名師導(dǎo)航
知識梳理
1.三種碳單質(zhì)的物理性質(zhì)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(dǎo)電性幾乎不導(dǎo)電良好幾乎不導(dǎo)電
硬度天然存在的最硬物質(zhì)天然存在的最軟的物質(zhì)之質(zhì)脆
導(dǎo)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(dǎo)體等
2.碳的其他單質(zhì)
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(wěn)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(zhì)
(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(tài)物質(zhì)不經(jīng)過液態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài)的現(xiàn)象。干冰升華是物質(zhì)狀態(tài)間的變化，并沒有生成新物質(zhì)，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(zhì)、CO、CO2的化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)用途
C1.穩(wěn)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(yīng)
CO2+H2O====H2CO3
3.與石灰水反應(yīng)
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(xué)反應(yīng)原理，即選擇合適的反應(yīng)物和反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(dǎo)氣管應(yīng)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(yīng)的化學(xué)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(nèi))，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(yīng)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(huán)以及對生活和環(huán)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(chǎn)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(zhì)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(dǎo)致大氣中二氧化碳含量不斷上升，引起了____________。
(3)控制溫室效應(yīng)的措施：減少化石燃料的使用；開發(fā)新能或清潔能；大力植樹造林，嚴(yán)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(xiàn)：剛剛制出的二氧化碳氣體用導(dǎo)氣管通入到澄清的石灰水中，未觀察到渾濁現(xiàn)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(shè)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(xiàn)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(jié)果，實質(zhì)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(nèi)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(nèi)。
圖5-6
(1)實驗觀察到的現(xiàn)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?jǐn)?shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與理論數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)壓強要減小，鐘罩內(nèi)水面上升。鐘罩內(nèi)的液面為什么不能上升約1/5體積呢?應(yīng)圍繞蠟燭燃燒和石灰水吸收CO2這兩個反應(yīng)去考慮：鐘罩內(nèi)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(dāng)鐘罩內(nèi)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(chǎn)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(nèi)液面上升 石灰水吸收CO2后，鐘罩內(nèi)壓強減小
(2)鐘罩內(nèi)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(jīng)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(fā)生反應(yīng)；關(guān)閉彈簧夾后，鹽酸被反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體壓回長頸漏斗，與大理石分離，停止反應(yīng)。用該裝置制備CO2可起到節(jié)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(yīng)，其反應(yīng)原理是鹽酸中的HCl跟石灰石中的CaCO3反應(yīng)，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(fā)，所以反應(yīng)能持續(xù)不斷地平穩(wěn)進行。若用稀硫酸跟大理石反應(yīng)時，其反應(yīng)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(yīng)逐漸停止。(2)正確解答第(2)問的關(guān)鍵是認真審題，弄清各實驗裝置的反應(yīng)原理。裝置圖中的多孔塑料片本身不與鹽酸反應(yīng)，但它能使大理石跟稀鹽酸之間實現(xiàn)接觸或隔開的轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)反應(yīng)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(yīng)，B中的鹽酸可通過球形干燥管的下端細孔進入到管內(nèi)球中，使鹽酸跟大理石反應(yīng)產(chǎn)生氣體，關(guān)閉導(dǎo)氣管時，管內(nèi)生成的氣體又可以把鹽酸壓到管外，而大理石留在管內(nèi)，使反應(yīng)停止。C是錯誤裝置。D中的玻璃珠與鹽酸不發(fā)生反應(yīng)，但玻璃珠之間有間隔，鹽酸可自由透過，能實現(xiàn)反應(yīng)自由控制。
答案：(1)否 因為大理石與稀硫酸反應(yīng)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(yīng) (2)BD
知識導(dǎo)學(xué)
重點理解以下幾點有助于認識這三種單質(zhì)。金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì)，但由于碳原子的排列不同(見圖5-3)，物理性質(zhì)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(zhuǎn)化，屬于化學(xué)變化；可以組成不同單質(zhì)，如：碳元素的單質(zhì)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(zhì)叫單質(zhì)”。
圖5-3
物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途的關(guān)系為：
物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu) 物質(zhì)的性質(zhì) 物質(zhì)的用途
注意：吸附是物理現(xiàn)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(zhì)，屬于物理變化。而吸收一般為化學(xué)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(zhì)，就是化學(xué)變化。
理解CO的毒性、溶解性可聯(lián)系日常生活的事例如，煤氣：主要成分是一氧化碳氣體。同學(xué)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(zhì)氣體，就是為了一旦發(fā)生泄漏，能夠及時發(fā)現(xiàn)，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(dān)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(yù)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(yīng)，二者有本質(zhì)的區(qū)別：前者是物質(zhì)的溶解性，是不需要發(fā)生化學(xué)變化就表現(xiàn)出的性質(zhì)，屬于物理性質(zhì)；后者是在化學(xué)變化中表現(xiàn)出的性質(zhì)，屬于化學(xué)性質(zhì)。
所有碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)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(shù)目一樣多(都是4個)，因此，不同碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)相同。
碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)在常溫下穩(wěn)定。但隨著溫度的升高，能和許多物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)的條不同，產(chǎn)物也不同。如：碳和氧氣在點燃條下反應(yīng)，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(gòu)成不同表明它們在性質(zhì)上有很大的差異。CO能進一步與氧結(jié)合生成CO2，表現(xiàn)出CO具有還原性。CO2可提供氧，表現(xiàn)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(jié)合，使人體缺氧導(dǎo)致中毒，與二氧化碳含量過高使人窒息死亡有著本質(zhì)區(qū)別。二氧化碳沒有毒，但空氣中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)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(huán)，解釋二氧化碳的生態(tài)平衡問題、環(huán)境保護以及許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有關(guān)問題(比如：溫室效應(yīng)、大棚蔬菜的增產(chǎn)等)；運用二氧化碳的性質(zhì)，還可針對控制二氧化碳的排放及吸收的研究，增強同學(xué)們關(guān)心人類重大問題的社會責(zé)任感。
(1)對學(xué)習(xí)實驗室制取氣體的思路和方法的要點提示：
a.選擇反應(yīng)時，要考慮原料易得，反應(yīng)條要求不高，操作簡便安全，反應(yīng)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(fā)生裝置和收集裝置兩部分。選擇氣體發(fā)生裝置要根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條；選擇氣體的收集裝置應(yīng)考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應(yīng)。
c.驗證氣體時，實驗現(xiàn)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(yīng)中所選的藥品在反應(yīng)時反應(yīng)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(yīng)速率太快，不便于控制；
②不用濃鹽酸，因為濃鹽酸易揮發(fā)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(yīng)生成微溶的CaSO4會覆蓋在大理石的表面，阻止了反應(yīng)的繼續(xù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)器中導(dǎo)氣管稍露出膠塞即可。
(4)CO2的收集方法應(yīng)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(huán)，解釋二氧化碳的生態(tài)平衡問題、環(huán)境保護以及許多工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有關(guān)問題(比如：溫室效應(yīng)、大棚蔬菜的增產(chǎn)等)。
疑難導(dǎo)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(lián)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�。弧伴L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(zhì)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(xiàn)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(xiàn)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(dǎo)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(shè)計實驗探究是什么使紫色石蕊試液變紅的？我們的思路應(yīng)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(zhì)：CO2氣體、水，還可能有CO2氣體和水共同作用下的產(chǎn)物。
(2)設(shè)計實驗探究是哪一種物質(zhì)使紫色石蕊試液變色的。實驗設(shè)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(jù)實驗現(xiàn)象分析，到底是什么使紫色石蕊試液變紅的。
典題導(dǎo)考
綠色通道 密閉容器內(nèi)壓強的大小與氣體的多少有直接關(guān)系：氣體減少，所產(chǎn)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(zhì))
圖5-7
(1)使用裝置A進行實驗時，將滴管中的物質(zhì)加入到錐形瓶中，發(fā)現(xiàn)氣球鼓起。你推測錐形瓶中的物質(zhì)可能為(寫出一種即可，下同)__________，滴管中的物質(zhì)可能為__________；
(2)使用裝置B進行實驗時，將滴管中的物質(zhì)加入到錐形瓶中，發(fā)現(xiàn)氣球也鼓起。你推測發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)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(nèi)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(dāng)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(chǎn)生氣泡 B.瓶中液面上升
C.長頸漏斗內(nèi)有液面上升 D.注射器內(nèi)有液體
答案：A
綠色通道 初中化學(xué)有關(guān)氣體的實驗室制法的題目：(1)選擇氣體發(fā)生裝置時：要考慮反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條。如固、液反應(yīng)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(yīng)考慮氣體的密度和氣體的溶解性及氣體是否與水反應(yīng)。如能溶于水或能與水發(fā)生反應(yīng)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(fā)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(yīng)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�？蛇x用的氣體發(fā)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(yīng)制取硫化氫氣體�？蛇x用_____________作氣體發(fā)生裝置，收集裝置是D，氣體由_____________ (填“a”或“b”)導(dǎo)入集氣瓶。硫化氫加熱到300℃可發(fā)生分解反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和氫氣。試寫出其化學(xué)反應(yīng)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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