20182018学年鲁科版必修1 第3章第1节 碳的多样性（第2课时） 学案

第2课时碳及其化合物间的转化 细读教材记主干一、自然界中碳及其化合物间的转化1转化示意图2溶洞及钟乳石的形成原理(模拟实验)写出有关反应方程式：溶洞的形成：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。钟乳石的形成：Ca(HCO3)2CaCO3H2OCO2。二、生产和生活中碳及其化合物间的转化1高炉炼铁(1)原料：焦炭和铁矿石。(2)铁矿石被还原：3COFe2O32Fe3CO2。2C、CO、CO2的转化关系用化学方程式表示为：2CO22CO(不完全燃烧)；2COO22CO2；CO2CO2(完全燃烧)；CO2C2CO。3碳在无机物和有机物间的转化1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵(NH4CNO)首次合成了有机物尿素分子式为CO(NH2)2，开创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。重点剖析1CO2与碱反应的原理CO2为酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水。CO2与碱反应时产物与二者的相对量有关，当碱足量时生成碳酸盐，当CO2足量时，生成碳酸氢盐。如与NaOH溶液反应：CO2不足时：CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2足量时：CO2NaOH=NaHCO3。2CO2与NaOH反应产物的判断(1)根据CO2与NaOH反应用量判断反应情况生成物12NaOH过量，只发生反应(余NaOH)Na2CO312CO2与NaOH恰好按反应Na2CO31两个反应均有Na2CO311恰好发生反应NaHCO311只发生反应CO2剩余，NaHCO3其上述转化关系可用数轴表示为： (2)根据向溶液中滴加盐酸的实验现象确定产物将CO2通入NaOH溶液中，充分反应后再向溶液中滴加盐酸，设产生的气体体积与加入盐酸的体积的关系如图所示，则依据a与b的关系可以判断溶液的组成并计算各组分的物质的量。(1)若a0，溶质只有NaHCO3；(2)若ab，溶质只有Na2CO3；(3)若ab，溶液为NaOH和Na2CO3(NaOH只消耗HCl，不产生气体)；(4)若0a7。(1)如果此时溶液的溶质是单一成分，可能是_。(2)如果反应后溶液中有两种溶质，然后逐滴缓慢滴加1 mo1L1的盐酸，所得气体(不考虑溶解于水)的体积与所加盐酸的体积关系如图所示。开始滴加盐酸时，无气体产生，写出OA段发生反应的离子方程式：_。产生的CO2在标准状况下的体积为_mL。B点时，反应所得溶液中溶质的物质的量浓度是_mo1L1(溶液体积的变化忽略不计)。解析：(1)CO2和NaOH反应的产物要根据二者的量的相对多少来确定，如果是单一成分，则为Na2CO3或NaHCO3。(2)OA段消耗的HCl多于AB段消耗的HCl，故反应后的溶质为Na2CO3和NaOH，OA段发生反应：NaOHHCl=NaClH2O，Na2CO3HCl=NaHCO3NaCl。AB段发生反应：NaHCO3HCl=NaClH2OCO2。n(CO2)nAB(H)0.1 mol，V(CO2)2 240 mL。B点恰好完全反应，溶质为NaCl，根据Na原子守恒，n(NaCl)n(NaOH)0.3 mol，c(NaCl)0.75 molL1。答案：(1)Na2CO3或NaHCO3(2)OHH=H2O，COH=HCO2 2400.75重点剖析实现上述六个转化的反应有：与过量酸反应：CO2H=H2OCO2；特别提醒(1)与稀盐酸反应生成无色无味且使澄清石灰水变浑浊气体的离子可是CO或HCO。(2) (3)H2OCOHCOH2OCO2。典例印证例题2现有A、B、C、D四种化合物都含钾元素，A、B、C和足量的盐酸反应后，均可生成D；若将固体C加热后可生成A和无色无毒的气体E，该气体能使澄清石灰水变浑浊；若在A溶液中通入足量E，可生成C；若B与C的溶液混合可生成A。请回答下列问题。(1)推断A、B、C、D的化学式A_；B_；C_；D_。(2)A溶液中通入足量E反应的离子方程式为：_。(3)B溶液与C溶液反应的离子方程式为：_。(4)仅凭有气体E生成，能否断定A、C的组成？_。解析气体E无色无味且能使澄清石灰水变浑浊，为CO2，C为KHCO3，A为K2CO3；B与KHCO3溶液混合可生成K2CO3，B为KOH，A、B、C和足量的盐酸反应后，均可生成D，D为KCl。HCO和CO都可与盐酸反应生成CO2气体，所以不能仅凭有CO2气体生成，断定哪个是K2CO3，哪个是KHCO3。答案(1)K2CO3KOHKHCO3KCl(2)COCO2H2O=2HCO(3)OHHCO=H2OCO(4)不能推断题的解题关键是找出推断的突破口，该题的突破口是“气体E能使澄清石灰水变浑浊”，可知E是CO2，再分析其他条件，可推出其他物质。2下列叙述中正确的是()A向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成B向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为12C等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同D向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出解析：选DCaCO3与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2与NaHCO3不反应，A错误；向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，只发生反应：COH=HCO，无气体放出，B错误；根据反应方程式可知，84 g NaHCO3与106 g Na2CO3生成的CO2相同，C错误；D中发生了反应：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，由于生成的NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，所以NaHCO3结晶析出。题组碳及其化合物间的转化1判断正误(1)高炉炼铁过程中，碳元素只显示还原性。()(2)所有物质都不能在CO2中燃烧。()(3)CO、CO2均属于温室气体。()(4)用醋酸除水垢的离子方程式为2CH3COOHCaCO3=Ca22CH3COOCO2H2O。()(5)在Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O中，碳元素既表现氧化性又表现还原性。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2下列有关碳及其化合物间的相互转化属于氧化还原反应的是()ANaHCO3NaOH=Na2CO3H2OBCO2Na2CO3H2O=2NaHCO3C3COFe2O32Fe3CO2DCa(HCO3)2CaCO3H2OCO2解析：选C反应前后元素化合价发生变化的反应为氧化还原反应。3CO2是造成“温室效应”的主要气体，对于在自然界中的转化，下列说法正确的是_。(1)大气中的CO2能被海洋溶解一部分。(2)自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程。(3)CO2主要是植物的光合作用消耗，因此植树造林能有效减弱“温室效应”。(4)加热碳酸氢钙溶液会变浑浊，加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊。(5)钟乳石、石笋是由于CaCO3和Ca(HCO3)2的相互转化形成的。解析：CO2气体在水中的溶解度不大，但海洋中的水可溶解一部分CO2气体，自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程，正常条件下CO2“收支平衡”，自然界中的CO2就会保持不变，否则就会产生温室效应；Ca(HCO3)2不稳定，其溶液加热会分解，而NaHCO3固体受热分解，在溶液中不分解。答案：(1)(2)(3)(5)一、选择题1下列各组物质中的两种物质作用时，反应物用量的改变对生成物没有影响的是()AC和O2BCO2和Ca(OH)2CNa2CO3和盐酸 DNa2O2和CO2解析：选DA项，2CO2(不足)点燃,2CO，CO2(足量)点燃,CO2；B项，Ca(OH)2CO2(少量)=CaCO3H2O，Ca(OH)22CO2(足量)=Ca(HCO3)2；C项，Na2CO3HCl(少量)=NaClNaHCO3，Na2CO32HCl(足量)=2NaClCO2H2O。2下列反应的离子方程式正确的是()ANa2CO3溶液与石灰乳：Ca2CO=CaCO3BNaHCO3溶液与NaOH溶液：HCOOH=COH2OCNaOH溶液中通入足量CO2：CO22OH=COH2ODNa2CO3溶液中滴加少量盐酸：CO2H=CO2H2O解析：选BA项，Ca(OH)2应写成化学式，不能拆开；C项，NaOH与足量CO2反应，应生成HCO；D项，CO与少量H反应，生成HCO，不放出CO2。3在含有7.4 g Ca(OH)2的澄清石灰水中通入CO2气体后，得到8 g白色沉淀，则通入CO2气体的体积在标准状况下为()A一定是2.24 LB一定小于2.24 LC一定大于2.24 LD可能小于2.24 L，也可能大于2.24 L解析：选D往Ca(OH)2溶液中通入CO2气体，可能发生两个反应：CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，当CO2过量时：CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，由题目可知所给Ca(OH)2的物质的量nCa(OH)20.1 mol，理论上最多可制得碳酸钙10 g，消耗CO2 2.24 L。而现在只制得碳酸钙8 g，则可能有两种情况：一种是CO2的量少了，只发生第一个反应，另一种情况是CO2稍过量，一部分参与了第二个反应。4不能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的实验操作是()A分别在这两种物质的溶液中，加入少量澄清石灰水B分别加热这两种固体，将生成的气体通入澄清石灰水中C分别在这两种物质的溶液中，加入少量氯化钙溶液D分别在这两种物质的等浓度的溶液中，加入少量的稀盐酸解析：选AA项，Na2CO3Ca(OH)2=CaCO32NaOH；依题意知NaHCO3过量，则2NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3Na2CO32H2O，均产生白色沉淀，无法区分两者。B项，加热两固体时，NaHCO3受热分解产生CO2，Na2CO3无变化，可用加热来区分两者。C项，向两物质的溶液中加CaCl2，Na2CO3与CaCl2反应生成沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应。D项，在等浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中加少量的盐酸，NaHCO3溶液中先有气体产生。5可以说明溶液中大量存在CO的理由是()A加入AgNO3溶液有白色沉淀产生B加入盐酸有无色无味气体产生C加入MgCl2时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀全部溶解，且产生可以使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸，反应现象如选项C所述解析：选CA项不可说明，与AgNO3作用生成白色沉淀的还有Cl等；B项不可说明，与盐酸作用产生无色无味气体的还有NaHCO3等；D项，不可说明，NaHCO3等物质亦会有此现象。6将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()解析：选DCO2通入KOH和Ca(OH)2溶液中发生的反应可以分为以下几个阶段：产生沉淀阶段：CO22OHCa2=CaCO3H2O；无沉淀产生阶段：CO22OH=COH2O，COCO2H2O=2HCO；沉淀溶解阶段：CO2CaCO3H2O=Ca22HCO。7标准状况下将4.48 L CO2通入1 L 0.3 molL1NaOH溶液中，当CO2与NaOH完全反应时，则下列说法正确的是()A溶液中只有一种阴离子(OH除外)B溶液中溶质的物质的量之比为12C反应后有CO2逸出D反应后的溶液还可以吸收部分CO2解析：选Dn(CO2)0.2 mol，n(NaOH)0.3 mol。因1，故反应后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，则还可以吸收部分CO2。所以A、C错，D正确。由碳元素和钠元素守恒得：解得B错误。8CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是()ACaCl2溶液 BCa(OH)2溶液CBa(OH)2溶液 DCa(ClO)2溶液解析：选AB中生成CaCO3，C中生成BaCO3，D中生成CaCO3，A不反应。二、非选择题9实验室中氢氧化钠溶液在空气中放置，因密封不好会变质，有关反应的离子方程式为_；为了检验一瓶氢氧化钠溶液是否已变质，可取少量该溶液向其中加入_，若_，则说明烧碱溶液已经变质。为了除去烧碱溶液中的杂质，应加入适量的_，并进行过滤。解析：空气中含少量CO2，与NaOH反应：2NaOHCO2=Na2CO3H2O，检验NaOH溶液是否变质，实质是鉴定CO的存在；除去NaOH溶液中的Na2CO3时，实质是除CO，且注意不要引入杂质离子。答案：2OHCO2=COH2O氯化钙溶液(其他合理答案也可)有白色沉淀生成氢氧化钙溶液10有一种黑色固体A在氧气中充分燃烧生成气体B。向充有B的集气瓶中加入少量澄清石灰水，出现白色沉淀C，振荡后沉淀消失得溶液D。把D分成两份，一份中加入稀盐酸，又生成气体B，另一份中加入过量NaOH溶液又生成C。回答：(1)则A、B、C、D的名称分别为_、_、_、_。(2)写出有关反应的离子方程式：BC_。CD_。DB_。DC_。解析：澄清石灰水中通入CO2生成沉淀C，则C为CaCO3，继续通入CO2，沉淀消失得D溶液，则D为Ca(HCO3)2。答案：(1)碳二氧化碳碳酸钙碳酸氢钙(2)CO2Ca22OH=CaCO3H2OCaCO3CO2H2O=Ca22HCOHCOH=CO2H2OCa22HCO2OH=CaCO3CO2H2O11有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的几种：K、H、Ba2、Mg2、CO、SO，现取两份该溶液各100 mL进行如下实验：第一份加入足量NaHCO3溶液后，收集到气体 0.03 mol。第二份加入足量Ba(NO3)2溶液充分反应后过滤干燥，得沉淀4.66 g。根据上述实验回答：(1)原溶液中一定不存在的离子是_。(2)原溶液中可能存在的离子是_。(3)中发生反应的离子方程式为_。(4)经计算，原溶液中一定存在的阴离子的物质的量浓度为_。解析：(1)根据现象知，该溶液中一定存在与碳酸氢根离子反应生成气体的H，一定不存在与H反应的碳酸根离子；所以溶液中存在的阴离子为硫酸根离子，一定不存在与硫酸根离子反应的Ba2；(2)根据实验现象无法确定溶液中是否含有K、Mg2；(3)碳酸氢根离子能和酸反应生成二氧化碳和水HCOH=CO2H2O；(4)设硫酸根的物质的量为xmol。Ba2SO=BaSO4 1 mol 233 g x mol 4.66 gx0.02，所以c0.2 molL1。答案：(1)CO、Ba2(2)K、Mg2(3)HCOH=CO2H2O(4)0.2 molL112某固体物质A受热分解，生成B、C、D三种物质。B是一种钾盐，向B的水溶液中加入澄清石灰水，产生白色沉淀E；E溶于盐酸放出无色无味气体D；将D通入澄清石灰水中，先出现浑浊现象，然后又变澄清；C在常温下是一种无色液体。(1)写出A、B、E的化学式。A_，B_，E_。(2)写出反应的化学方程式。A受热分解：_。将D通入澄清石灰水中，先出现浑浊现象，然后又变澄清：_。(3)写出反应的离子方程式。向B的水溶液中加入澄清石灰水，产生白色沉淀E：_；E溶于盐酸放出无色无味的气体D：_。解析：无色无味能使澄清石灰水出现浑浊的气体D是CO2，白色沉