化学（鲁科版必修1）：《碳的多样性》（4）学案
文档属性
| 名称 | 化学（鲁科版必修1）：《碳的多样性》（4）学案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 159.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 鲁科版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2011-01-10 19:23:00 | ||
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文档简介
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第3章 自然界中的元素
学习导言
▲ 章节知识概说
本章的核心内容是元素化合物知识，主要是应用第2章的概念和理论知识认识物质的性质，探讨物质在生产、生活中的应用，以及人类活动对生态环境的影响。
本章首先以碳元素的多样性为线索，探索了碳单质、碳的化合物以及碳元素转化的多样性；然后以硫及其化合物的转化为线索，探索了不同价态硫元素在自然界、实验室、生活、生产中的转化；紧接着以氮的循环为线索，探讨了氮在自然界中的循环、氮循环过程中的重要物质，以及人类活动对氮循环的影响；最后通过海洋这个蕴藏众多元素的领域，引入了更多的元素化合物知识，通过探讨从海洋中提取物质的途径，学习了镁、溴、碘等元素的知识。这样，就把零散的元素化合物的知识有机地结合在了一起，充分体现了高观点、大视野和多角度的特色。
▲ 课标理念感悟
知识与技能：根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解碳及其重要化合物的主要性质，以及它们在自然界和生活、生产中的相互转化；通过氮的循环，了解氮气、氨气、铵盐以及硝酸的主要性质，认识它们在生产中的应用；通过实验探究了解硫单质、二氧化硫等的主要性质，探讨不同价态硫元素之间的转化途径；通过了解海洋中的重要元素，认识金属镁、溴单质、碘单质和卤化物的主要性质及其在生产中的应用。
过程与方法：运用氧化还原理论研究物质的氧化性和还原性，探讨含有相同元素的物质之间的相互转化。
情感态度与价值观：通过了解人类活动对氮循环的影响、酸雨问题和海洋资源的综合利用，认识人类活动对生态环境的影响，培养与环境和平相处的情感以及运用化学知识解决环境和资源问题的兴趣和热情。
第1节 碳的多样性
在一百多种元素中，有一种元素组成的单质和化合物种类已经远远超过三千万种，你知道这是哪一种元素吗？
对了，这种元素就是碳元素。在初中我们接触过碳，知道碳既是构成生物体的基本元素，又是构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素。碳以多种形态存在于自然界中。下面，就让我们一起来感受碳的多样性吧。
研习教材重难点
研习点1 碳单质的多样性
1．同素异形体
（1）同素异形体的概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。
（2）常见的同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60；氧：氧气、臭氧（O3）。
【领悟·整合】
由于同素异形体由同种元素构成，所以同素异形体往往具有相似的化学性质；但由于组成同素异形体各种单质的原子间连接的方式不同（即结构不同），因此同素异形体的物理性质往往有很大差别。
2．金刚石、石墨、C60
（1）结构
①金刚石：每个碳原子与另外4个碳原子以一种较强的相互作用相连接，形成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。
②石墨：石墨晶体是层状结构。在同一层内，碳原子排列成正六边形(碳原子位于正六边形的顶点上)，一个个正六边形排列成平面网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相连。在同一层内，相邻的碳原子以较强的相互作用相结合，但层与层之间以一种较弱的相互作用相结合。
③C60：C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，由12个正五边形和20个正六边形组成。分子内部，碳原子间以较强的相互作用结合，但分子间的相互作用较弱。
（2）性质
同素异形体 金刚石 石墨 C60
主要物理性质 硬度大、熔沸点高 硬度小、熔沸点高，易导电 硬度小、熔沸点低
主要化学性质 相似，如在一定条件下都可与氧气反应，生成CO2
【知识·链接】
① 昂贵的实验：1797年英国化学家钱南为了测出金刚石的成分，做了一个非常昂贵的实验。他将金刚石放在密闭的、充满氧气的箱子里进行燃烧（箱子是纯金制的），结果却令人非常意外-——子里的气体成分竟然是二氧化碳。
② 碳-60家族：这一类物质的分子式可以表示为Cn，n为28到540之间的整数值，有C50、C60、C70、C84、C240等，科学家预言C540有可能实现室温超导；也有设想将某些药物置入C60球体空腔内，成为缓释型的药物。碳-60家族已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域。
③碳纳米管：碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管。碳纳米管非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽。利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料和复合材料，如其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”。 碳纳米管在航天、电子、储氢等诸多领域有广泛的应用前景。
典例1： 近年来，科学家在氦的气氛中给石墨通电，使石墨挥发，在石墨挥发的黑烟中发现了C60，它的金属渗入物具有可贵的超导性质。北京大学首先将C60渗锡，获超导转变温度为37 K的好成绩。下列关于C60的叙述正确的是
A．是一种新型的化合物 B．是碳元素的一种同素异形体
C．C60燃烧时可生成CO2 D．摩尔质量是720
解析：这是一道与分子C60相关的题目，主要考查学生对基本概念的掌握及有关信息获取的能力。涉及的中学化学知识有化合物、同素异形体、摩尔质量等基本概念．C60属于单质，由一种元素组成，与金刚石、石墨互为同素异形体．由于C60由碳元素构成，因此，在一定条件下可以燃烧生成CO2，D选项中摩尔质量的单位为g·mol-1。
答案：B、C。
研习点2 广泛存在的含碳化合物
1．常见的含碳化合物
（1）有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂、以及石油、液化气、天然气等的主要成分；
（2）无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。
2．碳酸钠和碳酸氢钠
（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较
化学式 Na2CO3 NaHCO3
俗名 纯碱、苏打 小苏打
色态 白色粉末 细小白色晶体
溶解性 易溶于水 较易溶于水(溶解度较Na2CO3小)
热稳定性 不易分解 受热易分解2NaHCO3＝Na2CO3＋CO2↑＋H2O
与HCl反应 Na2CO3＋2HCl＝CO2↑＋H2O(较快) NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O(剧烈)
与NaOH反应 不反应 HCO3-＋OH－＝CO32-＋H2O
与CO2反应 Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3 不反应
用途 用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业；洗涤剂 发酵剂、灭火器，医疗上用于治胃酸过多
（2）碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法
①热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。
②和酸反应生成气体的速率不同。分别取一定量的固体，加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。
③阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠（特别注意：该方法必须取极稀溶液）。
（3）Na2CO3和NaHCO3在一定条件下的相互转化：
溶液中：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
固体中：NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
【品思·感悟】
Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl， NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O
（1）由于NaHCO3跟HCl反应一步完成，所以NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应放出CO2的速率快。
（2）当Na2CO3溶液与稀盐酸反应时，加入试剂的次序不同，产生的现象不同．若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸（氢离子）少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少（有可能在滴加的局部范围内完成二步反应，看到有气体产生）。滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多．若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此很容易观察到气体产生。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。
典例2：下列说法中不正确的是
A．Na2CO3比NaHCO3易溶于水
B．Na2CO3比NaHCO3稳定
C．石灰水能与Na2CO3反应，而不能与NaHCO3反应
D．与足量盐酸反应要得到相同质量的CO2，用NaHCO3比Na2CO3的质量要多
解析：石灰水也能与NaHCO3反应，使酸式盐变成正盐，Ca(OH)2＋2NaHCO3＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O
制取相同质量的CO2，如都制取44 g CO2，在盐酸足量的情况下，需NaHCO3 84 g，需Na2CO3则106 g。
NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2↑＋H2O
84g 44g
Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋CO2↑＋H2O
106g 44g
答案：C、D。
典例3：现有一包混有少量碳酸氢钠的碳酸钠固体，称得其质量为10.00g。请回答：
（1）除去该混合物中的碳酸氢钠的方法是 。
（2）若将该混合物加热至质量不再变化时，剩余固体质量为9.38g。计算原混合物中碳酸钠的质量分数。
解析：（1）根据NaHCO3受热分解生成Na2CO3、H2O（气）、CO2 ，将混合物加热至不再产生气体为止，可除去该混合物中的碳酸氢钠。
（2）题中介绍“加热至固体质量不再变化”，就指明其中NaHCO3已完全分解，而固体减少的质量是放出CO2和H2O（气）的质量之和。
设原混合物中含NaHCO3质量为x，由题意知，
2 NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑
2×84g (18＋44) g
x (10.00g－9.38g)
168g：62g＝x： (10.00g－9.38g)
解得 x=1.68g
ω(Na2CO3)=×100%=98.32%
答案：（1）将混合物加热至不再产生气体为止 （2）98.32%。
研习点3碳及其化合物间的转化
1．自然界中碳及其化合物的转化
（1）碳及其化合物在自然界中的转化示意图
（2）模拟溶洞的形成
①溶洞的形成原理
石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]。
当受热或压强突然变小时，水中碳酸氢钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来。
在自然界里不断发生上述反应，石灰岩逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉，形成溶洞；碳酸氢钙不断分解，生成的碳酸钙逐渐沉积，形成千姿百态的钟乳石、石笋和石柱。
②实验报告：
实验目的：探究溶洞的形成原理
实验准备：将CO2通入澄清石灰水中，得到CaCO3白色沉淀，备用。
实验方案及实验记录：
实验步骤 实验现象 化学方程式
向得到的悬浊液中继续通入足量的CO2气体 CaCO3白色沉淀逐渐溶解 CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2
将所得溶液小心加热 溶液重新变浑浊并冒出气泡 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2+H2O
【梳理·总结】
自然界在永不停息的进行着碳的转化，这种转化形式多种多样，速度也有快有慢，总体上处于平衡状态。
但是，由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气，破坏了这种平衡，造成了“温室效应”。
2．生产和生活中碳及其化合物间的转化
（1）高炉炼铁
原料：焦炭、铁矿石；高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等；
CO生成的化学方程式： C＋O2CO2；C＋ CO2 2CO
还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 ＋3CO2 Fe ＋3CO2
（2）木炭燃烧：C＋O2＝ CO2 2C＋O2＝2CO 2CO＋O2＝2CO2 C＋CO2 ＝2CO
生成水煤气的化学方程式为：C＋H2OCO＋H2
【联想·发散】
碳作还原剂的特殊性
碳作还原剂，温度越高，还原性越强，在反应中碳的氧化产物可以是CO2和CO。
当温度较低时（理论上小于710℃），碳倾向生成稳定的CO2（如：实验室用C还原CuO），一般温度超过1000℃，只要有固态碳存在，生成的气体是CO．而CO作还原剂，温度越低还原性越强，如CO只有在低于600℃时，才能还原FeO，所以在高炉中主要的出铁反应是在炉体上部（低温区）发生的。
（3）水垢的形成：
① 有关化学方程式为：Ca(HCO3)2CaCO3 ↓＋CO2↑＋H2O
② 如何除去水壶中的水垢？加入醋酸，可以将CaCO3物质等溶解。
（4）无机化合物与有机化合物间的转化
1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵合成出有机化合物——尿素，打破了无机物和有机物之间的界限。碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。
典例4：近年来大气中CO2增多，引起“温室效应”，请回答有关问题：
（1）空气中CO2的主要来源是什么？
（2）自然界中消耗CO2的主要过程是哪些？
解析：本题引导学生要关注生活、关注环境问题，做到学以致用，这是新课程的重要精神。尽管二氧化碳的产生途径很多，但是大量化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源。由于江、海的面积大，将溶解大量二氧化碳，光合作用也将消耗大量二氧化碳。
答案：（1）含碳燃料的大量燃烧。
（2）溶于江水、海水；绿色植物的光合作用；岩石的风化等。
典例5：古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热至800℃得金光闪闪的“药金”。
（1）“药金”的主要成分是 。
（2）有关冶炼的化学方程式是 ， ， 。
解析：解答本题可借用“相似类推”，以旧知识迁移应用于题给信息。解题思路为：
由碳酸钙、碳酸镁在高温时分解生成金属氧化物和二氧化碳的事实可推知：碳酸锌在高温时也分解，生成氧化锌和二氧化碳气体；由碳与氧化铜在高温时反应生成铜和二氧化碳的事实可推知：碳在高温时也能将赤铜（Cu2O）中的铜和氧化锌中的锌置换出来，本身被氧化成二氧化碳。由此可知答案。
答案：（1）Zn、Cu
（2）ZnCO3ZnO＋CO2↑ C＋2Cu2O4Cu＋CO2↑ C＋2ZnO2Zn＋CO2↑
探究解题新思路
▲ 基础思维探究
题型一、同素异形体
典例1：金刚石、石墨、C60性质有所不同，是由于
A．构成原子不同 B．原子的各自排列方式不同
C．具有不同的几何外形 D．硬度不同
解析：金刚石、石墨、C60三者是碳元素的同素异形体，构成原子完全相同，只是其内部碳原子排列方式不同，才导致它们结构不同，进而性质不同。
答案：B。
友情提醒：同素异形体是本节一个重要的概念，同学们一定要把握其实质：“同素”即由同种元素组成；“异形”即结构不同，这也决定了它们的性质，特别是物理性质是不同的。“结构决定性质”是化学的重要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。
拓展变式1．1985年科学家发现的C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图C）。因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边形的碳原子构成的管状大分子（图D），图中A、B分别是金刚石或石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。用你所学到的化学知识回答下列问题：（1）常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？ （2）请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的（以足球烯为例，用简要文字叙述）。1．解析：分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原子排列的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质（常温下稳定性、可燃性、还原性）是相同的，因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。答案：（1）不活泼。 （2）将它放在充满O2的密闭容器里使之燃烧，只生成CO2，且CO2里所含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量。
题型二、Na2CO3与稀盐酸的反应过程
典例2：现有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和75mL 1mol/L的稀盐酸，①将Na2CO3溶液缓缓滴加到盐酸中 ②将稀盐酸缓缓滴加到Na2CO3溶液中，在标准状况下产生的气体情况是
A. 均为0.84L B. 均为0.56L C. ①＞② D. ①＜②
解析：虽然都是Na2CO3与盐酸反应，但滴加顺序不同，结果产生的CO2的量不一定相同。
①将Na2CO3溶液滴入盐酸中，刚开始盐酸过量：
Na2CO3 ＋2HCl＝2NaCl＋CO2＋H2O
应按盐酸的量计算气体体积：V1＝22.4L/mol×0.075mol×1/2＝0.84L
②将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步：
Na2CO3 ＋HCl＝NaCl＋NaHCO3 ；NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2＋H2O
生成的CO2用第二步余下的盐酸计算：V2＝(0.075mol－0.05mol)×22.4L=0.56L
所以V1>V2
答案：C
总结提升：本题考查的是Na2CO3 与盐酸反应时，因试剂的滴加顺序不同，产生的气体体积也不同，计算时，要分析清楚化学反应的过程，正确写出反应式是关键。
拓展变式2．向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸直到不再产生二氧化碳气体为止，则在此过程中，溶液的碳酸氢根离子浓度变化趋势可能是：A．逐渐减小 B．逐渐增大C．先逐渐增大，而后减小 D．先逐渐减小而后增大你的选择是 （填正确选项的标号）。试用化学方程式和简要文字表达其理由。2．解析：本题考查可溶性正盐与强酸反应的过程及逻辑思维能力和科学语言的表达能力。初中化学所学的碳酸钠与盐酸的反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O是在两两混合的情况下一步完成的。而本题所给的关键信息是“碳酸钠的浓溶液”和“逐滴加入稀盐酸”。由于碳酸钠是强电解质，在溶液中完全电离： Na2CO3=2Na++CO32-，在其浓溶液中存在大量CO32-离子，逐滴加稀盐酸时，加入的H+立即与CO32-结合：H++CO32-=HCO3-导致HCO3-离子浓度逐渐增大，当加入的盐酸中所含H+的物质的量与溶液中CO32-的物质的量相等时[HCO3-]达到最大值。再继续加酸时，H+将进一步与HCO3-结合：H++HCO3-=H2O+CO2↑导致HCO3-离子浓度又逐渐变小，当加入的盐酸中所含氢离子的物质的量为Na2CO3溶液中碳酸根离子物质的量的两倍时，反应完全，HCO3-浓度几乎为零。答案：C。首先因为有Na2CO3=2Na++CO32-和CO32-+H+=HCO3-的反应，溶液中HCO3-的浓度逐渐增大；而后又因进一步反应：H++HCO3-=CO2↑+H2O而使溶液中HCO3-的浓度逐渐减小。
题型三、二氧化碳与碱的反应
典例3：将足量CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是
解析：CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，首先CO2和Ca（OH）2反应生成CaCO3沉淀，当Ca（OH）2完全反应完后，沉淀达到最大量，CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，K2CO3再转化为KHCO3溶液，沉淀量保持不变，如果继续通入CO2，CO2与CaCO3反应沉淀溶解，直到沉淀完全溶解。且生成沉淀消耗的CO2和溶解沉淀消耗的CO2的量相等。
答案：A。
方法导引：本题是一道图象题，将化学反应的过程用图象的形式表示，解此类题应注意首先要理解坐标的含义，然后观察曲线的形状走向，注意曲线的起点、折点、终点等特殊点，再与反应原理结合综合分析。解本题还应注意判断反应的先后顺序，当足量二氧化碳通入氢氧化钾和氢氧化钙混合稀溶液中，因二氧化碳在强碱水溶液中以CO32-形式存在，CO32-与Ca2＋生成白色沉淀，所以二氧化碳与氢氧化钙溶液先反应。当二氧化碳再通入碳酸钙和氢氧化钾的混合物中，二氧化碳先与氢氧化钾溶液反应。
拓展变式3．（1）写出典例3中有关反应的离子方程式。（2）将典例3中反应后所得溶液加热煮沸，有何现象？写出反应的离子方程式。（3）若将标准状况下2.24 L二氧化碳通入400 mL 0.3 mol·L－1的氢氧化钾溶液中，生成何种物质？其物质的量分别是多少？?3．解析：（1）见上题；（2）最后的溶液是KHCO3和Ca(HCO3)2的混合溶液，它们都容易分解，其中Ca(HCO3)2更容易分解，在溶液中分解的主要是Ca(HCO3)2；（3）将二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，发生的反应主要有：CO2＋2KOH＝K2CO3＋H2O；K2CO3＋CO2＋H2O＝2 KHCO3n(KOH)＝0.4L×0.3 mol·L－1＝0.12 mol ；假设恰好生成K2CO3，则消耗CO20.06mol；假设恰好生成KHCO3，则消耗CO20.12mol；n(CO2)＝0.1 mol，介于二者之间，因此，生成的物质应该是K2CO3和KHCO3。设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为x、y，则有x＋y＝0.1 mol（碳守恒）2x＋y＝0.12 mol（钠守恒）解得：x＝0.02 mol；y＝0.08 mol答案：（1）CO2＋2OH－＋Ca2＋＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋2OH－＝CO32-＋H2OCO32-＋CO2＋H2O＝2HCO3-；CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca2＋＋2HCO3-（2）冒出气泡，产生白色沉淀。Ca2＋＋2HCO3-CaCO3↓＋CO2+H2O（3）K2CO3：0.02 mol；KHCO3：0.08 mol
▲ 综合思维探究
题型一、学科内综合题
典例4：从某悬浊液开始，可以发生如下框图所示的一系列变化
图1
回答下面问题：
（1）操作①的名称是__________。在操作①中所使用的玻璃仪器的名称是__________。
（2）写出反应②和反应③的化学方程式：反应②：_________。反应③：_____________。
（3）在实验室中，如果获得干燥纯净的气体A，可以将它通过如图2中的装置，其中瓶Ⅰ中盛放的试剂是__________。瓶Ⅱ中盛放的试剂是__________。收集干燥气体A的方法是__________。
图2
解析：悬浊液是Ca(OH)2，过滤得到白色固体是Ca(OH)2，无色溶液是澄清石灰水，白色固体Ca(OH)2在空气中长时间放置发生如下反应：Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O；加稀盐酸发生如下反应：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O，进而全题可顺序作答。
答案：（1）过滤 漏斗、玻璃棒烧杯
（2）Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O
Ca（OH）2＋Ca（HCO3）2＝2CaCO3↓＋2H2O
（3）饱和NaHCO3溶液 浓H2SO4 向上排气法
启发引申：本题是一道融框图推断、实验（包括气体的收集、干燥、净化）为一体的综合实验题．对于框图推断题，先找出解题的“题眼”，再逐个推断；气体的除杂、干燥是气体制备的重要步骤，应注意选择除杂剂、干燥剂的条件，如二氧化碳气体中混有氯化氢气体，应将混合气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去，而不应选择碳酸钠溶液．然后结合下面的“拓展变式”进一步分析混合气体中各成分检验原理、先后顺序，并比较气体的除杂与气体的检验区别。
拓展变式 4．某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O（水蒸气）、H2中的一种或几种，依次进行如下连续处理（假定每步处理均反应完全）：①通过碱石灰时，气体体积变小；②通过赤热的氧化铜时，固体变为红色；③通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；④通过澄清的石灰水时，溶液变得浑浊。由此可以确定混合气体中含有 。4．解析：由①可知碱石灰吸收的是CO2或H2O或两者的混合物；由②可知，CuO被还原为Cu，还原剂为CO或H2或二者的混合物；由③可知，反应②生成了H2O，故原混合气体中一定有氢气；由反应④可知，反应②又生成了CO2，故原混合气体中一定有CO。答案：混合气体中一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种。
题型二、实际应用题
典例5：用石灰水保存鲜蛋是一种化学保鲜方法，这种保存鲜蛋方法的原理是
①石灰具有强碱性，杀菌能力强 ②Ca（OH）2能与鲜蛋呼出的CO2反应，生成碳酸钙薄膜，起保护作用 ③石灰水是电解质溶液，能使蛋白质凝聚 ④石灰水能渗入蛋内中和酸性物质
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：①石灰有杀菌的作用，可以制作农药。②Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O，生成CaCO3沉淀形成薄膜，可以防止细菌的侵入。③使蛋白质凝聚加速蛋变质。④与蛋内物质反应会影响鲜蛋的质量。
答案：A。
考向指南：学以致用才能体现出知识的价值，用石灰水保存鲜蛋是我们熟悉的，但其中的原理是什么 这是同学们非常感兴趣的，在解决问题的过程中，不仅能巩固所学知识，而且能培养我们的学习兴趣。在新课标下，这类题型将会成为一种主流题型，同学们应多加注意。
拓展变式5．我国是最早生产和使用钢铁的国家。在古代，人们把烧红的生铁放在铁砧上反复锤打最终使生铁转化为钢。请写出上述过程中最关键反应的化学方程式： 。5．解析：抓住生铁和钢的区别在于前者含碳量高，后者含碳量低的特征，要使生铁变成钢就是降低含碳量，联想碳的可燃性，将烧红的生铁反复锤打，就是让碳充分与空气接触，从而达到除去的目的。答案： C+O2CO2
题型三、实验操作题
典例6：某实验小组拟用50 mL NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入的CO2气体过量生成NaHCO3，设计了如下实验步骤：
①用25 mLNaOH溶液吸收CO2气体，至CO2气体不再溶解；
②小火煮沸溶液1min~2min；
③在得到的溶液中加入另一半（25 mL）NaOH溶液，使其充分混合。
此方案能制得较纯净的Na2CO3（第一步的实验装置如图所示）
（1）将块状大理石加入试管中的正确方法是 _____________。
（2）写出①、③两步的化学反应方程式 _____________。
（3）装置B中盛放的试剂是_____________，作用是_____________。
（4）有人认为将实验步骤②、③的顺序对调，即先混合再煮沸，更合理；你认为对吗？
_____________（填“对”或“不对”），理由 。
解析：（1）将试管平放，用镊子把块状大理石放在试管口，将试管慢慢竖起，使块状大理石缓缓滑至试管底部。
（2）NaOH＋CO2 ＝NaHCO3 NaHCO3＋NaOH＝Na2CO3＋H2O
（3）饱和NaHCO3溶液 除去HCl
（4）不对；若不先驱除溶液中溶解的CO2气体，则实验③加入的NaOH溶液将有一部分与CO2气体反应，使NaOH溶液不能完全转化为Na2CO3。这样制取的Na2CO3中就会混有NaHCO3。
答案：见解析。
启发引申：给定实验装置和操作过程、解释有关问题一类的实验题，一般来说起总体难度不大，但同学们平常的答题情况却不乐观，主要原因在于：一是对实验不重视，特别是不能认真独立完成课本规定的实验，导致对实验现象的解释、安全措施的实施、偶发事故的处理等无法准确作答；二是对知识的综合运用能力差，对实验综合考虑和整体处理的能力差，无法全面作答。根据这样的现状以及试题特点，实验学习时应该做到一个了解、五个会。即了解实验目的、步骤和原理；学会控制条件、学会使用仪器、学会观察分析、学会解释结果得出相应结论以及学会设计简单的实验方案。同时还要培养七种意识，即：①动手操作意识；②安全意识；③规范化意识；④环保意识；⑤质量意识；⑥定量意识；⑦创新、质疑意识。
拓展变式6．某同学做“证明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子”的实验，设计了如下方案（如图所示），经检验装置的气密性合格后加入试剂。结果发现II中先变浑浊，稍后又变澄清。（1）描述I中发生的现象是______________________________________________。（2）分析III中可能出现的现象是_________________________________________。（3）根据我们所学的知识，你认为上述哪几种现象结合在一起足以说明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子？ ____________________________________________________________________。（4）上述方案中，什么实验是多余的？________________________________________________。6．解析：证明物质中含有CO32－的方法是：该物质与盐酸反应能产生无色气泡，且该气体能是澄清的石灰水变浑浊，出现上述两点现象即可证明物质中含有CO32－。鸡蛋壳的主要成分是CaCO3，本题是验证鸡蛋壳中含有的CO32－。鸡蛋壳不溶于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳气体，该气体通过导管进入II中，使石灰水变浑浊。变浑浊的原因是因有难溶于水的CaCO3生成的缘故，继续通入CO2后，CO2与CaCO3、H2O反应能生成Ca(HCO3)2，使石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋壳浮在液面上。CO2还能与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。答案：（1）鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生；鸡蛋壳浮在液面上。（2）溶液由紫色变成红色。（3）I中鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，II中出现浑浊，两种现象结合足以说明鸡蛋壳含有CO32－（或I中现象和II中现象）（4）III。
题型四、学科间渗透题
典例7：请据下图回答，经数小时后，U形管A、B两处的液面会出现下列哪种情况。（实验装置足以维持实验过程中小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响）
A．A处上升，B处下降 B．A、B两处都下降
C．A处下降，B处上升 D．A、B两处都不变
解析：这是一道以化学为中心，含盖了生物、化学、物理三科相关知识的一道综合实验试题。试题创设了一个小白鼠在密闭容器中，进行呼吸作用的学生课外小实验的情景。从生物学角度分析，生活在玻璃密闭容器中的小白鼠，通过呼吸作用，吸收玻璃瓶内的氧气，并呼出等量的二氧化碳气，小白鼠的这一生命活动，虽不会造成密闭容器内气体压强的变化，但却改变了该密闭容器内氧气、二氧化碳气的含量，氧气含量降低，二氧化碳含量上升。从化学角度分析，小白鼠呼吸作用生成的二氧化碳，可以被与之串联的另一玻璃瓶中小烧怀里的氢氧化钠溶液吸收，生成碳酸钠和水，这一反应的化学方程式是： CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O。伴随上述反应的发生，密闭容器中的气体压强将会下降。从物理学角度分析，当该密闭体系内的压强下降，在外界大气压的作用下，会造成U形管中A处液面下降，使内外气体压强重新达到平衡，从而可以确定选项C符合题意。
答案：C。
总结提升：本题以生物的呼吸作用为起始点，以二氧化碳与氢氧化钠溶液发生的化学反应为中心，以物理中反应体系气体压强的变化为设问，生物、化学、物理三个学科的知识相互交叉和渗透，从总体内容分析，应当属于化学试题，属于以化学为中心，物理、化学、生物三个学科综合的跨学科试题。
拓展变式7．下图是生物在地理环境形成中的作用示意图，读图回答问题：（1）填出图中A、B、C、D、E、F、G、H、M所代表的物质的化学式、化学元素或化学物质名称： A ，B ，C__________，D ，E__________，F__________，G__________，H__________，M__________。（2）绿色植物对地理环境的形成和发展起着非常重要的作用，最根本的原因是绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，光合作用的总反应式是 。（3）绿色植物的光合作用制造出葡萄糖，葡萄糖是一种重要的营养物质，它是人类生命活动所需能量的重要来源之一，它在人体组织中进行氧化反应，放出热量，以供应人们所需要的能量。试写出化学反应方程式 。（4）分析图，运用生物、化学知识，试述自然界消耗CO2的3种主要途径。7． 解析： 图中A表示绿色植物进行光合作用时，从空气中吸收的CO2；B表示绿色植物光合作用产生的氧气回归到大气中；C表示动物从大气圈中吸收氧气；D表示动物通过呼吸作用向大气圈输出CO2；E表示微生物分解有机残体向大气中释放N2；F表示微生物分解有机残体，把二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质运送到水中；G表示从水中攫取游离氧；H表示绿色植物的枯枝残叶（无机物）经微生物分解；M表示绿色植物从土壤中吸收H2O、N和其他化学元素。答案：（1）A．二氧化碳 B．氧气 C．氧气 D．二氧化碳 E．N2 F．二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质 G．游离氧 H．无机物 M．H2O、N和其他化学元素（3）C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。（4）①绿色植物的光合作用；②溶于江水、海水；③岩石的风化?
▲ 创新思维探究
题型一、开放探究题
典例8：将nmol木炭粉和1mol氧化亚铁在反应器中混合，隔绝空气加强热。
⑴ 可能发生的化学反应有
① Fe+C＝Fe+CO↑ ② 2FeO+C＝2Fe+CO2↑ ③ FeO+CO＝Fe+CO2↑
和④
⑵ 若n＜1/4，充分反应后，反应器中的固体物质是 ，气体产物是 。
⑶ 若n＜4，充分批应后，反应器中的固体物质是 ，气体产物是 。
⑷ 若反应的气体产物是混合物，n的取值范围是 。
⑸ 若反应的气体产物是混合物，且混合物中CO和CO2的物质的量相等，则n的值为 。
解析：解该题的思路首先从多种反应的特点出发，结合反应①和②得出：C和FeO的物质的量比大于或等于1∶1时，只生成CO；若比值是小于或等于1∶2时，只生成CO2。在1∶1和1∶2之间既有CO也有CO2生成。在数轴上可分为二点三区间：
结合题意木炭和FeO的比值判断某一反应物是否过量，确定所发生的反应。再根据反应方程式的相加原理，简化计算步骤，最后应用范围讨论解法求解。
分析问题⑴中前三个方程式知C有还原性，CO2有一定的氧化性。既然题意是可能发生的反应，所以方程④是：C+CO2 2CO。
对于问题⑵，n＜1/4，C和FeO物质的量之比是1∶4，说明FeO过量，所以，容器内的固体除产物Fe外，还应有FeO，而气体只有CO2。
对于问题⑶，C和FeO物质的量之比是4∶1，说明木炭过量。从反应区间知，经充分反应后，容器内的固体除产物Fe外， 还应有木炭，而气体只有CO。
对于问题⑷，气体产物是混合物，只能是CO和CO2，则固体物质只有Fe，根据前面的分析，n值应在1∶1和1∶2之间，即1/2＜n＜1，说明木炭既要参加①式反应，又要参加②式反应。
对于问题⑸，要求混合气体中CO和CO2物质的量相等，可将①式和②式按题意相加得：
3FeO+2C3Fe+CO↑+CO2↑，若FeO为1mol，则C为2/3。
答案：⑴ C+CO2 2CO ⑵ FeO 和Fe，CO ⑶ C和Fe，CO ⑷ 1/2友情提醒：有些复杂的计算题由于涉及关系量繁杂，需要列表图示以求直观助思；还有些化学计算题中涉及到的化学知识用坐标曲线的形式表达出来更形象，概念性强，寓题意于变化的曲线之中，此法常用于解题的分析之中。有些计算题的不定因素多，答案有多元性，解这类题时不能仅靠数学方法，还要化学知识范围内分不同情况进行讨论，去掉不合理因素，得出正确结论。
拓展变式8．一黑色固体单质在氧气中燃烧之后生成两种气体A和B，生成物的总含氧量为2/3，已知A气体有毒性，可燃烧生成B气体。试回答：（1）A是什么？请从生物学角度解释其具有毒性。（2）求A、B在生成的混合气体中的百分含量。8． 解析： 由一黑色固体单质燃烧后有两种气体生成，应知两种气体是单质的两种不同氧化物，常见的黑色固体单质有碳，其氧化物恰为两种，其中CO有毒性，且燃烧生成CO2．所以得到A、B，计算A、B百分含量可取100 g混合气体计算。答案：（1）A是CO 它的毒性是因为血液中的血红蛋白对它的高度亲和力，当CO进入血液中的时候，血液中的血红蛋白对CO的亲和力远高于对O2的亲和力，所以CO完全溶解于血液，而O2无法再被血液吸收并运送到各需要的组织，最后导致机体缺氧，这便是CO的毒性原因。（2）设生成的100 g CO和CO2中，CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，由氧元素的含量为2/3，即C∶O＝1∶2，可得两方程：28 g·mol－1x＋44 g·mol－1y＝100 g 解得x＝y＝1.389 mol
题型二、社会热点题
典例9：（1）图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国。由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）： 。
（2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是 。
（3）为了控制温室效应．各国科学家提出了不少方法和设想．有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底．以减小大气中CO2的浓度．为使CO2液化，可采用的措施是
A．减压、升温 B．增压、升温
C．减压、降温 D．增压、降温
（4）科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能
①加强呼吸作用②加强光合作用③改良碱性土壤、调节pH④加强植物蒸腾作用
A．①② B．②③ C．③④ D．②③④
（5）快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是 。
A．使用天然气等燃料 B．控制全球人口增长
C．植树造林，保护森林 D．立即减少煤和石油的燃烧
解析：二氧化碳微溶于水，溶于水后会与碳酸钙反应，导致碳酸钙溶解。增大压强、降低温度会使气体的溶解度增大。
植物的呼吸作用放出CO2，植物蒸腾作用与外界温度及水分有关，与CO2的浓度无关；植物的光合作用需要吸收CO2，且CO2溶于土壤的水生成的碳酸电离的H＋可以改良碱性土壤、调节pH，促进植物对Ca2＋、Mg2＋的吸收．所以“汽水”浇灌植物能促进植物的生长。
随着社会的进步，对能源的消耗也将进一步增多，所以不可能立即减少煤和石油的燃烧，使用天然气等燃料也会产生CO2，只有绿色植物的光合作用会吸收大量的CO2，且见效快。
答案：（1）CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
（2）大量燃烧煤、石油等矿物燃料
（3）D （4）B （5）C
启发引申：本题以二氧化碳的性质为载体，综合考查学生的环保意识，引导学生关注社会，关注未来。题目选材新颖，涉及面广，起点高，落点低，具有很强的时代性。
拓展变式9．人类目前对煤和石油的过度应用，使空气中CO2浓度增大，导致地球表面温度升高，形成了温室效应，科学家对CO2的增多带来的负面影响较为担忧，于是提出了将CO2通过管道输送到海底，这可减缓空气中CO2浓度的增加，请你根据CO2的性质回答：（1）这样长期下去，将给海洋造成什么样的影响 （2）你认为消除这些影响的最好方法是什么 9．解析：（1）根据影响气体的溶解度的因素可知，CO2在海底的溶解度将大大增加，且可以液体的形式存在，这时，CO2和水将发生如下变化：CO2＋H2O＝H2CO3。而H2CO3能电离出氢离子，所以海水的酸性也将大大增强，这将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果。（2）由以上分析可知，为减少空气中CO2的含量必须：①减少对煤和石油产品的用量，②积极开发新能源，③加大植树造林的力度。答案：见解析。
▲ 高考思维探究
[考题1]（2005全国-10）向0.1 mol·L1 NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是
A．Na+、CO32- B．Na+、HCO3- C．HCO3-、CO32- D．Na+、OH
解析：在初中我们就学过，酸性氧化物与碱反应生成盐和水，但到底是生成正盐，还是酸式盐呢？规律是：碱过量生成正盐，酸性氧化物过量生成酸式盐。因此，NaOH溶液中通入过量CO2后，得到的盐是NaHCO3。并且，NaOH溶液由于不足量而完全反应，因此，反应后，溶液中存在的主要离子是Na+和HCO3-。
答案：B。
友情提示：解这类题，明确反应原理是最关键的。NaOH溶液中逐渐通入CO2，可以认为二者首先反应生成Na2CO3、然后过量的CO2继续与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3。
[考题2] （2005春-29）化学活动课上，三组学生分别用图示甲、乙两装置，探究“NaHCO3，和Na2CO3与稀盐酸的反应”，按表中的试剂用量，在相同条件下，将两个气球中的固体粉末同时倒入试管中（装置的气密性已检查）。
请回答：
（1）各组反应开始时_____________，装置中的气球体积先变大，该装置中反应的离子方程式是_________________________。
（2）当试管中不再有气体生成时，三组实验出现不同现象，填写下表的空格。
试剂用量 实验现象 分析原因
第①组 042 g NaHCO3053 g Na2CO33 mL 4 mol / L盐酸 甲中气球与乙中气球的体积相等 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)=n(Na2CO3)V甲(CO2)= V乙(CO2)
第②组 03 g NaHCO303 g Na2CO33 mL 4 mol / L盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
第③组 06 g NaHCO306 g Na2CO33 mL 2 mol / L盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
片刻后，乙中气球又缩小，甲中气球的体积基本不变 （用离子方程式表示）
解析：Na2CO3与稀盐酸的反应时，先生成NaHCO3，然后NaHCO3再与稀盐酸反应生成NaCl、H2O、CO2。因此，NaHCO3与稀盐酸反应的速率快。据此第（2）题也能顺利解答。须特别说明的是：06 g Na2CO3与3 mL 2 mol / L盐酸反应时，Na2CO3过量，过量的Na2CO3溶液与生成的CO2气体慢慢反应，因此，出现了“片刻后，乙中气球又缩小”的现象。
答案：（1） 甲； HCO3-＋H+ ＝H2O＋CO2↑
（2）
试剂用量 实验现象 分析原因
② 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)V甲(CO2)＞V乙(CO2)
③ 甲、乙盐酸均不足量消耗的n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)V甲(CO2)＞V乙(CO2)
＋CO2＋H2O＝2
课标点击：探究精神是我们学习的源动力，探究题目的大量设置也是新教材的一个显著特点。我们在平时的学习过程中，应该勇于探究、善于探究，这样，才能适应新时期学习的要求。
拓展变式10．（2005全国-28）已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，可用下图中的装置进行实验。上所述主要步骤如下：①按图组装仪器，并检查装置的气密性②将ag试样放入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液③称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到bg④从分液漏斗滴入6mol·L－1的硫酸，直到不再产生气体时为止⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气⑥再次称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到cg⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U型管的质量基本不变，为dg请填空和回答问题：（1）在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明 。（2）装置中干燥管B的作用是 。（3）如果将分液漏斗中的疏酸接成浓度相同的盐酸，测试的结果 （填偏高、偏低可不变）。（4）步骤⑤的目的是 。（5）步骤⑦的目的是 。（6）该试样中纯碱的质量分数的计算式为 。（7）还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。请简述一种不同的实验方法。10． 解析：本实验目的是测定试样中纯碱的质量分数。实验时，采用测定碳酸钠与硫酸反应产生二氧化碳的质量来求算。根据实验目的和原理，实验过程应该准确测定样品的质量和二氧化碳的质量。样品的质量可以直接称量，但二氧化碳的质量则需通过间接称量。实验过程中，通过操作③和⑤来测定，其依据是碱石灰充分吸收二氧化碳，干燥管吸收二氧化碳前后的质量差即为二氧化碳的质量。由于该实验属于定量实验，应重复称重操作，以减小甚至避免误差。因此实验安排了操作⑦。实验过程中，在称量时，天平的指针向左转，说明左盘重，根据“物左码右”的放置原则，因此样品重，砝码轻；由于空气中存在水蒸汽和二氧化碳，而该实验又是通过盛碱石灰的干燥管来吸收反应产生的二氧化碳，因此要避免空气的CO2和水气的干扰而要安装B干燥管；实验采用硫酸与碳酸钠反应产生二氧化碳，如果改为盐酸，反应虽然可以发生，但由于盐酸会挥发，HCl进入干燥管被吸收，将导致干燥管增重，因此实验结果将偏高；由于装置体系中各容器有较大的空间，会滞留部分二氧化碳，给测量带来影响，因此要在A处缓缓鼓入一定量的空气，将滞留在各容器中的CO2排出，全部导入U型管中；安排操作⑦的目的在于判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收；由步骤③和⑤可知，产生二氧化碳的质量为（d-b）g，根据化学方程式可知，碳酸钠的质量分数为106（d-b）/44a×100%。问题（7）要求重新设计实验方案。作为定量实验方案的设计，解答的关键在于根据实验目的和实验原理确定实验过程中的“可测量”（即能够通过实验可以测定的量——常见的可测量为物质的质量或体积）。题目已经给出了实验目的，由于碳酸钠和氯化钠存在很多方面的性质差异，解答时就可以根据它们性质的差异来确定实验原理和测量方法。例如，Na2CO3能与BaCl2反应而NaCl不会，因此选用BaCl2作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。答案：（1）样品重，砝码轻。（2）防止空气中的CO2和水气进入U型管中。（3）偏高（4）把反应产生的CO2全部导入U型管中（5）判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收（6） [106（d－b）/44a]×100% （7）答案见解析。
开拓学习新视野
▲ 课标知识拓展
【思想方法】
1．比喻法理解碳的各种单质的物理性质相异的主要原因：把碳原子比喻为建筑用的砖，把金刚石、石墨、C60比喻成用砖盖成的建筑物，用相同的砖但不同的方式盖成的建筑物，其外型不同，牢固程度可能会存在较大差异。因此，碳原子的排列不同，碳的各种单质的物理性质也会有很大差别。
2．比较法掌握碳酸钠和碳酸氢钠的性质（详见研习点2）
3．统摄法理解碳酸盐性质的一般规律
（1）溶解性规律：如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度小［如：Na2CO3＞NaHCO3］；如果碳酸的正盐溶解度小，则对应酸式盐的溶解度较大［如：CaCO3＜Ca（HCO3）2］
（2）稳定性：难溶性的碳酸盐，（NH4）2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
（3）酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断．如：在Ca（HCO3）2溶液中滴加NaOH溶液：
Ca（HCO3）2＋NaOH＝CaCO3↓＋NaHCO3＋H2O（NaOH少量）?
Ca（HCO3）2＋2NaOH＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O（NaOH过量）?
▲ 多彩化学漫步
温室效应及危害
温室有两个特点：温度较室外高，不散热。 生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。
由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。它会带来以下列几种严重恶果： 1) 地球上的病虫害增加； 2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
温室效应是怎么来的？我们能做什么？
多彩化学漫步
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
优化考题新演练
一、理解与应用
1．石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏．这是由于石墨
A．有放射性 B．易燃、易爆
C．能导电 D．有剧毒
1． 解析： 石墨的放射性极弱，虽易燃，但不易爆，无毒，这些性质都不能使输电线、电厂设备损坏．惟一能使输电线、电厂设备损坏的因素是因为石墨具有导电性，引起输电线、电厂短路，造成设备损坏，因此答案为C选项．
答案：C。
2．向下列物质①大理石，②钟乳石，③锅垢，④贝壳，⑤蛋壳，分别滴加醋酸，会产生相同气体的
A．只有①② B．只有④⑤
C．只有①②③ D．是①②③④⑤
2． 解析：本题考查学生对自然界和日常生活中有关物质的常识性了解。
碳酸钙在自然界分布很广．石灰石、大理石等矿物主要成分是碳酸钙。
碳酸钙遇到溶有CO2的水时，就会变成可溶性的碳酸氢钙：
CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
溶有碳酸氢钙的水在一定条件下重新变成碳酸钙沉淀下来，同时放出CO2。
Ca（HCO3）2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
在自然界里不断发生着上述反应，形成了石灰岩溶洞里的钟乳石、石笋等。
自然界中含有较多碳酸氢钙等的硬水，在煮沸时会形成水壶和锅炉中的锅垢。
贝壳、蛋壳也都含有碳酸钙．初中化学教材有一个关于蛋壳的家庭小实验（蛋壳＋盐酸）。
碳酸钙与酸反应生成CO2：
CaCO3＋2H＋＝Ca2＋＋H2O＋CO2↑
这是检验碳酸根的简便方法。（通常用盐酸）
所以题目给出的五种物质分别滴加醋酸时都会产生CO2。
答案：D。
3．为探究植物光合作用的实质，某同学设计了如图所示的实验装置（透明、密闭）。在阳光下数天后植物生长最茂盛的是
3．解析：植物生长需要水分，而光合作用又需要CO2，因此A装置中植物生长最茂盛。
4．（2001年广东·河南高考题）为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置，两个装置中应依次装入
A．水；无水CaCl2固体
B．饱和NaHCO3溶液；浓H2SO4
C．浓H2SO4；饱和Na2CO3溶液
D．饱和Na2CO3溶液；稀H2SO4
4．解析： CO2中通常混有HCl、H2O（g），而室温1体积水溶解1体积CO2，A错；气体最后通过盛有水溶液的装置时得到的CO2是潮湿的，C、D错；气体先通过饱和NaHCO3溶液，HCl被吸收且放出CO2，再通过H2SO4得以干燥，B对。
答案：B
5．含相同质量下列杂质的NH4HCO3 10ｇ与足量盐酸反应，放出气体最多的是
A．CaCO3 B．NaHCO3 C．Na2CO3 D．Ca(HCO3)2
5． 解析：（设“1”法／条件变换法）将题意稍作变换，改为：等质量的下列五种物质［NH4HCO3、CaCO3、NaHCO3、Na2CO3、Ca(HCO3)2］分别与足量盐酸反应，放出气体最多的是______。用设“1”法，求放出1个CO2时所需5种物质的质量分别是多少。根据C原子守恒得：
NH4HCO3～CO2↑ CaCO３～CO2↑
79 100
NaＨCO３～CO2↑ Na2CO３～CO2↑
84 106
1/2Ca(HCO3)2～CO2↑
81
显然，含Ca(HCO3)2时放出CO2最多。
答案：D
6．把7.4gNa2CO3 10H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100mL溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等质量的混合物加热到恒重时，残留物的质量是
A．3.18g B．2.21g C．5.28g D．4.22g
6． 解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据Na+守恒，
n (Na2CO3)＝1/2 n(Na+)＝1/2×0.1L×0.6mol/L＝0.03mol
所以，m(Na2CO3)＝0.03mol×106g/mol＝3.18g
答案：A
二、拓展与创新
7．图A是一种用于显示事物异同点的信息处理方法。请你在图下的空格内填写与图B中(1)、(2)区域对应的适当内容(每处只要求填一点)。
(1)________________________(2)________________________。
7．解析：仔细观察A，可以看出两个圆分别代表金刚石和石墨的有关信息，两圆重叠的区域表示金刚石和石墨的共同特征(相似点)，重叠区域以外的部分表示它们的独有特征(不同点)。由此不难得出答案。
答案：（1）都是气体（或氧化物）（2）无毒，不能燃烧等。
8．据报道，苏州一女士骑自行车随助力车行走，因大雾堵车在许多助力车排放的尾气中呆久后突然晕倒，路人急将其送往医院抢救。化学兴趣小组同学看报后组织讨论以下两个问题，请你参考：
（1）该女士昏倒的原因： 。
（2）讨论中某同学为解决助力车污染空气的问题，提出以下几点建议：①用浓氢氧化钠溶液吸收尾气中有毒成分；②用灼热的氧化铜把尾气中有毒成分反应出去；③控制行驶的助力车的数量；④改进助力车发动机的结构，提高汽油燃烧效率。你认为切实可行的是 ，试分析不行的原因 。
8．解析：（1）助力车的燃料是汽油，其尾气中含有一定量的CO。堵车的路口处车多，含CO的浓度大，CO极难溶于水，在大雾中CO不易扩散，故人在此处呆久了会吸入CO中毒昏倒。
（2）①CO不与NaOH溶液反应，故此法无效；②灼热的氧化铜能处理尾气中的CO，但此装置安装车上，既复杂，又不方便；③、④两项措施在城市可行。
答案：（1）路口许多助力车排放的尾气中含有大量CO有毒气体，在大雾中难以扩散。人在其中呆久后因大量吸入CO，CO与血液中血红蛋白结合阻碍了O2的输入，使人缺氧而昏倒；
（2）③、④。①NaOH溶液与CO不反应；②能反应除去CO，但装置复杂。
三、综合与探究
9．有4种钠的化合物W、X、Y、Z，它们之间存在如下关系：
①WX＋H2O＋CO2↑ ②Z＋CO2X＋O2
③Z＋H2OY＋O2↑ ④X＋Ca(OH)2Y＋CaCO3↓
试回答下列问题：
（1）W、X、Y、Z的化学式分别是：W 、X 、Y 、Z 。
（2）以上四个化学反应中，属于氧化还原反应的是 （填反应序号），反应中氧化剂是 （写化学式），还原剂是 （写化学式）。
（3）若④反应在溶液中进行，写出其离子方程式以及能用该离子方程式表示的另一个化学反应的化学方程式：
①离子方程式 ；
②化学方程式 。
9．解析：①反应可认定为NaHCO3的分解反应：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
该反应是非氧化还原反应。将X是Na2CO3代入②、③两反应，逆推可知Z为Na2O2：
2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2↑
2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑
以上两反应都是氧化还原反应，且Na2O2都既是氧化剂又是还原剂。这样，④反应为：
Na2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2NaOH
其离子反应为： CO32-＋Ca2＋＝CaCO3↓
多数可溶性碳酸正盐和Ca（OH）2（或可溶性钙盐）的反应都可用此离子方程式表示。其反应不是氧化还原反应。
答案：（1）NaHCO3；Na2CO3；NaOH；Na2O2（2）②③；Na2O2；Na2O2
（3）Ca2＋＋CO32-＝CaCO3↓ Ca(OH)2＋K2CO3＝2KOH＋CaCO3↓
10．为弄清楚某废弃的防空洞内气体成分中是否含有水蒸气、一氧化碳和二氧化碳，某校化学兴趣实验小组将气体样品依次通过下列盛有药品的仪器（图中夹持仪器等均省略），检验防空洞内气体成分。
（1）请你提出一种采集气体样品的方法 ；
（2）通过你对实验现象的观察和思考分析，填写下表空格：
装置序号 A B C
实验现象 白色粉末变蓝 黑色粉末逐渐变红
结论与分析 说明含有CO2
（3）选用C装置的目的是干燥气体，瓶内应盛 ；
（4）你对这套装置有何评价 ；
（5）干涸的深井中有可能含有较多的二氧化碳，最简单的方法用“灯火”实验来确定能否进入，其原因是 。
10．答案：（1）用大注射器吸取（2）A：含有水蒸汽 B：澄清石灰水变浑浊 D：含有CO （3）浓硫酸 （4）不完善，缺少尾气处理装置 （5）二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧
本节答案解析与研读
本节教材课后习题（P68）
1．金刚石、石墨、C60 、C70 、碳纳米管等。
大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿、碳酸钠、碳酸氢钠、CO、CO2、H2CO3、甲烷等
自然界中碳及其化合物间的转化、生产和生活中碳及其化合物间的转化
纯碱做洗涤剂、小苏打治疗胃酸过多、高炉炼铁、木炭燃烧提供热量等
2. （1）温室效应
（2）地球的气温缓慢升高,导致冰川融化，海平面上升。
（3）植物的光合作用大大减少，吸收CO2越来越少。
（4）多植树造林，控制化石燃料的燃烧，杜绝森林、草原的燃烧；
（5）大家都知道，CO是一种有毒的气体，汽车的尾气、香烟的烟雾中都含有一定量的CO，CO正悄悄的危害着我们的健康。但CO也不是一无是处，它是一种良好的燃料，水煤气的主要成分之一就是CO，它还是一种良好的还原剂，高炉炼铁离不了CO。英国最新研究表明：有毒的一氧化碳气体可有效地治疗心脏病发作。人体吸入少量的一氧化碳气体有助于患者心脏病发作的治疗。但如果不控制呼吸器官对一氧化碳气体的吸入量，一氧化碳气体会对人体构成致命的危害。可见，任何事物都是一分为二的，我们应该辨证的看待每一个事物。
3．（1）化学性质稳定（与空气中的物质不反应），氧 还原性（发生氧化还原反应的元素就是化合价发生变化的元素，还原性是化合价升高）
（2）由于Ca(OH)2吸收空气的CO2，二者反应生成了CaCO3。CO2+ Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O 可加入少许稀盐酸或稀醋酸
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O CaCO3+2CH3COOH=Ca(CH3COO)2+CO2↑+H2O
4．（1） ①CaCO3CaO+CO2↑ ② CaO+H2O=Ca(OH)2 ③Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3 ↓+2NaOH
方案①价格便宜，方案②操作简便，反应快。
（3）取牙膏少量于试管中，加入少量蒸馏水，再加入少量稀盐酸，若有气体产生且产生的气体能够使澄清的石灰水变浑浊，证明牙膏中含有碳酸盐。
反应：CO32- +2H+ =H2O+CO2↑ CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
5．(1)分别点燃金刚石、石墨、C60，将燃烧后产生的气体通入足量的澄清石灰水中，若观察到有白色沉淀产生，则说明金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的。
（2）能 C（石墨） C（金刚石）
( 3 )通过对气态足球烯分子吸收光谱的研究，首次精确测定了C60和C70分子的紫外波段吸收峰及吸收截面，并利用光吸收随温度的变化结果获得了足球烯分子的破坏温度和热力学熵等参数。有关论文受到国际同行的大量引用并被日本“东京化成”公司作为产品性能标准列在其产品目录中和被日本碳60化学专集所介绍。在有机非线性光学材料的研究中，他提出并验证了通过合成有机电荷转移复合体体系提高分子三阶非线性光学响应的新方法。
( 4 )1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的“纳米秤”，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的重量
探究解题新思路
1．解析：分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原子排列的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质（常温下稳定性、可燃性、还原性）是相同的，因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。
答案：（1）不活泼。 （2）将它放在充满O2的密闭容器里使之燃烧，只生成CO2，且CO2里所含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量。
2．解析：本题考查可溶性正盐与强酸反应的过程及逻辑思维能力和科学语言的表达能力。
初中化学所学的碳酸钠与盐酸的反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O是在两两混合的情况下一步完成的。而本题所给的关键信息是“碳酸钠的浓溶液”和“逐滴加入稀盐酸”。由于碳酸钠是强电解质，在溶液中完全电离： Na2CO3=2Na++CO32-，在其浓溶液中存在大量CO32-离子，逐滴加稀盐酸时，加入的H+立即与CO32-结合：H++CO32-=HCO3-导致HCO3-离子浓度逐渐增大，当加入的盐酸中所含H+的物质的量与溶液中CO32-的物质的量相等时[HCO3-]达到最大值。再继续加酸时，H+将进一步与HCO3-结合：H++HCO3-=H2O+CO2↑导致HCO3-离子浓度又逐渐变小，当加入的盐酸中所含氢离子的物质的量为Na2CO3溶液中碳酸根离子物质的量的两倍时，反应完全，HCO3-浓度几乎为零。
答案：C。首先因为有Na2CO3=2Na++CO32-和CO32-+H+=HCO3-的反应，溶液中HCO3-的浓度逐渐增大；而后又因进一步反应：H++HCO3-=CO2↑+H2O而使溶液中HCO3-的浓度逐渐减小。
3．解析：（1）见上题；（2）最后的溶液是KHCO3和Ca(HCO3)2的混合溶液，它们都容易分解，其中Ca(HCO3)2更容易分解，在溶液中分解的主要是Ca(HCO3)2；
（3）将二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，发生的反应主要有：
CO2＋2KOH＝K2CO3＋H2O；K2CO3＋CO2＋H2O＝2 KHCO3
n(KOH)＝0.4L×0.3 mol·L－1＝0.12 mol ；
假设恰好生成K2CO3，则消耗CO20.06mol；假设恰好生成KHCO3，则消耗CO20.12mol；
n(CO2)＝0.1 mol，介于二者之间，因此，生成的物质应该是K2CO3和KHCO3。
设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为x、y，则有
x＋y＝0.1 mol（碳守恒）
2x＋y＝0.12 mol（钠守恒）
解得：x＝0.02 mol；y＝0.08 mol
答案：（1）CO2＋2OH－＋Ca2＋＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋2OH－＝CO32-＋H2O
CO32-＋CO2＋H2O＝2HCO3-；CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca2＋＋2HCO3-
（2）冒出气泡，产生白色沉淀。Ca2＋＋2HCO3-CaCO3↓＋CO2+H2O
（3）K2CO3：0.02 mol；KHCO3：0.08 mol
4．解析：由①可知碱石灰吸收的是CO2或H2O或两者的混合物；由②可知，CuO被还原为Cu，还原剂为CO或H2或二者的混合物；由③可知，反应②生成了H2O，故原混合气体中一定有氢气；由反应④可知，反应②又生成了CO2，故原混合气体中一定有CO。
答案：混合气体中一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种。
5．解析：抓住生铁和钢的区别在于前者含碳量高，后者含碳量低的特征，要使生铁变成钢就是降低含碳量，联想碳的可燃性，将烧红的生铁反复锤打，就是让碳充分与空气接触，从而达到除去的目的。
答案： C+O2CO2
6．解析：证明物质中含有CO32－的方法是：该物质与盐酸反应能产生无色气泡，且该气体能是澄清的石灰水变浑浊，出现上述两点现象即可证明物质中含有CO32－。鸡蛋壳的主要成分是CaCO3，本题是验证鸡蛋壳中含有的CO32－。鸡蛋壳不溶于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳气体，该气体通过导管进入II中，使石灰水变浑浊。变浑浊的原因是因有难溶于水的CaCO3生成的缘故，继续通入CO2后，CO2与CaCO3、H2O反应能生成Ca(HCO3)2，使石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋壳浮在液面上。CO2还能与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。
答案：（1）鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生；鸡蛋壳浮在液面上。（2）溶液由紫色变成红色。（3）I中鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，II中出现浑浊，两种现象结合足以说明鸡蛋壳含有CO32－（或I中现象和II中现象）（4）III。
7． 解析： 图中A表示绿色植物进行光合作用时，从空气中吸收的CO2；B表示绿色植物光合作用产生的氧气回归到大气中；C表示动物从大气圈中吸收氧气；D表示动物通过呼吸作用向大气圈输出CO2；E表示微生物分解有机残体向大气中释放N2；F表示微生物分解有机残体，把二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质运送到水中；G表示从水中攫取游离氧；H表示绿色植物的枯枝残叶（无机物）经微生物分解；M表示绿色植物从土壤中吸收H2O、N和其他化学元素。
答案：（1）A．二氧化碳 B．氧气 C．氧气 D．二氧化碳 E．N2 F．二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质 G．游离氧 H．无机物 M．H2O、N和其他化学元素
（3）C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。
（4）①绿色植物的光合作用；②溶于江水、海水；③岩石的风化?
8． 解析： 由一黑色固体单质燃烧后有两种气体生成，应知两种气体是单质的两种不同氧化物，常见的黑色固体单质有碳，其氧化物恰为两种，其中CO有毒性，且燃烧生成CO2．所以得到A、B，计算A、B百分含量可取100 g混合气体计算。
答案：（1）A是CO 它的毒性是因为血液中的血红蛋白对它的高度亲和力，当CO进入血液中的时候，血液中的血红蛋白对CO的亲和力远高于对O2的亲和力，所以CO完全溶解于血液，而O2无法再被血液吸收并运送到各需要的组织，最后导致机体缺氧，这便是CO的毒性原因。
（2）设生成的100 g CO和CO2中，CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，由氧元素的含量为2/3，即C∶O＝1∶2，可得两方程：
28 g·mol－1x＋44 g·mol－1y＝100 g
解得x＝y＝1.389 mol
9．解析：（1）根据影响气体的溶解度的因素可知，CO2在海底的溶解度将大大增加，且可以液体的形式存在，这时，CO2和水将发生如下变化：CO2＋H2O＝H2CO3。而H2CO3能电离出氢离子，所以海水的酸性也将大大增强，这将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果。
（2）由以上分析可知，为减少空气中CO2的含量必须：①减少对煤和石油产品的用量，②积极开发新能源，③加大植树造林的力度。
答案：见解析。
10． 解析：本实验目的是测定试样中纯碱的质量分数。实验时，采用测定碳酸钠与硫酸反应产生二氧化碳的质量来求算。根据实验目的和原理，实验过程应该准确测定样品的质量和二氧化碳的质量。样品的质量可以直接称量，但二氧化碳的质量则需通过间接称量。实验过程中，通过操作③和⑤来测定，其依据是碱石灰充分吸收二氧化碳，干燥管吸收二氧化碳前后的质量差即为二氧化碳的质量。由于该实验属于定量实验，应重复称重操作，以减小甚至避免误差。因此实验安排了操作⑦。
实验过程中，在称量时，天平的指针向左转，说明左盘重，根据“物左码右”的放置原则，因此样品重，砝码轻；由于空气中存在水蒸汽和二氧化碳，而该实验又是通过盛碱石灰的干燥管来吸收反应产生的二氧化碳，因此要避免空气的CO2和水气的干扰而要安装B干燥管；实验采用硫酸与碳酸钠反应产生二氧化碳，如果改为盐酸，反应虽然可以发生，但由于盐酸会挥发，HCl进入干燥管被吸收，将导致干燥管增重，因此实验结果将偏高；由于装置体系中各容器有较大的空间，会滞留部分二氧化碳，给测量带来影响，因此要在A处缓缓鼓入一定量的空气，将滞留在各容器中的CO2排出，全部导入U型管中；安排操作⑦的目的在于判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收；由步骤③和⑤可知，产生二氧化碳的质量为（d-b）g，根据化学方程式可知，碳酸钠的质量分数为106（d-b）/44a×100%。
问题（7）要求重新设计实验方案。作为定量实验方案的设计，解答的关键在于根据实验目的和实验原理确定实验过程中的“可测量”（即能够通过实验可以测定的量——常见的可测量为物质的质量或体积）。题目已经给出了实验目的，由于碳酸钠和氯化钠存在很多方面的性质差异，解答时就可以根据它们性质的差异来确定实验原理和测量方法。例如，Na2CO3能与BaCl2反应而NaCl不会，因此选用BaCl2作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。
答案：（1）样品重，砝码轻。（2）防止空气中的CO2和水气进入U型管中。（3）偏高
（4）把反应产生的CO2全部导入U型管中
（5）判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收
（6） [106（d－b）/44a]×100% （7）答案见解析。
优化考题新演练
1． 解析： 石墨的放射性极弱，虽易燃，但不易爆，无毒，这些性质都不能使输电线、电厂设备损坏．惟一能使输电线、电厂设备损坏的因素是因为石墨具有导电性，引起输电线、电厂短路，造成设备损坏，因此答案为C选项．
答案：C。
2． 解析：本题考查学生对自然界和日常生活中有关物质的常识性了解。
碳酸钙在自然界分布很广．石灰石、大理石等矿物主要成分是碳酸钙。
碳酸钙遇到溶有CO2的水时，就会变成可溶性的碳酸氢钙：
CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
溶有碳酸氢钙的水在一定条件下重新变成碳酸钙沉淀下来，同时放出CO2。
Ca（HCO3）2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
在自然界里不断发生着上述反应，形成了石灰岩溶洞里的钟乳石、石笋等。
自然界中含有较多碳酸氢钙等的硬水，在煮沸时会形成水壶和锅炉中的锅垢。
贝壳、蛋壳也都含有碳酸钙．初中化学教材有一个关于蛋壳的家庭小实验（蛋壳＋盐酸）。
碳酸钙与酸反应生成CO2：
CaCO3＋2H＋＝Ca2＋＋H2O＋CO2↑
这是检验碳酸根的简便方法。（通常用盐酸）
所以题目给出的五种物质分别滴加醋酸时都会产生CO2。
答案：D。
3．解析：植物生长需要水分，而光合作用又需要CO2，因此A装置中植物生长最茂盛。
4．解析： CO2中通常混有HCl、H2O（g），而室温1体积水溶解1体积CO2，A错；气体最后通过盛有水溶液的装置时得到的CO2是潮湿的，C、D错；气体先通过饱和NaHCO3溶液，HCl被吸收且放出CO2，再通过H2SO4得以干燥，B对。
答案：B
5． 解析：（设“1”法／条件变换法）将题意稍作变换，改为：等质量的下列五种物质［NH4HCO3、CaCO3、NaHCO3、Na2CO3、Ca(HCO3)2］分别与足量盐酸反应，放出气体最多的是______。用设“1”法，求放出1个CO2时所需5种物质的质量分别是多少。根据C原子守恒得：
NH4HCO3～CO2↑ CaCO３～CO2↑
79 100
NaＨCO３～CO2↑ Na2CO３～CO2↑
84 106
1/2Ca(HCO3)2～CO2↑
81
显然，含Ca(HCO3)2时放出CO2最多。
答案：D
6． 解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据Na+守恒，
n (Na2CO3)＝1/2 n(Na+)＝1/2×0.1L×0.6mol/L＝0.03mol
所以，m(Na2CO3)＝0.03mol×106g/mol＝3.18g
答案：A
7．解析：仔细观察A，可以看出两个圆分别代表金刚石和石墨的有关信息，两圆重叠的区域表示金刚石和石墨的共同特征(相似点)，重叠区域以外的部分表示它们的独有特征(不同点)。由此不难得出答案。
答案：（1）都是气体（或氧化物）（2）无毒，不能燃烧等。
8．解析：（1）助力车的燃料是汽油，其尾气中含有一定量的CO。堵车的路口处车多，含CO的浓度大，CO极难溶于水，在大雾中CO不易扩散，故人在此处呆久了会吸入CO中毒昏倒。
（2）①CO不与NaOH溶液反应，故此法无效；②灼热的氧化铜能处理尾气中的CO，但此装置安装车上，既复杂，又不方便；③、④两项措施在城市可行。
答案：（1）路口许多助力车排放的尾气中含有大量CO有毒气体，在大雾中难以扩散。人在其中呆久后因大量吸入CO，CO与血液中血红蛋白结合阻碍了O2的输入，使人缺氧而昏倒；
（2）③、④。①NaOH溶液与CO不反应；②能反应除去CO，但装置复杂。
9．解析：①反应可认定为NaHCO3的分解反应：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
该反应是非氧化还原反应。将X是Na2CO3代入②、③两反应，逆推可知Z为Na2O2：
2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2↑
2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑
以上两反应都是氧化还原反应，且Na2O2都既是氧化剂又是还原剂。这样，④反应为：
Na2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2NaOH
其离子反应为： CO32-＋Ca2＋＝CaCO3↓
多数可溶性碳酸正盐和Ca（OH）2（或可溶性钙盐）的反应都可用此离子方程式表示。其反应不是氧化还原反应。
答案：（1）NaHCO3；Na2CO3；NaOH；Na2O2（2）②③；Na2O2；Na2O2
（3）Ca2＋＋CO32-＝CaCO3↓ Ca(OH)2＋K2CO3＝2KOH＋CaCO3↓
10．答案：（1）用大注射器吸取（2）A：含有水蒸汽 B：澄清石灰水变浑浊 D：含有CO （3）浓硫酸 （4）不完善，缺少尾气处理装置 （5）二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧
多彩化学漫步
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
△
固体
碳单质
可燃
硬度大
不导电
质软
导电
A
金刚石 石墨
（1）
有毒
易燃
（2）
B
CO CO2
A B C D
通入适量CO2
石灰石
高温
生石灰
石灰乳
加水
CaCO3
石灰石
盐酸
氯化钙
碳酸钠
CaCO3
①
②
高温高压
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第3章 自然界中的元素
学习导言
▲ 章节知识概说
本章的核心内容是元素化合物知识，主要是应用第2章的概念和理论知识认识物质的性质，探讨物质在生产、生活中的应用，以及人类活动对生态环境的影响。
本章首先以碳元素的多样性为线索，探索了碳单质、碳的化合物以及碳元素转化的多样性；然后以硫及其化合物的转化为线索，探索了不同价态硫元素在自然界、实验室、生活、生产中的转化；紧接着以氮的循环为线索，探讨了氮在自然界中的循环、氮循环过程中的重要物质，以及人类活动对氮循环的影响；最后通过海洋这个蕴藏众多元素的领域，引入了更多的元素化合物知识，通过探讨从海洋中提取物质的途径，学习了镁、溴、碘等元素的知识。这样，就把零散的元素化合物的知识有机地结合在了一起，充分体现了高观点、大视野和多角度的特色。
▲ 课标理念感悟
知识与技能：根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解碳及其重要化合物的主要性质，以及它们在自然界和生活、生产中的相互转化；通过氮的循环，了解氮气、氨气、铵盐以及硝酸的主要性质，认识它们在生产中的应用；通过实验探究了解硫单质、二氧化硫等的主要性质，探讨不同价态硫元素之间的转化途径；通过了解海洋中的重要元素，认识金属镁、溴单质、碘单质和卤化物的主要性质及其在生产中的应用。
过程与方法：运用氧化还原理论研究物质的氧化性和还原性，探讨含有相同元素的物质之间的相互转化。
情感态度与价值观：通过了解人类活动对氮循环的影响、酸雨问题和海洋资源的综合利用，认识人类活动对生态环境的影响，培养与环境和平相处的情感以及运用化学知识解决环境和资源问题的兴趣和热情。
第1节 碳的多样性
在一百多种元素中，有一种元素组成的单质和化合物种类已经远远超过三千万种，你知道这是哪一种元素吗？
对了，这种元素就是碳元素。在初中我们接触过碳，知道碳既是构成生物体的基本元素，又是构成地壳中岩石和化石燃料的主要元素。碳以多种形态存在于自然界中。下面，就让我们一起来感受碳的多样性吧。
研习教材重难点
研习点1 碳单质的多样性
1．同素异形体
（1）同素异形体的概念：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，叫做该元素的同素异形体。
（2）常见的同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60；氧：氧气、臭氧（O3）。
【领悟·整合】
由于同素异形体由同种元素构成，所以同素异形体往往具有相似的化学性质；但由于组成同素异形体各种单质的原子间连接的方式不同（即结构不同），因此同素异形体的物理性质往往有很大差别。
2．金刚石、石墨、C60
（1）结构
①金刚石：每个碳原子与另外4个碳原子以一种较强的相互作用相连接，形成正四面体结构，向空间伸展形成空间网状结构。
②石墨：石墨晶体是层状结构。在同一层内，碳原子排列成正六边形(碳原子位于正六边形的顶点上)，一个个正六边形排列成平面网状结构，每一个碳原子都跟其他3个碳原子相连。在同一层内，相邻的碳原子以较强的相互作用相结合，但层与层之间以一种较弱的相互作用相结合。
③C60：C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球，由12个正五边形和20个正六边形组成。分子内部，碳原子间以较强的相互作用结合，但分子间的相互作用较弱。
（2）性质
同素异形体 金刚石 石墨 C60
主要物理性质 硬度大、熔沸点高 硬度小、熔沸点高，易导电 硬度小、熔沸点低
主要化学性质 相似，如在一定条件下都可与氧气反应，生成CO2
【知识·链接】
① 昂贵的实验：1797年英国化学家钱南为了测出金刚石的成分，做了一个非常昂贵的实验。他将金刚石放在密闭的、充满氧气的箱子里进行燃烧（箱子是纯金制的），结果却令人非常意外-——子里的气体成分竟然是二氧化碳。
② 碳-60家族：这一类物质的分子式可以表示为Cn，n为28到540之间的整数值，有C50、C60、C70、C84、C240等，科学家预言C540有可能实现室温超导；也有设想将某些药物置入C60球体空腔内，成为缓释型的药物。碳-60家族已经广泛地影响到物理、化学、材料科学、生命及医药科学各领域。
③碳纳米管：碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管，它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空碳管。碳纳米管非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽。利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维材料和复合材料，如其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6，被科学家称为未来的“超级纤维”。 碳纳米管在航天、电子、储氢等诸多领域有广泛的应用前景。
典例1： 近年来，科学家在氦的气氛中给石墨通电，使石墨挥发，在石墨挥发的黑烟中发现了C60，它的金属渗入物具有可贵的超导性质。北京大学首先将C60渗锡，获超导转变温度为37 K的好成绩。下列关于C60的叙述正确的是
A．是一种新型的化合物 B．是碳元素的一种同素异形体
C．C60燃烧时可生成CO2 D．摩尔质量是720
解析：这是一道与分子C60相关的题目，主要考查学生对基本概念的掌握及有关信息获取的能力。涉及的中学化学知识有化合物、同素异形体、摩尔质量等基本概念．C60属于单质，由一种元素组成，与金刚石、石墨互为同素异形体．由于C60由碳元素构成，因此，在一定条件下可以燃烧生成CO2，D选项中摩尔质量的单位为g·mol-1。
答案：B、C。
研习点2 广泛存在的含碳化合物
1．常见的含碳化合物
（1）有机化合物：如蛋白质、淀粉、油脂、以及石油、液化气、天然气等的主要成分；
（2）无机化合物：CO、CO2、H2CO3、碳酸钠、碳酸氢钠、大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿等。
2．碳酸钠和碳酸氢钠
（1）碳酸钠和碳酸氢钠的比较
化学式 Na2CO3 NaHCO3
俗名 纯碱、苏打 小苏打
色态 白色粉末 细小白色晶体
溶解性 易溶于水 较易溶于水(溶解度较Na2CO3小)
热稳定性 不易分解 受热易分解2NaHCO3＝Na2CO3＋CO2↑＋H2O
与HCl反应 Na2CO3＋2HCl＝CO2↑＋H2O(较快) NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O(剧烈)
与NaOH反应 不反应 HCO3-＋OH－＝CO32-＋H2O
与CO2反应 Na2CO3＋CO2＋H2O＝2NaHCO3 不反应
用途 用于玻璃、肥皂、造纸、纺织等工业；洗涤剂 发酵剂、灭火器，医疗上用于治胃酸过多
（2）碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法
①热稳定性不同。分别加热少量固体，若发生分解反应，将产生的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊的原试剂是NaHCO3，另一个为Na2CO3。
②和酸反应生成气体的速率不同。分别取一定量的固体，加入等浓度等体积的盐酸，反应快、产生气体相应多的为碳酸氢钠，另一个为碳酸钠。
③阴离子不同。分别取其稀溶液，滴加氯化钡稀溶液或CaCl2溶液，产生沉淀的原试剂为碳酸钠，另一个为碳酸氢钠（特别注意：该方法必须取极稀溶液）。
（3）Na2CO3和NaHCO3在一定条件下的相互转化：
溶液中：NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3
固体中：NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O，2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O
【品思·感悟】
Na2CO3与盐酸反应是分步进行的：Na2CO3＋HCl＝NaHCO3＋NaCl， NaHCO3＋HCl＝CO2↑＋H2O
（1）由于NaHCO3跟HCl反应一步完成，所以NaHCO3跟HCl反应比Na2CO3跟HCl反应放出CO2的速率快。
（2）当Na2CO3溶液与稀盐酸反应时，加入试剂的次序不同，产生的现象不同．若往碳酸钠溶液中滴加盐酸，由于碳酸钠的量多，而加入的酸（氢离子）少，第二步反应尚未进行，产生的气体较少（有可能在滴加的局部范围内完成二步反应，看到有气体产生）。滴加一定量以后，溶液已转化为碳酸氢钠溶液，再加入盐酸，很快反应产生气体，量也较多．若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中，则情况大不一样，试管中酸充足过量，滴入碳酸钠溶液很快完成上述二步反应，因此很容易观察到气体产生。利用上述现象，可以不用任何试剂鉴别二者。
典例2：下列说法中不正确的是
A．Na2CO3比NaHCO3易溶于水
B．Na2CO3比NaHCO3稳定
C．石灰水能与Na2CO3反应，而不能与NaHCO3反应
D．与足量盐酸反应要得到相同质量的CO2，用NaHCO3比Na2CO3的质量要多
解析：石灰水也能与NaHCO3反应，使酸式盐变成正盐，Ca(OH)2＋2NaHCO3＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O
制取相同质量的CO2，如都制取44 g CO2，在盐酸足量的情况下，需NaHCO3 84 g，需Na2CO3则106 g。
NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2↑＋H2O
84g 44g
Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋CO2↑＋H2O
106g 44g
答案：C、D。
典例3：现有一包混有少量碳酸氢钠的碳酸钠固体，称得其质量为10.00g。请回答：
（1）除去该混合物中的碳酸氢钠的方法是 。
（2）若将该混合物加热至质量不再变化时，剩余固体质量为9.38g。计算原混合物中碳酸钠的质量分数。
解析：（1）根据NaHCO3受热分解生成Na2CO3、H2O（气）、CO2 ，将混合物加热至不再产生气体为止，可除去该混合物中的碳酸氢钠。
（2）题中介绍“加热至固体质量不再变化”，就指明其中NaHCO3已完全分解，而固体减少的质量是放出CO2和H2O（气）的质量之和。
设原混合物中含NaHCO3质量为x，由题意知，
2 NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑
2×84g (18＋44) g
x (10.00g－9.38g)
168g：62g＝x： (10.00g－9.38g)
解得 x=1.68g
ω(Na2CO3)=×100%=98.32%
答案：（1）将混合物加热至不再产生气体为止 （2）98.32%。
研习点3碳及其化合物间的转化
1．自然界中碳及其化合物的转化
（1）碳及其化合物在自然界中的转化示意图
（2）模拟溶洞的形成
①溶洞的形成原理
石灰岩的主要成分是碳酸钙。碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时，会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]。
当受热或压强突然变小时，水中碳酸氢钙会分解，重新变成碳酸钙沉积下来。
在自然界里不断发生上述反应，石灰岩逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉，形成溶洞；碳酸氢钙不断分解，生成的碳酸钙逐渐沉积，形成千姿百态的钟乳石、石笋和石柱。
②实验报告：
实验目的：探究溶洞的形成原理
实验准备：将CO2通入澄清石灰水中，得到CaCO3白色沉淀，备用。
实验方案及实验记录：
实验步骤 实验现象 化学方程式
向得到的悬浊液中继续通入足量的CO2气体 CaCO3白色沉淀逐渐溶解 CaCO3＋CO2+H2O＝Ca(HCO3)2
将所得溶液小心加热 溶液重新变浑浊并冒出气泡 Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2+H2O
【梳理·总结】
自然界在永不停息的进行着碳的转化，这种转化形式多种多样，速度也有快有慢，总体上处于平衡状态。
但是，由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气，破坏了这种平衡，造成了“温室效应”。
2．生产和生活中碳及其化合物间的转化
（1）高炉炼铁
原料：焦炭、铁矿石；高炉煤气的主要成分：CO、CO2、Fe2O3、N2等；
CO生成的化学方程式： C＋O2CO2；C＋ CO2 2CO
还原铁的氧化物的化学方程式：Fe2O3 ＋3CO2 Fe ＋3CO2
（2）木炭燃烧：C＋O2＝ CO2 2C＋O2＝2CO 2CO＋O2＝2CO2 C＋CO2 ＝2CO
生成水煤气的化学方程式为：C＋H2OCO＋H2
【联想·发散】
碳作还原剂的特殊性
碳作还原剂，温度越高，还原性越强，在反应中碳的氧化产物可以是CO2和CO。
当温度较低时（理论上小于710℃），碳倾向生成稳定的CO2（如：实验室用C还原CuO），一般温度超过1000℃，只要有固态碳存在，生成的气体是CO．而CO作还原剂，温度越低还原性越强，如CO只有在低于600℃时，才能还原FeO，所以在高炉中主要的出铁反应是在炉体上部（低温区）发生的。
（3）水垢的形成：
① 有关化学方程式为：Ca(HCO3)2CaCO3 ↓＋CO2↑＋H2O
② 如何除去水壶中的水垢？加入醋酸，可以将CaCO3物质等溶解。
（4）无机化合物与有机化合物间的转化
1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵合成出有机化合物——尿素，打破了无机物和有机物之间的界限。碳及其化合物的转化，对人的生活、生产来说意义重大。
典例4：近年来大气中CO2增多，引起“温室效应”，请回答有关问题：
（1）空气中CO2的主要来源是什么？
（2）自然界中消耗CO2的主要过程是哪些？
解析：本题引导学生要关注生活、关注环境问题，做到学以致用，这是新课程的重要精神。尽管二氧化碳的产生途径很多，但是大量化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源。由于江、海的面积大，将溶解大量二氧化碳，光合作用也将消耗大量二氧化碳。
答案：（1）含碳燃料的大量燃烧。
（2）溶于江水、海水；绿色植物的光合作用；岩石的风化等。
典例5：古代的“药金”外观与金相似，常被误认为是金子。冶炼方法如下：将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭混合加热至800℃得金光闪闪的“药金”。
（1）“药金”的主要成分是 。
（2）有关冶炼的化学方程式是 ， ， 。
解析：解答本题可借用“相似类推”，以旧知识迁移应用于题给信息。解题思路为：
由碳酸钙、碳酸镁在高温时分解生成金属氧化物和二氧化碳的事实可推知：碳酸锌在高温时也分解，生成氧化锌和二氧化碳气体；由碳与氧化铜在高温时反应生成铜和二氧化碳的事实可推知：碳在高温时也能将赤铜（Cu2O）中的铜和氧化锌中的锌置换出来，本身被氧化成二氧化碳。由此可知答案。
答案：（1）Zn、Cu
（2）ZnCO3ZnO＋CO2↑ C＋2Cu2O4Cu＋CO2↑ C＋2ZnO2Zn＋CO2↑
探究解题新思路
▲ 基础思维探究
题型一、同素异形体
典例1：金刚石、石墨、C60性质有所不同，是由于
A．构成原子不同 B．原子的各自排列方式不同
C．具有不同的几何外形 D．硬度不同
解析：金刚石、石墨、C60三者是碳元素的同素异形体，构成原子完全相同，只是其内部碳原子排列方式不同，才导致它们结构不同，进而性质不同。
答案：B。
友情提醒：同素异形体是本节一个重要的概念，同学们一定要把握其实质：“同素”即由同种元素组成；“异形”即结构不同，这也决定了它们的性质，特别是物理性质是不同的。“结构决定性质”是化学的重要规律，对此要不断地加深理解，注重应用。
拓展变式1．1985年科学家发现的C60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图C）。因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边形的碳原子构成的管状大分子（图D），图中A、B分别是金刚石或石墨的结构示意图。图中小黑点或小黑圈均代表碳原子。用你所学到的化学知识回答下列问题：（1）常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼？ （2）请你设计一个方案，证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的（以足球烯为例，用简要文字叙述）。1．解析：分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原子排列的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质（常温下稳定性、可燃性、还原性）是相同的，因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。答案：（1）不活泼。 （2）将它放在充满O2的密闭容器里使之燃烧，只生成CO2，且CO2里所含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量。
题型二、Na2CO3与稀盐酸的反应过程
典例2：现有25mL 2mol/L的Na2CO3 溶液和75mL 1mol/L的稀盐酸，①将Na2CO3溶液缓缓滴加到盐酸中 ②将稀盐酸缓缓滴加到Na2CO3溶液中，在标准状况下产生的气体情况是
A. 均为0.84L B. 均为0.56L C. ①＞② D. ①＜②
解析：虽然都是Na2CO3与盐酸反应，但滴加顺序不同，结果产生的CO2的量不一定相同。
①将Na2CO3溶液滴入盐酸中，刚开始盐酸过量：
Na2CO3 ＋2HCl＝2NaCl＋CO2＋H2O
应按盐酸的量计算气体体积：V1＝22.4L/mol×0.075mol×1/2＝0.84L
②将盐酸滴入Na2CO3溶液中，反应分两步：
Na2CO3 ＋HCl＝NaCl＋NaHCO3 ；NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2＋H2O
生成的CO2用第二步余下的盐酸计算：V2＝(0.075mol－0.05mol)×22.4L=0.56L
所以V1>V2
答案：C
总结提升：本题考查的是Na2CO3 与盐酸反应时，因试剂的滴加顺序不同，产生的气体体积也不同，计算时，要分析清楚化学反应的过程，正确写出反应式是关键。
拓展变式2．向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸直到不再产生二氧化碳气体为止，则在此过程中，溶液的碳酸氢根离子浓度变化趋势可能是：A．逐渐减小 B．逐渐增大C．先逐渐增大，而后减小 D．先逐渐减小而后增大你的选择是 （填正确选项的标号）。试用化学方程式和简要文字表达其理由。2．解析：本题考查可溶性正盐与强酸反应的过程及逻辑思维能力和科学语言的表达能力。初中化学所学的碳酸钠与盐酸的反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O是在两两混合的情况下一步完成的。而本题所给的关键信息是“碳酸钠的浓溶液”和“逐滴加入稀盐酸”。由于碳酸钠是强电解质，在溶液中完全电离： Na2CO3=2Na++CO32-，在其浓溶液中存在大量CO32-离子，逐滴加稀盐酸时，加入的H+立即与CO32-结合：H++CO32-=HCO3-导致HCO3-离子浓度逐渐增大，当加入的盐酸中所含H+的物质的量与溶液中CO32-的物质的量相等时[HCO3-]达到最大值。再继续加酸时，H+将进一步与HCO3-结合：H++HCO3-=H2O+CO2↑导致HCO3-离子浓度又逐渐变小，当加入的盐酸中所含氢离子的物质的量为Na2CO3溶液中碳酸根离子物质的量的两倍时，反应完全，HCO3-浓度几乎为零。答案：C。首先因为有Na2CO3=2Na++CO32-和CO32-+H+=HCO3-的反应，溶液中HCO3-的浓度逐渐增大；而后又因进一步反应：H++HCO3-=CO2↑+H2O而使溶液中HCO3-的浓度逐渐减小。
题型三、二氧化碳与碱的反应
典例3：将足量CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是
解析：CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，首先CO2和Ca（OH）2反应生成CaCO3沉淀，当Ca（OH）2完全反应完后，沉淀达到最大量，CO2与KOH溶液反应生成K2CO3，K2CO3再转化为KHCO3溶液，沉淀量保持不变，如果继续通入CO2，CO2与CaCO3反应沉淀溶解，直到沉淀完全溶解。且生成沉淀消耗的CO2和溶解沉淀消耗的CO2的量相等。
答案：A。
方法导引：本题是一道图象题，将化学反应的过程用图象的形式表示，解此类题应注意首先要理解坐标的含义，然后观察曲线的形状走向，注意曲线的起点、折点、终点等特殊点，再与反应原理结合综合分析。解本题还应注意判断反应的先后顺序，当足量二氧化碳通入氢氧化钾和氢氧化钙混合稀溶液中，因二氧化碳在强碱水溶液中以CO32-形式存在，CO32-与Ca2＋生成白色沉淀，所以二氧化碳与氢氧化钙溶液先反应。当二氧化碳再通入碳酸钙和氢氧化钾的混合物中，二氧化碳先与氢氧化钾溶液反应。
拓展变式3．（1）写出典例3中有关反应的离子方程式。（2）将典例3中反应后所得溶液加热煮沸，有何现象？写出反应的离子方程式。（3）若将标准状况下2.24 L二氧化碳通入400 mL 0.3 mol·L－1的氢氧化钾溶液中，生成何种物质？其物质的量分别是多少？?3．解析：（1）见上题；（2）最后的溶液是KHCO3和Ca(HCO3)2的混合溶液，它们都容易分解，其中Ca(HCO3)2更容易分解，在溶液中分解的主要是Ca(HCO3)2；（3）将二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，发生的反应主要有：CO2＋2KOH＝K2CO3＋H2O；K2CO3＋CO2＋H2O＝2 KHCO3n(KOH)＝0.4L×0.3 mol·L－1＝0.12 mol ；假设恰好生成K2CO3，则消耗CO20.06mol；假设恰好生成KHCO3，则消耗CO20.12mol；n(CO2)＝0.1 mol，介于二者之间，因此，生成的物质应该是K2CO3和KHCO3。设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为x、y，则有x＋y＝0.1 mol（碳守恒）2x＋y＝0.12 mol（钠守恒）解得：x＝0.02 mol；y＝0.08 mol答案：（1）CO2＋2OH－＋Ca2＋＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋2OH－＝CO32-＋H2OCO32-＋CO2＋H2O＝2HCO3-；CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca2＋＋2HCO3-（2）冒出气泡，产生白色沉淀。Ca2＋＋2HCO3-CaCO3↓＋CO2+H2O（3）K2CO3：0.02 mol；KHCO3：0.08 mol
▲ 综合思维探究
题型一、学科内综合题
典例4：从某悬浊液开始，可以发生如下框图所示的一系列变化
图1
回答下面问题：
（1）操作①的名称是__________。在操作①中所使用的玻璃仪器的名称是__________。
（2）写出反应②和反应③的化学方程式：反应②：_________。反应③：_____________。
（3）在实验室中，如果获得干燥纯净的气体A，可以将它通过如图2中的装置，其中瓶Ⅰ中盛放的试剂是__________。瓶Ⅱ中盛放的试剂是__________。收集干燥气体A的方法是__________。
图2
解析：悬浊液是Ca(OH)2，过滤得到白色固体是Ca(OH)2，无色溶液是澄清石灰水，白色固体Ca(OH)2在空气中长时间放置发生如下反应：Ca(OH)2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O；加稀盐酸发生如下反应：CaCO3＋2HCl＝CaCl2＋CO2↑＋H2O，进而全题可顺序作答。
答案：（1）过滤 漏斗、玻璃棒烧杯
（2）Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O
Ca（OH）2＋Ca（HCO3）2＝2CaCO3↓＋2H2O
（3）饱和NaHCO3溶液 浓H2SO4 向上排气法
启发引申：本题是一道融框图推断、实验（包括气体的收集、干燥、净化）为一体的综合实验题．对于框图推断题，先找出解题的“题眼”，再逐个推断；气体的除杂、干燥是气体制备的重要步骤，应注意选择除杂剂、干燥剂的条件，如二氧化碳气体中混有氯化氢气体，应将混合气体通过饱和碳酸氢钠溶液除去，而不应选择碳酸钠溶液．然后结合下面的“拓展变式”进一步分析混合气体中各成分检验原理、先后顺序，并比较气体的除杂与气体的检验区别。
拓展变式 4．某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O（水蒸气）、H2中的一种或几种，依次进行如下连续处理（假定每步处理均反应完全）：①通过碱石灰时，气体体积变小；②通过赤热的氧化铜时，固体变为红色；③通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；④通过澄清的石灰水时，溶液变得浑浊。由此可以确定混合气体中含有 。4．解析：由①可知碱石灰吸收的是CO2或H2O或两者的混合物；由②可知，CuO被还原为Cu，还原剂为CO或H2或二者的混合物；由③可知，反应②生成了H2O，故原混合气体中一定有氢气；由反应④可知，反应②又生成了CO2，故原混合气体中一定有CO。答案：混合气体中一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种。
题型二、实际应用题
典例5：用石灰水保存鲜蛋是一种化学保鲜方法，这种保存鲜蛋方法的原理是
①石灰具有强碱性，杀菌能力强 ②Ca（OH）2能与鲜蛋呼出的CO2反应，生成碳酸钙薄膜，起保护作用 ③石灰水是电解质溶液，能使蛋白质凝聚 ④石灰水能渗入蛋内中和酸性物质
A．①② B．①③
C．②③ D．③④
解析：①石灰有杀菌的作用，可以制作农药。②Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3↓＋H2O，生成CaCO3沉淀形成薄膜，可以防止细菌的侵入。③使蛋白质凝聚加速蛋变质。④与蛋内物质反应会影响鲜蛋的质量。
答案：A。
考向指南：学以致用才能体现出知识的价值，用石灰水保存鲜蛋是我们熟悉的，但其中的原理是什么 这是同学们非常感兴趣的，在解决问题的过程中，不仅能巩固所学知识，而且能培养我们的学习兴趣。在新课标下，这类题型将会成为一种主流题型，同学们应多加注意。
拓展变式5．我国是最早生产和使用钢铁的国家。在古代，人们把烧红的生铁放在铁砧上反复锤打最终使生铁转化为钢。请写出上述过程中最关键反应的化学方程式： 。5．解析：抓住生铁和钢的区别在于前者含碳量高，后者含碳量低的特征，要使生铁变成钢就是降低含碳量，联想碳的可燃性，将烧红的生铁反复锤打，就是让碳充分与空气接触，从而达到除去的目的。答案： C+O2CO2
题型三、实验操作题
典例6：某实验小组拟用50 mL NaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入的CO2气体过量生成NaHCO3，设计了如下实验步骤：
①用25 mLNaOH溶液吸收CO2气体，至CO2气体不再溶解；
②小火煮沸溶液1min~2min；
③在得到的溶液中加入另一半（25 mL）NaOH溶液，使其充分混合。
此方案能制得较纯净的Na2CO3（第一步的实验装置如图所示）
（1）将块状大理石加入试管中的正确方法是 _____________。
（2）写出①、③两步的化学反应方程式 _____________。
（3）装置B中盛放的试剂是_____________，作用是_____________。
（4）有人认为将实验步骤②、③的顺序对调，即先混合再煮沸，更合理；你认为对吗？
_____________（填“对”或“不对”），理由 。
解析：（1）将试管平放，用镊子把块状大理石放在试管口，将试管慢慢竖起，使块状大理石缓缓滑至试管底部。
（2）NaOH＋CO2 ＝NaHCO3 NaHCO3＋NaOH＝Na2CO3＋H2O
（3）饱和NaHCO3溶液 除去HCl
（4）不对；若不先驱除溶液中溶解的CO2气体，则实验③加入的NaOH溶液将有一部分与CO2气体反应，使NaOH溶液不能完全转化为Na2CO3。这样制取的Na2CO3中就会混有NaHCO3。
答案：见解析。
启发引申：给定实验装置和操作过程、解释有关问题一类的实验题，一般来说起总体难度不大，但同学们平常的答题情况却不乐观，主要原因在于：一是对实验不重视，特别是不能认真独立完成课本规定的实验，导致对实验现象的解释、安全措施的实施、偶发事故的处理等无法准确作答；二是对知识的综合运用能力差，对实验综合考虑和整体处理的能力差，无法全面作答。根据这样的现状以及试题特点，实验学习时应该做到一个了解、五个会。即了解实验目的、步骤和原理；学会控制条件、学会使用仪器、学会观察分析、学会解释结果得出相应结论以及学会设计简单的实验方案。同时还要培养七种意识，即：①动手操作意识；②安全意识；③规范化意识；④环保意识；⑤质量意识；⑥定量意识；⑦创新、质疑意识。
拓展变式6．某同学做“证明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子”的实验，设计了如下方案（如图所示），经检验装置的气密性合格后加入试剂。结果发现II中先变浑浊，稍后又变澄清。（1）描述I中发生的现象是______________________________________________。（2）分析III中可能出现的现象是_________________________________________。（3）根据我们所学的知识，你认为上述哪几种现象结合在一起足以说明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子？ ____________________________________________________________________。（4）上述方案中，什么实验是多余的？________________________________________________。6．解析：证明物质中含有CO32－的方法是：该物质与盐酸反应能产生无色气泡，且该气体能是澄清的石灰水变浑浊，出现上述两点现象即可证明物质中含有CO32－。鸡蛋壳的主要成分是CaCO3，本题是验证鸡蛋壳中含有的CO32－。鸡蛋壳不溶于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳气体，该气体通过导管进入II中，使石灰水变浑浊。变浑浊的原因是因有难溶于水的CaCO3生成的缘故，继续通入CO2后，CO2与CaCO3、H2O反应能生成Ca(HCO3)2，使石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋壳浮在液面上。CO2还能与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。答案：（1）鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生；鸡蛋壳浮在液面上。（2）溶液由紫色变成红色。（3）I中鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，II中出现浑浊，两种现象结合足以说明鸡蛋壳含有CO32－（或I中现象和II中现象）（4）III。
题型四、学科间渗透题
典例7：请据下图回答，经数小时后，U形管A、B两处的液面会出现下列哪种情况。（实验装置足以维持实验过程中小白鼠的生命活动，瓶口密封，忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响）
A．A处上升，B处下降 B．A、B两处都下降
C．A处下降，B处上升 D．A、B两处都不变
解析：这是一道以化学为中心，含盖了生物、化学、物理三科相关知识的一道综合实验试题。试题创设了一个小白鼠在密闭容器中，进行呼吸作用的学生课外小实验的情景。从生物学角度分析，生活在玻璃密闭容器中的小白鼠，通过呼吸作用，吸收玻璃瓶内的氧气，并呼出等量的二氧化碳气，小白鼠的这一生命活动，虽不会造成密闭容器内气体压强的变化，但却改变了该密闭容器内氧气、二氧化碳气的含量，氧气含量降低，二氧化碳含量上升。从化学角度分析，小白鼠呼吸作用生成的二氧化碳，可以被与之串联的另一玻璃瓶中小烧怀里的氢氧化钠溶液吸收，生成碳酸钠和水，这一反应的化学方程式是： CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O。伴随上述反应的发生，密闭容器中的气体压强将会下降。从物理学角度分析，当该密闭体系内的压强下降，在外界大气压的作用下，会造成U形管中A处液面下降，使内外气体压强重新达到平衡，从而可以确定选项C符合题意。
答案：C。
总结提升：本题以生物的呼吸作用为起始点，以二氧化碳与氢氧化钠溶液发生的化学反应为中心，以物理中反应体系气体压强的变化为设问，生物、化学、物理三个学科的知识相互交叉和渗透，从总体内容分析，应当属于化学试题，属于以化学为中心，物理、化学、生物三个学科综合的跨学科试题。
拓展变式7．下图是生物在地理环境形成中的作用示意图，读图回答问题：（1）填出图中A、B、C、D、E、F、G、H、M所代表的物质的化学式、化学元素或化学物质名称： A ，B ，C__________，D ，E__________，F__________，G__________，H__________，M__________。（2）绿色植物对地理环境的形成和发展起着非常重要的作用，最根本的原因是绿色植物能够通过光合作用把太阳能转化为化学能，光合作用的总反应式是 。（3）绿色植物的光合作用制造出葡萄糖，葡萄糖是一种重要的营养物质，它是人类生命活动所需能量的重要来源之一，它在人体组织中进行氧化反应，放出热量，以供应人们所需要的能量。试写出化学反应方程式 。（4）分析图，运用生物、化学知识，试述自然界消耗CO2的3种主要途径。7． 解析： 图中A表示绿色植物进行光合作用时，从空气中吸收的CO2；B表示绿色植物光合作用产生的氧气回归到大气中；C表示动物从大气圈中吸收氧气；D表示动物通过呼吸作用向大气圈输出CO2；E表示微生物分解有机残体向大气中释放N2；F表示微生物分解有机残体，把二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质运送到水中；G表示从水中攫取游离氧；H表示绿色植物的枯枝残叶（无机物）经微生物分解；M表示绿色植物从土壤中吸收H2O、N和其他化学元素。答案：（1）A．二氧化碳 B．氧气 C．氧气 D．二氧化碳 E．N2 F．二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质 G．游离氧 H．无机物 M．H2O、N和其他化学元素（3）C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。（4）①绿色植物的光合作用；②溶于江水、海水；③岩石的风化?
▲ 创新思维探究
题型一、开放探究题
典例8：将nmol木炭粉和1mol氧化亚铁在反应器中混合，隔绝空气加强热。
⑴ 可能发生的化学反应有
① Fe+C＝Fe+CO↑ ② 2FeO+C＝2Fe+CO2↑ ③ FeO+CO＝Fe+CO2↑
和④
⑵ 若n＜1/4，充分反应后，反应器中的固体物质是 ，气体产物是 。
⑶ 若n＜4，充分批应后，反应器中的固体物质是 ，气体产物是 。
⑷ 若反应的气体产物是混合物，n的取值范围是 。
⑸ 若反应的气体产物是混合物，且混合物中CO和CO2的物质的量相等，则n的值为 。
解析：解该题的思路首先从多种反应的特点出发，结合反应①和②得出：C和FeO的物质的量比大于或等于1∶1时，只生成CO；若比值是小于或等于1∶2时，只生成CO2。在1∶1和1∶2之间既有CO也有CO2生成。在数轴上可分为二点三区间：
结合题意木炭和FeO的比值判断某一反应物是否过量，确定所发生的反应。再根据反应方程式的相加原理，简化计算步骤，最后应用范围讨论解法求解。
分析问题⑴中前三个方程式知C有还原性，CO2有一定的氧化性。既然题意是可能发生的反应，所以方程④是：C+CO2 2CO。
对于问题⑵，n＜1/4，C和FeO物质的量之比是1∶4，说明FeO过量，所以，容器内的固体除产物Fe外，还应有FeO，而气体只有CO2。
对于问题⑶，C和FeO物质的量之比是4∶1，说明木炭过量。从反应区间知，经充分反应后，容器内的固体除产物Fe外， 还应有木炭，而气体只有CO。
对于问题⑷，气体产物是混合物，只能是CO和CO2，则固体物质只有Fe，根据前面的分析，n值应在1∶1和1∶2之间，即1/2＜n＜1，说明木炭既要参加①式反应，又要参加②式反应。
对于问题⑸，要求混合气体中CO和CO2物质的量相等，可将①式和②式按题意相加得：
3FeO+2C3Fe+CO↑+CO2↑，若FeO为1mol，则C为2/3。
答案：⑴ C+CO2 2CO ⑵ FeO 和Fe，CO ⑶ C和Fe，CO ⑷ 1/2
拓展变式8．一黑色固体单质在氧气中燃烧之后生成两种气体A和B，生成物的总含氧量为2/3，已知A气体有毒性，可燃烧生成B气体。试回答：（1）A是什么？请从生物学角度解释其具有毒性。（2）求A、B在生成的混合气体中的百分含量。8． 解析： 由一黑色固体单质燃烧后有两种气体生成，应知两种气体是单质的两种不同氧化物，常见的黑色固体单质有碳，其氧化物恰为两种，其中CO有毒性，且燃烧生成CO2．所以得到A、B，计算A、B百分含量可取100 g混合气体计算。答案：（1）A是CO 它的毒性是因为血液中的血红蛋白对它的高度亲和力，当CO进入血液中的时候，血液中的血红蛋白对CO的亲和力远高于对O2的亲和力，所以CO完全溶解于血液，而O2无法再被血液吸收并运送到各需要的组织，最后导致机体缺氧，这便是CO的毒性原因。（2）设生成的100 g CO和CO2中，CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，由氧元素的含量为2/3，即C∶O＝1∶2，可得两方程：28 g·mol－1x＋44 g·mol－1y＝100 g 解得x＝y＝1.389 mol
题型二、社会热点题
典例9：（1）图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国。由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）： 。
（2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是 。
（3）为了控制温室效应．各国科学家提出了不少方法和设想．有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底．以减小大气中CO2的浓度．为使CO2液化，可采用的措施是
A．减压、升温 B．增压、升温
C．减压、降温 D．增压、降温
（4）科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能
①加强呼吸作用②加强光合作用③改良碱性土壤、调节pH④加强植物蒸腾作用
A．①② B．②③ C．③④ D．②③④
（5）快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是 。
A．使用天然气等燃料 B．控制全球人口增长
C．植树造林，保护森林 D．立即减少煤和石油的燃烧
解析：二氧化碳微溶于水，溶于水后会与碳酸钙反应，导致碳酸钙溶解。增大压强、降低温度会使气体的溶解度增大。
植物的呼吸作用放出CO2，植物蒸腾作用与外界温度及水分有关，与CO2的浓度无关；植物的光合作用需要吸收CO2，且CO2溶于土壤的水生成的碳酸电离的H＋可以改良碱性土壤、调节pH，促进植物对Ca2＋、Mg2＋的吸收．所以“汽水”浇灌植物能促进植物的生长。
随着社会的进步，对能源的消耗也将进一步增多，所以不可能立即减少煤和石油的燃烧，使用天然气等燃料也会产生CO2，只有绿色植物的光合作用会吸收大量的CO2，且见效快。
答案：（1）CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
（2）大量燃烧煤、石油等矿物燃料
（3）D （4）B （5）C
启发引申：本题以二氧化碳的性质为载体，综合考查学生的环保意识，引导学生关注社会，关注未来。题目选材新颖，涉及面广，起点高，落点低，具有很强的时代性。
拓展变式9．人类目前对煤和石油的过度应用，使空气中CO2浓度增大，导致地球表面温度升高，形成了温室效应，科学家对CO2的增多带来的负面影响较为担忧，于是提出了将CO2通过管道输送到海底，这可减缓空气中CO2浓度的增加，请你根据CO2的性质回答：（1）这样长期下去，将给海洋造成什么样的影响 （2）你认为消除这些影响的最好方法是什么 9．解析：（1）根据影响气体的溶解度的因素可知，CO2在海底的溶解度将大大增加，且可以液体的形式存在，这时，CO2和水将发生如下变化：CO2＋H2O＝H2CO3。而H2CO3能电离出氢离子，所以海水的酸性也将大大增强，这将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果。（2）由以上分析可知，为减少空气中CO2的含量必须：①减少对煤和石油产品的用量，②积极开发新能源，③加大植树造林的力度。答案：见解析。
▲ 高考思维探究
[考题1]（2005全国-10）向0.1 mol·L1 NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是
A．Na+、CO32- B．Na+、HCO3- C．HCO3-、CO32- D．Na+、OH
解析：在初中我们就学过，酸性氧化物与碱反应生成盐和水，但到底是生成正盐，还是酸式盐呢？规律是：碱过量生成正盐，酸性氧化物过量生成酸式盐。因此，NaOH溶液中通入过量CO2后，得到的盐是NaHCO3。并且，NaOH溶液由于不足量而完全反应，因此，反应后，溶液中存在的主要离子是Na+和HCO3-。
答案：B。
友情提示：解这类题，明确反应原理是最关键的。NaOH溶液中逐渐通入CO2，可以认为二者首先反应生成Na2CO3、然后过量的CO2继续与Na2CO3溶液反应生成NaHCO3。
[考题2] （2005春-29）化学活动课上，三组学生分别用图示甲、乙两装置，探究“NaHCO3，和Na2CO3与稀盐酸的反应”，按表中的试剂用量，在相同条件下，将两个气球中的固体粉末同时倒入试管中（装置的气密性已检查）。
请回答：
（1）各组反应开始时_____________，装置中的气球体积先变大，该装置中反应的离子方程式是_________________________。
（2）当试管中不再有气体生成时，三组实验出现不同现象，填写下表的空格。
试剂用量 实验现象 分析原因
第①组 042 g NaHCO3053 g Na2CO33 mL 4 mol / L盐酸 甲中气球与乙中气球的体积相等 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)=n(Na2CO3)V甲(CO2)= V乙(CO2)
第②组 03 g NaHCO303 g Na2CO33 mL 4 mol / L盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
第③组 06 g NaHCO306 g Na2CO33 mL 2 mol / L盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大
片刻后，乙中气球又缩小，甲中气球的体积基本不变 （用离子方程式表示）
解析：Na2CO3与稀盐酸的反应时，先生成NaHCO3，然后NaHCO3再与稀盐酸反应生成NaCl、H2O、CO2。因此，NaHCO3与稀盐酸反应的速率快。据此第（2）题也能顺利解答。须特别说明的是：06 g Na2CO3与3 mL 2 mol / L盐酸反应时，Na2CO3过量，过量的Na2CO3溶液与生成的CO2气体慢慢反应，因此，出现了“片刻后，乙中气球又缩小”的现象。
答案：（1） 甲； HCO3-＋H+ ＝H2O＋CO2↑
（2）
试剂用量 实验现象 分析原因
② 甲、乙盐酸均过量n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)V甲(CO2)＞V乙(CO2)
③ 甲、乙盐酸均不足量消耗的n(NaHCO3)＞n(Na2CO3)V甲(CO2)＞V乙(CO2)
＋CO2＋H2O＝2
课标点击：探究精神是我们学习的源动力，探究题目的大量设置也是新教材的一个显著特点。我们在平时的学习过程中，应该勇于探究、善于探究，这样，才能适应新时期学习的要求。
拓展变式10．（2005全国-28）已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，可用下图中的装置进行实验。上所述主要步骤如下：①按图组装仪器，并检查装置的气密性②将ag试样放入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液③称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到bg④从分液漏斗滴入6mol·L－1的硫酸，直到不再产生气体时为止⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气⑥再次称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到cg⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U型管的质量基本不变，为dg请填空和回答问题：（1）在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明 。（2）装置中干燥管B的作用是 。（3）如果将分液漏斗中的疏酸接成浓度相同的盐酸，测试的结果 （填偏高、偏低可不变）。（4）步骤⑤的目的是 。（5）步骤⑦的目的是 。（6）该试样中纯碱的质量分数的计算式为 。（7）还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。请简述一种不同的实验方法。10． 解析：本实验目的是测定试样中纯碱的质量分数。实验时，采用测定碳酸钠与硫酸反应产生二氧化碳的质量来求算。根据实验目的和原理，实验过程应该准确测定样品的质量和二氧化碳的质量。样品的质量可以直接称量，但二氧化碳的质量则需通过间接称量。实验过程中，通过操作③和⑤来测定，其依据是碱石灰充分吸收二氧化碳，干燥管吸收二氧化碳前后的质量差即为二氧化碳的质量。由于该实验属于定量实验，应重复称重操作，以减小甚至避免误差。因此实验安排了操作⑦。实验过程中，在称量时，天平的指针向左转，说明左盘重，根据“物左码右”的放置原则，因此样品重，砝码轻；由于空气中存在水蒸汽和二氧化碳，而该实验又是通过盛碱石灰的干燥管来吸收反应产生的二氧化碳，因此要避免空气的CO2和水气的干扰而要安装B干燥管；实验采用硫酸与碳酸钠反应产生二氧化碳，如果改为盐酸，反应虽然可以发生，但由于盐酸会挥发，HCl进入干燥管被吸收，将导致干燥管增重，因此实验结果将偏高；由于装置体系中各容器有较大的空间，会滞留部分二氧化碳，给测量带来影响，因此要在A处缓缓鼓入一定量的空气，将滞留在各容器中的CO2排出，全部导入U型管中；安排操作⑦的目的在于判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收；由步骤③和⑤可知，产生二氧化碳的质量为（d-b）g，根据化学方程式可知，碳酸钠的质量分数为106（d-b）/44a×100%。问题（7）要求重新设计实验方案。作为定量实验方案的设计，解答的关键在于根据实验目的和实验原理确定实验过程中的“可测量”（即能够通过实验可以测定的量——常见的可测量为物质的质量或体积）。题目已经给出了实验目的，由于碳酸钠和氯化钠存在很多方面的性质差异，解答时就可以根据它们性质的差异来确定实验原理和测量方法。例如，Na2CO3能与BaCl2反应而NaCl不会，因此选用BaCl2作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。答案：（1）样品重，砝码轻。（2）防止空气中的CO2和水气进入U型管中。（3）偏高（4）把反应产生的CO2全部导入U型管中（5）判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收（6） [106（d－b）/44a]×100% （7）答案见解析。
开拓学习新视野
▲ 课标知识拓展
【思想方法】
1．比喻法理解碳的各种单质的物理性质相异的主要原因：把碳原子比喻为建筑用的砖，把金刚石、石墨、C60比喻成用砖盖成的建筑物，用相同的砖但不同的方式盖成的建筑物，其外型不同，牢固程度可能会存在较大差异。因此，碳原子的排列不同，碳的各种单质的物理性质也会有很大差别。
2．比较法掌握碳酸钠和碳酸氢钠的性质（详见研习点2）
3．统摄法理解碳酸盐性质的一般规律
（1）溶解性规律：如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度小［如：Na2CO3＞NaHCO3］；如果碳酸的正盐溶解度小，则对应酸式盐的溶解度较大［如：CaCO3＜Ca（HCO3）2］
（2）稳定性：难溶性的碳酸盐，（NH4）2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
（3）酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断．如：在Ca（HCO3）2溶液中滴加NaOH溶液：
Ca（HCO3）2＋NaOH＝CaCO3↓＋NaHCO3＋H2O（NaOH少量）?
Ca（HCO3）2＋2NaOH＝CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O（NaOH过量）?
▲ 多彩化学漫步
温室效应及危害
温室有两个特点：温度较室外高，不散热。 生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，使室内的温度保持高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。
由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。它会带来以下列几种严重恶果： 1) 地球上的病虫害增加； 2) 海平面上升； 3) 气候反常，海洋风暴增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。
科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2－4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼。
温室效应是怎么来的？我们能做什么？
多彩化学漫步
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
优化考题新演练
一、理解与应用
1．石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏．这是由于石墨
A．有放射性 B．易燃、易爆
C．能导电 D．有剧毒
1． 解析： 石墨的放射性极弱，虽易燃，但不易爆，无毒，这些性质都不能使输电线、电厂设备损坏．惟一能使输电线、电厂设备损坏的因素是因为石墨具有导电性，引起输电线、电厂短路，造成设备损坏，因此答案为C选项．
答案：C。
2．向下列物质①大理石，②钟乳石，③锅垢，④贝壳，⑤蛋壳，分别滴加醋酸，会产生相同气体的
A．只有①② B．只有④⑤
C．只有①②③ D．是①②③④⑤
2． 解析：本题考查学生对自然界和日常生活中有关物质的常识性了解。
碳酸钙在自然界分布很广．石灰石、大理石等矿物主要成分是碳酸钙。
碳酸钙遇到溶有CO2的水时，就会变成可溶性的碳酸氢钙：
CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
溶有碳酸氢钙的水在一定条件下重新变成碳酸钙沉淀下来，同时放出CO2。
Ca（HCO3）2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
在自然界里不断发生着上述反应，形成了石灰岩溶洞里的钟乳石、石笋等。
自然界中含有较多碳酸氢钙等的硬水，在煮沸时会形成水壶和锅炉中的锅垢。
贝壳、蛋壳也都含有碳酸钙．初中化学教材有一个关于蛋壳的家庭小实验（蛋壳＋盐酸）。
碳酸钙与酸反应生成CO2：
CaCO3＋2H＋＝Ca2＋＋H2O＋CO2↑
这是检验碳酸根的简便方法。（通常用盐酸）
所以题目给出的五种物质分别滴加醋酸时都会产生CO2。
答案：D。
3．为探究植物光合作用的实质，某同学设计了如图所示的实验装置（透明、密闭）。在阳光下数天后植物生长最茂盛的是
3．解析：植物生长需要水分，而光合作用又需要CO2，因此A装置中植物生长最茂盛。
4．（2001年广东·河南高考题）为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的两个吸收装置，两个装置中应依次装入
A．水；无水CaCl2固体
B．饱和NaHCO3溶液；浓H2SO4
C．浓H2SO4；饱和Na2CO3溶液
D．饱和Na2CO3溶液；稀H2SO4
4．解析： CO2中通常混有HCl、H2O（g），而室温1体积水溶解1体积CO2，A错；气体最后通过盛有水溶液的装置时得到的CO2是潮湿的，C、D错；气体先通过饱和NaHCO3溶液，HCl被吸收且放出CO2，再通过H2SO4得以干燥，B对。
答案：B
5．含相同质量下列杂质的NH4HCO3 10ｇ与足量盐酸反应，放出气体最多的是
A．CaCO3 B．NaHCO3 C．Na2CO3 D．Ca(HCO3)2
5． 解析：（设“1”法／条件变换法）将题意稍作变换，改为：等质量的下列五种物质［NH4HCO3、CaCO3、NaHCO3、Na2CO3、Ca(HCO3)2］分别与足量盐酸反应，放出气体最多的是______。用设“1”法，求放出1个CO2时所需5种物质的质量分别是多少。根据C原子守恒得：
NH4HCO3～CO2↑ CaCO３～CO2↑
79 100
NaＨCO３～CO2↑ Na2CO３～CO2↑
84 106
1/2Ca(HCO3)2～CO2↑
81
显然，含Ca(HCO3)2时放出CO2最多。
答案：D
6．把7.4gNa2CO3 10H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水，配成100mL溶液，其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等质量的混合物加热到恒重时，残留物的质量是
A．3.18g B．2.21g C．5.28g D．4.22g
6． 解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据Na+守恒，
n (Na2CO3)＝1/2 n(Na+)＝1/2×0.1L×0.6mol/L＝0.03mol
所以，m(Na2CO3)＝0.03mol×106g/mol＝3.18g
答案：A
二、拓展与创新
7．图A是一种用于显示事物异同点的信息处理方法。请你在图下的空格内填写与图B中(1)、(2)区域对应的适当内容(每处只要求填一点)。
(1)________________________(2)________________________。
7．解析：仔细观察A，可以看出两个圆分别代表金刚石和石墨的有关信息，两圆重叠的区域表示金刚石和石墨的共同特征(相似点)，重叠区域以外的部分表示它们的独有特征(不同点)。由此不难得出答案。
答案：（1）都是气体（或氧化物）（2）无毒，不能燃烧等。
8．据报道，苏州一女士骑自行车随助力车行走，因大雾堵车在许多助力车排放的尾气中呆久后突然晕倒，路人急将其送往医院抢救。化学兴趣小组同学看报后组织讨论以下两个问题，请你参考：
（1）该女士昏倒的原因： 。
（2）讨论中某同学为解决助力车污染空气的问题，提出以下几点建议：①用浓氢氧化钠溶液吸收尾气中有毒成分；②用灼热的氧化铜把尾气中有毒成分反应出去；③控制行驶的助力车的数量；④改进助力车发动机的结构，提高汽油燃烧效率。你认为切实可行的是 ，试分析不行的原因 。
8．解析：（1）助力车的燃料是汽油，其尾气中含有一定量的CO。堵车的路口处车多，含CO的浓度大，CO极难溶于水，在大雾中CO不易扩散，故人在此处呆久了会吸入CO中毒昏倒。
（2）①CO不与NaOH溶液反应，故此法无效；②灼热的氧化铜能处理尾气中的CO，但此装置安装车上，既复杂，又不方便；③、④两项措施在城市可行。
答案：（1）路口许多助力车排放的尾气中含有大量CO有毒气体，在大雾中难以扩散。人在其中呆久后因大量吸入CO，CO与血液中血红蛋白结合阻碍了O2的输入，使人缺氧而昏倒；
（2）③、④。①NaOH溶液与CO不反应；②能反应除去CO，但装置复杂。
三、综合与探究
9．有4种钠的化合物W、X、Y、Z，它们之间存在如下关系：
①WX＋H2O＋CO2↑ ②Z＋CO2X＋O2
③Z＋H2OY＋O2↑ ④X＋Ca(OH)2Y＋CaCO3↓
试回答下列问题：
（1）W、X、Y、Z的化学式分别是：W 、X 、Y 、Z 。
（2）以上四个化学反应中，属于氧化还原反应的是 （填反应序号），反应中氧化剂是 （写化学式），还原剂是 （写化学式）。
（3）若④反应在溶液中进行，写出其离子方程式以及能用该离子方程式表示的另一个化学反应的化学方程式：
①离子方程式 ；
②化学方程式 。
9．解析：①反应可认定为NaHCO3的分解反应：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
该反应是非氧化还原反应。将X是Na2CO3代入②、③两反应，逆推可知Z为Na2O2：
2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2↑
2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑
以上两反应都是氧化还原反应，且Na2O2都既是氧化剂又是还原剂。这样，④反应为：
Na2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2NaOH
其离子反应为： CO32-＋Ca2＋＝CaCO3↓
多数可溶性碳酸正盐和Ca（OH）2（或可溶性钙盐）的反应都可用此离子方程式表示。其反应不是氧化还原反应。
答案：（1）NaHCO3；Na2CO3；NaOH；Na2O2（2）②③；Na2O2；Na2O2
（3）Ca2＋＋CO32-＝CaCO3↓ Ca(OH)2＋K2CO3＝2KOH＋CaCO3↓
10．为弄清楚某废弃的防空洞内气体成分中是否含有水蒸气、一氧化碳和二氧化碳，某校化学兴趣实验小组将气体样品依次通过下列盛有药品的仪器（图中夹持仪器等均省略），检验防空洞内气体成分。
（1）请你提出一种采集气体样品的方法 ；
（2）通过你对实验现象的观察和思考分析，填写下表空格：
装置序号 A B C
实验现象 白色粉末变蓝 黑色粉末逐渐变红
结论与分析 说明含有CO2
（3）选用C装置的目的是干燥气体，瓶内应盛 ；
（4）你对这套装置有何评价 ；
（5）干涸的深井中有可能含有较多的二氧化碳，最简单的方法用“灯火”实验来确定能否进入，其原因是 。
10．答案：（1）用大注射器吸取（2）A：含有水蒸汽 B：澄清石灰水变浑浊 D：含有CO （3）浓硫酸 （4）不完善，缺少尾气处理装置 （5）二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧
本节答案解析与研读
本节教材课后习题（P68）
1．金刚石、石墨、C60 、C70 、碳纳米管等。
大理石、方解石、白云石、菱锌矿、菱镁矿、菱铁矿、碳酸钠、碳酸氢钠、CO、CO2、H2CO3、甲烷等
自然界中碳及其化合物间的转化、生产和生活中碳及其化合物间的转化
纯碱做洗涤剂、小苏打治疗胃酸过多、高炉炼铁、木炭燃烧提供热量等
2. （1）温室效应
（2）地球的气温缓慢升高,导致冰川融化，海平面上升。
（3）植物的光合作用大大减少，吸收CO2越来越少。
（4）多植树造林，控制化石燃料的燃烧，杜绝森林、草原的燃烧；
（5）大家都知道，CO是一种有毒的气体，汽车的尾气、香烟的烟雾中都含有一定量的CO，CO正悄悄的危害着我们的健康。但CO也不是一无是处，它是一种良好的燃料，水煤气的主要成分之一就是CO，它还是一种良好的还原剂，高炉炼铁离不了CO。英国最新研究表明：有毒的一氧化碳气体可有效地治疗心脏病发作。人体吸入少量的一氧化碳气体有助于患者心脏病发作的治疗。但如果不控制呼吸器官对一氧化碳气体的吸入量，一氧化碳气体会对人体构成致命的危害。可见，任何事物都是一分为二的，我们应该辨证的看待每一个事物。
3．（1）化学性质稳定（与空气中的物质不反应），氧 还原性（发生氧化还原反应的元素就是化合价发生变化的元素，还原性是化合价升高）
（2）由于Ca(OH)2吸收空气的CO2，二者反应生成了CaCO3。CO2+ Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O 可加入少许稀盐酸或稀醋酸
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O CaCO3+2CH3COOH=Ca(CH3COO)2+CO2↑+H2O
4．（1） ①CaCO3CaO+CO2↑ ② CaO+H2O=Ca(OH)2 ③Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3 ↓+2NaOH
方案①价格便宜，方案②操作简便，反应快。
（3）取牙膏少量于试管中，加入少量蒸馏水，再加入少量稀盐酸，若有气体产生且产生的气体能够使澄清的石灰水变浑浊，证明牙膏中含有碳酸盐。
反应：CO32- +2H+ =H2O+CO2↑ CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
5．(1)分别点燃金刚石、石墨、C60，将燃烧后产生的气体通入足量的澄清石灰水中，若观察到有白色沉淀产生，则说明金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的。
（2）能 C（石墨） C（金刚石）
( 3 )通过对气态足球烯分子吸收光谱的研究，首次精确测定了C60和C70分子的紫外波段吸收峰及吸收截面，并利用光吸收随温度的变化结果获得了足球烯分子的破坏温度和热力学熵等参数。有关论文受到国际同行的大量引用并被日本“东京化成”公司作为产品性能标准列在其产品目录中和被日本碳60化学专集所介绍。在有机非线性光学材料的研究中，他提出并验证了通过合成有机电荷转移复合体体系提高分子三阶非线性光学响应的新方法。
( 4 )1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成。美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的“纳米秤”，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该秤可以用来称取病毒的重量
探究解题新思路
1．解析：分析题目时应将足球烯、碳纳米管的结构、性质与金刚石、石墨的结构性质相联系。由于碳原子排列的不同，导致它们的物理性质有较大差异。但金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质（常温下稳定性、可燃性、还原性）是相同的，因此，这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。
答案：（1）不活泼。 （2）将它放在充满O2的密闭容器里使之燃烧，只生成CO2，且CO2里所含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量。
2．解析：本题考查可溶性正盐与强酸反应的过程及逻辑思维能力和科学语言的表达能力。
初中化学所学的碳酸钠与盐酸的反应：Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O是在两两混合的情况下一步完成的。而本题所给的关键信息是“碳酸钠的浓溶液”和“逐滴加入稀盐酸”。由于碳酸钠是强电解质，在溶液中完全电离： Na2CO3=2Na++CO32-，在其浓溶液中存在大量CO32-离子，逐滴加稀盐酸时，加入的H+立即与CO32-结合：H++CO32-=HCO3-导致HCO3-离子浓度逐渐增大，当加入的盐酸中所含H+的物质的量与溶液中CO32-的物质的量相等时[HCO3-]达到最大值。再继续加酸时，H+将进一步与HCO3-结合：H++HCO3-=H2O+CO2↑导致HCO3-离子浓度又逐渐变小，当加入的盐酸中所含氢离子的物质的量为Na2CO3溶液中碳酸根离子物质的量的两倍时，反应完全，HCO3-浓度几乎为零。
答案：C。首先因为有Na2CO3=2Na++CO32-和CO32-+H+=HCO3-的反应，溶液中HCO3-的浓度逐渐增大；而后又因进一步反应：H++HCO3-=CO2↑+H2O而使溶液中HCO3-的浓度逐渐减小。
3．解析：（1）见上题；（2）最后的溶液是KHCO3和Ca(HCO3)2的混合溶液，它们都容易分解，其中Ca(HCO3)2更容易分解，在溶液中分解的主要是Ca(HCO3)2；
（3）将二氧化碳通入氢氧化钾溶液中，发生的反应主要有：
CO2＋2KOH＝K2CO3＋H2O；K2CO3＋CO2＋H2O＝2 KHCO3
n(KOH)＝0.4L×0.3 mol·L－1＝0.12 mol ；
假设恰好生成K2CO3，则消耗CO20.06mol；假设恰好生成KHCO3，则消耗CO20.12mol；
n(CO2)＝0.1 mol，介于二者之间，因此，生成的物质应该是K2CO3和KHCO3。
设K2CO3和KHCO3的物质的量分别为x、y，则有
x＋y＝0.1 mol（碳守恒）
2x＋y＝0.12 mol（钠守恒）
解得：x＝0.02 mol；y＝0.08 mol
答案：（1）CO2＋2OH－＋Ca2＋＝CaCO3↓＋H2O；CO2＋2OH－＝CO32-＋H2O
CO32-＋CO2＋H2O＝2HCO3-；CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca2＋＋2HCO3-
（2）冒出气泡，产生白色沉淀。Ca2＋＋2HCO3-CaCO3↓＋CO2+H2O
（3）K2CO3：0.02 mol；KHCO3：0.08 mol
4．解析：由①可知碱石灰吸收的是CO2或H2O或两者的混合物；由②可知，CuO被还原为Cu，还原剂为CO或H2或二者的混合物；由③可知，反应②生成了H2O，故原混合气体中一定有氢气；由反应④可知，反应②又生成了CO2，故原混合气体中一定有CO。
答案：混合气体中一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种。
5．解析：抓住生铁和钢的区别在于前者含碳量高，后者含碳量低的特征，要使生铁变成钢就是降低含碳量，联想碳的可燃性，将烧红的生铁反复锤打，就是让碳充分与空气接触，从而达到除去的目的。
答案： C+O2CO2
6．解析：证明物质中含有CO32－的方法是：该物质与盐酸反应能产生无色气泡，且该气体能是澄清的石灰水变浑浊，出现上述两点现象即可证明物质中含有CO32－。鸡蛋壳的主要成分是CaCO3，本题是验证鸡蛋壳中含有的CO32－。鸡蛋壳不溶于水，但它能与盐酸反应而溶于盐酸中，同时产生二氧化碳气体，该气体通过导管进入II中，使石灰水变浑浊。变浑浊的原因是因有难溶于水的CaCO3生成的缘故，继续通入CO2后，CO2与CaCO3、H2O反应能生成Ca(HCO3)2，使石灰水变澄清。鸡蛋壳与盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大，导致鸡蛋壳浮在液面上。CO2还能与水反应生成碳酸，酸能使紫色的石蕊试液变红。
答案：（1）鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生；鸡蛋壳浮在液面上。（2）溶液由紫色变成红色。（3）I中鸡蛋壳逐渐溶解，并有大量气泡产生，II中出现浑浊，两种现象结合足以说明鸡蛋壳含有CO32－（或I中现象和II中现象）（4）III。
7． 解析： 图中A表示绿色植物进行光合作用时，从空气中吸收的CO2；B表示绿色植物光合作用产生的氧气回归到大气中；C表示动物从大气圈中吸收氧气；D表示动物通过呼吸作用向大气圈输出CO2；E表示微生物分解有机残体向大气中释放N2；F表示微生物分解有机残体，把二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质运送到水中；G表示从水中攫取游离氧；H表示绿色植物的枯枝残叶（无机物）经微生物分解；M表示绿色植物从土壤中吸收H2O、N和其他化学元素。
答案：（1）A．二氧化碳 B．氧气 C．氧气 D．二氧化碳 E．N2 F．二氧化碳、碳酸盐、铝、镁、磷、硫和腐殖质 G．游离氧 H．无机物 M．H2O、N和其他化学元素
（3）C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O。
（4）①绿色植物的光合作用；②溶于江水、海水；③岩石的风化?
8． 解析： 由一黑色固体单质燃烧后有两种气体生成，应知两种气体是单质的两种不同氧化物，常见的黑色固体单质有碳，其氧化物恰为两种，其中CO有毒性，且燃烧生成CO2．所以得到A、B，计算A、B百分含量可取100 g混合气体计算。
答案：（1）A是CO 它的毒性是因为血液中的血红蛋白对它的高度亲和力，当CO进入血液中的时候，血液中的血红蛋白对CO的亲和力远高于对O2的亲和力，所以CO完全溶解于血液，而O2无法再被血液吸收并运送到各需要的组织，最后导致机体缺氧，这便是CO的毒性原因。
（2）设生成的100 g CO和CO2中，CO的物质的量为x，CO2的物质的量为y，由氧元素的含量为2/3，即C∶O＝1∶2，可得两方程：
28 g·mol－1x＋44 g·mol－1y＝100 g
解得x＝y＝1.389 mol
9．解析：（1）根据影响气体的溶解度的因素可知，CO2在海底的溶解度将大大增加，且可以液体的形式存在，这时，CO2和水将发生如下变化：CO2＋H2O＝H2CO3。而H2CO3能电离出氢离子，所以海水的酸性也将大大增强，这将破坏海洋的生态系统，带来不堪设想的后果。
（2）由以上分析可知，为减少空气中CO2的含量必须：①减少对煤和石油产品的用量，②积极开发新能源，③加大植树造林的力度。
答案：见解析。
10． 解析：本实验目的是测定试样中纯碱的质量分数。实验时，采用测定碳酸钠与硫酸反应产生二氧化碳的质量来求算。根据实验目的和原理，实验过程应该准确测定样品的质量和二氧化碳的质量。样品的质量可以直接称量，但二氧化碳的质量则需通过间接称量。实验过程中，通过操作③和⑤来测定，其依据是碱石灰充分吸收二氧化碳，干燥管吸收二氧化碳前后的质量差即为二氧化碳的质量。由于该实验属于定量实验，应重复称重操作，以减小甚至避免误差。因此实验安排了操作⑦。
实验过程中，在称量时，天平的指针向左转，说明左盘重，根据“物左码右”的放置原则，因此样品重，砝码轻；由于空气中存在水蒸汽和二氧化碳，而该实验又是通过盛碱石灰的干燥管来吸收反应产生的二氧化碳，因此要避免空气的CO2和水气的干扰而要安装B干燥管；实验采用硫酸与碳酸钠反应产生二氧化碳，如果改为盐酸，反应虽然可以发生，但由于盐酸会挥发，HCl进入干燥管被吸收，将导致干燥管增重，因此实验结果将偏高；由于装置体系中各容器有较大的空间，会滞留部分二氧化碳，给测量带来影响，因此要在A处缓缓鼓入一定量的空气，将滞留在各容器中的CO2排出，全部导入U型管中；安排操作⑦的目的在于判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收；由步骤③和⑤可知，产生二氧化碳的质量为（d-b）g，根据化学方程式可知，碳酸钠的质量分数为106（d-b）/44a×100%。
问题（7）要求重新设计实验方案。作为定量实验方案的设计，解答的关键在于根据实验目的和实验原理确定实验过程中的“可测量”（即能够通过实验可以测定的量——常见的可测量为物质的质量或体积）。题目已经给出了实验目的，由于碳酸钠和氯化钠存在很多方面的性质差异，解答时就可以根据它们性质的差异来确定实验原理和测量方法。例如，Na2CO3能与BaCl2反应而NaCl不会，因此选用BaCl2作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。
答案：（1）样品重，砝码轻。（2）防止空气中的CO2和水气进入U型管中。（3）偏高
（4）把反应产生的CO2全部导入U型管中
（5）判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收
（6） [106（d－b）/44a]×100% （7）答案见解析。
优化考题新演练
1． 解析： 石墨的放射性极弱，虽易燃，但不易爆，无毒，这些性质都不能使输电线、电厂设备损坏．惟一能使输电线、电厂设备损坏的因素是因为石墨具有导电性，引起输电线、电厂短路，造成设备损坏，因此答案为C选项．
答案：C。
2． 解析：本题考查学生对自然界和日常生活中有关物质的常识性了解。
碳酸钙在自然界分布很广．石灰石、大理石等矿物主要成分是碳酸钙。
碳酸钙遇到溶有CO2的水时，就会变成可溶性的碳酸氢钙：
CaCO3＋CO2＋H2O＝Ca（HCO3）2
溶有碳酸氢钙的水在一定条件下重新变成碳酸钙沉淀下来，同时放出CO2。
Ca（HCO3）2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑
在自然界里不断发生着上述反应，形成了石灰岩溶洞里的钟乳石、石笋等。
自然界中含有较多碳酸氢钙等的硬水，在煮沸时会形成水壶和锅炉中的锅垢。
贝壳、蛋壳也都含有碳酸钙．初中化学教材有一个关于蛋壳的家庭小实验（蛋壳＋盐酸）。
碳酸钙与酸反应生成CO2：
CaCO3＋2H＋＝Ca2＋＋H2O＋CO2↑
这是检验碳酸根的简便方法。（通常用盐酸）
所以题目给出的五种物质分别滴加醋酸时都会产生CO2。
答案：D。
3．解析：植物生长需要水分，而光合作用又需要CO2，因此A装置中植物生长最茂盛。
4．解析： CO2中通常混有HCl、H2O（g），而室温1体积水溶解1体积CO2，A错；气体最后通过盛有水溶液的装置时得到的CO2是潮湿的，C、D错；气体先通过饱和NaHCO3溶液，HCl被吸收且放出CO2，再通过H2SO4得以干燥，B对。
答案：B
5． 解析：（设“1”法／条件变换法）将题意稍作变换，改为：等质量的下列五种物质［NH4HCO3、CaCO3、NaHCO3、Na2CO3、Ca(HCO3)2］分别与足量盐酸反应，放出气体最多的是______。用设“1”法，求放出1个CO2时所需5种物质的质量分别是多少。根据C原子守恒得：
NH4HCO3～CO2↑ CaCO３～CO2↑
79 100
NaＨCO３～CO2↑ Na2CO３～CO2↑
84 106
1/2Ca(HCO3)2～CO2↑
81
显然，含Ca(HCO3)2时放出CO2最多。
答案：D
6． 解析：混合物加热最终得到的是Na2CO3，根据Na+守恒，
n (Na2CO3)＝1/2 n(Na+)＝1/2×0.1L×0.6mol/L＝0.03mol
所以，m(Na2CO3)＝0.03mol×106g/mol＝3.18g
答案：A
7．解析：仔细观察A，可以看出两个圆分别代表金刚石和石墨的有关信息，两圆重叠的区域表示金刚石和石墨的共同特征(相似点)，重叠区域以外的部分表示它们的独有特征(不同点)。由此不难得出答案。
答案：（1）都是气体（或氧化物）（2）无毒，不能燃烧等。
8．解析：（1）助力车的燃料是汽油，其尾气中含有一定量的CO。堵车的路口处车多，含CO的浓度大，CO极难溶于水，在大雾中CO不易扩散，故人在此处呆久了会吸入CO中毒昏倒。
（2）①CO不与NaOH溶液反应，故此法无效；②灼热的氧化铜能处理尾气中的CO，但此装置安装车上，既复杂，又不方便；③、④两项措施在城市可行。
答案：（1）路口许多助力车排放的尾气中含有大量CO有毒气体，在大雾中难以扩散。人在其中呆久后因大量吸入CO，CO与血液中血红蛋白结合阻碍了O2的输入，使人缺氧而昏倒；
（2）③、④。①NaOH溶液与CO不反应；②能反应除去CO，但装置复杂。
9．解析：①反应可认定为NaHCO3的分解反应：
2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑
该反应是非氧化还原反应。将X是Na2CO3代入②、③两反应，逆推可知Z为Na2O2：
2Na2O2＋2CO2＝2Na2CO3＋O2↑
2Na2O2＋2H2O＝4NaOH＋O2↑
以上两反应都是氧化还原反应，且Na2O2都既是氧化剂又是还原剂。这样，④反应为：
Na2CO3＋Ca(OH)2＝CaCO3↓＋2NaOH
其离子反应为： CO32-＋Ca2＋＝CaCO3↓
多数可溶性碳酸正盐和Ca（OH）2（或可溶性钙盐）的反应都可用此离子方程式表示。其反应不是氧化还原反应。
答案：（1）NaHCO3；Na2CO3；NaOH；Na2O2（2）②③；Na2O2；Na2O2
（3）Ca2＋＋CO32-＝CaCO3↓ Ca(OH)2＋K2CO3＝2KOH＋CaCO3↓
10．答案：（1）用大注射器吸取（2）A：含有水蒸汽 B：澄清石灰水变浑浊 D：含有CO （3）浓硫酸 （4）不完善，缺少尾气处理装置 （5）二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧
多彩化学漫步
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来。因此，二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氯氟烃（CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约用电（因为发电烧煤〕，少开汽车。另一方面保护好森林和海洋，比如不乱砍滥伐森林，不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林，减少使用一次性方便木筷，节约纸张（造纸用木材〕，不践踏草坪等等行动来保护绿色植物，使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
△
固体
碳单质
可燃
硬度大
不导电
质软
导电
A
金刚石 石墨
（1）
有毒
易燃
（2）
B
CO CO2
A B C D
通入适量CO2
石灰石
高温
生石灰
石灰乳
加水
CaCO3
石灰石
盐酸
氯化钙
碳酸钠
CaCO3
①
②
高温高压
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