沪教版（试用本）九年级上册4.2 碳 导学案

学科教师辅导教案
学员编号：
年
级：初三
课
时
数：
3
学员姓名：
辅导科目：化学
学科教师：
课程主题：碳及其化合物
授课时间：2020.8
学习目标
1．掌握碳及其化合物的性质。
2．掌握还原氧化铜的实验现象、反应方程式以及相关的实验。
3．掌握二氧化碳的实验室制法，同时，与氧气实验室制法做对比，进行综合运用。
教学内容
【互动探索】
一、化学方程式
1、书写化学方程式
①原则：遵循质量守恒定律，尊重客观事实。
②步骤：
写：写反应物、生成物的化学式
配：配平依据——质量守恒定律。反应前后原子的种类、数目、质量均不变
注：标注条件、生成物状态
反应物无气体，生成物有气体用“↑”
溶液中反应，反应物无固体，生成物有难溶固体用“↓”
③几点注意：不能为了配平而更改化学式
配平的系数应为最简整数比，配平后要检查。按规范标注反应条件、生成物状态。
2、应用——化学方程式计算
【典例分析】50.实验室常用的气体制取装置如下。请回答：
①写出编号仪器的名称：
Ⅰ
；
Ⅱ
。
②某同学利用上述装置收集氧气，可选择的装置组合为
。若用排空气法收集氧气，验满时可把燃着的木条放在集气瓶的
附近，若
则已满了。
③小明用氯酸钾和二氧化锰反应制取氧气，反应中固体总质量随时间变化如下图所示：
Ⅰ.反应生成的氧气质量是
g。
Ⅱ.计算参加反应的氯酸钾的物质的量
。
（根据化学方程式计算）
Ⅲ.请分析图中P点固体的成分：
。
【知识梳理】
一、碳的单质
物理性质用途金刚石天然物质里最硬的物质，硬度高做装饰品、制钻头和切割玻璃、大理石石墨质很软、滑腻、熔点高、导电、传热高温润滑剂，电极，制铅笔芯，坩埚等C60
1．同素异形体：由同一种元素形成的多种单质，叫做这种元素的同素异形体。
【辨析】
①由同种元素组成的物质是单质；
②由同种元素组成的物质是纯净物；
③由同种元素组成的物质，绝不可能是化合物。
（1）同素异形体的化学性质相同，但物理性质不同：
金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，化学反应性相似，但由于碳原子的排布结构不同，物理性质上有很大差异。
【思考】同素异形体之间相互转换，属于
（物理/化学）变化。
（2）常见的同素异形体：
①碳元素的同素异形体有：金刚石、石墨、C60
②氧元素的同素异形体有：氧气O2、臭氧O3
③磷元素的同素异形体有：红磷、白磷
2．无定形碳：
无定形碳木炭焦炭活性炭炭黑用途做燃料做燃料，冶炼生铁吸附剂，防毒面具墨汁，制造墨、油墨、油漆、鞋油和颜料
（1）结合无定形碳的用途，思考分别利用了碳的哪些性质？
【思考】无定形碳
（是/否）属于同素异形体。
（2）活性炭的吸附原理：活性炭、木炭上具有疏松多孔的结构，跟气体或溶液接触的表面积大，所以一般具有强烈的吸附性，可用作吸附剂。
【例题精讲】
例1．美军在轰炸南联盟时，使用了一种石墨集束炸弹，用来破坏对方的供电系统，这说明石墨具有（
）
A．导热性
B．导电性
C．软
D．润滑作用
【举一反三】
1．碳元素是构成物质种类最多的一种元素，许多物质都与我们的生活息息相关。
①金刚石、石墨、足球烯都是碳的单质，碳元素都以
态存在，它们互称为碳元素的
；其中，可做干电池里的碳棒的是
，可用于切割大理石的是
。
②大气中二氧化碳增多的“功”与“过”：
Ⅰ．二氧化碳增多为植物
作用提供了足够的原料，是近年来农作物丰收的原因之一；
Ⅱ．二氧化碳增多造成
，使气候异常，给人类带来了灾难。
2．现向盛有NO2气体（红棕色）的集气瓶里投入几块木炭，试解释为什么红棕色会消失而漏斗中液面上升。
例2．以下属于同素异形体的是（
）
A．金刚石、石墨、C60
B．一氧化碳、二氧化碳
C．活性炭、木炭
D．红磷、五氧化二磷
【举一反三】
1．某种物质经测定只含有一种元素，因此这种物（
）
A．一定是纯净物
B．一定是单质
C．一定是混合物
D．可能是一种单质
2．石墨在高温、高压和催化剂作用下，可转化为金刚石，以下说法错误的是（
）
A．金刚石、石墨在氧气中完全燃烧时的产物都是CO
B．C(石墨)C
(金刚石)的过程为化学变化
C．在C(石墨)
C(金刚石)的变化中，生成物只有一种，故此反应为化合反应
D．人们利用此反应原理，可制出人造金刚石
3．1996年诺贝尔化学奖授予发现C60。有重大贡献的三位科学家（美国化学家理查德?斯莫利2005年因病于10月28日逝世），现在C70也已制得。下列对C60和C70这两种物质的叙述中，有错误的是（
）
A．它们都是碳元素组成的单质
B．它们是两种新型的化合物
C．它们都是由分子构成的
D．它们的相对分子质量差是120
二、碳的化学性质
1．常温下，碳的化学性质不活泼，有很强的稳定性。
但是随着温度升高，碳的化学活动性大大增强，可参与燃烧等化学反应。
2．可燃性：碳可作燃料。
完全燃烧（氧气充足）：C+O2
CO2
不完全燃烧（氧气不足）：2C+O2
2CO
3．还原性：碳可作还原剂，用于冶炼金属。
（1）碳还原氧化铜：
①实验原理：C+2CuO
2Cu+CO2↑
②实验现象：黑色粉末变红色，澄清石灰水变浑浊。
（2）同类拓展：
C+2Fe2O3
4Fe+3CO2↑
冶炼金属
C+CO2
2CO
工业上制一氧化碳
C+H2O
CO+H2
工业上制造水煤气
【知识延申】氧化还原反应
1．氧化反应和还原反应：
物质与含氧元素的物质发生的化学反应称为氧化反应，即该物质的得氧过程为氧化反应；
含氧化合物中的氧被夺取的反应是还原反应，即失氧过程是还原反应；
在化学反应中，氧化反应和还原反应必定同时发生。
2．氧化剂和还原剂：
我们把提供氧的物质称为氧化剂，把夺取氧的物质称为还原剂，氧化剂和还原剂都是反应物。
如：C
+
2CuO
2Cu
+
CO2↑，
在该反应中，作还原剂的是
，具有
，发生了
反应；
氧化铜失去氧变成了铜，作
，具有
，发生了
反应。
初中化学常见的还原剂除碳外，还有一氧化碳、氢气以及金属等。
【例题精讲】
例1．重要文件资料需长期保存，书写时最好使用（
）
A．铅笔
B．蓝黑墨水
C．碳紊墨水笔
D．圆珠笔
【举一反三】
1．下列物质中，有一种能跟其余三种物质发生反应的是（
）
A．氧化铜
B．氧气
C．焦炭
D．二氧化碳
2．多彩的“碳”，多姿的生活，让我们一起走进“碳”的世界。
①单质碳在常温下具有稳定性，属于___________性质。（填物理性质或化学性质）
②木炭具有还原性，可以冶炼金属。请在□内填入配平后的系数。
□Fe3O4+□C
□Fe+□CO2↑
③近期浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”。由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。关于碳海绵的说法正确的是_______（填字母序号）。
A．具有吸附性
B．可重复利用
C．可以处理海上石油泄漏
例2．碳还原氧化铜的实验如右图所示，实验结束时将导管从石灰水中取出后停止加热，冷却至室温。相关分析正确的是（
）
A．装置II中出现气泡，说明I中反应已开始
B．反应中，装置I减少的质量是氧元素的质量
C．冷却后，若装置I中有黑色固体，说明碳有剩余
D．冷却后，装置I减少的质量小于生成气体的质量
【举一反三】
1．右图是木炭与氧化铜反应的实验装置图，下列说法错误的是（
）
A．给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度
B．实验过程中，可观察到澄清石灰水变浑浊
C．碳在反应中表现出还原性
D．实验结束后，应先停止加热，再将导气管从澄清石灰水中撤出
2．“百炼成钢”包含一个反应：2FeO+C
2Fe+CO2↑
该反应中的氧化剂是（
）
A．CO2
B．C
C．Fe
D．FeO
三、一氧化碳（CO）
1．物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。
2．CO的化学性质：
（1）毒性：CO吸进肺里会与血液中的血红蛋白结合，使人体因缺氧而中毒。
（2）可燃性：CO是易燃易爆的气体，具有可燃性，可作燃料。
燃烧反应：2CO+O2
2CO2
燃烧现象：CO在空气中燃烧，产生淡蓝色火焰，放热。
【注意】可燃性气体点燃前一定要检验其纯度（验纯），防止发生爆炸。
（3）还原性：可做还原剂，用于冶炼金属。
①实验原理：CO+CuO
Cu+CO2
②实验现象：黑色粉末变红，澄清石灰水变浑浊。
【思考】请写出反应中的氧化剂、氧化产物、还原剂、还原产物。
③实验操作顺序：
先通入CO气体，再点燃酒精灯，加热前要检验气体的纯度——排尽装置内的空气，防止加热爆炸。
结束实验时，先撤离酒精灯，等装置冷却后再停止通气——防止石灰水倒吸，炸裂试管。
【小结】气体“早出晚归”，酒精灯“迟到早退”。
【注意】对有毒气体一定要进行尾气处理，防止污染空气。
【补充】装置中的其他反应：Ca(OH)2+CO2
=
CaCO3↓+H2O
2CO+O2
2CO2
【拓展】
①CO可用于冶炼金属：Fe2O3+3CO
2Fe+3CO2
实验现象：红色粉末逐渐变成黑色，产生的气体能使澄清的石灰水变浑浊。
②常见气体的鉴别：
O2：将带火星的木条伸入集气瓶中，若复燃则气体是氧气。
CO2：将气体通入澄清的石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则气体是二氧化碳。
CO：将气体通过灼热的氧化铜，再通入澄清石灰水，若氧化铜变红，澄清石灰水变浑浊，则气体是CO。
【例题精讲】
例1．某气体可能含有CO2
、
CO一种或二种。为探究其成分进行以下实验。
【实验步骤】
步骤一：打开K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K。
步骤二：通入待测气体，同时打开K，点燃酒精灯，进行实验。
【实验结论】该气体是CO、CO2混合物。
回答问题：
①写出B中玻璃管内发生反应的化学方程式
（11）
。
②实验过程中，根据
（12）
实验现象可以判断该气体的成分。
③对该实验的分析正确的是
（13）
（选填编号）
Ⅰ.
步骤一的目的是为了把容器中空气反应完
Ⅱ.
C中增加的质量与B中固体减少的质量相等
Ⅲ.
省略C装置对检验的结果没有影响
Ⅳ.
反应结束后继续通气体的目的是防止生成的铜与空气中氧气反应
V.
实验结束应先灭B处的酒精灯
【答案】（11）
CO+CuOCu+
CO2
（12）A、C澄清石灰水变浑浊或A澄清石灰水变浑浊
，B中黑色固体变成亮红色或A澄清石灰水变浑浊D尾气燃烧火焰呈蓝色（漏写1个扣1分，共2分）
（13）Ⅲ、Ⅴ（2分，漏选得1分）
【举一反三】
1．草酸亚铁晶体（FeC2O4·2H2O）受热的方程式为：FeC2O4·2H2O
FeO
+CO↑+CO2↑+2H2O，通过如下装置验证该反应得到的气体产物，说法正确的是（
）
A．①中固体为胆矾，可验证气体产物中的水蒸气
B．②中固体由黑色变红色，可验证气体产物中有一氧化碳
C．③中石灰水变浑浊，可验证气体产物中有一氧化碳
D．③中石灰水变浑浊，可验证气体产物中有二氧化碳
四、二氧化碳（CO2）
1．物理性质：
无色、无味气体，密度比空气大，可溶于水；固体CO2俗称干冰，常用于制造舞台烟雾、人工降雨等。
2．CO2的化学性质：
（1）一般情况下，不能燃烧，也不支持燃烧，不能供给呼吸。
（2）与水反应：CO2
+
H2O
=
H2CO3
碳酸不稳定，易分解：H2CO3
H2O
+
CO2↑
（3）能使澄清的石灰水变浑浊：Ca(OH)2+CO2
=
CaCO3↓+H2O
（常用于检验CO2）
继续通入CO2，浑浊的石灰水又变澄清：CaCO3+H2O+CO2
=
Ca(HCO3)2
（4）与灼热的碳反应：
C+
CO2
2CO
（工业上制取一氧化碳）
3．CO2的用途及影响：
（1）灭火：既利用其物理性质（密度比空气大），又利用其化学性质（不燃烧也不支持燃烧）。
【注意】CO2不可用于镁带燃烧的灭火。现象：剧烈燃烧，发出耀眼白光，放热，生成黑色固体与白色粉末。
（2）干冰可用于保存食物、人工降雨；CO2是温室肥料，可参与植物的光合作用。
（3）二氧化碳对环境的影响：过多排放，会引起温室效应。
【例题精讲】
例1．下列问题的研究中，没有利用对比实验方法的是（
）
B．
C．
D．
例2．如右图所示，在试管中放入CuO与C粉的混合物。回答下列问题。
（1）写出编号①、②、③仪器的名称：________、________、________。
（2）A处观察到的现象为________________________，写出有关的化学方程式_______________________，其中氧化剂为________。
（3）B处观察到的现象为________，说明液体呈________性，请用化学方程式表示其原因________。
（4）铁夹夹在试管中上部的原因是___________________________________________。
（5）在试管口处有少量水产生，此处产生水是属于________变化（填“物理”或“化学”）。
【举一反三】
1．（上海模考51）下图A为木碳还原氧化铜的实验装置图。老师指出反应物间的质量比不同可能会影响生
成物的种类，在学习时，可以从定性观察和定量分析两个角度来判断生成物。请你跟随老师的思路，探究木碳还原氧化铜生成的气体。（浓硫酸具有吸水性）
【提出问题】碳还原氧化铜生成的气体是什么？
【作出猜想】猜想1：CO???
猜想2：CO2???
猜想3：
（10）
【实验设计】装置图如下
方案一：从定性观察角度判断。
①若猜想3成立
Ⅰ.B处的现象是
（11）
，D处发生反应的化学方程式是
（12）
。
Ⅱ.该实验装置存在的缺陷是
（13）
。
方案二：从定量计算角度判断。
测定表格中的四个数据：
反应前的质量反应后的质量装置Am1m2装置Bm3m4
②若猜想2成立
Ⅰ.理论上m4-m3
（14）
m1-m2（选填“>”、“<”或“=”），此时A中的现象是
（15）
，B中发生反应的化学方程式是
（16）
。
Ⅱ.实际测量中B增加的质量小于理论值，请你分析可能的原因是
（17）
。
【答案】
51
（10）CO和CO21分（11）澄清石灰水变浑浊1分
（12）CO+CuOCu+CO21分（13）尾气没有处理1分（14）＝1分（15）
黑色固体变红色1分（16）CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O1分（17）CO2气体滞留在装置中；
气流带走了B装置中的水蒸气。2分
五、碳酸钙（CaCO3）
1．来源：大理石、石灰石、白垩、冰洲石、贝壳，蛋壳等主要成分为碳酸钙。
2．物理性质：白色固体，难溶于水。
3．化学性质：
（1）CaCO3的高温分解：CaCO3
CaO+CO2↑
（工业制备二氧化碳）
（2）与酸反应：CaCO3+2HCl
=
CaCl2+H2O+CO2↑
（实验室制备二氧化碳）
（3）碳酸钙和碳酸氢钙互相转化——溶洞形成的原理
①形成溶洞，溶解过程：CaCO3+CO2+H2O
=
Ca(HCO3)2
②形成钟乳石、石笋，沉积过程：Ca(HCO3)2
CaCO3↓+
CO2↑+
H2O
用途：作为建筑材料，生产石灰、水泥、玻璃以及炼铁。
【例题精讲】
例1．当学习的物质越来越多时，将知识条理化、结构化是必须的。下图表示的是物质之间的转化关系图：
①上图中，可以添加“CaCO3→C”转化箭头；还可以添加“
（13）
”转化箭头，该箭头表示的化学反应方程式是
（14）
。
②写出“CO2→CaCO3”转化的化学反应方程式
（15）
，利用该反应的现象，在实验室中的作用是
（16）
。
③“C→CO→CO2”该过程可以看作碳元素不断得氧的过程，也可以看作
（17）
过程。写出“CO→CO2”转化的化学方程式
（18）
：
“CO2→CO”的转化中，与CO2反应的物质一定具有
（19）
（填“得氧”或“失氧”）能力。
④请你给改图起个名称：
（20）
关系转化图。
【答案】
（13）CaCO3→CO2
（14）CaCO3
+2HCl
→CaCl2
+H2O
+CO2↑(或CaCO3
CaO
+
CO2↑)
（15）CO2
+Ca(OH)2
→
CaCO3↓+
H2O
（16）检验CO2
（17）碳元素化合价升高（被氧化）
（18）2CO
+O2
2CO2（或CO
+
CuO
Cu
+
CO2）
（19）得氧
（20）碳单质及含碳化合物/含碳元素的物质
【举一反三】
1．石灰石是常用的建筑材料。
①甲乙同学设计了如下实验方案进行探究：
Ⅰ.甲同学取石灰石按图所示进行实验（煤气灯能达到石灰石分解的温度），观察到烧杯内壁石灰水变浑浊，由此甲同学认为石灰石已分解。甲同学结论不合理的理由是：
（1）
。
Ⅱ.乙同学进行如下实验，完成下表
实验步骤实验现象实验结论取少量煅烧后固体于试管中，加水振荡，过滤，取滤液，滴加
（2）
溶液溶液变红证明固体中
含有
（3）
取滤渣滴加足量的稀盐酸
（4）
含有碳酸钙
②为了测定石灰石中碳酸钙的质量分数（假设杂质不参加反应），乙同学设计称取一定质量的石灰石样品，高温煅烧至质量不再改变。实验中固体的质量变化如下：
Ⅰ.生成二氧化碳的质量是
(5)
g。[
Ⅱ.求石灰石中碳酸钙的物质的量。（根据化学方程式，写出计算过程）
(6)
。
【答案】30．（本题共8分）
（1）一氧化碳燃烧也能产生二氧化碳，使石灰水变浑浊的二氧化碳不一定来自于石灰石分解
（2）酚酞
（3）氧化钙
（4）有气泡
（5）6.6
（6）解：设CaCO3的物质的量为xmol
nco2=6.6/44=0.15
mol
1分
CaCO3
CaO+CO2↑
1分
1
1
X
0.15
1/
x=1/0.15
x=0.15
mol（1分）
答：该石灰石样品中碳酸钙的物质的量为0.15
mol
【温故知新】
1．具有保存价值的档案等都使用碳素墨水书写，这是因为墨汁中的碳（
）
A．常温下化学性质稳定????????
?
B．常温下被氧化成稳定性的物质
C．常温下被还原成稳定性的物质?
D．常温下跟纸反应生成稳定性的物质
2．下列变化属于物理变化的是（
）
A．用活性炭净化水　
B．干冰能灭火
C．二氧化碳通入水中　　　　　　　　
D．一定条件下，石墨转化为金刚石
3．将燃着的木条伸入某种集气瓶中，木条熄灭，对瓶中气体判断错误的是（
）
A．一定是CO2　　　
B．一定不是O2　　
C．可能是CO2　　
D．可能是氮气
4．关于CO2的说法，不正确的是（
）
A．CO2是由1个碳原子和2个氧原子构成　
B．CO2中碳元素与氧元素的质量比为
C．CO2的相对分子质量为44　　　　　　
D．CO2是由碳、氧元素组成
5．按碳元素化合价由高到低顺序排列，正确的是（
）
A．C、CO、CO2　　
B．CO、C、CO2　　
C．CO2、C、CO　
　
D．CO2、CO、C
6．下列各物质和用途相符合的是（
）
A．干冰可用于人工降雨　　　　　　　
B．石墨可用于冰箱除臭
C．石灰石可用来粉刷墙壁　　　　　　
D．二氧化碳可用来抢救病人
7．某同学为解决助力车污染空气问题，提出以下建议：
①马路上喷洒石灰水
②在助力车尾部燃烧尾气
③改进助力车发动机结构，提高燃料的燃烧效率
④控制助力车数量
这些建议中，你认为切实可行的是（
）
　A．①②　　　　　
B．②③　　　　
　
C．①④　　　　
D．③④
8．用一氧化碳在加热的条件下还原氧化铜，发现已制得的铜很快又变黑了。推测发生这种现象的原因（
）
A．反应开始时，没有把试管内的空气排干净???????
B．温度太低
C．铜没有在一氧化碳气流中冷却而又被空气中的氧气所氧化?
D．试管口倾斜了
9．大气层中，因二氧化碳的含量不断增加而引起“温室效应”。造成大气中二氧化碳含量增多的主要原因是（
）
A．人口不断增多、呼吸作用增加　　　
B．绿色植物减少、光合作用减少
C．大量燃烧矿物燃料　　　　　　　　
D．冰箱中制冷剂“氟里昂”的泄漏
10．测得某物质中只含有碳元素，这种物质（
）
A.
一定是一种单质???
B．一定是石墨?
C．可能是二氧化碳???
D．可能是一种单质，也可能是几种碳的单质的混合物
11．下列气体中，只能用向上排空气法收集的是（
）
A．O2　　　　　　
B．H2　　　　　　
C．CO2　　　　
　
D．CH4
12．除去二氧化碳中混有的少量一氧化碳，应采取的方法是（
）
A．点燃混合气体　　　　　　　　　　
B．把混合气体通入澄清的石灰水中
C．把混合气体通过足量的灼热氧化铜　
D．把混合气体通入足量的水中
13．吸烟的危害之一是烟气中含有能破坏血红蛋白结合氧气的有毒气体，这种气体是（
）
A．CO2　　　　　　
B．CO　　　　　　
C．N2　　　　　　
D．SO2
14．（3分）如右图A所示，将二氧化碳倒入烧杯中。
现象：
（1）
（2）
原因是：
（1）
（2）
15．仿照下图中C→CO转化的表示方法，将下图中C、CO、CO2、H2CO3、CaCO3等五种物质之间的转化关系用“→”连接起来，并在箭头旁标明必需的其它反应物及反应条件。
16．许多化学反应都能生成二氧化碳，按照以下反应类型，各写一个生成二氧化碳的化学方程式。（由一种单质和一种化合物生成另一种单质和化合物的反应叫置换反应）
（1）化合反应：
（2）分解反应：????????
????
（3）置换反应：????
????????