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1、第六單元 碳和碳的氧化物
第一節(jié) 金剛石、石墨和C60
一、 “碳”和“炭”的區(qū)別:“碳”指碳元素,不是具體指某種物質;而“炭”指具體的、由碳元素組成的單質。
二、 金剛石、石墨、C60是由碳元素組成的三種不同的單質。
所以,在一定條件下,將石墨轉化為金剛石的變化是化學變化。
三、 金剛石、石墨的物理性質和用途
化學式
顏色
形狀
硬度
導電性
導熱性
潤滑性
熔點
用途
金剛石
C
無色透明
正八面體
最硬
無
無
無
高
劃玻璃、切割金屬、鉆探機鉆頭、制裝飾品等
石墨
深灰色、有金屬光澤、不透明
細鱗片狀
最軟之一
優(yōu)良
2、良好
良好
電極、鉛筆芯、潤滑劑等
n 金剛石是天然存在的最硬的物質。
n 無定形碳:由石墨的微小晶體和少量雜質構成,沒有固定形狀。
常見的無定形碳:木炭、活性炭、焦炭、炭黑。
顏色、狀態(tài)
制法
用途
木炭
灰黑色的多孔性固體
木材隔絕空氣加強熱
燃料、黑火藥、制活性炭、冶煉金屬
活性炭
灰黑色多孔顆粒狀固體
木炭在高溫下用水蒸氣處理
凈化多種氣體和液體、作防毒面具
焦炭
淺灰色多孔性固體
煙煤隔絕空氣加強熱
冶煉金屬
炭黑
極細的黑色粉末
含碳物質不完全燃燒
墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等,作橡膠制品的填料
n 木炭、活性炭具有吸附性(物理
3、性質)?;钚蕴康奈叫愿鼜?。
四、 C60分子是一種由60個碳原子構成的分子,它形似足球,這種足球結構的碳分子很穩(wěn)定。
五、 金剛石、石墨、C60性質不同的原因:碳原子的排列方式不同。
六、 碳的化學性質
n 單質碳的物理性質各異,而各種單質碳的化學性質卻完全相同
n 在常溫下,碳的化學性質不活潑。
n 碳具有可燃性:C+O2CO2(充分燃燒) 2C+O22CO(不充分燃燒)
碳在氧氣中燃燒的現象:燃燒劇烈,發(fā)出白光;放熱;生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體。
木炭+氧化銅
澄清的石灰水
n 碳具有還原性:
C+2CuO2Cu+CO2↑
2Fe2O3+3C4Fe+3CO2
4、↑
單質碳的還原性可用于冶金工業(yè)。
七、 木炭還原氧化銅的實驗(見右圖)
【實驗操作】① 把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻,小心地鋪放進試管;
② 將試管固定在鐵架臺上。試管口裝有通入澄清石灰水的導管;
③ 集中加熱;
④ 過幾分鐘后,先撤出導氣管,待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象并分析。
【實驗現象】澄清的石灰水變渾濁;黑色固體逐漸變成紅色。
【化學方程式】C+2CuO2Cu+CO2↑
n 反應開始的標志:澄清的石灰水變渾濁。
n 在酒精燈上加網罩的目的:使火焰集中并提高溫度。
n 配制混合物時木炭粉應稍過量的目的:防止已經還原的銅被氧氣重新氧化。
5、
n 實驗完畢后先熄滅酒精燈的后果:石灰水倒吸入熱的試管中使試管炸裂。
八、 還原反應:含氧化合物里的氧被奪去的反應,叫做還原反應。
木炭是使氧化銅還原為銅的物質,具有還原性。木炭在反應C+2CuO2Cu+CO2↑中作還原劑。
第二節(jié) 二氧化碳制取的研究
一、 實驗室制取二氧化碳
n 原料:大理石或石灰石、稀鹽酸。
u 不用稀硫酸代替稀鹽酸的原因:稀硫酸與大理石反應生成微溶于水的硫酸鈣,阻礙反應的繼續(xù)進行。
u 不用濃鹽酸代替稀鹽酸的原因:濃鹽酸易揮發(fā),使生成的二氧化碳中混有氯化氫氣體而不純。
u 不用純碳酸鈣或碳酸鈉等代替大理石、石灰石的原因:它們與稀鹽酸反應速率太快,
6、不容易控制和收集,且成本較高。
n 反應原理:CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
n 發(fā)生裝置:同分解過氧化氫溶液制取氧氣的發(fā)生裝置(原因:固體和液體混合,在常溫下反應生成氣體)
n 收集裝置:向上排空氣法收集氣體的裝置(原因:二氧化碳能溶于水,且密度比空氣密度大)
n 檢查裝置的氣密性:用長頸漏斗插入液面內的氣體發(fā)生裝置,緊閉導氣管出口,從漏斗中加水。如果液面穩(wěn)定后水面下降,則表明漏氣;若水面不下降,則表明不漏氣。
n 驗滿:把燃著的木條放在集氣瓶口(不要伸入瓶內),如果火焰熄滅,證明二氧化碳已經收集滿了。
n 檢驗:把氣體通入澄清的石灰水中,如果澄清的石灰水變渾
7、濁,就證明收集的氣體是二氧化碳。
n 凈化:如果制取的二氧化碳中混有少量氯化氫氣體和水蒸氣時,可先將氣體通過盛有碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶(除去氯化氫),再通過盛有濃硫酸的洗氣瓶(除去水蒸氣并進行干燥)。
n 注意事項見第二單元。
二、 二氧化碳和氧化鈣的工業(yè)制法:CaCO3CaO+CO2↑
CO2
(2)
第三節(jié) 一氧化碳和二氧化碳
一、 二氧化碳的物理性質及對應的探究實驗:
CO2
(1)
n 無色無味,常溫常壓下為氣體。
n 一般情況下,二氧化碳的密度比空氣的密度大。
【實驗操作】如右圖(1),將CO2氣體慢慢倒入杯中。
【實驗現象】蠟燭自下而上依次熄滅。
8、
【實驗分析】二氧化碳氣體沿燒杯內壁流下,先聚集在底部,
然后逐漸上升,把杯內的空氣自下而上排出。
【實驗結論】① 一般情況下,二氧化碳既不能燃燒,也不能支持燃燒;
② 一般情況下,二氧化碳的密度比空氣的密度大。
n 二氧化碳能溶于水。
【實驗操作】如右上圖(2)向一個收集滿二氧化碳氣體的質地較軟的塑料瓶中加入約1/3體積的水,立即旋緊瓶蓋,振蕩。
【實驗現象】瓶體變癟。
【實驗分析】二氧化碳溶于水時,使瓶內的氣體體積減小,因而壓強減小,外界大氣壓把瓶子壓癟了。
【實驗結論】二氧化碳能溶于水。
二、 二氧化碳的化學性質
n 一般情況下,二氧化碳既不能燃燒,也不能支持燃燒。
9、
n 二氧化碳不能供給呼吸。(注意:二氧化碳沒有毒性)
n 二氧化碳能與水反應生成碳酸。
【實驗操作】取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥的紙花。第一朵紙花噴上稀醋酸,第二朵紙花噴上水,第三朵紙花直接放入盛滿二氧化碳的集氣瓶中,第四朵紙花噴上水之后,再放入盛滿二氧化碳的集氣瓶中,觀察四朵紙花的顏色變化。然后將第四朵紙花取出,小心烘烤,觀察現象。
【實驗現象】① 第一朵小花變紅;② 第二朵小花不變色; ③ 第三朵小花不變色; ④ 第四朵小花變紅; ⑤ 第四朵小花被烘烤后由紅色變成紫色。
【實驗分析】① 醋酸能使紫色小花變紅,說明酸(溶液)可以使紫色石蕊變紅;② 水不能使紫色石蕊變紅;③ 二氧化
10、碳不能使紫色石蕊變紅;④ 二氧化碳與水反應生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊變紅;⑤ 說明碳酸被分解了。
【化學方程式】CO2+H2O=H2CO3和H2CO3=H2O+CO2↑
【注意事項】
① 第二朵、第三朵紙花可以說明:水不能使紫色石蕊變紅,二氧化碳不能使紫色石蕊變紅,二氧化碳與水反應生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊變紅。
② 紙花必須是干燥的。如果紙花不是干燥的,那么在把第三朵紙花放入水中時,CO2會與紙花里的水分反應生成碳酸使紙花變紅,這樣就起不到對照的作用。
③ 二氧化碳不能使紫色石蕊變紅,但二氧化碳能使紫色石蕊溶液變紅。
n 二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁:CO2+Ca(OH)2=C
11、aCO3↓+H2O
n 二氧化碳能與灼熱的碳反應生成一氧化碳:CO2+C2CO
該反應是吸熱反應。該反應既是化合反應,又是氧化還原反應(CO2是氧化劑,C是還原劑)。
該反應是二氧化碳變?yōu)橐谎趸嫉囊环N方法。
三、 二氧化碳的用途
n 滅火(既利用了二氧化碳的物理性質,又利用了二氧化碳的化學性質)
原因:① 二氧化碳的密度比空氣大;② 一般情況下,二氧化碳既不能燃燒,也不能支持燃燒。
滅火器原理:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
n 干冰(固體二氧化碳):干冰升華吸收大量的熱,因此干冰可用于人工降雨、制冷劑。
n 光合作用:作氣體肥料,可以提高農作物的產量
12、。
四、 二氧化碳對環(huán)境的影響:造成溫室效應
【能導致溫室效應的氣體】二氧化碳、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氟氯代烷等。
五、 一氧化碳的物理性質:無色、無味的氣體,難溶于水,密度比空氣略小。
一氧化碳只能用排水法收集,不能用向下排空氣法收集。
六、 一氧化碳的化學性質
n 一氧化碳具有可燃性:2CO+O22CO2
【燃燒的現象】① 發(fā)出藍色火焰; ② 放熱; ③ 生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體。
煤爐從上至下,常發(fā)生的三個反應:2CO+O22CO2、CO2+C2CO、C+O2CO2
n 一氧化碳具有毒性。
原因:一氧化碳極易與血液中的血紅蛋白結合,造成生物體內缺氧,嚴重
13、時會危及生命。
正常的血液呈深紅色,當通入一氧化碳后,血液由深紅色變成淺紅色。
n 一氧化碳具有還原性。
七、 一氧化碳的用途:
n 可燃性:作氣體燃料(2CO+O22CO2)。
n 還原性:冶煉金屬(3CO+Fe2O32Fe+3CO2、CO+CuOCu+CO2)。
八、 一氧化碳的還原性
②
①
③
④
⑤
⑥
⑦
n 一氧化碳還原氧化銅的實驗:
【實驗裝置】見下圖(這是整套裝置,但只需掌握虛線框中內容,并且下文的操作、現象、結論僅針對虛線框內的實驗裝置)。
1-稀鹽酸 2-大理石 3-碳酸氫鈉溶液 4-濃硫酸 5-木炭 6-氧化銅 7-氫氧化鈣溶液
【
14、實驗操作】
① 先通入一氧化碳,在加熱前必須先檢驗一氧化碳的純度;
② 點燃酒精燈給玻璃管內的物質加熱;
③ 實驗完畢,先熄滅酒精燈;
④ 再通入一會兒一氧化碳直到試管冷卻。
【實驗現象】黑色粉末變成紅色,生成的氣體使澄清的石灰水變渾濁。
【實驗結論】一氧化碳能使氧化銅還原成銅,同時生成二氧化碳。
【化學方程式】CO+CuOCu+CO2
【注意事項】
① 檢驗一氧化碳純度的目的:防止加熱空氣和一氧化碳的混合氣體引起爆炸。
② 一氧化碳“早來晚走”,酒精燈“遲到早退”。
③ 一氧化碳“早來”,酒精燈“遲到”的目的:排凈裝置內的空氣,防止加熱空氣和一氧化碳的混合氣體引起爆炸。
15、
④ 一氧化碳“晚走”,酒精燈“早退”的目的:防止灼熱的銅重新被空氣中的氧氣氧化
(2Cu+O22CuO)。
⑤ 因為一氧化碳有劇毒,隨意排放會造成空氣污染,所以必須進行尾氣處理。
⑥ 7溶液的目的:① 證明反應生成二氧化碳; ② 除去裝置內的二氧化碳。
n 一氧化碳還原氧化鐵
【實驗裝置和實驗操作】與上面的實驗類似(⑥ 下的酒精燈要換成酒精噴燈)
【實現現象】紅色粉末逐漸變黑,生成的氣體使澄清的石灰水變渾濁。
【化學方程式】3CO+Fe2O32Fe+3CO2
【注意事項】鐵塊是銀白色的,但鐵粉是黑色的。
n 水煤氣(一氧化碳和氫氣的混合氣體):C+H2OCO+H2
n
16、在我們學過的還原劑還原金屬氧化物的反應中,只有兩個反應的條件是“加熱”,其他的都是“高溫”:
H2+CuOCu+H2O 和 CO+CuOCu+CO2
九、 一氧化碳和二氧化碳的性質比較
一氧化碳
二氧化碳
物理性質
無色無味的氣體,密度比空氣略小,難溶于水
無色無味的氣體,密度比空氣大,能溶于水
化學性質
可燃性、還原性、毒性
① 二氧化碳能和水反應生成碳酸
② 二氧化碳可以和四大強堿反應生成鹽和水
③ 二氧化碳能和碳單質反應
④ 二氧化碳能參與光合作用
檢驗方法
通過灼熱的氧化銅粉末,粉末由黑色逐漸變成紅色,產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁
通入澄清石灰水中,澄清石灰水變渾濁
主要用途
做燃料、冶煉金屬
滅火、制汽水、人工降雨
十、 三大還原劑:H2、C、CO——共同性質:可燃性、還原性。
十一、 三大可燃性氣體及燃燒時的火焰顏色:H2(淡藍色)、CO(藍色)、CH4(明亮的藍)
十二、 當碳與氧化劑不充分反應時,會生成一氧化碳。