第五章碳和碳的化合物.docx
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第五章碳和碳的化合物
第五章碳和碳的化合物
学法导引：
本章是初中阶段唯一全面研究元素及其化合物知识的。
潜藏着一条知识链：
C→CO2→H2CO3→CaCO3。
（一）.抓住关健，掌握规律：
物质的结构决定物质的性质，而物质的性质又决定了物质的存在，制法和用途。
碳原子的结构示意图是，最外层电子数是4，既不易失电子也不易得电子而达稳定结构。
所以，碳单质在常温下化学性质稳定，只有在高温下才活泼。
（二）.纵横比较，交叉覆盖：
1.H2、C、CO三种重要还原剂的比较：
H2还原CuO
CO还原CuO
C还原CuO
化学
方程式
H2+CuO△＝+
CO+CuO△＝+
C+CuO高温＝＝+↑
装
置
图
装置
特点
①试管口略向倾斜；②通H2的导气管伸至试管底部位于CuO上方。
因CO有，增加对尾气处理装置（点燃或收集），防止CO污染空气。
①试管口略向下倾斜；②反应需高温，用酒精喷灯；③为检验氧化产物可连接检验装置。
操作
步骤
反应前需检验气体纯度。
还原过程分四步：
一通（H2、CO），二点（酒精灯），三撤（酒精灯），四停（通H2、CO）。
①检验气密性；②装药品固定试管；③点燃酒精灯；④移开导管，熄灭酒精灯。
实验
现象
①黑色CuO变成色；②试管口有生成。
①黑色CuO变成色；②有使澄清石灰水变的气体生成。
①黑色固体逐渐减少；②有光亮红色固体生成；③有使澄清石灰水变浑浊的气体产生。
2.O2、H2、CO2实验室制法比较：
O2
H2
CO2
药品
（1）高锰酸钾
（2）氯酸钾
（1）锌和稀硫酸
（2）锌和稀盐酸
大理石（或石灰石）和稀盐酸
原理
（1）KMnO4△→
（2）KClO3MnO2△
（1）Zn+H2SO4→
（2）Zn+HCl→
CaCO3+HCl→
适用
范围
固体固体加热型
固体液体常温型
固体液体常温型
装
置
图
操作
步骤
①检；②装；③固；④热；
⑤集；⑥撤；⑦停。
①检；②装；③集。
①检；②装；③集。
收集
方法
（1）排水法
（2）向上排空气法
（1）排水法；
（2）向下排空气法。
向上排空气法
验满：
带火星木条平放瓶口
------------
燃着木条平放瓶口
横比：
CO和CO2的比较（自己动手试一试）
物质
物理性质
化学性质
制取
用途
CO2
常温下二氧化碳是一种无色的气体，密度比空气大，能溶于水，固体二氧化碳叫“干冰”，干冰易升华。
（1）一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸。
（2）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸使紫色石蕊试液变为红色。
碳酸不稳定，受热易分解，加热后，红色石蕊试液又变成紫色。
CO2+H2O=H2CO3
（3）二氧化碳和氢氧化钙反应，生成不溶于水的白色物质碳酸钙，使澄清石灰水浑浊。
利用此反应可以鉴定CO2的存在。
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
（1）反应药品：
石灰石（或大理石）和稀盐酸
（2）反应原理：
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
（3）实验装置：
类似于制氢气的装置，因为实验室制CO2是常温下用固体和液体反应制得。
（4）收集方法：
因为CO2能溶于水，不能用排水法收集。
CO2的密度比空气大，只能用向上排空气法收集。
（5）检验方法：
验证：
把制取的气体通入澄清的石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，证明这种无色气体是CO2。
验满：
把燃着的木条放在集气瓶口，若火焰熄灭，证明瓶内已充满CO2。
二氧化碳的工业制法
原理：
高温煅烧石灰石生产生石灰，副产品是CO2。
（1）可用于灭火；
（2）干冰作致冷剂；
（3）重要的化工原料；
（4）可用作温室肥料。
CO
通常情况下，无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。
可燃性：
还原性：
（三）找准中心，串线成网：
对本章出现的20个化学方程式，对其分析可发现每个方程式差不多都以CO2为中心上。
因此，抓住CO2这个中心，形成网络，并反复练习，即呆掌握本章的化学方程式。
（四）联系实际，提高能力：
本章与实际生活联系密切，在学习中要变知识为能力，应用于生活。
如木炭、活性碳具有吸附作用，可用在防毒面具中吸附毒气；水垢主要成分是CACO3，而CaCO3易被稀HCl溶解，所以用稀HCl除锅炉、热水瓶内的水垢；一氧化碳有毒，所以冬天室内烧煤取暖时要注意保持空气流通。
（五）解题技巧提示：
1.组合实验装置题要做到四查：
一查“灯”：
看反应条件是否加热；
二查“试剂”：
试剂使用是否得当；试剂的浓度和用量、试剂的使用顺序是否正确；
三查“气流方向”；
四查“仪器安装”：
仪器安装是否合适或是否漏装。
2.解答推断题一般思路：
审题{明显条件隐含条件}抓题眼－－→{结构特征地、反应特征、现象特征}→结论→验证
第一节碳的几种单质
Ⅰ学法点拨：
两种主要的碳单质的物理性质和用途：
物质
金刚石
石墨
组成
都是由碳元素组成的单质
物理性质
外观
无色透明正八面体形状固体
深灰色不透明的细鳞片关固体，有金属光泽
硬度
最硬
质软
导电性
不导电
良好
导热性
不导热
良好
用途
划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制成装饰品等。
电极、铅笔芯、润滑剂等。
Ⅱ基础知识：
一、必记知识：
序号
项目
必记知识
巧记方法
1
基本性质
金刚石物理性质
天然存在的最硬的物质
2
基本性质
石墨物理性质
持软、导电、润滑性
3
基本性质
木炭、活性碳性质
吸附性
4
基本结论
金刚石、石墨物理性质差异的原因
碳原子的排列不同
二、重点难点突破：
（一）重点突破：
1.金刚石、石墨的物理性质和用途及其之间的联系。
2.木炭、活性碳的性质和用途。
木炭、活性碳疏松多孔的结构，决定了它可以把一些有色液体，有毒气体吸附在表面（细管道内），这就是木炭的吸附性。
这个变化是物理变化。
活性碳的吸附性更强，可以做防毒面具的滤毒罐。
（二）难点突破：
金刚石和石墨物理性质不同的原因。
金刚石和石墨从宏观上讲，都是由碳元素组成的单质，从微观上讲，它们都是由碳原子构成的，但它们的物理性质却差异很大，这主要是由于碳原子的排列不同造成的。
下如同样是由一样的砖垒成的墙，图Ⅰ和图Ⅱ的紧固程度是不一样的。
ⅠⅡ
在金刚石里，一个碳原子结合4个碳原子，成为空间立体结构；在石墨里一个碳原子结合3个碳原子，成为平面层状结构。
所以，金刚石和石墨物理性质差异很大。
两者是由碳元素组成的两种不同单质。
在一定条件下石墨和金刚石的相互转化过程是化学变化。
三、易错点和易忽略点：
（一）易错点：
对“同一元素不一定只组成一种单质”的说法理解不透。
（二）易忽略点：
“炭”“碳”最容易忽略，易混淆，写错。
“碳”是元素名称，在书写含碳元素的物质的名称时使用，如二氧化碳，碳酸等。
而“炭”表示物质，如“木炭”、“活性炭”。
第二节单质碳的化学性质
Ⅰ学法点拨：
把某方面相似的物质进行对比。
碳
氢气
常温下
化学性质稳定
化学性质稳定
点
燃
或
高
温
可燃性
C+O2点燃=CO2（O2充足）
2C+O2点燃=CO（O2不充足）
2H2+O2点燃=2H2O
还原性
C+2CuO高温=2Cu+CO2↑
C+CO2高温=2CO
H2+CuO△=Cu+H2O
注意：
上表说明碳和氢气的化学性质有相似点，也有不同点：
（1）它们的化学活泼性不同，氢气比较活泼，在一定条件下氢气一般比碳容易反应；
（2）化合价不同，在通常状况下氢元素表现+1价，而碳元素表现+4价；（3）碳有可变化化合价，所以燃烧充分和不充分时有两种不同氧化物。
Ⅱ必记知识：
项目
必记知识
巧记方法
基
本
性
质
单质碳化学性质
现有知识水平上可记为：
碳还原金属氧化物一般生成CO2；
碳还原非金属氧化物一般生成CO。
还原性
C+2CuO高温=2Cu+CO2↑
C+CO2高温=2CO
可燃性
放热
充分燃烧：
C+O2点燃=CO2
不充分燃烧：
2C+O2点燃=CO
一般情况下，如果没有特殊说明碳的不充分燃烧，都是指碳与氧气所生成CO2的反应。
二、重点难点突破：
（一）重点突破：
碳单质的化学性质。
1.在常温下，碳的化学性质具有稳定性。
碳受目光照射或跟空气、水分接触，都不容易起变化。
对这一点应从碳原子的结构来理解。
因为碳原子最外层上有4个电子，无论得到、失去或共用4个电子达到稳定结构都相当困难。
因此，在常温下碳的化学性质是不活泼的。
只有在高温时，最外层电子变得活泼，碳的活动性才大增强。
2.碳的主要化学性质：
+O2
C
+O2
+
CO2
+CuO
+
C
CO2
可参照学法点拨，还可利用下图帮助记忆。
CO
（二）难点突破：
化学反应中的吸热和放热现象。
注意：
化学反应中的吸热与放热现象是反应开始后的现象，并不是指反应条件。
三、易错点和易忽略点：
（一）易错点：
如碳与氧化铁反应的化学方程式：
氧化铁应是Fe2O3，反应生成的应是CO2而不应是CO，反应在高温 条件下进行。
（二）易忽略点：
在碳的“还原性”实验的化学方程式中，易把反应条件写成“加热”。
要注意特殊现象，
如“C+CO2高温=2CO”，此处应该是“高温”。
一般不论碳还原哪种氧化物，反应条件都可以写成高温。
第三节二氧化碳的性质
Ⅰ学法点拨：
一、最好采用联系生活和生产实际的方法学习，变知识为能力。
（一）二氧化碳对气候产生的不良影响----“温室效应”。
（二）石灰石的用途。
石灰窑烧石灰石的过程：
CaCO3高温=CaO+CO2↑.
（三）下深井、久未开启的菜窖前的必备知识----“灯火实验”。
（四）二氧化碳的鉴定实验：
如“为了使用石灰浆抺墙壁快点干燥，为什么常常在室内生个炭火盆？
”
二、由化学实验认识物质的性质是学习物质性质的重要方法。
结合课堂实验，通过实验现象，分析本质原因，就可得出结论。
三、对CO2的性质和用途要结合在一起，采用对比方法理解和记忆。
二氧化碳的性质
二氧化碳的用途
物理性质
通常是无色无味的气体，密度比空气大
能溶于水
加压、制汽水等饮料
干冰易升华
作致冷剂：
冷藏食物、人工降雨等
化学性质
不能燃烧，通常也不支持燃烧
灭火
与水反应：
H2O+CO2=H2CO3（不稳定）
与澄清石灰水反应：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O
鉴定CO2，加速使石灰浆抺的墙壁硬化
氧化性：
CO2+C高温=2CO
工业上用于制取CO气体
光合作用
温室肥料，维护自然界生命活动
四、二氧化碳灭火原理和常用灭火器
（1）因为CO2不燃烧也不支持燃烧（化学性质），同时CO2的密度比空气的密度大（物理性质），因此常用CO2来灭火（以隔绝空气为主）。
（2）一般泡沫灭火器原理
NaCO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
（3）常用灭火器：
泡沫灭火器（木材、棉布类火灾）、干粉灭火器（可燃性气体、油类火灾）、液态CO2灭火器（图书、精密仪器火灾）。
Ⅱ基本知识：
一、必记知识：
序号
记忆项目
必记知识
巧记方法
1
基本性质
灯火实验
1.CO2的密度比空气大
2.CO2不能燃烧也不支持燃烧
2
基本性质
变色实验
紫→红：
CO2+H2O=H2CO3
红→紫：
H2CO3=H2O+CO2↑
3
基本性质
CO2鉴定实验
澄清的石灰水变浑浊
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
二、重点难点突破：
（一）重点突破：
二氧化碳的化学性质。
1.灯火实验：
在一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸，当空气中的二氧化碳的含量过高时，会使人死亡。
2.变色实验：
CO2通入紫色石蕊试液中，CO2与水发生化学反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变红，CO2+H2O=H2CO3。
变色的溶液受热后变成紫色，说明H2CO3受热分解生成CO2和水。
H2CO3△=H2O+CO2↑
3.CO2的鉴定实验：
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
4.具有弱氧化性：
CO2+C高温=2CO
（二）难点突破：
二氧化碳的检验方法及相应的化学方程式。
二氧化碳气体的几种检验方法：
鉴别CO2气体可根据其他待鉴别的物质的性质选用以下方法：
1.通入澄清的石灰水，溶液变浑浊（如区别CO2和HCl）；
2.通入紫色石蕊试液，溶液变红（如区别CO2和N2）
3.使燃着的木条火焰熄灭（如区别CO2和空气、O2）。
注：
方法2不能区别CO2和HCl，因为HCl气体也能使石蕊试液变红；方法3不能区别CO2和N2，因为N2也能使燃着的木条火焰熄灭。
可概括为：
检验方法
应用举例
注意的问题
通入澄清石灰水中，变浑浊
区别CO2和HCl
通入紫色石蕊试液，变红色
区别CO2和N2
不能区别CO2和HCl
使燃着的木条火焰熄灭
区别CO2和O2
不能区别CO2和N2
规律：
在初中阶段，使澄清的石灰水浑浊，可视为CO2的特性，用来鉴别二氧化碳。
检验CO2的存在通常用澄清的石灰水。
如果检验某可燃性气体燃烧是否生成二氧化碳，可采用：
在一只洁净的烧杯内壁均匀蘸上一些澄清石灰水，倒扣在火焰上方，观察内壁是否浑浊，才能证明产生的气体是二氧化碳。
三、易错点和易忽略点：
（一）易错点：
1.在“CO2与紫色石蕊试液”反应的“变色实验”中，由于不明白其中的反应过程，容易出现错误。
2.CO2的检验方法。
（二）易忽略点：
1.错误认为二氧化碳气体有毒。
在地窖里，当二氧化碳的体积分数达到1%时，对人体有害；达到10%时，能使人不省人事，以致死亡。
原因是：
当二氧化碳的含量较多时，使氧气的量相对减少，人们呼吸时，呼吸不到足够的氧气而使人缺氧窒息而死亡，并不是因为二氧化碳有毒。
2.“干冰”和“冰”是不同的物质。
把“干冰”和“冰”当做一种物质，实质“干冰”是固体二氧化碳，而“冰”是固态水。
第四节二氧化碳的实验室制法
Ⅰ学法点拨：
一、气体的制取：
实验室制取气体发生装置是由反应物、反应条件所决定的。
初中化学中，气体的发生装置可分为两大类。
1.加热固体混合物来制取气体的装置。
如图所示。
实验室制氧气是典型代表。
发生装置的注意事项：
（1）试管口应略向下倾斜。
（2）导管刚过橡皮塞即可，不要伸入试管内太长。
（3）药品平铺管底。
铁夹夹住试管的中上部，约13处。
2.固体与液体不需加热反应制气体的装置，如图所示。
实验室制H2是典型代表。
发生装置的注意事项：
（1）长颈漏斗的末端要伸入液面之下。
（2）导气管不能伸入试管（锥形瓶）太长，刚过橡皮塞即可。
在制取气体时，发生装置的选择还要能根据实际情况选用类似的装置代替。
如实验室制H2常用试管，但实验室制CO2时，需要石灰石的量多些，就用锥形瓶代替试管了。
二、气体的收集：
气体的收集方法取决于所制气体的溶解性和密度，常见的方法有：
1.排水法：
凡是不易溶于水（难溶、微溶）且不与水发生化学反应的气体都可用此法，如图。
操作时注意事项：
（1）导气管刚过集气瓶口即可。
（2）集气瓶中要预先装满水，用玻璃片盖住，倒置于水槽中，注意不要留气泡。
（3）排水法收集时，实验刚开始有气泡冒出不宜立即收集，等气泡连续均匀出现后再收集。
2.排空气法：
可分为：
（1）向上排空气法：
气体密度大于空气的密度（相对分子质量>29），如O2，CO2。
（2）向下排空气法：
气体密度小于空气的密度（相对分子质量<29），如H2。
操作时注意事项：
（1）用排空气法收集时，导管要伸入试管底部。
（2）用向下排空气法收集满的集气瓶，要盖上玻璃片倒置于桌上。
注意：
（1）如果某气体的相对分子质量在29±2范围内，则这种气体不能用排空气法收集。
（2）如果收集纯度较高的气体应优先考虑用排水法；如果收集干燥的气体应选用排空气法收集为宜。
（3）CO、N2只适用排水法收集，因为它们的密度接近空气且CO有毒。
三、气体的净化：
气体的净化原则：
1.选用的净化剂只能与气体的杂质反应，最终不能引入新的杂质。
2.若净化的气体中混有其他杂质，如水蒸气是地，必须先经过净化除杂，然后再经过干燥除水蒸气。
Ⅱ基本知识：
一、必记知识：
序号
项目
必记知识
巧记方法
1
反应原理
稀盐酸与大理厂
（或石灰石）
2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑
2
制取装置
固体液体不加热型
3
检验方法
通入澄清的石灰水
澄清石灰水变浑浊
4
验满方法
燃着的木条放在瓶口，熄灭则满
二、重点难点突破：
（一）重点突破：
1.实验室制取二氧化碳的注意事项：
（1）应该用稀盐酸，而不能用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发出HCl气体，使制得的CO2不纯。
（2）不能用H2SO4来代替盐酸，因为如果用H2SO4和石灰石反应，会生成微溶的CaSO4覆盖在CaCO3表面，阻止CaCO3和H2SO4的接触，虽有药品，但不反应了。
（3）在实验室中制CO2时，不可用Na2CO3代替CaCO3。
因为Na2CO3的反应速度太快，在实验室中不利于CO2的收集，不便操作。
2.用向上排空气法收集CO2气体验证集满的方法：
将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，证明集气瓶中已集满了二氧化碳气体。
3.CO2- 3离子的检验方法：
取少量样品，放入稀盐酸，将产生的气体通入澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，则证明样品中含有CO2- 3离子。
（二）难点突破：
1.通过学习氧气、氢气的实验室制法，总结出实验室制气体的思路和方法，并应用于一些气体的制取。
2.碳酸钙与二氧化碳之间的转化关系。
（1）碳酸钙在高温条件或与稀酸（如盐酸）反应时，能产生二氧化碳：
CaCO3高温=CaO+CO2↑ CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
（2）二氧化碳与石灰水反应可生成碳酸钙：
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
三、易错点和易忽略点：
（一）易错点：
1.对CO2- 3离子的检验方法，虽然能记住方法，但不能正确理解，往往出错。
2.实验室中制气体的思路和方法的应用也是易出错的地方。
（二）易忽略点：
H2和CO2实验室制法的对比记忆中，易把CO2实验室制法与H2实验室制法混淆，而用“硫酸”和“石灰石”反应来制取CO2。
因为硫酸和石灰石反应，会生成微溶性的硫酸钙，覆盖在石灰石表面，阻止反应的继续进行。
第五节一氧化碳
Ⅰ学法点拨：
1.碳及其化合物的相互转化规律。
+CO2、H2O
+HCl
+H2O
+Ca（OH）2
Ca（OH）2
CaCO3
H2CO3
C
CO2
C2H5OH、CH3OH、CH4
+O2（CuO）
+
O2
高温
分解
+O2 （CuO）
CO
2.CO和CO2两种氧化物的性质：
对比项目
物质
一氧化碳
二氧化碳
物理性质
状态
无色、无味气体
无色、无味气体
密度
1.250克/升（略小于空气）
1.977克/升（大于空气）
溶解性
1体积水里约溶解0.02体积
1体积水里约溶解1体积
化学性质
可燃性
有可燃性：
2C+O2点燃 ＝2CO2+热
一般情况下，既不能燃烧，也不能支持燃烧
还原性
CuO+CO△ ＝Cu+CO2
没有还原性
跟水的反应
不能与水反应
与水反应：
CO2+H2O＝H2CO3
跟石灰水反应
不能与石灰水反应
与澄清石灰水反应：
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
物质中碳元素的化合价
+2
+4
有无毒性
有毒
无毒
3.H2、C单质和CO化学性质的异同点：
H2
C
CO
可燃性
实验现象
燃烧时产生淡蓝色火焰
燃烧时发出红光
燃烧时产生蓝色火焰
化学方程式
2H2+O2点燃 ＝2H2O
C+O2点燃 ＝CO2
2C+O2点燃 ＝2CO
2CO+O2点燃 ＝2CO2
注意事项
验纯
验纯
还原性
︵
还原氧化铜
︶
实验现象
黑色CuO逐渐变成红色固体，管口有水珠
黑色固体中有红色物质生成，石灰水变浑浊
黑色粉末逐渐变成红色固体，生成的气体使澄清石灰水变浑浊
化学方程式
H2+CuO△ ＝Cu+H2O
C+2CuO高温 ＝2Cu+CO2↑
CO+CuO△ ＝Cu+CO2
注意事项
验纯
验纯，尾气处理
Ⅱ基本知识：
序号
记忆项目
必记知识
巧记方法
1
基本性质
CO的可燃性
2CO+O2点燃 ＝2CO2
2
基本性质
CO的还原性
CO+CuO△ ＝Cu+CO2
3
基本性质
CO的毒性
与血红蛋白结合使其不能与氧气结合
二、重点难点突破：
（一）重点突破：
1.理解和掌握一氧化碳的化学性质：
在初中化学中只学习三种具有还原性的物质：
性质
可燃性
还原性
H2
2H2+O2点燃 ＝2H2O
H2+CuO△＝Cu+H2O
3H2+Fe2O3△＝2Fe+3H2O
C
C+O2点燃 ＝CO2（充分燃烧）
2C+O2点燃 ＝2CO（不充分燃烧）
C+2CuO高温 ＝2Cu+CO2↑
3C+2Fe2O3高温 ＝4Fe+3CO2↑
C+CO2高温 ＝2CO
CO
2CO+O2点燃 ＝2CO2
CO+CuO△＝Cu+CO2
3CO+Fe2O3高温 ＝2Fe+3CO2
C
2.C、CO2、CO的关系很复杂，相互转化的途径也很多，这是推断题与综合实验题的基准点，所以，CO的性质也是考查热点。
+C
+O2‖+CuO
CO
CO2
（二）难点突破：
理解一氧化碳和二氧化碳性质不同的原因。
碳元素的化合价+2和+4，一个一氧化碳分子里只含有一个氧原子，碳元素+2价，没有达到最高价，在一定条件下还可以结合一个氧原子而形成+4价的氧化物（二氧化碳），所以一氧化碳有可燃性和还原性。
而二氧化碳中的碳元素，已达到最高价了，不能再结合氧原子了，所以，二氧化碳不能燃烧，也不能支持燃烧，没有还原性。
三、易错点和易忽略点：
（一）易错点：
最易出错的地方是除杂质方面（区分CO和CO2），错误的原因主要在于基础知识的综合应用上考虑不周全。
（二）易忽略点：
在联系实际时，把煤气误认为就是CO气体，认为“自己鼻子好使，当闻到CO气味就跑出室外”，这是根本做不到的。
因为纯净的CO是无味的，煤气中这所以有味，是人们为了防止CO泄漏人们闻不到（CO是无色无味气体）而特意加
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