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第二篇 物质科学（二）
第27讲 元素的循环和物质的转化
一、自然界中的碳循环、氧循环
1. 大气中的二氧化碳通过植物的 转变为 ，固定的碳以
有机物的形式供给动、植物利用，同时又通过呼吸作用、微生物的分解、燃料
燃烧等方式释放二氧化碳返回大气，周而复始地进行着循环。
光合作用
有机物
3. 产生氧气的主要途径：植物的光合作用。消耗氧气的主要途径：①动、植物
的呼吸作用；②燃料燃烧；③微生物分解动、植物遗体；④其他氧化反应
（如：生锈、食物腐败）。
2. 大自然中氧气的含量会随着生物的 和物质的燃烧等而减少，但
又随着植物的 而增加，周而复始地进行着循环。
呼吸作用
光合作用
1. 一般情况下，单质、氧化物、酸、碱和盐的转化关系可简单表示如下：
二、物质间的相互转化
（1）金属单质及其化合物的转化：
金属单质 碱性氧化物 碱 盐 如：Na
Na2SO4
符合上述转化关系的常见金属有Na、K、Ca、Ba等，但Mg、Fe、Al、Cu不符
合上述转化。
Na2O
NaOH
（2）非金属单质及其化合物的转化：
非金属单质 酸性氧化物 酸 盐 如：S
H2SO3
SO2
Na2SO3
符合上述转化关系的常见非金属有C、S等，但Si等不符合上述转化。
2. 各类物质的相互关系
（1）极少数非金属氧化物不与碱反应，如CO等。
（2）根据物质之间的相互转化关系图可查找各类物质的主要化学性质。
（3）根据物质之间的相互转化关系图可查找各类物质的可能制法。
3. 常见物质的三角转化
三角转化 化学方程式
碳三角 ①2C＋O2 ②C＋O2
③2CO＋O2 ④C＋CO2
钙三角 ①CaCO3CaO＋CO2↑
②CaO＋H2O
③Ca（OH）2＋CO2 ＋H2O
2CO
CO2
2CO2
2CO
Ca（OH）2
CaCO3↓
三角转化 化学方程式
氧三角
①2H2O22H2O＋O2↑
②2H2O2
③2H2＋O2
④2H2O2H2↑＋O2↑
2H2O＋O2↑
2H2O
三角转化 化学方程式
钠
三
角
①Na2CO3＋H2SO4 ＋CO2↑＋H2O
②Na2SO4＋BaCl2
③Na2CO3＋2HCl
铜
三
角
①Fe＋ Cu＋
②2Cu＋O22CuO
③CuO＋ ＋H2O
④CuO＋ CuSO4＋H2O
Na2SO4
BaSO4↓＋2NaCl
2NaCl＋CO2↑＋H2O
CuSO4
FeSO4
H2 Cu
H2SO4
4. 离子的共存问题
（1）“无色透明”型
若限定溶液“无色”，则不含Fe2＋（浅绿色）、Fe3＋（棕黄色）、Cu2＋（蓝
色）等有色离子。若“透明”，则溶液不形成沉淀（与溶液有无颜色无关）。
如Ag＋与Cl－、S；Ca2＋与C；Ba2＋与C、S；Fe3＋、Cu2＋、Mg2
＋与OH－等不能大量共存。
（2）“酸性”型
若限定溶液pH＝1、能使紫色石蕊试液呈红色、加入镁粉能放出氢气等，则溶
液呈酸性，有H＋存在，溶液中不能大量含有OH－、C及HC等。
（3）“碱性”型
若限定溶液pH＝14、能使紫色石蕊试液变蓝等，则溶液呈碱性，有OH－存
在，溶液中不能大量含有H＋、N、Mg2＋、Ag＋、Al3＋、Zn2＋、Cu2＋、Fe3
＋等阳离子。
例1 （2025·四川）自然界中碳循环、氧循环如图，下列说法正确的是
（ D ）
D
高频点1 碳循环与氧循环
A. 植物呼吸作用放出氧气
B. 化石燃料燃烧会降低大气中CO2含量
C. 植物光合作用可以将大气中CO2全部吸收
D. 碳、氧循环失衡会导致人类生存环境恶化
例2 （2025·青岛）如图是自然界存在的三大重要循环——“水循环”、“氧
循环”、“碳循环”。用学科观点分析循环过程，其中错误的是（ D ）
D
A. “水循环”、“氧循环”和“碳循环”的失衡会导致人类生存环境恶化
B. 水循环过程中水分子之间的间隔会发生变化
C. 碳、氧循环有利于维持大气中O2和CO2含量相对稳定
D. 低碳行动中的“碳”指的是碳单质
例3 （2024·金华）人类常利用化学反应得到所需要的物质，如图是X、Y、
Z、W四种物质的转化关系（都能通过一步反应实现），则X、Y、Z、W依次
可能是（ B ）
B
高频点2 物质的制备与转化
A. C、CO、CO2、H2CO3
B. CaO、Ca（OH）2、CaCl2、CaCO3
C. Mg、MgO、MgCl2、Mg（OH）2
D. Cu、CuO、Cu（OH）2、CuSO4
【解析】A. 碳不充分燃烧生成一氧化碳，一氧化碳燃烧生成二氧化碳，二氧
化碳可与水反应生成碳酸，但碳酸不能发生反应生成碳，此选项不符合题意；
B. 氧化钙可与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙可与氯化铜溶液反应生成氯化
钙，氯化钙可与碳酸钠溶液反应生成碳酸钙，碳酸钙在高温条件下能发生反应
生成氧化钙和二氧化碳，此选项符合题意；C. 镁燃烧生成氧化镁，氧化镁可
与稀盐酸反应生成氯化镁，氯化镁可与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁，氢氧
化镁不能发生反应生成镁，此选项不符合题意；D. 铜可与氧气反应生成氧化
铜，氧化铜不能与其他物质发生反应生成氢氧化铜，此选项不符合题意。
【解析】A. 碳不充分燃烧生成一氧化碳，一氧化碳燃烧生成二氧化碳，二氧
化碳可与水反应生成碳酸，但碳酸不能发生反应生成碳，此选项不符合题意；
B. 氧化钙可与水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙可与氯化铜溶液反应生成氯化
钙，氯化钙可与碳酸钠溶液反应生成碳酸钙，碳酸钙在高温条件下能发生反应
生成氧化钙和二氧化碳，此选项符合题意；C. 镁燃烧生成氧化镁，氧化镁可
与稀盐酸反应生成氯化镁，氯化镁可与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁，氢氧
化镁不能发生反应生成镁，此选项不符合题意；D. 铜可与氧气反应生成氧化
铜，氧化铜不能与其他物质发生反应生成氢氧化铜，此选项不符合题意。
A. Ca（OH）2→CaCO3→Ca（HCO3）2
B. CuO→Cu（OH）2→CuSO4
C. H2→H2O→O2
D. NaOH→Na2SO4→NaCl
例4 通过物质间相互反应可以实现物质间的相互转化。下列物质间的转化，
通过一步化学反应不能实现的是（ B ）
B
例5 （2025·达州）初中化学几种常见物质的转化关系如右图所示（“—”
表示两端的物质间能发生化学反应；“→”表示物质间存在转化关系，部分生
成物及反应条件已省略）。请回答下列问题：
（1）CuO的颜色是 。
【解析】（1）氧化铜是黑色固体；
黑色
（2）CuSO4→Cu的化学方程式为 。
【解析】（2）CuSO4→ Cu即硫酸铜与铁反应生成硫酸亚铁和铜，方程式为：Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu；
Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu
（3）Cu与AgNO3溶液反应后，溶液质量 （填“增加”“减少”或
“不变”）。
【解析】（3）铜与硝酸银反应生成硝酸铜和银，方程式为：
Cu＋2AgNO3Cu（NO3）2＋2Ag
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固体质量增多，则溶液质量减少。
减少
64
例6 （2025·衢州）生石灰（氧化钙）是常见的干燥剂，小科对久置的生石灰
干燥剂开展了以下探究活动。
【提出问题】久置在空气中的生石灰样品的成分是什么？
【作出猜想】可能是CaO、Ca（OH）2、CaCO3中的一种或几种。
【查阅资料】Ca（OH）2在水中微溶，加热到500℃时会发生分解反应，生成
CaO和H2O。CaCO3加热到900℃时会发生分解反应，生成CaO和CO2。
【实验探究】小科设计如下实验进行探究。
步骤一：取少量生石灰样品放入烧杯中，加入一定量的水搅拌。
（1）小科用手触摸烧杯壁，烧杯壁发烫，说明样品中含有 。
（2）小科还观察到烧杯①中有不溶物。他认为样品中含有CaCO3，小科的这
种说法是否正确？请说明理由：
。
步骤二：
（3）“？”处向烧杯①中加入 ，观
察到溶液中有气泡出现，说明样品中有CaCO3。
【拓展延伸】
（4）为探究生石灰样品中是否含有Ca（OH）2，请设计一种实验方：
（写出实验步骤和判
断依据）。
CaO
不正确，氢氧化钙的溶解度是微溶，不溶物
有可能是氢氧化钙
过量的稀盐酸（酸的选择合理即可）
将
生石灰样品加热至500℃以上，观察是否有小水珠生成
例7 下列各组离子在水溶液中能大量共存，且形成无色溶液的是（ A ）
A. K＋、Na＋、Ca2＋、N
B. Fe3＋、Ag＋、Ba2＋、N
C. Ba2＋、C、Mg2＋、K＋
D. OH－、Na＋、N、S
A
高频点3 常见离子的检验
例8 （2024·绍兴）我市经济开发过程中，要坚持开发与环保并重。某化学课
外活动小组在调查一化工厂时发现，该厂有甲乙两车间，各排出的废水澄清透
明，经分析分别含有三种不同离子，共含有Na＋、Ag＋、Cu2＋、C、OH
－、N六种离子：
（1）乙车间的废水呈蓝色，其中一定含有的阳离子为 。
（2）甲车间的废水含有的三种离子是 。
（3）写出检验其中一车间废水中含有OH－的方法：
。
Ag＋、Cu2＋
OH－、C、Na＋
取适量废水于试管中，
加入过量BaCl2溶液后，再滴入无色酚酞，观察到溶液变红（合理即可）
例9 （2024·宁波）有四种澄清透明的溶液：①MgCl2溶液，②Cu（NO3）2
溶液，③Na2SO4溶液，④NaOH溶液。不用其他试剂就可将它们一一鉴别出
来。其被鉴别出来的先后顺序是（ A ）
A. ②④①③ B. ④①②③
C. ③②①④ D. ②①③④
A
高频点4 物质的鉴别
【解析】给定的四种物质中，由于Cu（NO3）2溶液是蓝色，其他三个都是无色
溶液，因此可以最先鉴别出②Cu（NO3）2溶液，然后将Cu（NO3）2溶液滴加
到另外三溶液中，氢氧化钠和硝酸铜反应生成硝酸钠和氢氧化铜蓝色沉淀，硝
酸铜和氯化镁、硫酸钠不反应，所以产生明显蓝色沉淀的原溶液为④NaOH溶
液，之后将NaOH溶液滴加到剩余两种溶液中，氢氧化钠和氯化镁反应生成氯
化钠和氢氧化镁白色沉淀，氢氧化钠和硫酸钠不反应，则产生白色的沉淀的原
溶液为①MgCl2溶液，最后无明显现象的是③Na2SO4溶液。所以鉴别的先后顺
序为②④①③。
【解析】给定的四种物质中，由于Cu（NO3）2溶液是蓝色，其他三个都是无色
溶液，因此可以最先鉴别出②Cu（NO3）2溶液，然后将Cu（NO3）2溶液滴加
到另外三溶液中，氢氧化钠和硝酸铜反应生成硝酸钠和氢氧化铜蓝色沉淀，硝
酸铜和氯化镁、硫酸钠不反应，所以产生明显蓝色沉淀的原溶液为④NaOH溶
液，之后将NaOH溶液滴加到剩余两种溶液中，氢氧化钠和氯化镁反应生成氯
化钠和氢氧化镁白色沉淀，氢氧化钠和硫酸钠不反应，则产生白色的沉淀的原
溶液为①MgCl2溶液，最后无明显现象的是③Na2SO4溶液。所以鉴别的先后顺
序为②④①③。
选项 实验目的 实验方
A. 鉴别氢氧化钾和碳酸钾
两种溶液 分别滴加足量稀盐酸，观察现象
B. 鉴别水和5％的过氧化
氢溶液 分别加入少量二氧化锰粉末，观察现象
C. 鉴别硫酸钠和碳酸钠两
种溶液 分别滴加氯化钡溶液，观察现象
D. 鉴别氮气和二氧化碳两
种气体 将气体分别通入澄清石灰水中，观察现象
例10 下列实验方不能达到实验目的的是（ C ）
C
例11 某电厂的粉煤灰含有Al2O3，还有少量的FeO、Fe2O3和其他成分，其他
成分不溶于水、不与酸反应。以该粉煤灰为原料制备Al2O3，流程如下：
（1）“酸浸”过程中，稀硫酸与Fe2O3反应的化学方程式为
。
（2）流程图中，操作Ⅰ的名称是 。
3H2SO4＋
Fe2O3Fe2（SO4）3＋3H2O
过滤
高频点5 制备流程
（3）“氧化”过程发生的反应为2FeSO4＋H2SO4＋H2O2Fe2（SO4）3＋
2H2O，其中H2O2中氧元素化合价为－1价。该化学反应中化合价升高的元素
是 。
铁元素
例12 （2025·杭州）高纯碳酸钙广泛应用于精密电子陶瓷、医药等的生产。
某兴趣小组按如图所示实验步骤，模拟工业制备高纯碳酸钙的流程。
（1）该工业流程中能循环利用的物质是 （写化学式）。
CO2
（2）在进行“操作2”过滤时，为得到洁净的高纯碳酸钙，需要用蒸馏水多次
清洗。为了证明是否已洗涤干净，可取最后一次洗涤液，
（写出具体操作方法和现象）。
滴加AgNO3溶液，
未产生白色沉淀
（3）“转化”中发生以下反应：CaCl2＋2NH3＋CO2＋H2O2NH4Cl＋
CaCO3↓，为制取50g高纯CaCO3，理论上至少需要充入的氨气质量为多少？
【答】17g
Thank you!
