第六单元 碳和碳的氧化物教材全解--2026-2027学年九年级化学人教版上册

该初中化学单元复习讲义通过实验现象与分析表格、性质用途对应表系统梳理碳单质多样性及碳的氧化物知识，用装置选择依据对比表格呈现二氧化碳实验室制取，构建“性质-用途-制备”的知识脉络，突出物质结构决定性质等重难点内在联系。 讲义亮点在于“实验探究-实际应用”的练习设计，如通过比较空气与呼出气体实验培养科学探究与实践能力，结合二氧化碳制冰技术案例渗透科学态度与责任。包含计算题和装置分析题，基础生可掌握方法，优秀生能深入应用，助力教师实施分层精准教学。

第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 【实验6-1】 现象 红色逐渐变浅，最终变为无色。 分析 木炭（或活性炭）吸附了液体中的色素，色素逐渐减少，颜色逐渐变浅。 思考与讨论……………………………………………………………… 金刚石、石墨、木炭及活性炭等物质的性质不同，用途也不同。例如金刚石很硬，所以用来切割玻璃、开凿岩层等；石墨导电性良好，所以用来做电极；木炭及活性炭有很好的吸附性，所以用来吸附一些色素和有异味的物质。由此可以看出，物质的性质决定物质的用途，但性质也不是唯一的决定因素。考虑物质的用途时还需要考虑到价格、资源、外观、对环境是否友好等相关因素。 【实验6-2】 现象 导管口有气泡冒出，黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊。 分析 刚开始加热时，试管中的空气受热体积膨胀，导管口有气泡逸出。加热一会儿后，木炭与氧化铜发生反应，生成铜和二氧化碳。铜是红色固体，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊。 【练习与应用答案】 1. D 2. 物质 性质 用途 金刚石 硬度大 用于钻机的钻头 石墨 导电性好 做电极 活性炭 吸附性强 在防毒面具中吸附毒气 木炭 可燃性 用作燃料 3.（1）b （2） 《富春山居图》是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而不变色的原因是墨汁的主要成分是碳单质，碳单质在常温下化学性质不活泼（合理即可） （3） 吸附 4. （1）abc （2）研制催化剂（或研制超导材料、气体储存材料） 5. （1）灯泡发光，说明石墨具有导电性 （2） 说明蜡烛燃烧不充分时，可以生成炭黑。我们可以用含碳的物质制取炭黑（合理即可）。 6. （1）b （2）查阅资料，了解受电弓滑板材料的发展史，体会材料的发展在推动社会进步方面发挥的重要作用。 受电弓滑板材料的发展史： 受电弓滑板是电力机车、高铁等轨道交通车辆从接触网获取电能的核心部件，其材料的发展经历了多个阶段的技术革新，反映了材料科学对现代交通的关键支撑作用。 早期金属材料（20世纪初） 材料类型：纯铜、铸铁等金属材料。 特点：导电性较好，但硬度高、摩擦系数大，易磨损接触网导线，需频繁更换。 局限性：高磨损导致接触网维护成本高，且金属滑板易产生电弧，影响供电稳定性。 2. 金属合金阶段（20世纪中期） 材料类型：铜合金（如铜-银、铜-锡合金）、钢铝复合材料。 改进：通过合金化提高耐磨性和强度，但重量较大，仍存在对接触网的机械磨损问题。 3. 粉末冶金材料（1970-1990年代） 材料类型：金属基复合材料（如铜-石墨粉末冶金滑板）。 突破：引入石墨等非金属成分，改善自润滑性，降低摩擦系数，减少接触网磨损，延长滑板寿命。 4. 碳基材料时代（1990年代起） 材料类型：浸金属碳滑板（碳基体中浸渍铜或铝）、纯碳滑板。 优势：碳材料的轻量化、自润滑性优异，电弧耐受性强，适用于高速列车。但纯碳滑板导电性较差，需配合辅助供电设计。 5. 高性能复合材料（21世纪初至今） 材料类型： 碳纤维增强复合材料：高强度、轻量化，抗疲劳性能好。 陶瓷颗粒增强材料（如碳化硅/铜复合材料）：高耐磨、耐高温。 梯度功能材料：通过结构设计优化导电与耐磨性能的分布。 特点：综合性能显著提升，适应时速350公里以上的高铁需求。 6. 智能化与可持续材料（近年趋势） 发展方向： 嵌入式传感器滑板：实时监测磨损状态，实现预测性维护。 环保可回收材料：减少生产过程中的污染。 纳米材料：如石墨烯增强复合材料，进一步提升导电性和机械强度。 材料发展对社会进步的推动作用： 1. 推动轨道交通高速化 高性能滑板材料解决了高速运行时摩擦生热、电弧损伤等问题，使高铁时速从160公里提升至400公里以上（如中国CR450试验列车），缩短区域间时空距离，促进经济一体化。 2. 降低运营成本与能源消耗 轻量化材料（如碳纤维）减少列车自重，降低牵引能耗；耐磨材料延长滑板和接触网寿命，减少维护频率，节约资源。 3. 提升安全性与可靠性 耐高温、抗电弧材料减少供电中断风险；复合材料的高强度设计降低断裂概率，避免列车断电事故。 4. 促进绿色交通发展 低磨损材料减少金属粉尘污染；可回收材料推动轨道交通行业向循环经济转型。 5. 带动产业链升级 滑板材料的研发需求推动了粉末冶金、纳米技术、智能传感等领域的创新，形成从材料制备到高端装备制造的产业集群。 6. 支持城市化与区域联通 可靠的电能传输技术使长距离、大运量的电气化铁路成为可能，加速城市群形成（如中国“八纵八横”高铁网）。 总结 受电弓滑板从金属到复合材料的演进，是材料科学与工程需求相互驱动的典范。每一次材料突破都直接推动了轨道交通技术的跃升，进而通过更高效、环保的运输网络促进社会资源流动、经济协同发展。未来，智能化与可持续材料的应用将继续赋能绿色交通，助力“双碳”目标实现。 7. C+ 2CuO 高温2Cu + CO2↑ 解：设还原80g氧化铜理论上至少需要单质碳的质量为x C+ 2CuO 高温2Cu + CO2↑ 12 160 X 80g 答：要使80g氧化铜完全还原，理论上至少需要碳单质的质量是6g。 课题2 碳的氧化物 【实验6-3】 现象 两支蜡烛自下而上依次熄灭。 分析 二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，且密度比空气大，倾倒时二氧化碳会先聚集在在烧杯底部，使下面的蜡烛先熄灭。 【实验6-4】 现象 软塑料瓶变瘪 分析 部分二氧化碳溶于水，使瓶内气体减少，气压小于外界大气压。 二氧化碳的性质 物质 颜色 气味 密度（与空气比较） 溶解性 是否支持燃烧 二氧化碳 无色 无味 比空气大 能溶于水 不支持燃烧 【实验6-5】 实验内容 I II III 吹干第三朵纸花 现象 纸花不变色 纸花不变色 纸花变红色 红色纸花又变为紫色 思考与讨论……………………………………………………………… 一氧化碳是有毒性、可燃的气体，本身没有颜色、没有气味，如果发生泄露不容易被察觉。在家用煤气中加入具有难闻气味的气体，在煤气泄漏时可以及时被发现，避免发生煤气中毒、火灾、爆炸等危险。如果发现煤气泄漏，应马上关闭阀门，开窗通风。切不可使用明火（如点燃蜡烛、火柴、煤气灶等），也不可立即打开排风扇等电器的开关，不要立即开灯或拨打电话、手机等，以防产生电火花引起火灾或爆炸事故。 【练习与应用答案】 1. C 2.B 3.选择氧气、二氧化碳或一氧化碳填空，并写出有关反应的化学方程式。 （1）能使带火星的木条复燃的是氧气 ，能用于灭火的是二氧化碳 。 （2）绿色植物进行光合作用吸收的是二氧化碳 ，释放的是氧气 ；能产生温室效应的气体是二氧化碳 。 （3）能在空气中燃烧的是一氧化碳 ，反应的化学方程式为2CO + O2点燃2CO2 。 （4）能使澄清石灰水变浑浊的是二氧化碳 ，反应的化学方程式为Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓+ H2O 。 （5）能使氧化铜还原成铜的是一氧化碳 ，反应的化学方程式为 CO+ CuO △ Cu + CO2 。 （6）影视舞台上经常看到云雾缭绕的景象，为产生这种景象可以使用固态二氧化碳 ；吸烟对人体有害，燃着的香烟产生的烟气中含有几百种有害物质，其中能与人体血液中的血红蛋白结合的有毒气体是一氧化碳 。 4.X的化学式是CO2；反应的化学方程式为： ①CaCO3高温 CaO + CO2↑ ②CaO + H2O = Ca(OH)2 ③Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓+ H2O 5. 请结合你学过的知识和生活经验，列举低碳行动的具体措施，完成下表。 低碳行动 具体措施 减少二氧化碳排放 减少化石燃料的使用，尽量的使用清洁能源（如太阳能、风能、地热能等），低碳出行等 增加二氧化碳吸收 植树造林种草、保护森林植被、利用科学方法和技术捕集、利用、封存二氧化碳等。 6. 设计实验，比较人体吸入的空气与呼出的气体。 （1） 定性比较：①取A、B、C、D四个相同规格的集气瓶，将其中的A、B两瓶用玻璃片盖好，C、D两瓶分别用排水法收集满呼出的气体。②向A、C中分别加入等量的澄清石灰水，振荡，观察到A中无明显现象，C中澄清石灰水变浑浊。说明呼出气体中二氧化碳含量大于空气中二氧化碳的含量。③将燃着的小木条分别伸入B、D中，观察到B中小木条无明显变化，D中小木条很快熄灭。说明呼出气体中氧气含量小于空气中氧气含量。 （2） 定量比较：利用二氧化碳传感器和氧气传感器分别测定空气和呼出气体中二氧化碳和氧气的含量，空气中二氧化碳的含量为0.03%，氧气含量为21%；呼出气体中二氧化碳含量和氧气的含量也测出（数据以实际测量为准）。可知空气中二氧化碳含量比呼出气体中低，空气中氧气含量比呼出气体中高。 通过上述实验，可得出的结论是空气中氧气含量比呼出气体中高，二氧化碳含量比呼出气体中低。我们用到的科学方法有：控制变量、比较分析、证据推理、归纳总结等方法。 7. 资料： 首都体育场的二氧化碳制冰技术 首都体育场采用的二氧化碳（CO₂）制冰技术是一种创新环保的制冷方式，尤其在2022年北京冬奥会中成为亮点。以下是其原理和核心优点的简明解析： 一、原理 二氧化碳制冰基于跨临界制冷循环，流程如下： 1.压缩：气态CO₂被压缩成高温高压的超临界流体（压力＞7.38 MPa，温度＞31.1℃）。 2.冷却：超临界CO₂在气体冷却器中释放热量，转化为液态。 3.膨胀：液态CO₂通过节流阀迅速降压降温，变成低温气液混合物。 4.蒸发吸热：低温CO₂在蒸发器中吸收冰面下方载冷剂（如乙二醇溶液）的热量，使载冷剂冷却至15℃左右，循环冷却冰层。 5.循环：吸热后的CO₂重新进入压缩机，循环制冷。 关键点：与传统氟利昂制冷不同，CO₂在超临界状态下实现高效制冷，并可通过余热回收提升整体能效。 二、优点 1.环保无污染 零臭氧破坏：CO₂是天然制冷剂，不破坏臭氧层（ODP=0）。 低碳排放：全球变暖潜能值（GWP=1），远低于传统制冷剂（如氟利昂GWP可达数千）。 替代氟利昂：符合国际环保协议（如《基加利修正案》），减少温室气体排放。 2.高效节能 低温性能强：在15℃以下环境中，CO₂制冷效率比传统工质高20%~30%。 余热回收：制冰过程中产生的热量可回收利用，如供应场馆热水、供暖或除湿，综合能效提升40%以上。 3.冰面质量卓越 温度均匀：冰面温差控制在±0.5℃内，硬度均匀，适合速滑等高要求赛事。 快速制冰：系统响应快，可缩短制冰时间，满足赛事频繁换冰需求。 4.安全可靠 无毒不燃：CO₂无毒性且不可燃，泄漏无污染或爆炸风险，安全性高于氨制冷剂。 技术成熟：现代高压系统设计可靠，运行稳定。 5.经济可持续 长期成本低：虽初期投资较高，但节能和余热利用显著降低运营成本。 碳中和潜力：可与碳捕捉技术结合，使用工业回收的CO₂，减少碳排放。 三、应用意义 8. 首都体育场的CO₂制冰技术不仅为冬奥会提供绿色解决方案，更成为全球大型场馆的示范案例。其环保性、高效性和安全性推动了制冷行业向可持续发展转型，助力实现“双碳”目标，未来可广泛应用于冰雪场馆、冷链物流等领域。 课题3 二氧化碳的实验室制取 思考与讨论1…………………………………………………………… 确定实验室制取二氧化碳的反应原理时，需要考虑： 反应速率是否适中、反应条件是否容易达到、生成的二氧化碳是否较为纯净、是否利于收集、能否持续反应、反应物材料来源是否广泛易得、价格是否便宜、是否绿色环保等因素。 探究……………………………………………………………………… （1）确定气体发生装置的依据 气体 制取原理 反应物的状态 反应条件 二氧化碳 稀盐酸与石灰石（大理石）反应 石灰石（大理石）为固态，盐酸为液态 常温 氧气 高锰酸钾分解 高锰酸钾为固态 加热 过氧化氢分解 过氧化氢为液态 常温，二氧化锰做催化剂 （2）确定气体收集装置的依据 气体 气体的密度与空气的比较（大或小） 是否溶于水，是否与水反应 二氧化碳 比空气密度大 溶于水，并与水发生反应 氧气 比空气密度略大 不易溶于水，不与水发生反应 思考与讨论2…………………………………………………………… （1） 将生成的气体通入澄清的石灰水，如果石灰水变浑浊，说明生成的气体是二氧化碳。 （2） 将燃着的小木条放在集气瓶口，木条熄灭，说明集气瓶中已充满二氧化碳。 【练习与应用答案】 1. 正确的操作顺序是：②①⑤③④ 2. 序号 生成二氧化碳的反应 能否用于实验室制取二氧化碳 1 C + O2点燃CO2 否，生成的二氧化碳与其他气体混合，不能得到纯净的二氧化碳 2 2CO + O2点燃2CO2 否，生成的二氧化碳与其他气体混合，不能得到纯净的二氧化碳 3 CaCO3高温 CaO + CO2↑ 否，高温条件，实验室不容易操作 4 H2CO3 = H2O + CO2↑ 否，不能持续生成二氧化碳 5 CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ 能，能得到较纯净的二氧化碳，反应速率适中便于收集 6 Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑ 否，反应速率太快不易收集 7 呼吸作用 否，不能得到纯净的二氧化碳 8 C+ 2CuO 高温2Cu + CO2↑ 否，高温条件，实验室不容易操作 9 3C+ 2Fe2O3高温4Fe + 3CO2↑ 否，高温条件，实验室不容易操作 …… 甲烷、酒精、蜡烛等的燃烧 否，生成的二氧化碳与其他气体混合，不能得到纯净的二氧化碳 3.实验室里现有高锰酸钾、石灰石、稀硫酸和稀盐酸，以及下图所示的仪器。 （1）利用上述仪器和试剂可以制取二氧化碳。你选择的仪器是①②⑦⑧，试剂是石灰石和稀盐酸，收集二氧化碳时证明是否集满的方法是将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭，说明二氧化碳已集满。 （2）若补充一种仪器试管，再利用上述仪器和试剂还可以制取氧气。你选择的仪器是①③④⑤⑥，试剂是高锰酸钾，反应的化学方程式为2KMnO4 △ K2MnO4 + MnO2 + O2↑。 4.实验室里用右图所示装置制取二氧化碳，并研究二氧化碳的性质。 （1）装置A中长颈漏斗的下端插入液面以下的原因是 形成液封，防止气体从长颈漏斗口逸出。 （2）装置B中观察到的实验现象是紫色石蕊溶液变为红色，用化学方程式说明原因：CO2 + H2O = H2CO3 （3）若用装置C来检验二氧化碳，则C中应加入的试剂为澄清的石灰水，C中观察到的实验现象是澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓+ H2O 5.（1）石灰石的主要成分是CaCO3 （2）反应器中发生反应的化学方程式为CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ （3）上述流程中，粉碎机和搅拌器所起的作用是把石灰石粉碎成小块儿，增大反应物的接触面积，搅拌使反应物均匀混合，充分接触，使反应更充分，并加快反应的速率。 6.解：设生成二氧化碳的质量为x CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑ 100 44 25g x 答：足量稀盐酸与25g碳酸钙充分反应，生成二氧化碳的质量是11g。 学科网（北京）股份有限公司 $