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名師導航
知識梳理
1.三種碳單質的物理性質及用途
名稱金剛石石墨C60
外觀無色透明、正八面體狀固體深灰色、不透明、細鱗片狀的固體C60分子形似足球，有金屬光澤的固體
導電性幾乎不導電良好幾乎不導電
硬度天然存在的最硬物質天然存在的最軟的物質之質脆
導熱性很差良好很差
用途玻璃刀、鉆探機上的鉆頭、裝飾品等電極、高溫潤滑劑、制鉛筆芯等制作新器、制備新材料、超導體等
2.碳的其他單質
木炭和活性炭都具有___________，木炭可以吸附有顏色的大的粒子，也可以吸附有臭味的氣體。活性炭比木炭的吸附性更強，所以一般使用___________作為防毒面具里的濾毒劑。炭黑在常溫時非常穩定，故用炭黑墨汁繪的畫和書寫的字久不變色。
3.CO2和CO物理性質
(1)通常狀況下，二氧化碳和一氧化碳都是沒有顏色、沒有氣味的氣體。二氧化碳氣體的密度比空氣的大，能溶于水；一氧化碳氣體的密度比空氣的小，難溶于水。
(2)一定條下CO2存在下列變化：

升華是指固態物質不經過液態直接變為氣態的現象。干冰升華是物質狀態間的變化，并沒有生成新物質，屬于物理變化。干冰升華時要吸收大量的熱，可作制冷劑。
4.碳單質、CO、CO2的化學性質
化學性質用途
C1.穩定性(常溫下)
2.可燃性
燃料
CO1.可燃性
2CO+O2 2CO2
2.毒性燃料
CO21.不燃燒，也不支持燃燒，不供給呼吸
2.與水反應
CO2+H2O====H2CO3
3.與石灰水反應
CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O制作碳酸飲料、作溫室氣體肥料、滅火、干冰作制冷劑等
5.二氧化碳的實驗室制法
(1)實驗室制取氣體的思路和方法:
首先要研究氣體實驗室制取的化學反應原理，即選擇合適的反應物和反應條(如常溫、加熱、加催化劑等)，還要選擇合適的實驗裝置，并需研究如何驗證制得的氣體就是所要制的氣體。
(2)實驗室制取二氧化碳的反應原理為：_________________________________________。
(3)常用的實驗室制取CO2的裝置如圖：

圖5-4
(4)CO2的收集: CO2密度比空氣大、能溶于水且與水
反應生成碳酸，一般只用向上排空氣法收集CO2氣體。收集氣體時，導氣管應伸到集氣瓶底部以排盡集氣瓶中空氣，使收集到的氣體純度較高。
(5)CO2氣體的驗證:
①檢驗方法：將生成的無色、無味的氣體通入到澄清的石灰水中，若澄清的石灰水變渾濁，則該氣體為CO2。反應的化學方程式為：CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O。
②驗滿的方法：將一根燃著的木條放在集氣瓶口(不要伸入瓶內)，如果木條立即熄滅，則CO2氣體已集滿。
(6)實驗室制取二氧化碳的操作步驟：
一般步驟為：①按要求連接好儀器 ②檢查裝置的氣密性 ③向反應器中裝入大理石 ④向長頸漏斗中注入稀鹽酸 ⑤收集氣體 ⑥驗滿
6.二氧化碳的循環以及對生活和環境的影響
(1)二氧化碳的生成和消耗：人和動植物的呼吸、化石燃料的燃燒都產生二氧化碳。而自然界消耗二氧化碳主要依靠綠色植物的____________以及水和礦物質對二氧化碳的溶解。
(2)大氣中二氧化碳增多的原因及危害：人口增多、大量使用化石燃料、大量森林遭到破壞、導致大氣中二氧化碳含量不斷上升，引起了____________。
(3)控制溫室效應的措施：減少化石燃料的使用；開發新能或清潔能；大力植樹造林，嚴禁亂砍濫伐等。
疑難突破
1.利用圖5-5中間的集氣瓶能收集到什么樣的氣體？
剖析：首先可以肯定這里使用的是排空氣法收集這種氣體。既然這種氣體從上面進，只能讓瓶中原的空氣從下面出去。密度怎樣的氣體進之后不會向下運動，而會向下擠壓空氣，讓空氣從下面排出呢？只能是密度比空氣小的氣體。

圖5-5
2.在某些題目中會出現：剛剛制出的二氧化碳氣體用導氣管通入到澄清的石灰水中，未觀察到渾濁現象。請思考其原因可能有哪些？
剖析：原因從這樣幾個方面去考慮：
(1)制出的二氧化碳氣體是否有問題；
(2)澄清的石灰水是否有問題；
(3)制取二氧化碳所選裝置是否有問題，裝置是否漏氣；
(4)酸的濃度是否過大。
問題探究
問題 將CO2氣體通入紫色石蕊試液，紫色石蕊試液會變成紅色。設計實驗探究是什么使紫色石蕊試液變紅的？
探究：實驗一：向干燥的紫色石蕊試紙上面灑水，
實驗二：將干燥的紫色石蕊試紙放入盛有CO2氣體的集氣瓶。
實驗三：先向干燥的紫色石蕊試紙上面灑水，然后再將濕潤的紫色石蕊試紙放入盛有CO2氣體的集氣瓶。
現象：實驗一、實驗二中的紫色石蕊試紙未變紅，實驗三中的紫色石蕊試紙變紅了，說明紫色石蕊試液變紅是CO2氣體和水共同作用的結果，實質上是：
CO2+H2O====H2CO3
是H2CO3使紫色石蕊試液變紅的。
典題精講
例1 如圖5-6所示，水槽內盛有少量新制的澄清石灰水，點燃階梯上的蠟燭，用玻璃鐘罩將其扣在水槽內。

圖5-6
(1)實驗觀察到的現象有:
①__________________，原因是__________________；
②__________________，原因是__________________；
③__________________，原因是__________________。
(2)小明用上述實驗測定空氣中O2的體積分數，結果發現與理論數據有偏差，其原因可能是__________________。(裝置的氣密性好)
思路解析 兩支蠟燭都熄滅是毫無疑問的，哪一支蠟燭先熄滅?蠟燭在很小的空間內燃燒，放出的熱量使生成的CO2分子的間隔變大，從而使CO2的密度變小，大部分CO2就集中在鐘罩的上部。隨著燃燒的進行，鐘罩上部的CO2越越多，由于CO2不能支持燃燒，高處蠟燭會先熄滅，低處蠟燭也相繼熄滅。蠟燭燃燒生成的CO2被澄清的石灰水吸收，石灰水變渾濁； CO2被吸收后，鐘罩內壓強要減小，鐘罩內水面上升。鐘罩內的液面為什么不能上升約1/5體積呢?應圍繞蠟燭燃燒和石灰水吸收CO2這兩個反應去考慮：鐘罩內的O2是否消耗完了，生成的CO2是否全部被吸收了?由于CO2不能支持燃燒，當鐘罩內CO2濃度過高，在O2沒有消耗完之前，蠟燭熄滅是很有可能的；如果搖動鐘罩，CO2可能會被全部吸收，而實驗中并沒有搖動的操作，因此CO2沒有被全部吸收也是很有可能的。
答案：(1)①高處蠟燭先熄滅，低處蠟燭后熄滅 產生的熱量使CO2的密度變小而上升，集中在鐘罩的上部
②澄清的石灰水變渾濁 CO2+Ca(OH)2====CaCO3↓+H2O
③鐘罩內液面上升 石灰水吸收CO2后，鐘罩內壓強減小
(2)鐘罩內O2沒有消耗完或生成的CO2沒有被石灰水全部吸收等
例2(經典回放)(1)實驗室制取大量CO2氣體，是否能用稀硫酸和大理石為原料？__________(填“是”或“否”)。為什么？________________________________________。

圖5-9
(2)圖5-9是實驗室制備CO2的裝置圖。該裝置的特點是：打開彈簧夾，大理石和鹽酸接觸，發生反應；關閉彈簧夾后，鹽酸被反應產生的CO2氣體壓回長頸漏斗，與大理石分離，停止反應。用該裝置制備CO2可起到節約藥品和取用方便的效果。圖5-10裝置中哪些可以起到與圖5-9裝置相同的效果？__________ (填寫編號)。

圖5-10
思路解析 (1)實驗室制取 CO2氣體常用稀鹽酸跟大理石(或石灰石)反應，其反應原理是鹽酸中的HCl跟石灰石中的CaCO3反應，生成能溶于水的CaCl2、H2O和CO2氣體。由于生成的CaCl2能不斷溶解在鹽酸溶液中，生成的CO2氣體不斷揮發，所以反應能持續不斷地平穩進行。若用稀硫酸跟大理石反應時，其反應原理為：H2SO4+CaCO3====CaSO4+H2O+
CO2↑。由于生成的CaSO4微溶于水，就會使大理石表面被生成的CaSO4包裹，造成CaCO3不能再跟H2SO4接觸，使反應逐漸停止。(2)正確解答第(2)問的關鍵是認真審題，弄清各實驗裝置的反應原理。裝置圖中的多孔塑料片本身不與鹽酸反應，但它能使大理石跟稀鹽酸之間實現接觸或隔開的轉換，進而實現反應進行或停止的控制。A中的大理石跟鹽酸間沒有隔離裝置，不能控制反應，B中的鹽酸可通過球形干燥管的下端細孔進入到管內球中，使鹽酸跟大理石反應產生氣體，關閉導氣管時，管內生成的氣體又可以把鹽酸壓到管外，而大理石留在管內，使反應停止。C是錯誤裝置。D中的玻璃珠與鹽酸不發生反應，但玻璃珠之間有間隔，鹽酸可自由透過，能實現反應自由控制。
答案：(1)否 因為大理石與稀硫酸反應生成微溶的CaSO4覆蓋在大理石表面，阻止了硫酸與大理石的進一步反應 (2)BD
知識導學
重點理解以下幾點有助于認識這三種單質。金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質，但由于碳原子的排列不同(見圖5-3)，物理性質有很大的差異，用途也有較大不同；金剛石和石墨在一定條下可相互轉化，屬于化學變化；可以組成不同單質，如：碳元素的單質有金剛石、石墨和C60等。因此，我們不能說“由同種元素組成的物質叫單質”。

圖5-3
物質的結構、性質和用途的關系為：
物質的組成結構 物質的性質 物質的用途
注意：吸附是物理現象，與吸收具有不同的含義。由于木炭疏松多孔，有很大的表面積，因此它具有吸附性，活性炭的吸附性比木炭更強。吸附作用是將氣體或溶液里的微小粒子吸附在固體表面，沒有生成新物質，屬于物理變化。而吸收一般為化學變化，如：CO2氣體被澄清的石灰水吸收的過程中生成了碳酸鈣沉淀等物質，就是化學變化。
理解CO的毒性、溶解性可聯系日常生活的事例如，煤氣：主要成分是一氧化碳氣體。同學們很難理解家中燒的煤氣為何有難聞的氣味。原因是煤氣公司在家用煤氣中摻入少量難聞的雜質氣體，就是為了一旦發生泄漏，能夠及時發現，采取合理措施，避免造成人的中毒甚至爆炸事故。另外，冬天用煤爐火取暖時有人擔心煤氣中毒，臨睡前在火爐上和地上放兩大盆冷水，很明顯，這種做法不能達到預防中毒的目的，原因是一氧化碳氣體難溶于水。
CO2能溶于水和CO2能與水反應，二者有本質的區別：前者是物質的溶解性，是不需要發生化學變化就表現出的性質，屬于物理性質；后者是在化學變化中表現出的性質，屬于化學性質。
所有碳單質的化學性質都相同。比如金剛石、石墨和C60以及木炭等都是由碳元素組成的，其碳原子的最外層電子的數目一樣多(都是4個)，因此，不同碳單質的化學性質相同。
碳單質的化學性質在常溫下穩定。但隨著溫度的升高，能和許多物質發生化學反應。反應的條不同，產物也不同。如：碳和氧氣在點燃條下反應，氧氣充足時生成的是CO2，而氧氣不充足時主要生成CO。
從CO和CO2分子構成不同表明它們在性質上有很大的差異。CO能進一步與氧結合生成CO2，表現出CO具有還原性。CO2可提供氧，表現出氧化性。
了解一氧化碳毒性的原因。一氧化碳具有毒性，其原因是一氧化碳與血紅蛋白結合，使人體缺氧導致中毒，與二氧化碳含量過高使人窒息死亡有著本質區別。二氧化碳沒有毒，但空氣中二氧化碳的體積分數過高會使人頭暈甚至窒息死亡。
利用二氧化碳在自然界中的存在與循環，解釋二氧化碳的生態平衡問題、環境保護以及許多工農業生產的有關問題(比如：溫室效應、大棚蔬菜的增產等)；運用二氧化碳的性質，還可針對控制二氧化碳的排放及吸收的研究，增強同學們關心人類重大問題的社會責任感。
(1)對學習實驗室制取氣體的思路和方法的要點提示：
a.選擇反應時，要考慮原料易得，反應條要求不高，操作簡便安全，反應速率適中，生成的氣體不易混入其他氣體，便于收集。
b.實驗室制取氣體的裝置包括發生裝置和收集裝置兩部分。選擇氣體發生裝置要根據反應物的狀態和反應條；選擇氣體的收集裝置應考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應。
c.驗證氣體時，實驗現象要明顯。
(2)對選擇實驗室制取二氧化碳的藥品的要點提示：
反應中所選的藥品在反應時反應速率適中，大理石(或石灰石)價格較低。一般不用其他藥品代替的理由：
①不用純CaCO3或Na2CO3等代替大理石，是因為它們與鹽酸反應速率太快，不便于控制；
②不用濃鹽酸，因為濃鹽酸易揮發出HCl氣體使CO2不純；
③不能用H2SO4代替鹽酸，是因為H2SO4與CaCO3反應生成微溶的CaSO4會覆蓋在大理石的表面，阻止了反應的繼續進行。
(3)對實驗室制取CO2的裝置選擇的要點提示：
一般情況下，若所需反應物的量較大，常用廣口瓶、平底燒瓶、錐形瓶等儀器代替大試管做反應器。為防止生成的氣體從長頸漏斗口逸出，其下端管口必須浸沒在液面以下；反應器中導氣管稍露出膠塞即可。
(4)CO2的收集方法應從它的溶解性和密度上考慮。
(5)CO2氣體的檢驗方法從它的特性上考慮：它能使澄清的石灰水變渾濁。
它既不能燃燒，也不支持燃燒，能使燃著的火柴熄滅。
(6)實驗室制取二氧化碳的操作步驟可簡單記憶為：“連—檢—裝—注—集—驗”。
利用二氧化碳在自然界中的存在與循環，解釋二氧化碳的生態平衡問題、環境保護以及許多工農業生產的有關問題(比如：溫室效應、大棚蔬菜的增產等)。
疑難導析
首先明確常用收集氣體的方法是排空氣法和排水集氣法。利用排空氣法收集主要考慮氣體的密度大小，然后聯系具體的題目分析。集氣瓶排空氣法收集氣體時“短進長出”，說明該氣體密度比空氣小；“長進短出”，說明該氣體密度比空氣大，二者不能混淆。用水去吸收處理剩余氣體，說明該氣體易溶于水。
實質上：這套集氣裝置原理與向下排空氣法收集氣體的原理相同。
分析原因的題目首先弄清每一個實驗步驟，然后檢查每一個實驗步驟中可能出現的錯誤，特別是每個實驗步驟中要注意的問題。未觀察到渾濁現象的原因很多，可從裝置的選擇、裝置的氣密性、酸的濃度、石灰水的有效性等方面作答。
注意：答案不固定，符合要求即可。
問題導思
題目提供的信息是：將CO2氣體通入紫色石蕊試液，紫色石蕊試液會變成紅色。要求我們設計實驗探究是什么使紫色石蕊試液變紅的？我們的思路應該是：(1)分析CO2氣體通入紫色石蕊試液后，溶液中有哪些物質：CO2氣體、水，還可能有CO2氣體和水共同作用下的產物。
(2)設計實驗探究是哪一種物質使紫色石蕊試液變色的。實驗設計的方向是：運用控制變量的手段，分別給紫色石蕊、CO2氣體這一個變量，看紫色石蕊是否變紅；水這一個變量，看紫色石蕊是否變紅；CO2氣體和水這兩個變量都給它，看紫色石蕊是否變紅。
(3)根據實驗現象分析，到底是什么使紫色石蕊試液變紅的。
典題導考
綠色通道 密閉容器內壓強的大小與氣體的多少有直接關系：氣體減少，所產生的壓強也會減少。
典題變式 1.(2005北京海淀) 小明組裝了如圖5-7所示的裝置A、B進行趣味實驗。(注：錐形瓶和滴管中分別盛放不同物質)

圖5-7
(1)使用裝置A進行實驗時，將滴管中的物質加入到錐形瓶中，發現氣球鼓起。你推測錐形瓶中的物質可能為(寫出一種即可，下同)__________，滴管中的物質可能為__________；
(2)使用裝置B進行實驗時，將滴管中的物質加入到錐形瓶中，發現氣球也鼓起。你推測發生反應的化學方程式為 ____________________；
(3)請你說出裝置A、B中氣球都能鼓起的共同原理是 ______________________________。
答案：(1)CO2 NaOH溶液 (2)Zn+H2SO4====ZnSO4+H2↑
(3)錐形瓶內外存在氣體壓強差
2.可用推拉注射器活塞的方法檢查圖5-8中裝置的氣密性。當緩慢拉活塞時，如果裝置氣密性良好，可觀察到( )

圖5-8
A.長頸漏斗下端口產生氣泡 B.瓶中液面上升
C.長頸漏斗內有液面上升 D.注射器內有液體
答案：A
綠色通道 初中化學有關氣體的實驗室制法的題目：(1)選擇氣體發生裝置時：要考慮反應物的狀態和反應條。如固、液反應不需加熱的，都可選用制取CO2氣體的裝置。
(2)選擇氣體的收集裝置時：應考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應。如能溶于水或能與水發生反應的氣體，都不能用排水法收集。
典題變式 (2004新疆中考) 下面是實驗室發生和收集氧氣、氫氣和二氧化碳等氣體的儀器裝置圖(圖中A—G是儀器裝置代號)：

圖5-11
(1)將裝置A和E(或G)連接，可用于制取_____________，將裝置B和G(或F)連接，可用于制取_____________，將裝置B和E連接，可用于制取_____________。
(2)實驗室常用加熱氯化銨和氫氧化鈣的固體混合物制氨氣(NH3)。氨氣是密度比空氣小、極易溶于水的氣體。制取氨氣時，應選用上述裝置中的___________和___________(填編號)。
(3)實驗室可用nO2固體和濃鹽酸的混合物共熱制得氯氣。可選用的氣體發生裝置是_____________。
(4)硫化氫是一種有毒氣體，其密度比空氣大，能溶于水。實驗室常用塊狀固體硫化亞鐵(FeS)和稀硫酸在常溫下反應制取硫化氫氣體。可選用_____________作氣體發生裝置，收集裝置是D，氣體由_____________ (填“a”或“b”)導入集氣瓶。硫化氫加熱到300℃可發生分解反應，生成單質硫和氫氣。試寫出其化學反應方程式__________________________。
答案：(1)氧氣 氫氣 二氧化碳
(2)A F (3)C (4)B a H2S H2+S


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