第六单元 碳和碳的氧化物
01 思维导图
02 考点速记
课题1 碳单质的多样性
（一）碳的单质
1．金刚石、石墨和C60的结构、物理性质及性质存在差异的原因
物质 | 金刚石 | 石墨 | C60 |
结构模型 | |||
宏观组成 | 都是由碳元素组成的单质 | ||
构成物质的粒子 | 碳原子 | 碳原子 | C60分子 |
化学式 | C | C | C60 |
物理性质 | 外观 | 无色透明的固体 | 灰黑色的固体 |
光泽 | 加工后璀璨夺目 | 有金属光泽 | |
硬度 | 天然存在的最硬的物质 | 很软 | |
导电性 | 不导电 | 优良 | |
物理性质存在差异的原因 | 碳原子的排列方式不同 |
2．金刚石、石墨和C60的性质及用途
3．木炭、活性炭等的性质及用途
木炭(或活性炭)具有疏松多孔的结构，因此具有吸附能力。活性炭的吸附作用比木炭强，可用于吸附毒气、制糖工业中脱色制白糖、污水和饮用水的深度净化处理及吸附室内装修产生的有害气体等。
（二）碳单质的化学性质
1．在常温下，碳单质的化学性质不活泼（碳原子的最外层电子数为4，不易得失）
用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
2．可燃性（碳单质与氧气反应）
3．还原性
（1）木炭还原氧化铜实验
木炭还原氧化铜实验装置 | 实验现象 | 实验结论 |
黑色粉末变成红色 | 实验现象说明反应生成了铜和二氧化碳，反应的化学方程式为C＋2CuO 高温 2Cu＋CO2↑。 | |
澄清石灰水变浑浊 | ||
实验分析 | ①在酒精灯上加网罩的目的：集中火焰，提高温度。 ②反应结束时，要先撤出导管，再停止加热的目的：防止石灰水倒吸入热的试管中，使试管炸裂。 ③用弹簧夹夹紧乳胶管后，要待试管冷却后再将粉末倒出：防止热的铜重新被氧化。 |
（2）碳与二氧化碳反应：C+CO2 高温 2CO（吸热反应）
课题2 碳的氧化物
（一）二氧化碳
1．二氧化碳的性质
（1）物理性质：无色，无味的气体，密度比空气大，能溶于水，固态二氧化碳叫干冰。
（2）证明二氧化碳物理性质实验
倾倒CO2 | CO2的溶解性实验 |
现象：下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭 | 现象：塑料瓶变瘪 |
分析：CO2的密度比空气大；不能燃烧，也不支持燃烧 | 分析：部分CO2溶于水中，使瓶内的气体减少，导致瓶内压强减小，大气压强使塑料瓶变瘪 |
（3）证明二氧化碳与水反应实验
实验 操作 | ||||
Ⅰ.喷水 | Ⅱ.放入CO2中 | Ⅲ.喷水后放入CO2中 | Ⅳ.吹干第三朵纸花 | |
现象 | 纸花不变色 | 纸花不变色 | 纸花变红 | 纸花由红色变成紫色 |
分析 | 水不能使紫色石蕊变红 | CO2不能使紫色石蕊变红 | CO2与水反应生成了酸性物质，使紫色石蕊变红 | 生成的酸性物质不稳定，受热易分解 |
结论 | CO2与水反应生成了碳酸，使紫色石蕊溶液变成红色CO2+H2O=H2CO3 | H2CO3∆H2O+CO2↑ |
（4）证明二氧化碳能与澄清石灰水反应
操作：将二氧化碳通入澄清石灰水中；现象：澄清石灰水变浑浊。
反应方程式：CO2+Ca(OH)2 = CaCO3↓+H2O（用于检验二氧化碳气体）
2．二氧化碳的用途
CO2的用途 | 依据的性质 |
①干冰（固体二氧化碳）作制冷剂。 用于食品冷藏、制造舞台雾景、人工降雨。 | 干冰升华吸热（物理变化） |
②灭火 | ①二氧化碳不能燃烧，②不支持燃烧，③密度比空气的大 |
③温室肥料（气肥），可以增大农作物的产量 | CO2是光合作用的原料，能促进光合作用  |
④制汽水饮料（碳酸饮料） | CO2能溶于水；且与水反应生成碳酸 |
⑤化工原料，制纯碱、尿素等 | 能与多种物质反应 |
3．二氧化碳对生活和环境的影响
（1）二氧化碳对人体健康的影响：二氧化碳本身没有毒性，但不能供给呼吸。
（2）温室效应：因为有了温室效应，地球表层温度才能适合人类生存。能产生温室效应的气体除二氧化碳外，还有臭氧(O3)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氟氯代烷等。
（3）自然界中的碳循环：人和动植物的呼吸，煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧消耗氧气，产生二氧化碳；而绿色植物等的光合作用吸收二氧化碳，释放氧气。
（二）一氧化碳
1．一氧化碳的性质
（1）物理性质：无色，无臭的气体，密度比空气略小，难溶于水。
（2）化学性质
①可燃性
②还原性
装置及说明 | 现象及注意事项 |
A处的现象是：黑色粉末逐渐变成光亮的红色。 反应方程式：CO+CuO △ Cu+CO2 B处的现象是：澄清石灰水变浑浊。 反应方程式：Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓+ H2O C处的现象是：气体燃烧，发出蓝色火焰。 反应方程式：2CO + O2点燃2CO2 |
③毒性
课题3 二氧化碳的实验室制取
（一）实验室里制取二氧化碳的化学反应原理
1．试剂的选择：稀盐酸和石灰石（或大理石）。
2．反应的化学方程式：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑
（1）实验室不能用稀硫酸代替稀盐酸制取CO2，是因为硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙是微溶物，会覆盖在石灰石或大理石的表面，阻止反应继续进行。
（2）不能用浓盐酸代替稀盐酸制取CO2，是因为浓盐酸挥发性强，挥发出的HCl气体会使制得的CO2不纯。
（3）不宜用碳酸钠粉末代替石灰石或大理石制取CO2，是因为反应速率太快，不便于收集气体。
（二）实验室里制取二氧化碳的步骤
步骤 | （1）连接装置，检查气密性 | （2）加入固体试剂 | （3）加入液体试剂 | （4）收集并验满 |
示意图 | ||||
操作及注意事项 | 用弹簧夹夹紧乳胶管，向长颈漏斗中加水至漏斗内形成一段水柱，若水柱高度保持一段时间不变，说明装置气密性良好 | 将锥形瓶横放，用镊子将石灰石(或大理石)放在锥形瓶口，再把锥形瓶慢慢竖立起来 | 长颈漏斗下端要在液面之下，形成“液封”，目的是防止生成的气体从长颈漏斗口逸出 | 收集：向上排空气法； 验满：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则已集满 |
（三）实验室里制取气体的一般思路和方法
1．发生装置 （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 | ||||
高锰酸钾制氧气 | 稀盐酸和大理石（石灰石）制二氧化碳 | ||||
试管口略 向下倾斜 | 适合制取 少量气体 | 适合制取 大量气体 | 长颈漏斗可随时添加液体药品，注意下端管口液封 | 分液漏斗可控制加入液体的速率，从而控制反应速率 | 注射器可控制加入液体的速率，从而控制反应速率 |
改进装置的优点：可实现固液的分离和接触，从而控制反应的开始和停止。
开始：打开弹簧夹，液体从长颈漏斗流下，淹没过石灰石，反应开始 | 开始： 打开弹簧夹 | 开始：打开弹簧夹，液体淹没固体 | 开始：将铜网浸入溶液中 | 开始：打开弹簧夹 |
停止：夹紧弹簧夹，液体由于气体压强回流回长颈漏斗，液体液面低于隔板固液分离，反应停止 | 停止： 关闭弹簧夹 | 停止：关闭弹簧夹，液体压入左侧 | 停止：拉动铜丝离开液面 | 停止：关闭弹簧夹 |
2．收集装置 （选择依据：气体的溶解性和气体的密度）
排水集气法 | 向上排空气法 | 向下排空气法 |
适合气体溶解度小 不与水反应的气体 | 适合密度比空气大 不与空气反应的气体 | 适合密度比空气小 不与空气反应的气体 |
注意事项：导管口出现连续均匀的气泡时开始收集；集气瓶口有大量气泡往外冒时气体收集满 | 注意事项：导管伸入集气瓶底部。 以保证排尽集气瓶中空气。 | 注意事项：导管伸入集气瓶底部。 以保证排尽集气瓶中空气。 |
①所有气体从短管进 ②V排出的水=V气体 为防止气体溶解在水中，水面放一层植物油隔绝二者； 集气瓶上端若有空气，不影响收集的气体的体积数据，但是影响收集气体的纯度 | 气体进入集气瓶后出现在装置下端 气体的验满在另一侧出气口 | 气体进入集气瓶后出现在装置上端 气体的验满在另一侧出气口 |
03 素养提升
（一）误认为“碳”就是“炭”。
“碳”表示元素或纯净物的名称，如二氧化碳由碳元素和氧元素组成；“炭”表示的物质是混合物，如木炭、活性炭等。
（二）误认为石墨在一定条件下转化为金刚石是物理变化。
石墨转化为金刚石是化学变化，因为石墨和金刚石中碳原子的排列方式不同，二者属于不同的物质，也就是说石墨在一定条件下转化为金刚石这个过程中有新物质生成。
（三）气体的鉴别和除杂
1．鉴别：二氧化碳和一氧化碳
2．除杂（括号内为杂质）
CO【CO2】方法：通入足量的石灰水（或氢氧化钠溶液）吸收原理：Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓+ H2O
CO2【CO】方法：通过灼热的氧化铜原理：CO+CuO △ Cu+CO2
3．实验室制取的二氧化碳气体除杂和净化
装置 | 原理 |
盐酸具有挥发性，故制得的CO2气体中可能混有少量的HCl气体，一般可用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl气体。气体经过饱和碳酸氢钠溶液后，会有水蒸气混入，浓硫酸有吸水性，可用浓硫酸除去水蒸气，进行干燥 |
（四）碳和碳的氧化物转化关系
① C→CO：2C＋O2点燃2CO C＋CO2高温2CO
② CO2 →CO：C＋CO2高温2CO
③ CO→CO2：2CO＋O2点燃2CO2 CO＋CuO △ Cu＋CO2 3CO＋Fe2O3高温2Fe＋3CO2
④ C→CO2：C＋O2点燃CO2 C＋2CuO高温2Cu＋CO2↑ 3C＋2Fe2O3高温3CO2↑＋4Fe
⑤ CO2→H2CO3:CO2＋H2O === H2CO3
⑥ H2CO3 →CO2：H2CO3 === CO2↑＋H2O
⑦ CO2 →CaCO3：CO2＋Ca(OH)2 === CaCO3↓＋H2O
⑧ CaCO3 →CO2：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑ CaCO3高温CO2↑＋CaO
