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第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
“碳”和“炭”的区别：“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。
一、 碳的几种单质
1、金刚石：无色透明，正八面体形状的固体，是天然最硬的物质。可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。
2、石墨：深灰色，有金属光泽，不透明细鳞片状固体，质软，有良好的导电性、润滑性，是最软的矿物之一。可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的滑块等。
注意：铅笔里面其实不含铅，是石墨和黏土混合而成的混合物。H代表Hard，坚硬的；B代表Black，黑的。6B最软，颜色最深；6H最硬，HB软硬适中。
3、金刚石、石墨的物理性质和用途

化学式
颜色
形状
硬度
导电性
导热性
润滑性
熔点
用途
金刚石
C
无色透明
正八面体
最硬
无
无
无
高
划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制装饰品等
石墨
深灰色、有金属光泽、不透明
细鳞片状
最软之一
优良
良好
良好
电极、铅笔芯、润滑剂等

4、无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成.主要有:焦炭,木炭,活性炭,炭黑等.
活性炭、木炭具有强烈的吸附性（属于物理性质），但活性炭的吸附作用比木炭要强，如制糖工业利用其来脱色，防毒面具里的滤毒罐也是利用活性炭来吸附毒气。焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。

颜色、状态
制法
用途
木炭
灰黑色的多孔性固体
木材隔绝空气加强热
燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属
活性炭
灰黑色多孔颗粒状固体
木炭在高温下用水蒸气处理
净化多种气体和液体、作防毒面具
焦炭
浅灰色多孔性固体
烟煤隔绝空气加强热
冶炼金属
炭黑
极细的黑色粉末
含碳物质不完全燃烧
墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料

5、C60是一种由60个碳原子构成的分子，形似足球，性质很稳定。
6、金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：碳原子的排列不同。
7、金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种不同的单质。所以，在一定条件下，将石墨转化为金刚石的变化是化学变化。
二、碳的化学性质
1、常温下，碳的化学性质不活泼（碳原子最外层有4 个电子）
应用：解释古代字画经历几千年而不变色、档案资料要求用碳素墨水书写；用木质电杆时常常把埋入地下的部分的表面烧焦，其目的是使木材不易腐烂。
2、碳的可燃性（相同的反应物，因反应物的量不同，生成物可能不同）点燃

充分燃烧 C + O2 ===== CO2
点燃
放热
不充分燃烧 2C + O2 ===== 2CO
注：碳在氧气中燃烧的现象：燃烧剧烈，发出白光；放热；生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
3、碳具有还原性： C+2CuO2Cu+CO2↑
2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2↑
单质碳的还原性可用于冶金工业。
木炭+氧化铜
澄清的石灰水
4、木炭还原氧化铜的实验（见右图）
【实验操作】① 把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；
② 将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管；
③ 集中加热；
④ 过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。
【实验现象】澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。
【化学方程式】C+2CuO2Cu+CO2↑
n 反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。
n 在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度。
n 配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。
n 实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。
三、 还原反应
含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。
C + 2CuO 2Cu + CO2↑ （置换反应）
C在反应中得到氧元素，发生氧化反应，是还原剂，具有还原性。
CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应，是氧化剂。具有氧化性。
小结：还原剂：得到氧元素，发生氧化反应。具有还原性
氧化剂：失去氧元素，发生还原反应。具有氧化性

实验室用25g碳酸钙和足量的稀盐酸反应制取CO2，请计算可制得二氧化碳多少克？其标准状况下的体积为多少升？(标准状况下二氧化碳的密度为1.977g/L)

课题2 二氧化碳制取的研究
一、实验室制取气体的思路：（原理、装置、检验）
（1）发生装置：由反应物状态及反应条件决定：
①反应物是固体，需加热，制气体时则用高锰酸钾制O2的发生装置。
②反应物是固体与液体，不需要加热，制气体时则用制CO2的发生装置。
（2）收集方法：气体的密度及溶解性决定
①难溶于水用排水法收集 CO只能用排水法（排空气法易中毒）（优缺点：收集到的气体较纯，但含水蒸气）
②密度比空气大（或相对分子质量＞29）
③密度比空气小（或相对分子质量＜29）
排空气法的优缺点：纯度不高需验纯，但较干燥
二、实验室制取二氧化碳的方法
1、药品：大理石（或石灰石）、稀盐酸（不要写成CaCO3 和稀盐酸）
2、原理：CaCO3 + 2HCl == CaCl2 + H2O + CO2↑
注意：⑴不能用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸易挥发，使制得的CO2不纯（混有氯化氢气体）；⑵不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为稀硫酸与CaCO3反应生成微溶于水的硫酸钙覆盖在大理石（或石灰石）的表面，阻止反应的进行；⑶不能用Na2CO3 代替大理石（或石灰石），因为Na2CO3与稀盐酸的反应速度太快，不便于收集。
3、装置图
装置的注意事项：（1）若用长颈漏斗来注入盐酸，长颈漏斗下端必须伸入液面以下
（2） 若用试管来装药品，固定试管时，试管口竖直向上，试管底部与铁架台面接触。
(3)检查装置的气密性：用长颈漏斗插入液面内的气体发生装置，紧闭导气管出口，从漏斗中加水。如果液面稳定后水面下降，则表明漏气；若水面不下降，则表明不漏气。
4、收集装置：只用向上排空气法（因为CO2能溶于水，密度比空气大）
5、CO2的检验：将气体通入澄清的石灰水中，如果石灰水变浑浊，则该气体为CO2。
化学方程式：CO2 + Ca（OH）2 == CaCO3↓+ H2O
6、 CO2的验满：用燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，则已充满。（这样做是利用CO2不能燃烧、不支持燃烧的性质）
净化：如果制取的二氧化碳中混有少量氯化氢气体和水蒸气时，可先将气体通过盛有碳酸氢钠溶液的洗气瓶（除去氯化氢），再通过盛有浓硫酸的洗气瓶（除去水蒸气并进行干燥）。
7、二氧化碳的工业制法：
煅烧石灰石： CaCO3 CaO+CO2↑
生石灰和水反应可得熟石灰：CaO+H2O===Ca(OH)2

CO2
（2）
课题3 一氧化碳和二氧化碳
CO2

（1）
一、 二氧化碳的性质
1、一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。
【实验操作】如右图（1），将CO2气体慢慢倒入杯中。
【实验现象】蜡烛自下而上依次熄灭。
【实验分析】二氧化碳气体沿烧杯内壁流下，先聚集在底部，
然后逐渐上升，把杯内的空气自下而上排出。
【实验结论】① 一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧；
② 一般情况下，二氧化碳的密度比空气的密度大。
2、二氧化碳能溶于水。
【实验操作】如右上图（2）向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡。
【实验现象】瓶体变瘪。
【实验分析】二氧化碳溶于水时，使瓶内的气体体积减小，因而压强减小，外界大气压把瓶子压瘪了。
【实验结论】二氧化碳能溶于水。
3、二氧化碳的物理性质：⑴常温下是无色无味的气体（CO2固体叫“干冰”）；
⑵密度比空气大；
⑶能溶于水；
4、二氧化碳的化学性质
n 一般情况下，二氧化碳既不能燃烧，也不能支持燃烧。
n 二氧化碳不能供给呼吸。（注意：二氧化碳没有毒性）
n 二氧化碳能与水反应生成碳酸。
【实验操作】
取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的纸花。第一朵纸花喷上稀醋酸，第二朵纸花喷上水，第三朵纸花直接放入盛满二氧化碳的集气瓶中，第四朵纸花喷上水之后，再放入盛满二氧化碳的集气瓶中，观察四朵纸花的颜色变化。然后将第四朵纸花取出，小心烘烤，观察现象。
【实验现象】
① 第一朵小花变红；② 第二朵小花不变色； ③ 第三朵小花不变色； ④ 第四朵小花变红； ⑤ 第四朵小花被烘烤后由红色变成紫色。
【实验分析】
① 醋酸能使紫色小花变红，说明酸（溶液）可以使紫色石蕊变红；② 水不能使紫色石蕊变红；③ 二氧化碳不能使紫色石蕊变红；④ 二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红；⑤ 说明碳酸被分解了。
【化学方程式】
CO2+H2O=H2CO3和H2CO3=H2O+CO2↑
【注意事项】
① 第二朵、第三朵纸花可以说明：水不能使紫色石蕊变红，二氧化碳不能使紫色石蕊变红，二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变红。
② 纸花必须是干燥的。如果纸花不是干燥的，那么在把第三朵纸花放入水中时，CO2会与纸花里的水分反应生成碳酸使纸花变红，这样就起不到对照的作用。
③ 二氧化碳不能使紫色石蕊变红，但二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红。
n 二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊：CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
①CO2气体的检验
②长期放置的石灰水，瓶壁会出现一层白色物质
此反应的应用 ③刚抹过石灰浆的墙壁，生上炭火炉时，墙壁反而更潮湿
④建筑工人在没有用完的石灰浆上覆盖一层土
⑤鸡蛋放入石灰水中一会儿取出，可以保鲜
（如何设计实验证明CO2和NaOH发生了反应？）
n 二氧化碳能与灼热的碳反应生成一氧化碳：CO2+C2CO
该反应是吸热反应。该反应既是化合反应，又是氧化还原反应（CO2是氧化剂，
n C是还原剂）。
该反应是二氧化碳变为一氧化碳的一种方法。
二、二氧化碳对生活和环境的影响
1、二氧化碳的用途：⑴灭火；⑵作致冷剂如人工降雨、舞台烟雾；⑶制碳酸饮料；⑷作温室肥料等。
2、温室效应：由于二氧化碳的过多排放 【臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氟氯代烷等也会导致温室效应】
温室效应的危害 ：全球变暖，两极冰川融化， 海平面升高，淹没沿海地带土地沙漠化，旱涝灾害，农业减产。
3、控制温室效应的措施
措施：减少煤、石油、天然气等化石燃料的使用，开发利用太阳能、风能、乙醇等清洁能源，大力植树造林，严禁乱砍滥伐。
三、一氧化碳
1、物理性质：通常情况下是无色无味的气体，难溶于水，密度比空气略小。（实验室制取CO只能用排水法收集）。想一想：水能防止CO中毒吗？
点燃
2、化学性质
⑴可燃性： 2CO + O2====2CO2——作燃料（是煤气的主要成分）
现象： 产生蓝色火焰，放出热量，产生能使澄清石灰水变浑浊的气体。
⑵还原性：
②
①
③
④
⑤
⑥
⑦
n 一氧化碳还原氧化铜的实验：
【实验装置】见下图（这是整套装置，但只需掌握虚线框中内容，并且下文的操作、现象、结论仅针对虚线框内的实验装置）。

1-稀盐酸　2-大理石　3-碳酸氢钠溶液　4-浓硫酸　5-木炭　6-氧化铜　7-氢氧化钙溶液
【实验操作】
① 先通入一氧化碳，在加热前必须先检验一氧化碳的纯度；
② 点燃酒精灯给玻璃管内的物质加热；
③ 实验完毕，先熄灭酒精灯；
④ 再通入一会儿一氧化碳直到试管冷却。
【实验现象】黑色粉末变成红色，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。
【实验结论】一氧化碳能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳。
【化学方程式】CO+CuOCu+CO2
【注意事项】
① 检验一氧化碳纯度的目的：防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。
② 一氧化碳“早来晚走”，酒精灯“迟到早退”。
③ 一氧化碳“早来”，酒精灯“迟到”的目的：排净装置内的空气，防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。
④ 一氧化碳“晚走”，酒精灯“早退”的目的：防止灼热的铜重新被空气中的氧气氧化（2Cu+O22CuO）。
⑤ 因为一氧化碳有剧毒，随意排放会造成空气污染，所以必须进行尾气处理。
⑥ 7溶液的目的：A、 证明反应生成二氧化碳； B、 除去装置内的二氧化碳。
n 一氧化碳还原氧化铁
【实验装置和实验操作】与上面的实验类似（⑥ 下的酒精灯要换成酒精喷灯）
【实现现象】红色粉末逐渐变黑，生成的气体使澄清的石灰水变浑浊。
【化学方程式】3CO+Fe2O32Fe+3CO2
【注意事项】铁块是银白色的，但铁粉是黑色的。
n 在我们学过的还原剂还原金属氧化物的反应中，只有两个反应的条件是“加热”，其他的都是“高温”：
H2+CuOCu+H2O　和　CO+CuOCu+CO2
⑶毒性：CO能与血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白失去运输氧气的能力，使人因缺氧而死亡。
3、 用途
可燃性作气体燃料【水煤气（一氧化碳和氢气的混合气体）：C+H2OCO+H2】
还原性冶炼金属
四、一氧化碳和二氧化碳的性质比较

一氧化碳
二氧化碳
物理性质
无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水
无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水
化学性质
可燃性、还原性、毒性
① 二氧化碳能和水反应生成碳酸
② 二氧化碳可以和四大强碱反应生成盐和水
③ 二氧化碳能和碳单质反应
④ 二氧化碳能参与光合作用
检验方法
通过灼热的氧化铜粉末，粉末由黑色逐渐变成红色，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊
通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊
主要用途
做燃料、冶炼金属
灭火、制汽水、人工降雨