培优碳和碳的氧化物学案一.docx
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培优碳和碳的氧化物学案一
碳和碳的氧化物学案
（一）
知识网络：
1、通过分子原子的微观理论对碳的几种单质在不同原子构成上的用途差异，再次强调：
物
质结构决定性质；性质决定用途的知识线条。
2、二氧化碳的实验室制法
（1）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，因为实验室制取CO2是常温下用固体和液体反应制得的。
（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，可用向上排空气法收集。
（5）检验方法：
验证：
把制得的气体通入澄清石灰水中，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。
（6）注意：
实验室制取CO2不能用碳酸钠代替大理石（或石灰石），原因是反应速率太快，不宜收集；不能用浓盐酸代替稀盐酸，原因是浓盐酸易挥发，使收集的CO2气体中混有较多氯化氢气体；也不能用稀硫酸代替稀盐酸，原因是生成的CaSO4微溶于水，覆盖在大理石（或石灰石）表面，阻止反应续续进行。
3、实验室制取气体的总结（实验装置的变式）
（1）实验室制取气体的一般思路：
若要制取气体，首先研究生成该气体的化学反应原理，就是要研究在实验条件下（如常温、加热、加催化剂等），可用什么药品、通过什么反应来制取这种气体；第二，需要研究制取这种气体所采用的实验装置；第三，需要研究如何验证制得的气体就是所要制的气体。
（2）气体发生装置：
①选择发生装置的原理：
根据反应物的状态和反应条件。
②常用发生装置：
a.固体或固体混合物在加热条件下制取气体。
b.固体与液体反应不需加热制取气体。
（3）气体收集方法：
气体的收集方法取决于所制气体的溶解性和密度等，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。
1、金刚石、石墨和C60的物理性质及主要用途
复习：
在前面学习过的一道试题：
测得某物质中，只含一种元素，该物质：
A、一定是一种单质B、一定是化合物
C、一定是纯净物D、可能是纯净物，也可能是混合物
一、碳的单质：
1、金刚石、石墨和C60
金刚石
石墨
C60
外观
C60分子由60个碳原子构成的分子，（分子）形式足球，这种分子很稳定，它应用于材料科学、超导体等方面。
硬度
导电性
润滑性
用途
结构
思考：
在碳元素形成的三种单质中，它们的物理性质差异很大，这是由什么来决定的呢？
2、无定形炭：
主要、、、、有四种。
它们的结构主要是由和构成，属于。
（1）木炭、活性炭：
由于具有的结构，因此具有能力。
（2）活性炭：
吸附一些食品和工业产品里的色素或有异味的物质，其中的吸附能（3）焦炭用于。
（4）炭黑用于。
气体或溶液里的物质被吸附到固体表面的作用叫吸附作用，它属于物理变化。
木炭和活性炭都有吸附性，因为它们都具有疏松多孔的结构而形成很大的表面积，表面积愈大，吸附能力愈强。
活性炭是木炭经过水蒸气高温处理而得到的，它具有更大的表面积，因此，活性炭的吸附能力比木炭更强。
思考：
结合金刚石、石墨、木炭的性质和用途，分析一下物质的用途、性质以及结构间有什么关
（1）石墨转化为金刚石属于什么变化？
（2）科学家还在不断研究碳的单质，利用碳的单质的各种不同的性质，前面分析的都是它的物理性质，哪么它们的化学性质是否也不一样呢？
结论：
因碳原子排列结构不同决定了碳单质的物理性质差异很大，用途也就差异很大；因其碳元素组成相同决定化学性质相似。
对应练习：
（基础部分）
1、对于化学式为C60的新物质，与此有关的下列说法中：
①它的1个分子含60个碳原子②它是一种新型化合物③它是一种混合物④它是一种单质，正确的是：
A．①④B．②④C．①②D．③
2、最近科学家确认，存在着一种具有空心、且类似于足球结构的分子N60，这一发现将开辟世界能源的新领域，它可能成为一种最好的火箭燃料。
下列关于N60的说法不正确的是：
A．N60中氮元素的化合价为0B．N60的相对分子质量是840
C．N60和N2都是氮元素的单质D．N60这种物质是由氮原子构成的
3、（2012.重庆市）竹炭制品深受消费者欢迎，竹炭是竹子经过炭化处理后形成的多孔性材料，竹炭不具有的性质是
A.黑色固体B.易溶于水C.有吸附性D.能够燃烧
4、某校同学，在学完“水的净化”一节后，查阅资料后得知木炭也有吸附作用,为了验证木炭和活性炭的吸附效果,自制了三个简易净水器（如下图所示），并分别向其中添加了如下表所示的物质，做了三个对比实验。
首先取一个大烧杯，装满水，并向其中滴加几滴红墨水，搅拌均匀后，对其分成等体积的三份，再分别倒如三个净水器中，同学们把观察到的溶液的颜色变化情况，记录如下。
实验序号
添加物质及质量
实验现象
实验一
1g活性炭
溶液的红色变浅
实验二
2g活性炭
溶液的红色消失
实验三
2g木炭
溶液的红色变浅
（1）通过对上表的比较，写出你发现的问题是：
①；
②；
（2）通过实验，你得出的结论是（答出一点即可）。
是自然界存在的最硬物质，是最软的矿物之一，它们物理性质的差
异为。
变式练习：
1、（2011年湖北襄阳，15题）金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，下列说法正确的是（）
A．它们是同一种物质B．它们碳原子的排列方式不同
C．它们的化学性质不同D．它们的物理性质相同
2、（2012年广东，10题）下列做法合理的是
A.电视机着火用水扑灭B.随意丢弃废旧电池
C.草木灰与铵态氮肥混合使用D.用活性炭除去冰箱的异味
3、（2011年浙江绍兴，3题）2010年诺贝尔物理学奖授予英国科学家海姆和诺活肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究，石墨烯是从石墨材料中剥离制得的，与金刚石、石墨一样，都只有碳元累组成。
如图是金刚石、石墨、C60和石墨烯的微观结构示意图。
下列说法错误的是（）
A．它们都是单质B．一个C60分子由60个碳原子构成
C．它们的结构中碳原子的排列方式都相同D．它们在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳
4、（2012年湖南邵阳，10题）石墨烯是新发现的二维空间材料，它是石墨制成的新型碳单质，金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图如下所示，下列关于这四种物质的说法中正确的是
A．都是黑色固体B．都质软可作润滑剂
C．碳原子排列方式都相同D．在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳
5、（2011年湖南邵阳，18题）低碳生活，从我做起。
下列做法不符合低碳生活理念的是
A．拒绝使用一次性木筷B．出门随手关灯
C．废旧书籍做焚烧处理D．草稿纸双面使用
6、已知纳米材料是指粒子直径在1~100nm的材料。
美国IBM制造出了第一批纳米碳管晶体管，发明了利用电子的波性为传递信息的“导线”。
下列有关纳米碳管的说法正确的是
Ａ．纳米碳管是一种新型的高分子化合物 Ｂ．纳米碳管的化学性质活泼
Ｃ．纳米碳管导电属于化学变化 Ｄ．纳米碳管、金刚石、石墨、Ｃ60的构成相同
7、某物质在氧气在燃烧后，产物只有水和二氧化碳，则该物质的组成中
A．一定只含C、H元素B．一定含C、H元素，可能含O元素
C．一定含C，可能含HD．一定含C、H、O元素
8、重要文件资料需长期保存，书写时最好使用
A．铅笔B．蓝墨水笔C．碳素墨水笔D．圆珠笔
9、下列关于金刚石、石墨、C60的说法不正确的是
A.它们都是电的良导体B.石墨质软，可作铅笔芯
C.C60是一种新型的单质D.金刚石硬度大，可切割大理石
10、（2012．怀化市）下列说法不正确的是
A．利用木炭的还原性由CuO冶炼铜B．天然金刚石是最硬的非金属单质，可制成钻石
C．利用活性炭的稳定性来吸附冰箱中的异味D．利用石墨的导电性制造石墨电极新课标第一网
11、（2012．宜宾市）下列关于碳单质的说法中正确的是
A．C60的相对分子质量为720
B．金刚石、石墨和C60都由碳元素组成，结构相同
C．木炭具有还原性，常温下可以将氧化铜中的铜还原出来
D．石墨很软，不能用于制石墨电极
12、（2012．佛山市）碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。
根据所学知识回答：
（1）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为，常温下碳的化学性质，（填“活泼”或“不活泼”）。
（2）图②、③、④对应三种碳单质：
图②单质的名称是，图③单质的名称是
，图④单质的化学式是。
（3）C为+4价，Cl为-1价，由C和Cl组成的化合物的化学式为
二、碳的化学性质：
1、常温下，碳的化学性质。
碳原子最外层有4个电子，它要成为稳定结构，得4个或失4个电子都不容易，所以化学性质不活泼。
随着温度的升高，碳的活动性增强，能与一些物质发生反应。
思考：
古代用墨汁书写的字画经历千百年都不变色，重要文件要用炭素墨水书写，木桩埋入地下时要先用火烤焦，这是为什么？
为什么碳在常温下性质不活泼？
2、较高温度或高温下，碳的化学性质。
（1）可燃性：
（可以在老师的指导下进行简单书写化学方程式）
氧气充足：
氧气不充足：
思考：
碳燃烧的两种情况在生活中均有发生，你认为碳或含碳元素的燃料在燃烧时应怎么燃烧？
说出你的理由。
广泛推出;是否所有含碳的燃料在燃烧时情况不同都有这样的不同的产物产物？
含碳元素的燃料在燃烧时如果不充分燃烧，会产生一氧化碳，而一氧化碳有毒并污染空气，因此我们应该注意让燃料充分燃烧。
（2）还原性：
实验如下图：
现象：
黑色粉末逐渐变成红色，产生的气体能使澄清的石灰水变浑浊
化学方程式：
碳还原氧化铜:
分析：
酒精灯加网罩的目的是什么？
澄清石灰水的作用是什么？
反应结束应怎样操作？
判断反应已经开始发生的现象是什么？
b.碳还原二氧化碳：
。
对应练习：
（基础部分）
1、（2011年湖南怀化，11题）齐白石最大尺幅黑白作品《松柏高立图·篆书四言联》，与2011年5月22日以4、255亿人民币拍出，其画用墨汁的主要成分为炭黑，它能使画很长时间不褪色，这是因为墨汁中的炭黑具有
A．可燃性B．还原性C．稳定性（常温下不易发生化学反应）D．吸附性
2、纳米管被誉为21世纪最有前途的新型材料。
纳米管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米（1纳米=10-9米）的空心管。
下列说法错误的是
A．纳米管是一种新型有机化合物B．纳米管在常温下化学性质稳定
C．纳米管如完全燃烧，则生成物为二氧化碳D．纳米管管道多，表面积大，吸附能力强
3、下列对一些事实的解释错误的是
事实
解释
A．
书写档案规定必须使用碳素墨水
碳的化学性质稳定
B．
石墨能够做电池的电极材料
石墨能够导电
C．
焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来
焦炭具有氧化性
D．
制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖
活性炭具有吸附性
4、炭雕是一种集观赏、空气净化于一体的工艺品（如右图），其主要成分是木炭。
下列说法中错误的是
A.炭雕作为艺术品可以长久保存B.炭雕能吸附室内微量的有害气体
C.摆放炭雕必须远离火种D.将炭雕的下脚料研成粉末，与氧化铜粉末共热，不能发生反应
5、（10成都1）世博“零碳馆”是中国第一座零碳排放的公共建筑。
“零碳”中的“碳”主要指
A．COB．CO2C．CH4D．C
实验探究：
（这是2011年成都的中考压轴题，考点就是碳单质的还原性的考核，在老师的带领下仔细阅读，在领悟的基础上对实验探究有进一步的认识）本节的难点，重点题型
例：
木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。
教材用如图I实验介绍这一知识。
（1）木炭与氧化铜反应的化学方程式是：
______________________________；
（2）木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与CuO粉
末混合均匀后使用。
这样处理的目的是_______________
_______________________。
（3）酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用时__________
_____________。
（4）为了提高成功率，某研究小组设计如图Ⅱ方案进行实验。
【装置改进】
稳定的高温时本实验成果的关键因素之一，实验装置也会影
响加热的效率。
图Ⅱ装置将卧式装置改为直立式装置。
实验时，将
反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯是外焰完全包围试管的下
部。
你认为该设计是否更好？
____________（填“是”或“否”）；
理由是__________________________________________；
【实验研究】
分别称取2g木炭与CuO的混合物，按每种比例重复实验3次。
实验记录如下表：
总质量相同（2g）但木炭与CuO比例不同的实验对比表
比例
1:
6
1:
7
1:
8
1:
9
1:
10～1:
11
1:
12
1:
13
加热
时间
1′51″
1′43″
1′57″
1′51″
1′51″
1′53″
4′
实验
现象
红热，产生大量气泡，石灰水变浑浊
偶尔红热，
气泡较少
实验
结果
表层铜珠较大，出现未完全反应的黑色木炭粉末，且木炭含量越高黑色粉末越多
反应较完全，生成亮红色网状铜块
部分生成Cu2O
主要产物是Cu2O
由实验数据分析，影响实验的另一因素是______________________________；从产物分析，该反应混合物的最佳比例范围是_____________________；
【讨论交流】由于试管中有空气，实验时应注意：
1混合物需进行预热，除了使试管受热均匀外，目的是______________________________；
2不能把石灰水浑浊作为木炭跟CuO反应的充分证据。
因为试管中还可能发生反应：
___________________________________（写化学方程式）
【提出问题】关于影响该实验的因素，你认为还可进一步探究的问题_。
思维提高：
例：
（2012.南京）下图所示的甲、乙两装置都可以用来进行木炭还原氧化铜的实验，小明同学选用甲装置来进行实验：
甲
乙
（1）在实验过程中，W形管的左边能观察到的现象是黑色粉末变为色。
（2）小明观察到W形管右边的澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式是
。
（3）实验过程中，小明发现W管右端的气球鼓起来了，实验结束冷却到室温后，气球依然鼓着，他经过探究发现气球中的气体是二氧化碳和一氧化碳的混合物。
小明查阅资料得知：
当木炭过量时，木炭和氧化铜在高温时也可以反应产生铜和一氧化碳，该反应的化学方程式为______________________________________，该反应中，反应物和生成物中碳元素的化合价分别为。
该实验事实说明，相同的反应物发生化学变化时，因为_____________________不同，可能得到不同的生成物。
（4）小天利用装置乙做实验，发现实验结束后，如果先将导气管从澄清石灰水中撤出，新生成的铜会被空气中的氧气氧化而影响观察实验结果，该反应的化学方程式为
；如果先熄灭酒精喷灯，大试管冷却后会吸入澄清石灰水，导致试管骤冷而炸裂。
为此，小天对装置乙进行了改进（如下图所示），你认为正确的是图。
图A
图B
（5）甲乙两种装置相比，甲装置的优点之一是____________________________________。
（6）实验完成后，小明称得盛装澄清石灰水的试管质量增加了1.1g,于是，他通过计算后得出：
生成的铜的质量为3.2g。
你认为他的计算结果（答“是”或“否”）一定正确，你的理由是。
2、二氧化碳的实验室制法：
进一步了解气体制取装置选择
原料：
用大理石或石灰石和稀盐酸
反应原理：
CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑
设计的装置：
思考：
该实验中应注意的事项有哪能些？
气体怎么样才能证明是收集满的？
如何验证产生的气体就是二氧化碳？
实验室制取二氧化碳又应该按怎样的步骤来操作？
小结：
实验室制取气体的思路和方法：
①确定实验室制取气体的原理（原料、化学反应、反应条件）。
②确定气体的实验室制取装置（发生装置和收集方法）。
3确定气体的检验原理和验满方法。
对应练习：
1、（2012.兰州市）下列装置常用于实验室制取气体。
根据给出的装置回答下列问题：
ABCDEFGH
（1）指出编号仪器名称：
①；②。
（2）实验室利用A装置制取氧气，反应原理用化学方程式表示为。
利用C装置收集氧气的最佳时刻是。
用收集到的氧气完成硫粉燃烧实验后，还需向集气瓶内加入适量氢氧化钠溶液，目的是（用化学方程式表示）。
（3）制取并收集二氧化碳应选择的装置是（从A——E中选择），使用该套装置制取气体的突出优点是，该反应原理用化学方程式表示为。
若改用F装置收集二氧化碳，则气体应从端进入。
制得的二氧化碳中常含有少量的氯化氢气体与水蒸气，欲使个G、H装置将以上杂质气体除去，则装置正确的连接顺序是：
混合气体→（用端口字母表示）。
（4）将纯净的二氧化碳气体通入盛有蒸馏水的洗气瓶一段时间后，测得该装置中溶液的pH、
（填“＞”、“＜”或“=”）7，对该现象的合理解释为（用化学方程式表示）。
2、（2012．佛山市）（9分）某学习小组围绕“气体实验室制取”进行了研讨。
请你参与完成下面的问题。
（1）原理分析：
实验室制取CO2的化学方程式为。
不用Na2CO3与盐酸反应制取CO2的原因是。
（2）发生装置：
图①装置中仪器a的名称是。
实验室常用无水醋酸钠固体与碱石灰在加热的情况下制CH4，应选图（填序号）发生装置。
（3）收集装置：
实验室收集NH3应采用的方法是。
收集有毒气体SO2时，常采用③收集装置，气体应从（填字母）端通入。
（4）实验操作：
用KMnO4制取O2的操作过程可概括为“组装仪器→→
→加入试管→收集气体→停止加热”。
（5）实验反思：
在加热KClO3制O2的过程中，发现产生O2的速率很慢，经检查不是KClO3变质，也不是装置气密性不好，你认为最可能的原因是
3、（2012.黄冈市）实验装置的设计和组装是一个改进的过程，请观察下列装置并回答相关问题。
（1）A装置中发生反应的化学方程式是________。
（2）根据A装置的适用条件改进后得到B装置，其中仪器c的名称是
（3）从上述装置中选出一种用于收集氢气，对应的编号是______。
（4）E装置从a、b中某一个接口进气，可以代替C、D装置收集气体，并且可以减少气体向空气中的逸出。
现用A、E装置来制取并收集氧气，连接A装置的应是______口（选填“a”或“b”）。
思维提高：
例1、下图装置可以完成多个简单实验，具有药品用量少、实验现象明显、尾气不外逸等优点。
⑴若甲中吸有浓氨水，乙中吸有无色酚酞溶液，将甲、乙中的液体同时挤出，一段时间后，观察到无色酚酞溶液变红，说明分子具有的性质是____________________。
⑵若甲中吸有水，乙中吸有稀盐酸，烧杯①中盛有用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花，烧杯②看盛有碳酸钙粉末。
为了验证使石蕊变色的物质是碳酸而不是二氧化碳，应采取的实验操作是____________。
⑶若先将甲中的液体挤出，观察出气球明显鼓起，一段时间后恢复原状；再将乙中的液体挤出，气球
又明显鼓起。
请将下表中的试剂补充完整。
滴管甲
烧杯
滴管乙
烧杯
试剂
H2O
Mg
气球鼓起是因为装置内气压增大，两次气压增大的原因依次是_____________。
例2、下图是初中化学中常见物质间的转化关系，其中甲、乙、丙为单质；A、B、C、D、E为化合物，且A与B的组成元素相同，D与E的组成元素也相同。
已知C、丙均为黑色固体，C和E在高温条件下可生成丙和D，D能使澄清的石灰水变浑浊。
其余反应条件、部分反应物和生成物均已略去。
试推断：
（1）D物质的化学式______；
（2）写出下列化学方程式：
A→甲＋B：
____________；
甲→E：
_________________；
甲→C：
__________________。
二氧化碳的变式制取装置：
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