第29讲 碳及其化合物的性质-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（鲁科版2019 单选版）

第29讲 碳及其化合物的性质 优化探究 大单元二　元素及其化合物 第5章　非金属元素及其化合物 考点1　碳及其化合物 考点2　CO₂与盐溶液或碱溶液反应产物的判断 课时作业29　碳及其化合物的性质 考点1　碳及其化合物 1. 碳单质(C) (1)存在形式：有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯，它们互为 ⁠ ⁠。 (2)结构 金刚石： 空间网状结构；石墨： ⁠层状结构。 (3)物理性质：金刚石熔点高、硬度大；石墨熔点高、质 ⁠，有滑腻 感，是良好的电导体。 C 同素异 形体　 正四面体　 正六边形　 软　 掌握必备知识 筑牢应试根基 (4)主要化学性质——还原性 CuO： (冶炼金属)； SiO2： (制取粗硅)； H2O： (制取水煤气)。 2CuO＋C 2Cu＋CO2↑　 SiO2＋2C Si＋2CO↑　 C＋H2O(g) CO＋H2　 2. 一氧化碳(CO) (1)物理性质：无色气体，有毒，难溶于水。 (2)化学性质——还原性 ①燃烧：2CO＋O2 2CO2，淡蓝色火焰(CO作燃料)。 ②还原Fe2O3： (冶炼金属)。 Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2　 3. 二氧化碳(CO2) (1)物理性质：一种无色、无味的气体，能溶于水，固态CO2俗称干冰。 (2)化学性质 ①属于酸性氧化物，能与H2O、Na2O、Ca(OH)2(澄清)反应。 ②具有弱氧化性，与Mg等金属发生置换反应，生成金属氧化物和碳。 反应的化学方程式： ⁠。 (3)CO2在自然界中的循环 CO2的主要来源 大量含碳燃料的燃烧 自然界消耗CO2的 主要反应 ①溶于江水、海水中：CO2＋H2O H2CO3； ②光合作用将CO2转化为O2； ③岩石的风化： ⁠ ⁠ CO2＋2Mg 2MgO＋C　 CaCO3＋H2O＋CO2 Ca(HCO3)2　 [易错加练] 写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法： (1)CO(CO2)： ⁠； (2)CO2(CO)： ⁠； (3)CO2(HCl)： ⁠。 通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶 通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管 通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶 4. 碳酸(H2CO3) 具有弱酸性、不稳定性。碳酸(H2CO3)只能在水中存在。CO2＋H2O H2CO3 H＋＋HC ，在水中CO2、H2CO3、HC 共存，因此常把 CO2＋H2O当作碳酸用。 5. 碳酸的酸式盐与正盐的比较 (1)在水中的溶解性 ①含K＋、Na＋、N 的正盐 ⁠溶于水，其余一般难溶于水；酸式 盐 ⁠溶于水。 ②一般来说，在相同温度下，难溶性正盐溶解度 ⁠其酸式盐溶解 度，如溶解度：Ca(HCO3)2 CaCO3；可溶性正盐溶解度大于其酸 式盐溶解度，如溶解度：Na2CO3 NaHCO3。 易　 均能　 小于　 ＞　 ＞　 (2)热稳定性 一般来说，热稳定性顺序：①正盐＞酸式盐＞碳酸，如稳定性：Na2CO3 ＞NaHCO3＞H2CO3；②可溶性正盐＞难溶性正盐，如CaCO3高温分解， 而K2CO3不易分解。 [正误判断] (1)12C、13C、14C、金刚石、石墨均属于碳的同素异形体。 (　×　) (2)金刚石和石墨由相同的元素组成，因此它们具有相同的性质。 (　×　) (3)石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应。 (　×　) (4)向空气中排放二氧化碳会形成酸雨。 (　×　) (5)向CaCl2溶液中通入CO2气体，溶液变浑浊，继续通入CO2至过量，浑 浊消失。 (　×　) (6)向氨化的饱和食盐水中通入足量的CO2气体，会析出晶体。 (　√　) × × × × × √ 命题方式1　碳元素的同素异形体 1. 近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误 的是(　D　) 石墨烯：从石墨中分 离出来，是最薄、最 坚硬的纳米材料 石墨炔：平面网状结 构的全碳分子，具有 优良的化学稳定性 碳纳米管：具有优良 的场发射性能，制作 阴极显像管、储氢材 料 提升关键能力 应对命题方式 A. 石墨烯具有良好的导电性 B. 上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C. 石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜 D. 上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同 石墨烯从石墨中分离出来，作为电导体，具有良好的导电性，A正确； 题述三种物质均为碳的单质，与金刚石互为同素异形体，B正确；石墨 炔孔径略大于H2分子的直径，可以容纳H2分子，则石墨炔是理想的H2提 纯薄膜，C正确；题述三种物质都是碳的单质，在加热条件下与浓硫酸 都能发生反应，且反应产物相同，D错误。 答案：D 命题方式2　碳循环 2. 如图是碳循环中的一部分。以下对该图示的理解不正确的是(　C　) A. 倡导“低碳生活、减少CO2的排放”的思想主要涉及反应① B. 反应②是在植物体内完成的 C. 反应③是造成大气中CO2浓度逐渐升高的主要原因 D. 反应④⑥是人为缓解温室效应的措施 C 化石燃料燃烧生成的CO2是大气中CO2的主要来源，A项正确；植物体内 的光合作用将CO2转化为葡萄糖，B项正确；导致大气中CO2浓度逐渐升 高的主要原因是人为过度使用化石燃料、过度砍伐树木，C项错误；进 行反应④⑥可以消耗CO2含量，人为缓解温室效应，D项正确。 3. 研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。 (1)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HC 占95％。写 出CO2溶于水产生HC 的方程式： ⁠ ⁠。 (2)在海洋碳循环中，通过如图所示的途径固碳。 CO2＋H2O H2CO3、H2CO3 H＋ ＋HC ①写出钙化作用的离子方程式： ⁠ ⁠。 ②同位素示踪法证实光合作用释放出的O2只来自H2O。用18O标记物质的 光合作用的化学方程式如下，将其补充完整： ＋ (CH2O) x ＋ x 18O2＋ x H2O。 2HC ＋Ca2＋ CaCO3↓＋CO2↑＋ H2O　 x CO2　 2 x O　 命题方式3　碳的氧化物实验探究 4. 为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设 计了如图所示的实验装置。根据装置回答问题： (1)装置A的作用是 ⁠。 除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗 气瓶中，故装置A的作用是吸收CO2，以排除对后面实验的干扰。 吸收CO2　 (2)实验后通过 处理尾气，发生反应的化学方程式为 ⁠ ⁠。 CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。 点燃　 2CO＋ O2 2CO2　 (3)若实验时观察到 ⁠ ⁠，则证明原气体中一定含有一 氧化碳。 CO还原CuO的实验现象是黑色粉末变成红色，故利用这一现象可以证 明原气体中一定含有CO。 装置B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成 红色，装置D中澄清石灰水变浑浊　 考点2　CO₂与盐溶液或碱溶液反应产物的判断 1. CO2与盐溶液反应产物的判断 一般从强酸制弱酸的角度去分析，同时注意生成碳酸盐的类型。 (1)CO2的用量不同产物不同 CO2(过量)＋Na[Al(OH)4] Al(OH)3↓＋NaHCO3；CO2(少量)＋ 2Na[Al(OH)4] 2Al(OH)3↓＋Na2CO3＋H2O。 掌握必备知识 筑牢应试根基 (2)与CO2用量无关 CO2＋ ＋H2O ＋NaHCO3、CO2＋NaClO＋H2O HClO＋NaHCO3。 2. CO2与碱溶液反应产物的判断 (1)CO2与单一组分反应(如CO2通入NaOH溶液)产物的分析 ①反应原理 NaOH Na2CO3 NaHCO3 ②反应后溶质成分的判断 x ＝ 溶质成分 x ≤1∶1 NaHCO3 1∶1＜ x ＜2∶1 Na2CO3、NaHCO3 x ＝2∶1 Na2CO3 x ＞2∶1 NaOH、Na2CO3 ③用数轴来表示 (2)CO2与多组分[如CO2通入NaOH、Ca(OH)2的混合溶液]反应的顺序是 ①Ca(OH)2＋CO2 CaCO3↓＋H2O； ②2NaOH＋CO2 Na2CO3＋H2O； ③Na2CO3＋CO2＋H2O 2NaHCO3； ④CaCO3＋CO2＋H2O Ca(HCO3)2。 [正误判断] (1)CO2是二元弱酸的酸性氧化物，因此CO2参与复分解反应生成碳酸盐 时会有两种可能：正盐或酸式盐。 (　√　) (2)CO2与某盐溶液能否反应，以及反应生成的盐的种类取决于碳酸的 K a1、 K a2与盐对应的酸的 K a的相对大小。 (　√　) √ √ 1. 用四种溶液进行实验，下表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的 是(　B　) 选项 操作及现象 溶液 A 通入CO2，溶液变浑浊 饱和Na2CO3溶液 B 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过 量，浑浊消失 Na2SiO3溶液 C 通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液， 红色褪去 Ca(ClO)2溶液 D 通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过 量，浑浊消失，再加入足量的NaOH溶液， 又变浑浊 澄清石灰水 B 提升关键能力 应对命题方式 2. 将足量的CO2不断通入KOH、Ba(OH)2、K[Al(OH)4]的混合溶液中， 生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积的关系可表示为(　C　) C 将CO2通入KOH、Ba(OH)2、K[Al(OH)4]的混合溶液中，依次发生如下 反应： ①Ba(OH)2＋CO2 BaCO3↓＋H2O； ②2KOH＋CO2 K2CO3＋H2O； ③K[Al(OH)4]＋CO2 Al(OH)3↓＋KHCO3； ④BaCO3＋H2O＋CO2 Ba(HCO3)2。 根据沉淀生成和溶解的情况，对照图像可知，C正确。 3. 向300 mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体，充分反应后，在 减压低温的状况下蒸发溶液得到白色固体，请回答下列问题： (1)由于CO2通入量不同，所得到的白色固体的量及组成也不同，试推断 有几种可能的组成，并分别列出： ⁠ ⁠。 可能发生的反应有 CO2不足时，CO2＋2KOH K2CO3＋H2O； CO2过量时，CO2＋KOH KHCO3。 固体组成：①KOH、K2CO3，② K2CO3，③K2CO3、KHCO3，④KHCO3 其中 分别为 (CO2不足)、1(CO2过量)。所以可确定 、1为 临界点。 画数轴： ， 根据数轴列出结果。 (2)若通入CO2气体2.24 L(标准状况)，得到11.9 g的白色固体，请通过计 算确定：此白色固体是由哪些物质组成的？其质量分别为多少？KOH的 物质的量浓度为多少？ ⁠ ⁠。 白色固体为K2CO3和KHCO3的混合物；质量分别为K2CO3 6.9 g、 KHCO3 5 g； c (KOH)＝0.5 mol·L－1 根据题意： n (CO2)＝ ＝0.1 mol，若生成的固体全部为 K2CO3，则其质量为0.1 mol×138 g·mol－1＝13.8 g，若生成的固体全部 为KHCO3，则其质量为0.1 mol×100 g·mol－1＝10 g。现固体质量为11.9 g，则此固体为K2CO3和KHCO3的混合物。设K2CO3和KHCO3的物质的 量分别为 a mol、 b mol，则有 解得 a ＝ b ＝0.05， 所以，白色固体中 m (K2CO3)＝0.05 mol×138 g·mol－1＝6.9 g； m (KHCO3)＝0.05 mol×100 g·mol－1＝5 g，反应中消耗 n (KOH)＝2 a mol ＋ b mol＝0.15 mol，故 c (KOH)＝ ＝0.5 mol·L－1。 　(2023·重庆卷)煤的化学活性是评价煤气化或燃烧性能的一项重要指 标，可用与焦炭(由煤样制得)反应的CO2的转化率α来表示。研究小组设 计测定α的实验装置如下： 探究真题 素养提升 (1)装置Ⅰ中，仪器a的名称是 ；b中除去的物质 是 (填化学式)。 分液漏斗　 HCl　 稀盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳、氯化钙和水，由于盐酸易挥发，二 氧化碳中含有氯化氢杂质，用饱和碳酸氢钠溶液吸收氯化氢，再用浓硫 酸干燥气体，二氧化碳通到灼热的焦炭中反应生成一氧化碳，将混合气 体通入足量氢氧化钡溶液中吸收二氧化碳，一氧化碳与银氨溶液反应生 成银单质。 (1)装置Ⅰ中，仪器a的名称是分液漏斗；由于制得的二氧化碳中含有挥发出的氯化氢气体，因此b中碳酸氢钠与氯化氢反应，则除去的物质是HCl。 (2)①将煤样隔绝空气，在900 ℃下加热1小时得焦炭，该过程称为 ⁠ ⁠。 将煤样隔绝空气，在900 ℃下加热1小时得焦炭，即隔绝空气加强热使 之分解，则该过程称为干馏； 干 馏　 ②装置Ⅱ中，高温下发生反应的化学方程式为 ⁠。 装置Ⅱ中，高温下二氧化碳和焦炭反应生成一氧化碳，其发生反应的化 学方程式为CO2＋C 2CO。 CO2＋C 2CO ③装置Ⅲ中，先通入适量的气体X，再通入足量Ar气。若气体X被完全 吸收，则可依据d和e中分别生成的固体质量计算α。 ⅰ.d中的现象是 ⁠。 d中二氧化碳和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀和水，其反应的现象是有 白色沉淀生成； 有白色沉淀生成 e中生成的固体为Ag，根据氧化还原反应分析得到CO变为碳酸铵，则反 应的化学方程式为CO＋2[Ag(NH3)2]OH 2Ag↓＋ CO3＋ 2NH3； ⅱ.e中生成的固体为Ag，反应的化学方程式为 ⁠ ⁠。 CO＋2[Ag(NH3)2]OH 2Ag↓＋ CO3＋2NH3 ⅲ.d和e的连接顺序颠倒后将造成α (填“偏大”“偏小”或“不变”)。 d和e的连接顺序颠倒，二氧化碳和银氨溶液反应，导致银氨溶液消耗， 二氧化碳与氢氧化钡反应的量减少，则将造成α偏大； 偏大　 ⅳ.在工业上按照国家标准测定α：将干燥后的CO2(含杂质N2的体积分数 为 n )以一定流量通入装置Ⅱ反应，用奥氏气体分析仪测出反应后某时段 气体中CO2的体积分数为 m ，此时α的表达式为 ⁠ ⁠。 ×100 ％ 在工业上按照国家标准测定α：将干燥后的CO2(含杂质N2的体积分数为 n )以一定流量通入装置Ⅱ反应，用奥氏气体分析仪测出反应后某时段气 体中CO2的体积分数为 m ，设此时气体物质的量为 b mol，二氧化碳物质 的量为 bm mol，原来气体物质的量为 a mol，原来二氧化碳物质的量为 a (1－ n ) mol，氮气物质的量为 an mol，则消耗二氧化碳物质的量为[ a (1 － n ) － bm ] mol，生成CO物质的量为2[ a (1－ n )－ bm ] mol，则有 b ＝ an ＋ bm ＋2[ a (1－ n )－ bm ]，解得 b ＝ ，此时α的表达式为 ×100％＝ ×100％＝ ×100％。 课时作业29　碳及其化合物的性质 一、选择题 1. 有利于实现“碳达峰、碳中和”的是(　A　) A. 风能发电 B. 粮食酿酒 C. 燃煤脱硫 D. 石油裂化 碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放量不再增长，达到峰值 之后会逐步降低；碳中和是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自 身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”，故选A。 A 2 3 4 5 6 1 2. (2024·山西太原检测)二氧化碳的过量排放可对海洋生物的生存环境造 成很大影响，其原理如图所示。下列叙述错误的是(　C　) A. 海水酸化能引起HC 浓度增大、C 浓度减小 B. 海水酸化能促进CaCO3的溶解，导致珊瑚礁减少 C. CO2能引起海水酸化，其原理为HC H＋＋C D. 使用太阳能、氢能等新能源可改善珊瑚的生存环境 C 二氧化碳能引起海水酸化，其原理为CO2＋H2O H2CO3 H＋＋HC ，C错误。 2 3 4 5 6 1 3. 在20世纪90年代末，科学家发现碳有新的单质形态C60存在。后来人 们又相继得到了C70、C76、C84、C90、C94等一些球碳分子。21世纪初， 科学家又发现了管状碳分子和洋葱状碳分子，大大丰富了碳元素单质的 家族。下列有关碳元素单质的说法错误的是(　C　) C A. 金刚石和石墨的熔点肯定比C60高 B. 熔点：C60＜C70＜C90 C. 球碳分子、管状碳分子和洋葱状碳分子都不能与O2发生反应 D. 金刚石以非分子形式的粒子存在，属于共价晶体；C60、C70、管状碳 分子和洋葱状碳分子以分子形式的粒子存在，属于分子晶体；这些碳 单质互为同素异形体 2 3 4 5 6 1 金刚石属于共价晶体，石墨属于混合型晶体，C60属于分子晶体，因此 金刚石和石墨的熔点肯定比C60高，故A正确；分子晶体的相对分子质量 越大，熔点越高，因此熔点：C60＜C70＜C90，故B正确；球碳分子、管 状碳分子和洋葱状碳分子都能在O2中燃烧生成CO2，故C错误；金刚石 属于共价晶体；C60、C70、管状碳分子和洋葱状碳分子属于分子晶体； 这些碳单质互为同素异形体，故D正确。 2 3 4 5 6 1 4. 中国努力争取2060年前实现碳中和。利用NaOH溶液喷淋捕捉空气中的CO2，反应过程如图所示。下列说法错误的是(　BD　) A. 捕捉室中NaOH溶液喷成雾状有利于吸收CO2 B. 环节a中物质分离的基本操作是蒸发结晶 C. 反应过程中NaOH和CaO是可循环的物质 D. 可用Na2CO3溶液代替NaOH溶液捕捉CO2 B 2 3 4 5 6 1 NaOH溶液喷成雾状，可增大反应物接触面积，提高CO2吸收率，A正 确；环节a为Na2CO3和Ca(OH)2反应生成CaCO3，需从溶液中过滤出来再 高温煅烧，B错误；NaOH和CaO在流程中既有消耗，也有生成，可循环 利用，C正确；Na2CO3可以和CO2反应，因此可用Na2CO3溶液代替 NaOH溶液捕捉CO2，D正确。 2 3 4 5 6 1 5. 海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球气候变化的关 键控制环节。如图为海洋中碳循环的简单原理图。下列说法错误的是 (　D　) D A. 海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能 B. 钙化释放CO2的离子方程式：2HC ＋Ca2＋ CaCO3↓＋CO2↑＋H2O C. 影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等 D. 光合作用中每生成0.1 mol (CH2O) x 转移电子4 N A( N A为阿伏加德罗常数) 2 3 4 5 6 1 由题图知，CO2在弱碱性的条件下转化成Na2CO3、NaHCO3，遇氯化钙 发生反应：2HC ＋Ca2＋ CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，钙化生成CaCO3 沉淀同时释放CO2，再经光合作用，形成有机物参与海洋碳循环。 2 3 4 5 6 1 此过程中能将太阳能转化为化学能，故A正确；由分析知，离子方程式正确，故B正确；温度高或在酸性条件下，二氧化碳在水中溶解度小，所以影响海洋碳循环的因素主要有海水的酸碱性、水温、藻类生物的分布等，故C正确；光合作用中碳元素由＋4价降为0价，每生成0.1 mol (CH2O) x 转移电子数为0.4 x N A，故D错误。 2 3 4 5 6 1 二、非选择题 6. 为探究CO的化学性质，某课外小组的同学按如图所示的装置进行实 验。打开K2，关闭K1和K3。已知Cu2Cl2的氨水溶液可以将CO氧化为草 酸铵，同时本身被还原为Cu。 (1)实验前需进行的操作是 ⁠。 检查装置的气密性 有气体通过的装置在实验前都需要检查装置的气密性。 2 3 4 5 6 1 (2)一段时间后b处 (填现象)，打开K1，并在F处加热，试管中氧化铜由黑色逐渐变红，a处澄清石灰水变浑浊。说明CO具有的化学性质有 ⁠。 b处的活鼠因CO而中毒死亡；在加热条件下，CO还原氧化铜得到二氧 化碳，试管中黑色的氧化铜变为红色的铜，生成的二氧化碳能使澄清石 灰水变浑浊，由以上实验现象可以说明CO有毒性和还原性。 活鼠中毒死亡　 毒性和还原性　 2 3 4 5 6 1 (3)待试管中固体颜色全部变为红色，关闭K1，稍后关闭K2，停止通入 CO，再打开K3。c装置的作用是 ⁠，此处反应的离子方 程式为 ⁠ ⁠。 吸收尾气CO　 Cu2Cl2＋2CO＋4NH3＋2H2O 4N ＋C2 ＋2Cl－＋ 2Cu↓ 2 3 4 5 6 1 CO有毒，不能直接排放到空气中，由题意Cu2Cl2的氨水溶液可以将CO 氧化为草酸铵，同时本身被还原为Cu，则c装置的作用是吸收尾气CO， 结合题给条件写出离子方程式：Cu2Cl2＋2CO＋4NH3＋2H2O 4N ＋C2 ＋2Cl－＋2Cu↓。 2 3 4 5 6 1 $$