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以二氧化碳为中心掌握碳及其化合物知识 湖北省枣阳市兴隆二中 丁照明 碳和碳的氧化物知识比较零散，但仔细琢磨一下你会发现它们都跟二氧化碳有关，二氧化碳在碳和碳的氧化物知识体系中具有桥梁作用，它们或由二氧化碳生成，或有二氧化碳参与反应，它们之间存在如下相互关系：  一、碳单质 1、常温下，化学性质不活泼 例1、（2011娄底市）我国古代一些书法家、画家用墨（用炭黑等制成）书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳具有（） A．可燃性 B．还原性 C．在常温下，化学性质不活泼 D．吸附性 解析：由于碳原子的最外层上有4个电子，在常温下，不易失电子，也不易得到电子，所以，化学性质比较稳定。故选项C正确。 2、碳单质的可燃性 ①C+O2  CO2 （O2充足）②2C+O2 2CO(O2不充足)用途：作燃料 例2、金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，关于它们的说法正确的是下列哪两项____________（填序号）。 ①都是黑色固体 ②是同一种物质 ③碳原子的排列相同 ④物理性质相似 ⑤化学性质相似 ⑥完全燃烧都生成二氧化碳。 解析：金刚石是无色透明的固体，石墨是深灰色的固体，C60其微晶粉末呈黄色，它们的物理性质不同的原因是结构中碳原子的排列方式不同。但金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的不同单质，它们的化学性质相似，在氧气中完全燃烧都生成二氧化碳，如果燃烧不充分则会生成一氧化碳。 答案：⑤⑥ 3、碳单质的还原性  碳单质能与某些氧化物反应，碳在反应中得到氧，被氧化，是该反应的还原剂具有还原性。③CO2+C  2CO④C+2CuO 2Cu+CO2↑用途：冶炼金属 例3、某同学为了探究木炭还原氧化铜所生成的气体产物是什么，提出了猜想： a．可能是二氧化碳； b．可能是一氧化碳。  并设计如图所示装置进行实验，预期的实验现象及结论如下：①若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳；②若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。请你回答： （1）该同学的猜想是否严谨？若不严谨，请作补充。 （2）请指出该实验装置的不足___________________。 解析：此题对木炭还原氧化铜反应进行探究学习。（1）因为有加热时间长短、木炭过量等因素，所以在反应中导出的气体要分三种情况考虑。①导出的气体是CO2；②导出的气体是CO（木炭过量会使CO2转化为CO）；③导出的气体是CO和CO2的混合气体。所以该同学的猜想不严谨，还可能是CO和CO2的混合气体；（2）如果有一氧化碳，一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中，该装置没有对尾气进行尾气处理；如果是二氧化碳和一氧化碳的混合气体，该装置只能验证二氧化碳的存在，而不能验证一氧化碳。故该装置的缺陷是：①若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染；②若产生的气体为二氧化碳和一氧化碳的混合气体，则无法验证。 答案：（1）该同学的猜想不严谨，还可能是CO和CO2的混合气体；（2）该装置的不足是：①若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染；②若产生的气体为二氧化碳和一氧化碳的混合气体，则无法验证。 二、二氧化碳的制取及其性质  1、CO2的制取实验室制法：⑤CaCO3+2HCl  CaCl2+H2O+CO2↑工业制法：⑤CaCO3 CaO+CO2↑例4、实验室要制取二氧化碳，三种仪器都要用到的一组是（ ） A、长颈漏斗、集气瓶、水槽 B、集气瓶、广口瓶、带橡皮塞的导管 C、酒精灯、广口瓶、集气瓶 D、集气瓶、量筒、长颈漏斗 解析：实验室制二氧化碳选用的药品是大理石和稀盐酸，在常温下反应，由于二氧化碳能溶于水、密度比空气大，所以只能用向上排空气法收集。因此，A中不需要水槽；C中不需要酒精灯；而D中量筒不能做反应容器；故答案B正确。  2、CO2的性质（1）不能燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大，能溶于水； （2）CO2能与水反应生成碳酸； ⑥CO2+H2O H2CO3⑦H2CO3 H2O+CO2↑（碳酸易分解） （3）CO2能与Ca(OH)2的反应。⑧CO2+Ca(OH)2 CaCO3↓+H2O(该反应可用于检验CO2) 3、用途： 灭火、气体肥料、化工产品的原料、光合作用、干冰作制冷剂，用于人工降雨等。 例5、（2011泸州市）下图是实验室用碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳并验证其性质的实验装置图，试根据题目要求回答下列问题：  （1）仪器a的名称是________________；装置A中发生的化学方程式为______________，装置B中的现象是_____________________，装置C中观察到的现象是_________________，装置C中发生反应的方程式为_______________________________。 （2）装置D中观察到______________________，说明二氧化碳__________________。由此可知，二氧化碳在生活中可用于_________。 （3）实验室用装置E来收集二氧化碳时，二氧化碳应从___________（填“c端”或“d端”）通入。 解析：本题以实验探究的形式考查了二氧化碳的实验室制法、二氧化碳的性质、二氧化碳的用途；化学方程式的书写等知识。（1）碳酸钙与稀盐酸反应生成二氧化碳，而CO2能使澄清的石灰水变浑浊且能与水反应生成H2CO3，H2CO3能使石蕊溶液变红色；（2）把CO2通入装置D中观察到下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭，说明二氧化碳的密度比空气大，它不能燃烧，也不能支持燃烧。因此二氧化碳可用于灭火。（3））装置E有多种用途，当E作为气体收集装置时，如果气体的密度比空气大，气体从C端进，以排尽瓶内的空气；如果气体的密度比空气小，气体从d端进；如果用E作为排水法收集气体时，集气瓶中应先装满水，气体从气体从d端进，水从C端排出。由于二氧化碳的密度比空气大，用E装置收集二氧化碳时，气体从c端进。 答案：（1）长颈漏斗；CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑；澄清的石灰水变浑浊；紫色的石蕊试液变红色；CO2+H2OH2CO3。（2）下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭；密度比空气大，它不能燃烧，也不能支持燃烧；灭火。（3）C。 三、CO的性质1、CO的可燃性 ⑨2CO+O2 2CO2现象：燃烧时发出蓝色火焰，放出大量的热，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。 用途：作气体燃料 2、CO的还原性 ④CO+CuO  Cu+CO2现象：黑色粉末逐渐变成红色，同时澄清石灰水变浑浊。 用途：冶金工业 3、毒性 中毒的原理：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。  例7、（2011南充市）CO是一种无色、无味、有毒的可燃气体污染物，具有还原性，可用于冶金工业。某兴趣小组为探究其具有还原性，设计了如下实验装置。请回答以下有关问题：①CO气体能使人中毒，其原因是 ； ②实验开始时，先通入CO一段时间后，再加热，其原因是 ； ③实验中图A处玻璃管中发生的现象是 ，其化学反应方程式为 ； ④实验中图B处发生的现象是 ，其化学反应方程式为 ； ； ⑤该装置中有一个明显的缺陷，请指出改正方法 。 解析：由于一氧化碳比氧气更容易与血红蛋白结合，从而使氧气失掉了与血红蛋白的结合，使人体组织缺氧导致中毒； CO具有可燃性，不纯的一氧化碳点燃有爆炸的危险，所以实验时，在加热前必须先通入一段时间的CO，其目的是排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸；黑色的氧化铜粉末在加热条件下可以被一氧化碳还原为红色的铜，同时产生二氧化碳气体，使澄清石灰水变浑浊；一氧化碳有毒，若直接排放到空气中会对大气造成污染，而本题无尾气处理装置，所以该装置的缺陷是无尾气处理装置；因为一氧化碳可以燃烧生成对大气无污染的二氧化碳气体，所以可以用燃烧的方法把一氧化碳处理掉。 答案：①一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命； ②排尽玻璃管内的空气，防止加热时发生爆炸； ③黑色粉末逐渐变成红色；CO+CuO Cu+CO2； ④澄清石灰水变浑浊；CO2+Ca(OH)2CaCO3↓+H2O； ⑤在C处添加一燃着的酒精灯，把未反应的一氧化碳燃烧掉。
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