼热的CuOCuO时,黑色时,黑色CuOCuO变红,生成的气体使澄清石灰变红,生成的气体使澄清石灰水变浑浊:水变浑浊:CO+CuO COCO+CuO CO2 2+Cu+CuCOCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O OCOCO2
19、2通入澄清石灰水中,溶液先变浑浊,后浑浊消失。通入澄清石灰水中,溶液先变浑浊,后浑浊消失。变浑浊:变浑浊:COCO2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3+H+H2 2O O浑浊消失:浑浊消失:CaCOCaCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=Ca(HCO=Ca(HCO3 3)2 2=(2)CO(2)CO和和COCO2 2混合气体的提纯。混合气体的提纯。若若COCO中混有中混有COCO2 2气体,可将混合气体通过足量气体,可将混合气体通过足量NaOHNaOH溶液;溶液;若若COCO2 2中混有中混有COCO气体,可将混合气体通过足量的灼热气体,可将混合气体通
20、过足量的灼热CuOCuO。【典题训练典题训练】请设计请设计COCO2 2在高温下与木炭反应生成在高温下与木炭反应生成COCO的实验。的实验。(1)(1)在下面方框中,在下面方框中,A A表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生表示由长颈漏斗和锥形瓶组成的气体发生器,请在器,请在A A后完成该反应的实验装置示意图后完成该反应的实验装置示意图(夹持装置夹持装置,连接胶连接胶管及尾气处理部分不必画出,需要加热的仪器下方用管及尾气处理部分不必画出,需要加热的仪器下方用标出标出),按气流方向在每件仪器下方标出字母,按气流方向在每件仪器下方标出字母B B、CC;其他可选用;其他可选用的仪器的仪器(数量不限数量
21、不限)简易表示如下:简易表示如下:(2)(2)根据方框中的装置图,填写下表。根据方框中的装置图,填写下表。(3)(3)有人对气体发生器作如下改进:在锥形瓶中放入一小试管,有人对气体发生器作如下改进:在锥形瓶中放入一小试管,将长颈漏斗下端插入小试管中。改进后的优点是将长颈漏斗下端插入小试管中。改进后的优点是_;(4)(4)验证验证COCO的方法是的方法是_。仪器符号仪器符号仪器中所加物质仪器中所加物质作用作用A A石灰石、稀盐酸石灰石、稀盐酸石灰石与盐酸反应生成石灰石与盐酸反应生成COCO2 2【解析解析】(1)(1)物质制备的一般思路是:先制备物质制备的一般思路是:先制备COCO2 2,再净化
22、除杂,再净化除杂,干燥,接着再与干燥,接着再与C C在高温下反应制在高温下反应制COCO,再除去未反应完的,再除去未反应完的COCO2 2,最后还需要进行有毒尾气处理,在这里只需要画装置简图即可。最后还需要进行有毒尾气处理,在这里只需要画装置简图即可。(2)(2)产生的气体中产生的气体中COCO2 2会混有水蒸气和会混有水蒸气和HClHCl气体,在和碳反应之前气体,在和碳反应之前需要除去,根据除杂原则结合其性质,分别用饱和需要除去,根据除杂原则结合其性质,分别用饱和NaHCONaHCO3 3溶液溶液和浓硫酸;反应剩余的和浓硫酸;反应剩余的COCO2 2可以用澄清石灰水吸收。可以用澄清石灰水吸收
23、。(4)(4)此问答案很多,可以点燃,看火焰看产物;也可以在此问答案很多,可以点燃,看火焰看产物;也可以在E E后面后面再接个灼热再接个灼热CuOCuO的玻璃管,后面再接个放澄清石灰水的洗气瓶的玻璃管,后面再接个放澄清石灰水的洗气瓶,看玻璃管和石灰水的现象。看玻璃管和石灰水的现象。答案:答案:(1)(1)(2)(2)(3)(3)可以通过控制加酸的量,来控制气体产生的快慢;同时小可以通过控制加酸的量,来控制气体产生的快慢;同时小试管中充满盐酸,可以起到液封的作用,防止反应剧烈时气体试管中充满盐酸,可以起到液封的作用,防止反应剧烈时气体经漏斗冲出经漏斗冲出(4)(4)点燃气体,火焰呈蓝色,再用一个
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