主题三 碳和碳的氧化物
知识点一 碳单质的性质和用途
1.碳单质的物理性质及相关用途
（1）金刚石、石墨、C60
物质 金刚石 石墨 C60
性质 天然存在的最硬的物质 很软，有滑腻感，优良的导电性 C60分子形似足球，很稳定
用途 用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，作钻探机的钻头 制铅笔芯，作润滑剂、电极 有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域
说明 物理性质差异大的原因:碳原子的排列方式不同
（2）无定形碳
①木炭具有疏松多孔的结构，有吸附性，可用于吸附食品和工业产品中的色素和异味；
②活性炭具有疏松多孔的结构，吸附性比木炭强，可用于吸附冰箱内的异味，填充防毒面具里的滤毒罐吸附毒气，用在制糖工业脱色制白糖，吸附装修产生的有害气体等；［2023省卷T11（1）］
③焦炭可用于冶金工业，作还原剂；
④炭黑可用于制造墨汁、油漆、颜料、橡胶工业的填充剂等。
注意：金刚石和石墨在一定条件下能相互转化，该过程属于化学变化。
2.碳单质的化学性质及相关用途
（1）稳定性：常温下，碳的化学性质不活泼。（制作墨水）
（2）可燃性：在点燃的条件下，可以跟氧气发生氧化反应。（作燃料）
①氧气充足时，生成CO2，化学方程式为C+O 2CO2；
②氧气不充足时，生成CO，化学方程式为2C+O22CO。
（3）还原性：在较高温度下碳能夺取某些含氧化合物里的氧。（冶金）
①碳和氧化铜反应的化学方程式为C+2CuOCO2+2Cu；现象：黑色粉末逐渐变成红色，出口接气体的澄清石灰水变浑浊；
②碳和二氧化碳反应的化学方程式为C+CO22CO。
【即时训练】（无锡中考）下列物质的性质和用途对应关系正确的是（ A ）
A.金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B.石墨具有导电性，可制作铅笔芯
C.炭黑具有还原性，可制作墨水 D.木炭具有吸附性，可用作燃料
知识点二 一氧化碳的性质和用途
1.一氧化碳的物理性质：通常情况下，一氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。
2.一氧化碳的化学性质及用途［2024贵阳T11（1）］
（1）可燃性：CO可作燃料，在空气中燃烧时火焰呈蓝色，同时放出大量的热。在实验室点燃CO前必须要先验纯，反应的化学方程式为2CO+O22CO2。
（2）还原性：CO可用于冶炼金属。
CO与氧化铜反应的化学方程式：CO+CuOCu+CO2，
现象：黑色粉末逐渐变红。
CO与氧化铁反应的化学方程式：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，
现象：红色粉末逐渐变黑。
（3）毒性：CO易与人体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，造成人体内缺氧（煤气中毒）。在实验过程中，若有CO参加反应或生成，就必须进行尾气处理，其目的是防止有毒的CO逸散到空气中，造成污染。
知识点三 二氧化碳的性质和用途
1.二氧化碳的物理性质：
二氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水。在加压和冷却的情况下，二氧化碳会变成无色液体，甚至变成雪花状固体，通常把固体二氧化碳叫做干冰，它易升华，因此可用于人工降雨或作制冷剂。［2023省卷T13（1）］
2.二氧化碳的化学性质（2024遵义T17）
（1）一般情况下，既不燃烧也不支持燃烧 现象：下面的蜡烛先熄灭 结论：CO2不燃烧也不支持燃烧、密度大于空气
（2）与水反应 现象：A中紫色石蕊溶液变为红色；加热后又变为紫色 加热时反应的化学方程式：H2CO3H2O+CO2↑
（3）与澄清石灰水反应 现象：澄清石灰水变浑浊 化学方程式： CO2+Ca（OH）2═CaCO3↓+H2O （检验二氧化碳）
（4）与氢氧化钠溶液反应 现象：甲中试管内液面比乙中试管内液面高 化学方程式： CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O（吸收或除去二氧化碳）［2023省卷T13（4）］
3.二氧化碳的用途：（1）绿色植物光合作用的原料；（2）作灭火剂；（3）固体二氧化碳俗称干冰，可作制冷剂，用于人工降雨；（4）生产碳酸饮料等。
知识点四 CO和CO2的鉴别和除杂
1.CO和CO2的鉴别
鉴别方法 现象及结论
通入澄清石灰水中 能使澄清石灰水变浑浊的是CO2，无明显现象的是CO
点燃 在空气中能燃烧的是CO，不能燃烧的是CO2
通入紫色石蕊溶液 能使紫色石蕊溶液变红的是CO2，无明显现象的是CO
还原氧化铜 通入灼热的氧化铜中，使黑色粉末变红的是CO，无明显现象的是CO2
2.CO和CO2互为杂质的除杂方法（2023省卷T6）
物质 杂质 除杂方法
CO CO2 通入NaOH溶液或通过足量灼热的炭粉
CO2 CO 通过足量灼热的氧化铜
点拨：CO2与CO在一定条件下可以相互转化：COCO2。
知识点五 二氧化碳的制取
1.工业制取：煅烧石灰石（或大理石），化学方程式为CaCO3CaO+CO2↑。
2.实验室制取（详见“实验梳理实验3”）
知识点六 自然界的碳氧循环及温室效应（2024六盘水T9）
1.自然界的碳氧循环：
绿色植物的光合作用将CO2转化为O2；动植物的呼吸作用，化石燃料燃烧（主要来源），微生物的分解等将O2转化为CO2。
2.温室效应
（1）形成原因：化石燃料的燃烧、森林不断减少。
（2）危害：导致两极冰川融化、海平面上升，引起气候反常、土地沙漠化等。
（3）防治措施：减少化石燃料的使用、大力植树造林等。
实验3 二氧化碳的实验室制取
【基础过关】
1.实验药品与仪器
（1）药品：大理石和稀盐酸。
①不能用浓盐酸，因为它易挥发，使收集的二氧化碳不纯；
②不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为生成的硫酸钙微溶于水，覆盖在碳酸钙的表面，阻止碳酸钙与硫酸接触，使反应难以继续进行；
③不能用碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙粉末，因为粉末状固体与盐酸反应速率非常快，不利于反应的控制和气体的收集。
（2）仪器：锥形瓶、长颈漏斗或分液漏斗、导管、集气瓶、玻璃片、乳胶管、单孔橡皮塞或双孔橡皮塞、铁架台。
2.反应原理：CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑。
3.装置的选择
发生装置图
特点 便于添加液体药品 便于添加液体药品和控制反应速率，还可节约药品 可控制反应的发生和停止
适用范围 用于制取较多气体 用于制取少量气体
4.收集装置
（1）二氧化碳能溶于水并与水发生反应，且密度比空气大，应采用向上排空气法收集，如图1所示。若用图2收集，导管口应长进短出（填“长进短出”或“短进长出”，下同）。若用图3收集，导管口应短进长出。
图1 图2 图3
（2）收集满二氧化碳的集气瓶，应该正放在桌面上。
5.步骤：连接仪器→检查装置气密性→加入药品（先加固体，后加液体）→收集气体→验满。
6.检验与验满
（1）将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，证明生成的气体是CO2。
（2）将燃着的木条放在集气瓶瓶口，若木条立即熄灭，说明已收集满。
CO2的检验 CO2的验满
【拓展延伸】
7.CO2的净化与体积测量
（1）净化：通常分为除杂和干燥。如图甲，制得的CO2中通常含有HCl气体和水蒸气，可先用饱和碳酸氢钠溶液除去HCl，再用浓硫酸干燥。
甲 乙
（2）体积测量：如图乙，量筒中水的体积即为CO2的体积。植物油的作用是防止CO2溶于水，植物油上方的气体（集气瓶未装满水）对CO2体积的测量无影响。
8.改进与创新
（1）A、B装置通过控制液体的滴加速度进而控制反应速率。
（2）C、D装置中通过打开和关闭止水夹，利用压强使反应物分离，来随时控制反应的发生和停止。
（3）E、F装置分别通过拿起和放下铜丝或试管，使反应物分离，来随时控制反应的发生和停止。
【例】 化学课外小组利用如图所示的仪器进行CO2的制取。
（1）制备：实验室制取CO2的化学方程式是CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑，现要制取和收集CO2，并能在反应过程中添加液体药品，则可选择如图仪器中的ACDG（或ACDI）（填字母）进行组合。
（2）收集与验满：若用装置I收集CO2，进气口应选择b（填“a”或“b”）端，用装置I收集时，检验CO2是否收集满的方法是用燃着的木条放在导气管a口处，若木条熄灭，则说明收集满了，反之则不满。
（3）如果要制取和收集纯净干燥的CO2，需要在发生装置之后连接三个I装置，则在第一个I装置中加入的试剂是碳酸氢钠溶液（填“浓硫酸”或“碳酸氢钠溶液”），第二个I装置中加入的试剂是浓硫酸（填“浓硫酸”或“碳酸氢钠溶液”）。主题三 碳和碳的氧化物
知识点一 碳单质的性质和用途
1.碳单质的物理性质及相关用途
（1）金刚石、石墨、C60
物质 金刚石 石墨 C60
性质 天然存在的最 的物质 很软，有滑腻感，优良的 C60分子形似足球，很稳定
用途 用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，作钻探机的钻头 制铅笔芯，作润滑剂、电极 有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域
说明 物理性质差异大的原因:
（2）无定形碳
①木炭具有 的结构，有吸附性，可用于吸附食品和工业产品中的色素和异味；
②活性炭具有疏松多孔的结构，吸附性比木炭强，可用于吸附冰箱内的异味，填充防毒面具里的滤毒罐吸附毒气，用在制糖工业脱色制白糖，吸附装修产生的有害气体等；［2023省卷T11（1）］
③焦炭可用于冶金工业，作还原剂；
④炭黑可用于制造墨汁、油漆、颜料、橡胶工业的填充剂等。
注意：金刚石和石墨在一定条件下能相互转化，该过程属于化学变化。
2.碳单质的化学性质及相关用途
（1）稳定性：常温下，碳的化学性质 。（制作墨水）
（2）可燃性：在点燃的条件下，可以跟氧气发生氧化反应。（作燃料）
①氧气充足时，生成CO2，化学方程式为 ；
②氧气不充足时，生成CO，化学方程式为 。
（3）还原性：在较高温度下碳能夺取某些含氧化合物里的氧。（冶金）
①碳和氧化铜反应的化学方程式为 ；现象：黑色粉末逐渐变成红色，出口接气体的澄清石灰水 ；
②碳和二氧化碳反应的化学方程式为 。
【即时训练】（无锡中考）下列物质的性质和用途对应关系正确的是( )
A.金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B.石墨具有导电性，可制作铅笔芯
C.炭黑具有还原性，可制作墨水 D.木炭具有吸附性，可用作燃料
知识点二 一氧化碳的性质和用途
1.一氧化碳的物理性质：通常情况下，一氧化碳是一种 的气体，密度比空气略小，难溶于水。
2.一氧化碳的化学性质及用途［2024贵阳T11（1）］
（1）可燃性：CO可作燃料，在空气中燃烧时火焰呈蓝色，同时放出大量的热。在实验室点燃CO前必须要先验纯，反应的化学方程式为 。
（2）还原性：CO可用于冶炼金属。
CO与氧化铜反应的化学方程式： ，
现象： 。
CO与氧化铁反应的化学方程式： ，
现象： 。
（3）毒性：CO易与人体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，造成人体内 （煤气中毒）。在实验过程中，若有CO参加反应或生成，就必须进行尾气处理，其目的是 。
知识点三 二氧化碳的性质和用途
1.二氧化碳的物理性质：
二氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气 ，能溶于水。在加压和冷却的情况下，二氧化碳会变成无色液体，甚至变成雪花状固体，通常把固体二氧化碳叫做 ，它易升华，因此可用于人工降雨或作制冷剂。［2023省卷T13（1）］
2.二氧化碳的化学性质（2024遵义T17）
（1）一般情况下，既不燃烧也不支持燃烧 现象： 的蜡烛先熄灭 结论：CO2不燃烧也不支持燃烧、
（2）与水反应 现象：A中紫色石蕊溶液变为 色；加热后又变为 色 加热时反应的化学方程式：
（3）与澄清石灰水反应 现象：澄清石灰水 化学方程式： （检验二氧化碳）
（4）与氢氧化钠溶液反应 现象：甲中试管内液面比乙中试管内液面 化学方程式： （吸收或除去二氧化碳）［2023省卷T13（4）］
3.二氧化碳的用途：（1）绿色植物光合作用的原料；（2）作灭火剂；（3）固体二氧化碳俗称干冰，可作制冷剂，用于人工降雨；（4）生产碳酸饮料等。
知识点四 CO和CO2的鉴别和除杂
1.CO和CO2的鉴别
鉴别方法 现象及结论
通入澄清石灰水中 能使澄清石灰水变浑浊的是 ，无明显现象的是
点燃 在空气中能燃烧的是 ，不能燃烧的是
通入紫色石蕊溶液 能使紫色石蕊溶液变 的是CO2，无明显现象的是CO
还原氧化铜 通入灼热的氧化铜中，使黑色粉末变 的是CO，无明显现象的是CO2
2.CO和CO2互为杂质的除杂方法（2023省卷T6）
物质 杂质 除杂方法
CO CO2 通入NaOH溶液或通过足量灼热的炭粉
CO2 CO 通过足量灼热的氧化铜
点拨：CO2与CO在一定条件下可以相互转化：COCO2。
知识点五 二氧化碳的制取
1.工业制取：煅烧石灰石（或大理石），化学方程式为 。
2.实验室制取（详见“实验梳理实验3”）
知识点六 自然界的碳氧循环及温室效应（2024六盘水T9）
1.自然界的碳氧循环：
绿色植物的 将CO2转化为O2；动植物的 ，化石燃料燃烧（主要来源），微生物的分解等将O2转化为CO2。
2.温室效应
（1）形成原因：化石燃料的燃烧、森林不断减少。
（2）危害：导致两极冰川融化、海平面上升，引起气候反常、土地沙漠化等。
（3）防治措施：减少化石燃料的使用、大力植树造林等。
实验3 二氧化碳的实验室制取
【基础过关】
1.实验药品与仪器
（1）药品：大理石和稀盐酸。
①不能用浓盐酸，因为它 ，使收集的二氧化碳不纯；
②不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为生成的硫酸钙 ，覆盖在碳酸钙的表面，阻止碳酸钙与硫酸接触，使反应难以继续进行；
③不能用碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙粉末，因为 。
（2）仪器：锥形瓶、长颈漏斗或分液漏斗、导管、集气瓶、玻璃片、乳胶管、单孔橡皮塞或双孔橡皮塞、铁架台。
2.反应原理： 。
3.装置的选择
发生装置图
特点 便于添加液体药品 便于添加液体药品和控制反应速率，还可节约药品 可控制反应的发生和停止
适用范围 用于制取较多气体 用于制取少量气体
4.收集装置
（1）二氧化碳能溶于水并与水发生反应，且密度比空气 ，应采用 收集，如图1所示。若用图2收集，导管口应 （填“长进短出”或“短进长出”，下同）。若用图3收集，导管口应短进长出。
图1 图2 图3
（2）收集满二氧化碳的集气瓶，应该 放在桌面上。
5.步骤：连接仪器→检查装置气密性→加入药品（先加固体，后加液体）→收集气体→验满。
6.检验与验满
（1）将气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变 ，证明生成的气体是CO2。
（2）将燃着的木条放在集气瓶瓶口，若 ，说明已收集满。
CO2的检验 CO2的验满
【拓展延伸】
7.CO2的净化与体积测量
（1）净化：通常分为除杂和干燥。如图甲，制得的CO2中通常含有HCl气体和水蒸气，可先用 溶液除去HCl，再用 干燥。
甲 乙
（2）体积测量：如图乙，量筒中水的体积即为CO2的体积。植物油的作用是防止CO2溶于水，植物油上方的气体（集气瓶未装满水）对CO2体积的测量无影响。
8.改进与创新
（1）A、B装置通过控制液体的 进而控制反应速率。
（2）C、D装置中通过打开和关闭止水夹，利用 使反应物分离，来随时控制反应的发生和停止。
（3）E、F装置分别通过拿起和放下铜丝或试管，使反应物分离，来随时控制反应的 。
【例】 化学课外小组利用如图所示的仪器进行CO2的制取。
（1）制备：实验室制取CO2的化学方程式是 ，现要制取和收集CO2，并能在反应过程中添加液体药品，则可选择如图仪器中的 （填字母）进行组合。
（2）收集与验满：若用装置I收集CO2，进气口应选择 （填“a”或“b”）端，用装置I收集时，检验CO2是否收集满的方法是用 。
（3）如果要制取和收集纯净干燥的CO2，需要在发生装置之后连接三个I装置，则在第一个I装置中加入的试剂是 （填“浓硫酸”或“碳酸氢钠溶液”），第二个I装置中加入的试剂是 （填“浓硫酸”或“碳酸氢钠溶液”）。
