資源簡介

（2）碳和碳的氧化物（知識精煉）
【重難知識點講解】
一、碳單質的性質和用途
1、碳單質的物理性質與用途
（1）金剛石
①性質：天然存在的最硬的物質。
②用途：切割大理石、裁玻璃，加工堅硬的金屬，作鉆探機的鉆頭等。
（2）石墨
①性質：深灰色，有金屬光澤；質軟，有滑膩感；具有優良的導電性和導熱性，熔點高。
②用途：制鉛筆芯、石墨電極、潤滑劑等。
（3）C60
①用途：廣泛用于超導、催化、能源及生物醫等方面。
（4）金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質，物質性質有很大的差異的原因——碳原子的排列方式不同。
[拓展延伸]：
不同的元素可以組成不同的單質，同種元素也可以組成不同的單質。如金剛石、石墨都是由碳元素組成的碳單質。
金剛石、石墨均是由碳原子直接構成，C60是由C60分子構成的。
2、無定型碳
（1）木炭：具有疏松多孔的結構，因此具有吸附能力，可用于吸附色素和異味。
（2）活性炭：吸附作用比木炭更強，常用于水的凈化、防毒面具、制糖工業等。
（3）焦炭：常用來冶煉金屬，作還原劑。
（4）炭黑：常用來制墨、油漆、橡膠工業的填充劑等。
碳單質的化學性質
（1）常溫下碳的化學性質穩定
應用：檔案資料用碳素筆書寫、千年古畫歷經千年而不褪色等。
（2）碳與氧氣的反應
①充分燃燒(氧氣充足時)：；②不充分燃燒(氧氣不足時)：
③現象：充分燃燒時，發出紅光或白光，生成使澄清石灰水變渾濁的氣體.
④應用：作燃料。
（3）碳與某些氧化物的反應
在加熱或高溫條件下碳能奪取氧化物中的氧。隨著溫度的升高，碳的活動性增強，表現出還原性。
①木炭還原氧化銅
實驗原理：
實驗現象：固體由黑色變成紅色，生成使澄清石灰水變渾濁的氣體。
實驗注意事項：
a: 試管口要略向下傾斜——防止水蒸氣冷凝倒流到試管底部，炸裂試管；
b: 酒精燈加網罩——集中火焰、提高溫度；
c: 實驗結束時先撤導管，再熄滅酒精燈——防止澄清石灰水倒吸炸裂試管；
d: 在加藥品時木炭粉要稍稍過量——使氧化銅充分反應。
②焦炭可以把鐵從它的氧化物礦石里還原出來。
③在高溫條件下，碳和二氧化碳反應生成一氧化碳：
[拓展延伸]：
1、含氧化合物中的氧被奪去的反應叫作還原反應，如木炭還原氧化銅、一氧化碳還原氧化鐵等，木炭、氫氣和一氧化碳均具有還原性。
二、 二氧化碳的實驗室制取
1、實驗室制二氧化碳
（1）藥品：石灰石（或大理石）、稀鹽酸
①不能用濃鹽酸，因為濃鹽酸易揮發，使制得的二氧化碳不純。
②不能用硫酸，硫酸與碳酸鈣反應生成硫酸鈣，硫酸鈣微溶于水，附著在大理石或石灰石的表面，阻礙反應繼續進行。
③一般不用粉末狀碳酸鈣或碳酸鈉晶體，反應速率較快，不便于收集氣體。
（2）原理：
（3）裝置
選取發生裝置時應考慮的因素為：反應物的狀態和反應條件，即實驗室制取二氧化碳的裝置類型為固液常溫型。
選取收集裝置應考慮的因素為：生成氣體的密度及溶解性。由于二氧化碳的密度大且易溶于水，則選用向上排空氣法。
實驗步驟：查、裝、定、加、收、驗。
檢驗及驗滿的方法
檢驗方法：將生成的無色、無味的氣體通入澄清石灰水中，若澄清石灰水變渾濁，則證明是CO2。
驗滿方法：將燃著的木條靠近集氣瓶口，若木條熄滅則證明已集滿，否則未集滿。
2、二氧化碳的工業制法
高溫煅燒石灰石：
[拓展延伸]：
帶長頸漏斗的裝置氣密性檢驗方法：用彈簧夾夾住橡膠管部分，向長頸漏斗中加水，使其下端浸在水中，繼續加水使長頸漏斗中形成一段水柱，產生高度差，在一段時間內水柱不回落，說明氣密性良好。
帶注射器的裝置氣密性檢驗方法：拉動注射器的活塞時，錐形瓶內的壓強增大，若氣密性良好則可以看到長頸漏斗的下端管口會產生氣泡；當推動注射器的活塞時，錐形瓶內的壓強增大，若氣密性良好則會把水壓入長頸漏斗中，形成一段穩定的水柱。
實驗試劑的選擇要求：反應物安全易得；反應條件要求不高，操作簡便安全；反應速率適中；生成氣體不混入其他氣體，便于收集。
三、 二氧化碳的性質及用途
1、物理性質：
（1）常溫是無色無味的氣體，密度比空氣大，能溶于水。
（2）二氧化碳的溶解性驗證實驗：
①現象及分析：軟塑料瓶變癟。（部分二氧化碳溶于水中，使瓶內氣體壓強變小，大氣壓使塑料瓶變癟。）
②結論：CO2能溶于水
2、化學性質
（1）一般情況下，不燃燒，也不支持燃燒；
①現象：蠟燭自下而上依次熄滅。
②結論：二氧化碳不能燃燒，也不支持燃燒，且密度大于空氣。
（2）不能供給呼吸，當空氣中二氧化碳超過正常的含量時，對人的健康產生影響。
（3）二氧化碳與水反應
①驗證實驗：
②現象及分析：
(Ⅱ) (Ⅲ) (Ⅳ)
現象 小花不變紅 小花不變紅 小花變紅
分析 水不能使石蕊變色，水不顯酸性 二氧化碳不能使石蕊變色，二氧化碳不顯酸性 二氧化碳與水反應生成酸性物質
③結論：CO2與H2O發生化合反應，生成H2CO3，反應方程式為：，
碳酸能使紫色石蕊試紙變成紅色；碳酸不穩定，容易分解成二氧化碳和水，反應方程式為：。
（4）CO2能使澄清水變渾濁?？捎糜跈z驗二氧化碳，反應方程式為：。
3、用途：
光合作用的原料；用于滅火；作化工產品原料。干冰作制冷劑，廣泛用于食品的冷藏保鮮和運輸、醫療上血液制品和疫苗的儲存和運輸等方面。
四、 碳循環及溫室效應
二氧化碳對人體健康的影響
二氧化碳本身沒有毒性，但二氧化碳不能供給呼吸。在進入久未開啟的菜窖、干涸的深井和深洞底部之前，必須先做燈火試驗。
2、自然界中二氧化碳的循環
3、溫室效應
（1）產生溫室效應的氣體：二氧化碳、臭氧、甲烷、一氧化二氮、氟氯代烷等。
（2）加劇的危害：全球氣候變暖，使兩極冰川融化，海平面升高，淹沒部分沿海城市等。
（3）防治措施：
①世界各國應制定旨在限制二氧化碳排放的政府和國際規定，并嚴格執行；
②采取措施控制二氧化碳的排放量；
③提倡“低碳生活”；
④我國明確提出了減排目標：二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。
五、一氧化碳的性質與用途
1、物理性質：無色無臭的氣體，難溶于水，密度比空氣略小。
2、化學性質：
（1）可燃性：一氧化碳燃燒產生藍色火焰，并放出熱量。反應方程式為：。
（2）毒性：CO極易與人體血液中的血紅蛋白結合，造成人體缺氧。
（3）還原性——CO還原氧化銅：，可用于冶金工業。
[拓展延伸]：
1、CO與 CO2性質及用途的比較
二氧化碳 一氧化碳
物理性質 色、味、態 無色、無味的氣體 無色、無味的氣體
密度 密度比空氣大 密度比空氣略小
溶解性 能溶于水 難溶于水
化學性質 可燃性 一般情況下，不能燃燒，不支持燃燒 具有可燃性 2CO+O22CO2
還原性 不具有還原性，而具有氧化性 具有還原性 CO+CuOCu+CO2
與水反應 二氧化碳與水反應：H2O+CO2=H2CO3 碳酸不穩定而易分解：H2CO3=H2O+CO2↑ 不與水反應
與澄清石灰水反應 二氧化碳與澄清石灰水的反應 （實驗室檢驗CO2）Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O 不與澄清石灰水 反應
與NaOH 反應 實驗室常用來吸收或除去CO2：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 不與NaOH反應
毒性 無毒，但不能供給呼吸 有毒
用途 滅火，工業原料，干冰可作制冷劑，溫室里的氣體肥料 作燃料、冶煉金屬
2、CO與CO2的鑒別、分離及除雜方法
（1）鑒別方法
操作方法 實驗現象
CO2 CO
①分別通入澄清的石灰水中 變渾濁 無現象
②分別通入紫色石蕊溶液中 溶液變紅 無現象
③分別通過灼熱的氧化銅 無現象 黑色粉末變為紅色
④點燃 不燃燒 可燃
⑤用質地較軟的塑料瓶分別裝滿兩種氣體，再分別加入1/ 4體積的水，蓋緊瓶蓋后振蕩 軟塑料瓶變癟 無變化
（2）除雜方法
物質（括號內為雜質） 除雜方法 化學方程式
CO2（CO） 通過足量灼熱的CuO CO+CuOCu+CO2
CO（CO2） 通入足量的NaOH溶液中 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
通過足量灼熱的炭層 CO2+C2CO
（3）分離方法
利用CO和CO2化學性質的不同，分離CO和CO2時，應將混合氣體通過NaOH溶液，NaOH與 CO2反應生成Na2CO3，先分離出CO；然后再向溶液中滴加稀H2SO4，得到CO2。

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