第六单元 《碳和碳的氧化物》 核心知识点解读（化学中考一轮复习）（人教版）

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第六单元 《碳和碳的氧化物》 核心知识点解读
课题1 碳单质的多样性
一、碳的常见单质
1、金刚石（C）
(1)结构：碳原子呈正四面体立体网状排列，形成致密结构。
(2)物理性质：无色透明、正八面体形状的固体，是天然存在最硬的物质，不导电、熔点高。
(3)用途：裁玻璃、切割大理石、钻探机的钻头（利用硬度大）；经打磨制成钻石（利用透光性）。
2、石墨（C）
(1)结构：碳原子呈层状平面排列，层间作用力弱，易滑动。
(2)物理性质：灰黑色、有金属光泽的细鳞片状固体，质软（可在纸上留下痕迹）、有滑腻感、熔点高、导电性优良。
(3)用途：铅笔芯（质软、深灰色）、干电池电极（导电性）、电车电刷（导电性+滑腻感+常温稳定）、润滑剂（滑腻感）。
3、C60
(1)结构：由60个碳原子构成的分子，形似足球（又称“足球烯”），结构稳定。
(2)物理性质：常温下为固态，有金属光泽，溶解性较差。
(3)用途：超导材料、催化反应、医疗辅助（如药物载体）等领域（基于独特的分子结构）。
4、无定形碳（混合物）
(1)组成：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，包括木炭、焦炭、活性炭、炭黑。
(2)特性与用途：
①木炭：疏松多孔，有吸附性，用于吸附食品和工业产品中的色素、异味。
②活性炭：吸附性比木炭更强，用于防毒面具滤毒罐（吸附毒气）、制糖工业脱色（除色素）、饮用水深度净化（除异味和部分杂质）。
③焦炭：硬度大、还原性强，用于冶金工业（如炼铁）。
④炭黑：黑色粉末，用于制造轮胎（增强耐磨性）、墨汁、颜料。
5、单质碳物理性质差异的本质原因
碳原子的排列方式不同（易错点：误认为是原子种类、大小不同，实则均为碳元素组成的单质）。
二、碳单质的化学性质
（由碳原子结构决定，最外层4个电子，化学性质稳定但高温下活泼）
（一）常温下的稳定性
（1）表现：受日光照射、与空气或水接触，不易发生反应。
（2）应用：古代书法家、画家用墨（主要成分为炭黑）书写或绘制的字画，能长期保存不变色。
（3）易错点：误认为碳单质常温下绝对不反应，实际在特定条件（如强氧化剂作用）下仍可能反应，只是反应速率极慢。
（二）可燃性（与氧气反应，放热，属于氧化反应）
1、充分燃烧（氧气充足）
(1)化学方程式：C+O2点燃CO2
(2)现象：木炭燃烧发白光，放出大量热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
2、不充分燃烧（氧气不足）
(1)化学方程式：2C+O2点燃2CO
(2)现象：燃烧不剧烈，放出热量较少，生成有毒的CO气体。
(3)注意事项：室内燃烧煤炭、木炭时，需保证通风，防止CO中毒。
（三）还原性（与某些金属氧化物、CO2反应，吸热，属于氧化还原反应，碳作还原剂）
1、与氧化铜反应（实验室典型实验）
(1)实验装置：试管（装木炭和氧化铜混合物）、铁架台、酒精灯（可加网罩集中火焰提高温度）、导管、澄清石灰水。
(2)化学方程式：2CuO+C高温2Cu+CO2↑
(3)实验现象：
①黑色粉末逐渐变为光亮的红色（Cu单质）。
②导管口有气泡产生，澄清石灰水变浑浊（验证生成CO2）。
(4)反应分析：
①氧化铜（CuO）：失去氧，发生还原反应，作氧化剂（具有氧化性）。
②碳（C）：得到氧，发生氧化反应，作还原剂（具有还原性）。
2、与氧化铁反应（冶金工业应用）
(1)化学方程式：2Fe2O3+3C高温4Fe+3CO2↑
(2)应用：工业上用焦炭还原铁矿石炼铁。
3、与二氧化碳反应（工业制一氧化碳）
(1)化学方程式：CO2+C高温2CO
(2)注意：该反应为吸热反应，需在高温条件下进行，生成的CO有毒。
三、碳单质的性质与用途比较
金刚石 石墨 C60
构成粒子 原子（正四面体网状排列） 原子（层状排列） 分子（60个C原子构成）
物理性质 硬、不导电、透光 软、导电、有滑腻感 有金属光泽、不导电
化学性质 均稳定（常温）、可燃、有还原性 均稳定（常温）、可燃、有还原性 均稳定（常温）、可燃、有还原性
用途关联 硬度→切割工具 导电性→电极；滑腻感→润滑剂 独特结构→超导、催化
易错点 1.误认为C60由原子直接构成，实际是分子 2.混淆“导电性”：仅石墨导电，金刚石、C60不导电 3.误认为物理性质差异大，化学性质也不同，实则化学性质完全相同
课题2 碳的氧化物
一、二氧化碳（CO2）
（一）物理性质
性质 具体表现 实验验证
颜色、状态、气味 通常为无色、无味的气体 直接观察和闻气味（正确方法：扇闻）
密度 比空气大（相对分子质量44＞空气平均29） 倾倒CO2灭火实验：下层蜡烛先熄灭，上层后熄灭
溶解性 能溶于水（1体积水约溶解1体积CO2，加压下溶解度增大） 塑料瓶变瘪实验：向盛满CO2的软塑料瓶中加水，振荡后瓶变瘪
固态特性 固态CO2称为“干冰”，易升华，升华时吸收大量热 干冰升华使周围温度降低，可用于人工降雨
（二）化学性质
1、一般性质：不燃烧、不支持燃烧（易错点：并非所有不支持燃烧的气体都是CO2，如N2也不支持燃烧），不能供给呼吸（空气中CO2体积分数过高会导致窒息）。
2、与水反应（可逆反应）
(1)第一步（生成碳酸）：CO2+H2O=H2CO3
①现象：紫色石蕊溶液变红（碳酸具有酸性）。
(2)第二步（碳酸分解）：H2CO3=CO2↑+H2O
①现象：加热或振荡后，红色石蕊溶液恢复紫色（碳酸不稳定，易分解）。
(3)易错点：误认为CO2能使石蕊溶液直接变红，实际是CO2与水反应生成的H2CO3起作用。
3、与澄清石灰水反应（CO2的特征反应，用于检验CO2）
(1)化学方程式：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
(2)现象：澄清石灰水变浑浊（生成白色CaCO3沉淀）。
(3)应用：
①检验气体是否为CO2（如实验室制CO2后的验满辅助）。
②解释长期盛放石灰水的试剂瓶内壁有白色固体（CaCO3），除去该固体需用稀盐酸（CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑）。
4、与灼热碳反应（见课题1中碳的还原性）
5、与碱溶液反应（如NaOH溶液，用于吸收CO2）
(1)化学方程式：CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O（无明显现象）。
(2)应用：实验室中用NaOH溶液吸收多余的CO2，防止污染空气。
（三）用途（基于性质决定用途）
1、灭火：利用“不燃烧、不支持燃烧”（化学性质）和“密度比空气大”（物理性质），覆盖在可燃物表面隔绝氧气。
2、人工降雨、制冷剂：利用干冰升华吸热，使周围温度降低（物理性质）。
3、温室肥料：植物光合作用的原料：6CO2+6H2O光照、叶绿体C60H12O60+6O2，适当增加CO2浓度可促进植物生长。
4、制碳酸饮料：利用CO2能溶于水且与水反应生成碳酸的性质（加压下溶解更多CO2）。
5、化工原料：用于生产尿素[CO(NH2)2]、碳酸钙（建筑材料）等。
（四）对环境的影响——温室效应
1、定义：大气中的CO2等气体像温室的玻璃或塑料薄膜一样，既能让阳光透过，又能吸收地面散发的热量，使地球表面温度升高。
2、主要温室气体：CO2、O3（臭氧）、CH4（甲烷）、N2O（一氧化二氮）、氟氯代烷等。
3、危害：全球变暖、两极冰川融化、海平面上升、土地沙漠化、极端天气（如暴雨、干旱）频发。
4、低碳行动（应对措施）：
(1)减少CO2排放：减少化石燃料（煤、石油、天然气）的使用，开发太阳能、风能、水能等清洁能源；推广电动汽车、节能产品。
(2)增加CO2吸收：大力植树造林（植物光合作用吸收CO2）；研发CO2捕集、利用与封存技术（如将CO2封存于海底或地层）。
(3)我国目标：力争2030年前实现碳达峰（CO2排放量达到峰值后平稳下降），2060年前实现碳中和（CO2排放量与吸收量抵消）。
二、一氧化碳（CO）
（一）物理性质
颜色、状态、气味：无色、无味的气体（易错点：误认为CO有气味，实际无味，需在煤气中掺入有刺激性气味的气体以警示泄漏）。
密度：比空气略小（相对分子质量28≈空气平均为29），收集时不能用排空气法（易与空气混合），可用排水法（难溶于水）。
溶解性：难溶于水（1体积水约溶解0.02体积CO）。
（二）化学性质
1、可燃性（与氧气反应，放热，属于氧化反应）
(1)化学方程式：2CO+O2点燃2CO2
(2)现象：产生蓝色火焰，放出大量热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
(3)注意事项：点燃前必须检验纯度（CO与空气混合达到爆炸极限，遇明火会爆炸）；检验方法：点燃气体，发出尖锐爆鸣声则不纯，声音很小则较纯。
2、还原性（与金属氧化物反应，属于氧化还原反应，CO作还原剂）
(1)与氧化铜反应：
①化学方程式：CuO+CO加热Cu+CO2
②实验现象：黑色粉末逐渐变为光亮的红色，澄清石灰水变浑浊。
③注意事项：实验前先通CO（排尽装置内空气，防止爆炸）；实验后继续通CO至装置冷却（防止生成的Cu被氧化）；需处理尾气CO（点燃或用气球收集，防止污染空气）。
(2)与氧化铁反应（工业炼铁核心反应）：
①化学方程式：Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2
②现象：红色粉末逐渐变为黑色，澄清石灰水变浑浊。
3、毒性（核心危险特性）
(1)中毒原理：CO极易与人体血液中的血红蛋白结合（结合能力是氧气的200-300倍），使血红蛋白失去输氧能力，导致人体组织缺氧，严重时危及生命。
(2)中毒症状：头晕、头痛、恶心、呕吐、呼吸困难、昏迷等。
(3)急救措施：轻度中毒者转移至空气新鲜处，深呼吸；严重中毒者立即送医院，进行高压氧治疗。
(4)预防：冬季用煤炉取暖时保证通风；安装CO报警器；煤气泄漏时关闭阀门，开窗通风，严禁明火。
（三）用途
1、气体燃料：用于工业熔炉加热、家用煤气（水煤气主要成分：CO和H2）。
2、冶金还原剂：用于炼铁、炼铜等工业（利用还原性）。
三、CO2与CO比较
项目 二氧化碳（CO2） 一氧化碳（CO） 易错点
分子构成 1个CO2分子含1个C、2个O 1个CO分子含1个C、1个O 分子构成不同是性质差异的本质原因
物质类别 氧化物、能与碱反应 氧化物、不能与碱反应 误认为CO2和CO均为酸性氧化物
溶解性 能溶于水 难溶于水 用排水法收集CO，向上排空气法收集CO2
可燃性 不燃烧、不支持燃烧 能燃烧（蓝色火焰） 用点燃法鉴别：能燃烧的是CO，不能燃烧的是CO2（需排除N2等干扰）
还原性 有弱氧化性（与C、Mg反应） 有强还原性（与CuO、Fe2O3反应） 误认为CO2有还原性、CO有氧化性
毒性 无毒（含量过高导致窒息） 剧毒（与血红蛋白结合） 误认为CO2有毒、CO无毒；冬季取暖需防CO中毒
检验方法 通入澄清石灰水，变浑浊 点燃后产物通入澄清石灰水，变浑浊；或通入灼热CuO，黑色变红色且产物使石灰水变浑浊 不能用燃着的木条鉴别（均能使木条熄灭）；检验CO需先除杂（避免CO2干扰）
转化关系 CO2+C高温2CO 2CO+O2点燃2CO2 CO+CuO加热Cu+CO2 转化需特定条件（高温、点燃、加热），不能自发转化
课题3 二氧化碳的实验室制取
一、制取原理
（一）药品选择
1、核心药品：石灰石（或大理石，主要成分CaCO3）与稀盐酸（HCl）。
2、反应方程式：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
(1)反应本质：CaCO3与HCl反应生成H2CO3（碳酸），H2CO3不稳定，立即分解为CO2和H2O。
3、药品选择理由（易错点规避）：
(1)不用稀硫酸（H2SO4）：生成的CaSO4微溶于水，覆盖在CaCO3表面，阻止反应继续进行。
(2)不用浓盐酸（浓HCl）：挥发性强，会使制得的CO2混有HCl杂质，导致气体不纯。
(3)不用Na2CO3粉末：反应速率过快，不易控制，不利于气体收集。
(4)不用纯净CaCO3（粉末）：反应速率过快，成本较高，不如石灰石（块状）实用。
（二）反应条件
反应物状态：固体（石灰石）+液体（稀盐酸）。
反应条件：常温（无需加热，节省能源，操作简便）。
二、实验装置
（一）发生装置（固液不加热型）
1、仪器选择：
(1)核心仪器：试管或锥形瓶或平底烧瓶（反应容器）、长颈漏斗（添加稀盐酸，可选）、双孔橡胶塞（插长颈漏斗和导管）、玻璃导管。
(2)辅助仪器：铁架台（固定试管）、止水夹（控制反应停止）。
2、装置注意事项：
(1)长颈漏斗下端必须伸入液面以下（形成液封，防止CO2从长颈漏斗上口逸出）。
(2)若用分液漏斗代替长颈漏斗，优点是可控制稀盐酸的滴加速度，从而控制反应速率。
(3)导管伸入反应容器内不宜过长（刚露出橡胶塞即可，便于CO2排出）。
（二）收集装置（向上排空气法）
1、选择依据：CO2密度比空气大（相对分子质量44＞29），且能溶于水并与水反应，不能用排水法收集。
2、操作注意事项：
(1)集气瓶瓶口向上放置，导管末端需伸入集气瓶底部（便于排尽瓶内空气，收集较纯净的CO2）。
(2)收集时在集气瓶口盖上玻璃片（半盖，便于空气排出）。
三、检验与验满
（一）检验（确认气体是CO2）
1、方法：将气体通入澄清石灰水。
2、现象：若澄清石灰水变浑浊，则该气体为CO2。
3、易错点：不用燃着的木条检验（N2等气体也不支持燃烧，会导致误判）。
（二）验满（确认CO2已收集满）
1、方法：将燃着的木条放在集气瓶口（不伸入瓶内）。
2、现象：若木条熄灭，则已收集满。
3、易错点：将木条伸入瓶内验满，会导致无法判断是否收集满（瓶内CO2本身不支持燃烧）。
四、操作步骤（按顺序）
1、组装仪器：按“从下到上、从左到右”的顺序组装发生装置和收集装置。
2、检查气密性（关键步骤）：
(1)方法（长颈漏斗装置）：关闭弹簧夹，向长颈漏斗中加水，若长颈漏斗内形成稳定的液柱（一段时间内不下降），说明装置气密性良好。
(2)目的：防止装置漏气，导致收集不到CO2或气体不纯。
3、装入药品：先向反应容器中加入块状石灰石（用镊子夹取，避免打破容器），再通过长颈漏斗加入稀盐酸（液面没过长颈漏斗下端）。
4、收集气体：待导管口有连续、均匀的气泡冒出时开始收集（刚开始排出的是装置内的空气，若立即收集会导致气体不纯）。
5、验满与存放：用燃着的木条验满后，盖上玻璃片，将集气瓶正放在桌面上（CO2密度比空气大，防止气体逸出）。
6、整理仪器：实验结束后，先移出导管，再清洗仪器，整理实验台。
五、常见问题与误差分析
问题现象 可能原因 解决方法
收集不到CO2 装置漏气；药品不足；盐酸浓度过低 检查气密性并修复；补充药品；更换浓盐酸（浓度适中，一般为1:2稀盐酸）
气体不纯（混有空气或HCl） 收集过早（导管口气泡未连续均匀冒出）；盐酸浓度过高（挥发HCl） 待气泡连续均匀冒出后收集；换用稀盐酸；用饱和NaHCO3溶液除去HCl杂质
反应速率过慢 石灰石颗粒过大；盐酸浓度过低 将石灰石粉碎（增大接触面积）；适当提高盐酸浓度
反应突然停止 CaSO4覆盖在石灰石表面（误用稀硫酸） 更换稀盐酸，清洗反应容器
六、实验室制取气体的一般思路与方法
1、确定反应原理
(1)考虑因素：反应速率适中（便于收集）、气体纯度高、操作安全简便、试剂成本低、无污染。
(2)示例：实验室制O2（高锰酸钾分解、过氧化氢分解）、制CO2（CaCO3与稀盐酸反应）均符合上述要求。
2、设计实验装置
(1)发生装置：由反应物状态（固体+固体、固体+液体、液体+液体）和反应条件（是否加热、是否用催化剂）决定。
(2)收集装置：由气体性质（密度与空气对比、溶解性、是否与水反应）决定。
3、验证与验满
(1)检验：根据气体的特有化学性质设计方案（如CO2用澄清石灰水，O2用带火星的木条）。
(2)验满：根据气体的物理或化学性质，在集气瓶口进行检验（如O2用带火星的木条，CO2用燃着的木条）。
4、尾气处理
(1)对于有毒气体（如CO），需进行尾气处理（点燃、收集或吸收），防止污染空气。
(2)对于无毒气体（如CO2、O2），直接排放即可（CO2过量排放会造成温室效应，需合理控制）。
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