高中化学 《碳的多样性》学案10 鲁科版必修1

专心 爱心 用心1 第第 3 3 章章 自然界中的元素自然界中的元素 学习导言学习导言 章节知识概说章节知识概说 本章的核心内容是元素化合物知识 主要是应用第 2 章的概念和理论知识认识物质的性质 探讨物质 在生产 生活中的应用 以及人类活动对生态环境的影响 本章首先以碳元素的多样性为线索 探索了碳单质 碳的化合物以及碳元素转化的多样性 然后以硫 及其化合物的转化为线索 探索了不同价态硫元素在自然界 实验室 生活 生产中的转化 紧接着以氮 的循环为线索 探讨了氮在自然界中的循环 氮循环过程中的重要物质 以及人类活动对氮循环的影响 最后通过海洋这个蕴藏众多元素的领域 引入了更多的元素化合物知识 通过探讨从海洋中提取物质的途 径 学习了镁 溴 碘等元素的知识 这样 就把零散的元素化合物的知识有机地结合在了一起 充分体 现了高观点 大视野和多角度的特色 课标理念感悟课标理念感悟 知识与技能 根据生产 生活中的应用实例或通过实验探究 了解碳及其重要化合物的主要性质 以 及它们在自然界和生活 生产中的相互转化 通过氮的循环 了解氮气 氨气 铵盐以及硝酸的主要性质 认识它们在生产中的应用 通过实验探究了解硫单质 二氧化硫等的主要性质 探讨不同价态硫元素之间 的转化途径 通过了解海洋中的重要元素 认识金属镁 溴单质 碘单质和卤化物的主要性质及其在生产 中的应用 过程与方法 运用氧化还原理论研究物质的氧化性和还原性 探讨含有相同元素的物质之间的相互转 化 情感态度与价值观 通过了解人类活动对氮循环的影响 酸雨问题和海洋资源的综合利用 认识人类 活动对生态环境的影响 培养与环境和平相处的情感以及运用化学知识解决环境和资源问题的兴趣和热情 第第 1 1 节节 碳的多样性碳的多样性 在一百多种元素中 有一种元素组成的单质和化合物种类已经远远超过三千万种 你知道这是哪一种 元素吗 对了 这种元素就是碳元素 在初中我们接触过碳 知道碳既是构成生物体的基本元素 又是构成地 壳中岩石和化石燃料的主要元素 碳以多种形态存在于自然界中 下面 就让我们一起来感受碳的多样性 吧 研习教材重难点 研习点研习点 1 1 碳单质的多样性碳单质的多样性 1 同素异形体 1 同素异形体的概念 由同一种元素组成的性质不同的几种单质 叫做该元素的同素异形体 2 常见的同素异形体 碳 金刚石 石墨 C60 氧 氧气 臭氧 O3 领悟 整合 由于同素异形体由同种元素构成 所以同素异形体往往具有相似的化学性质 但由于组成同素异形体 各种单质的原子间连接的方式不同 即结构不同 因此同素异形体的物理性质往往有很大差别 2 金刚石 石墨 C60 1 结构 金刚石 每个碳原子与另外 4 个碳原子以一种较强的相互作用相连接 形成正四面体结构 向空间 伸展形成空间网状结构 石墨 石墨晶体是层状结构 在同一层内 碳原子排列成正六边形 碳原子位于正六边形的顶点上 专心 爱心 用心2 一个个正六边形排列成平面网状结构 每一个碳原子都跟其他 3 个碳原子相连 在同一层内 相邻的碳原 子以较强的相互作用相结合 但层与层之间以一种较弱的相互作用相结合 C60 C60分子是由 60 个碳原子构成的 它的形状像足球 由 12 个正五边形和 20 个正六边形组成 分子内部 碳原子间以较强的相互作用结合 但分子间的相互作用较弱 2 性质 同素异形体金刚石石墨 C60 主要物理性质硬度大 熔沸点高硬度小 熔沸点高 易导电硬度小 熔沸点低 主要化学性质相似 如在一定条件下都可与氧气反应 生成 CO2 知识 链接 昂贵的实验 1797 年英国化学家钱南为了测出金刚石的成分 做了一个非常昂贵的实验 他将金 刚石放在密闭的 充满氧气的箱子里进行燃烧 箱子是纯金制的 结果却令人非常意外 子里的气体 成分竟然是二氧化碳 碳 60 家族 这一类物质的分子式可以表示为 Cn n 为 28 到 540 之间的整数值 有 C50 C60 C70 C84 C240等 科学家预言 C540有可能实现室温超导 也有设想将某些药物置入 C60球体空腔 内 成为缓释型的药物 碳 60 家族已经广泛地影响到物理 化学 材料科学 生命及医药科学各领域 碳纳米管 碳纳米管可分单层及多层的碳纳米管 它是由单层或多层同心轴石墨层卷曲而成的中空 碳管 碳纳米管非常微小 5 万个并排起来才有人的一根头发丝宽 利用碳纳米管可以制成高强度碳纤维 材料和复合材料 如其强度为钢的 100 倍 重量则只有钢的 1 6 被科学家称为未来的 超级纤维 碳纳米管在航天 电子 储氢等诸多领域有广泛的应用前景 典例典例 1 1 近年来 科学家在氦的气氛中给石墨通电 使石墨挥发 在石墨挥发的黑烟中发现了 C60 它的金属渗入物具有可贵的超导性质 北京大学首先将 C60渗锡 获超导转变温度 为 37 K 的好成绩 下列关于 C60的叙述正确的是 A 是一种新型的化合物 B 是碳元素的一种同素异形体 C C60燃烧时可生成 CO2 D 摩尔质量是 720 解析 解析 这是一道与分子 C60相关的题目 主要考查学生对基本概念的掌握及有关信息获取的能力 涉 及的中学化学知识有化合物 同素异形体 摩尔质量等基本概念 C60属于单质 由一种元素组成 与金 刚石 石墨互为同素异形体 由于 C60由碳元素构成 因此 在一定条件下可以燃烧生成 CO2 D 选项中摩 尔质量的单位为 g mol 1 答案 答案 B C 研习点研习点 2 2 广泛存在的含碳化合物广泛存在的含碳化合物 1 常见的含碳化合物 1 有机化合物 如蛋白质 淀粉 油脂 以及石油 液化气 天然气等的主要成分 2 无机化合物 CO CO2 H2CO3 碳酸钠 碳酸氢钠 大理石 方解石 白云石 菱锌矿 菱镁矿 菱铁矿等 2 碳酸钠和碳酸氢钠 1 碳酸钠和碳酸氢钠的比较 化学式 Na2CO3NaHCO3 俗名纯碱 苏打小苏打 色态白色粉末细小白色晶体 溶解性易溶于水较易溶于水 溶解度较 Na2CO3小 热稳定性不易分解受热易分解 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 专心 爱心 用心3 与 HCl 反应Na2CO3 2HCl CO2 H2O 较快 NaHCO3 HCl CO2 H2O 剧烈 与 NaOH 反应不反应HCO3 OH CO32 H2O 与 CO2反应Na2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3不反应 用途 用于玻璃 肥皂 造纸 纺织等工业 洗涤剂 发酵剂 灭火器 医疗上用于治胃酸过多 2 碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别方法 热稳定性不同 分别加热少量固体 若发生分解反应 将产生的气体通入澄清的石灰水中 石灰水 变浑浊的原试剂是 NaHCO3 另一个为 Na2CO3 和酸反应生成气体的速率不同 分别取一定量的固体 加入等浓度等体积的盐酸 反应快 产生气 体相应多的为碳酸氢钠 另一个为碳酸钠 阴离子不同 分别取其稀溶液 滴加氯化钡稀溶液或 CaCl2溶液 产生沉淀的原试剂为碳酸钠 另 一个为碳酸氢钠 特别注意 该方法必须取极稀溶液 3 Na2CO3和 NaHCO3在一定条件下的相互转化 溶液中 NaHCO3 NaOH Na2CO3 H2O Na2CO3 CO2 H2O 2NaHCO3 固体中 NaOH NaHCO3 Na2CO3 H2O 2NaHCO3 Na2CO3 CO2 H2O 品思 感悟 Na2CO3与盐酸反应是分步进行的 Na2CO3 HCl NaHCO3 NaCl NaHCO3 HCl CO2 H2O 1 由于 NaHCO3跟 HCl 反应一步完成 所以 NaHCO3跟 HCl 反应比 Na2CO3跟 HCl 反应放出 CO2的速率 快 2 当 Na2CO3溶液与稀盐酸反应时 加入试剂的次序不同 产生的现象不同 若往碳酸钠溶液中滴 加盐酸 由于碳酸钠的量多 而加入的酸 氢离子 少 第二步反应尚未进行 产生的气体较少 有可能 在滴加的局部范围内完成二步反应 看到有气体产生 滴加一定量以后 溶液已转化为碳酸氢钠溶液 再加入盐酸 很快反应产生气体 量也较多 若将碳酸钠溶液滴加到盐酸中 则情况大不一样 试管中酸 充足过量 滴入碳酸钠溶液很快完成上述二步反应 因此很容易观察到气体产生 利用上述现象 可以不 用任何试剂鉴别二者 典例典例 2 2 下列说法中不正确的是 A Na2CO3比 NaHCO3易溶于水 B Na2CO3比 NaHCO3稳定 C 石灰水能与 Na2CO3反应 而不能与 NaHCO3反应 D 与足量盐酸反应要得到相同质量的 CO2 用 NaHCO3比 Na2CO3的质量要多 解析 解析 石灰水也能与 NaHCO3反应 使酸式盐变成正盐 Ca OH 2 2NaHCO3 CaCO3 Na2CO3 2H2O 制取相同质量的 CO2 如都制取 44 g CO2 在盐酸足量的情况下 需 NaHCO3 84 g 需 Na2CO3则 106 g NaHCO3 HCl NaCl CO2 H2O 84g 44g Na2CO3 2HCl 2NaCl CO2 H2O 106g 44g 答案 答案 C D 典例典例 3 3 现有一包混有少量碳酸氢钠的碳酸钠固体 称得其质量为 10 00g 请回答 1 除去该混合物中的碳酸氢钠的方法是 2 若将该混合物加热至质量不再变化时 剩余固体质量为 9 38g 计算原混合物中碳酸钠的质量 分数 解析 解析 1 根据 NaHCO3受热分解生成 Na2CO3 H2O 气 CO2 将混合物加热至不再产生气体为止 专心 爱心 用心4 可除去该混合物中的碳酸氢钠 2 题中介绍 加热至固体质量不再变化 就指明其中 NaHCO3已完全分解 而固体减少的质量是 放出 CO2和 H2O 气 的质量之和 设原混合物中含 NaHCO3质量为 x 由题意知 2 NaHCO3 Na2CO3 H2O CO2 2 84g 18 44 g x 10 00g 9 38g 168g 62g x 10 00g 9 38g 解得 x 1 68g Na2CO3 g gg 00 10 68 1 00 10 100 98 32 答案 答案 1 将混合物加热至不再产生气体为止 2 98 32 研习点研习点 3 3 碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化 1 自然界中碳及其化合物的转化 1 碳及其化合物在自然界中的转化示意图 大 气 中 的 CO2 火 山 草原 森林 煤 天然气 石油 海底 岩石 化石 燃料 岩 石 海 水 光 合 作 用 呼 吸 作 用 燃 烧 风 化 生 物 遗 体 转 移 到 陆 地 吸 收 2 模拟溶洞的形成 溶洞的形成原理 石灰岩的主要成分是碳酸钙 碳酸钙遇到溶有二氧化碳的水时 会慢慢变成可溶于水的碳酸氢钙 Ca HCO3 2 当受热或压强突然变小时 水中碳酸氢钙会分解 重新变成碳酸钙沉积下来 在自然界里不断发生上述反应 石灰岩逐渐变成碳酸氢钙而溶解掉 形成溶洞 碳酸氢钙不断分解 生成的碳酸钙逐渐沉积 形成千姿百态的钟乳石 石笋和石柱 实验报告 实验目的 探究溶洞的形成原理 实验准备 将 CO2通入澄清石灰水中 得到 CaCO3白色沉淀 备用 实验方案及实验记录 实验步骤实验现象化学方程式 向得到的悬浊液中继续通入足量 的 CO2气体 CaCO3白色沉淀逐渐溶解CaCO3 CO2 H2O Ca HCO3 2 将所得溶液小心加热溶液重新变浑浊并冒出气泡 Ca HCO3 2加热CaCO3 CO2 H2O 专心 爱心 用心5 梳理 总结 自然界在永不停息的进行着碳的转化 这种转化形式多种多样 速度也有快有慢 总体上处于平衡状态 但是 由于现代化工业社会过多燃烧煤炭 石油和天然气 这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进 入大气 破坏了这种平衡 造成了 温室效应 2 生产和生活中碳及其化合物间的转化 1 高炉炼铁 原料 焦炭 铁矿石 高炉煤气的主要成分 CO CO2 Fe2O3 N2等 CO 生成的化学方程式 C O2加热CO2 C CO2加热 2CO 还原铁的氧化物的化学方程式 Fe2O3 3CO加热2 Fe 3CO2 2 木炭燃烧 C O2 CO2 2C O2 2CO 2CO O2 2CO2 C CO2 2CO 生成水煤气的化学方程式为 C H2O加热CO H2 联想 发散 碳作还原剂的特殊性 碳作还原剂 温度越高 还原性越强 在反应中碳的氧化产物可以是 CO2和 CO 当温度较低时 理论上小于 710 碳倾向生成稳定的 CO2 如 实验室用 C 还原 CuO 一般温度超 过 1000 只要有固态碳存在 生成的气体是 CO 而 CO 作还原剂 温度越低还原性越强 如 CO 只有在 低于 600 时 才能还原 FeO 所以在高炉中主要的出铁反应是在炉体上部 低温区 发生的 3 水垢的形成 有关化学方程式为 Ca HCO3 2加热CaCO3 CO2 H2O 如何除去水壶中的水垢 加入醋酸 可以将 CaCO3物质等溶解 4 无机化合物与有机化合物间的转化 1828 年 德国化学家维勒用无机物氰酸铵合成出有机化合物 尿素 打破了无机物和有机物之间 的界限 碳及其化合物的转化 对人的生活 生产来说意义重大 典例典例 4 4 近年来大气中 CO2增多 引起 温室效应 请回答有关问题 1 空气中 CO2的主要来源是什么 2 自然界中消耗 CO2的主要过程是哪些 解析 解析 本题引导学生要关注生活 关注环境问题 做到学以致用 这是新课程的重要精神 尽管二氧 化碳的产生途径很多 但是大量化石燃料的燃烧是产生二氧化碳的主要来源 由于江 海的面积大 将溶 解大量二氧化碳 光合作用也将消耗大量二氧化碳 答案 答案 1 含碳燃料的大量燃烧 2 溶于江水 海水 绿色植物的光合作用 岩石的风化等 典例典例 5 5 古代的 药金 外观与金相似 常被误认为是金子 冶炼方法如下 将碳酸锌 赤铜 Cu2O 木炭混合加热至 800 得金光闪闪的 药金 1 药金 的主要成分是 2 有关冶炼的化学方程式是 解析 解析 解答本题可借用 相似类推 以旧知识迁移应用于题给信息 解题思路为 由碳酸钙 碳酸镁在高温时分解生成金属氧化物和二氧化碳的事实可推知 碳酸锌在高温时也分解 专心 爱心 用心6 生成氧化锌和二氧化碳气体 由碳与氧化铜在高温时反应生成铜和二氧化碳的事实可推知 碳在高温时也 能将赤铜 Cu2O 中的铜和氧化锌中的锌置换出来 本身被氧化成二氧化碳 由此可知答案 答案 答案 1 Zn Cu 2 ZnCO3高温ZnO CO2 C 2Cu2O高温4Cu CO2 C 2ZnO高温2Zn CO2 探究解题新思路探究解题新思路 基础思维探究基础思维探究 题型一 同素异形体 典例典例 1 1 金刚石 石墨 C60性质有所不同 是由于 A 构成原子不同B 原子的各自排列方式不同 C 具有不同的几何外形 D 硬度不同 解析 解析 金刚石 石墨 C60三者是碳元素的同素异形体 构成原子完全相同 只是其内部碳原子排列 方式不同 才导致它们结构不同 进而性质不同 答案 答案 B 友情提醒 友情提醒 同素异形体是本节一个重要的概念 同学们一定要把握其实质 同素 即由同种元素组 成 异形 即结构不同 这也决定了它们的性质 特别是物理性质是不同的 结构决定性质 是化学 的重要规律 对此要不断地加深理解 注重应用 拓展 变式 1 1985 年科学家发现的 C60分子是由 60 个碳原子构成的 它的形状像足球 图 C 因此又叫 足球烯 1991 年科学家又发现一种碳的单质 碳纳米管 它是由六边形的碳原子构成的管状大分 子 图 D 图中 A B 分别是金刚石或石墨的结构示意图 图中小黑点或小黑圈均代表碳原子 用你 所学到的化学知识回答下列问题 1 常温下足球烯和碳纳米管的化学性质是否活泼 2 请你设计一个方案 证明足球烯和碳纳米管都是由碳元素组成的 以足球烯为例 用简要 文字叙述 1 解析 解析 分析题目时应将足球烯 碳纳米管的结构 性质与金刚石 石墨的结构性质相联系 由于碳原子排列的不同 导致它们的物理性质有较大差异 但金刚石 石墨 足球烯 碳纳米管都是 由碳原子构成的碳单质 它们的化学性质 常温下稳定性 可燃性 还原性 是相同的 因此 这些 碳单质在常温下性质稳定 证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的 首先利用其可燃性说明其含 有碳元素 其次通过定量测定证明其只含碳元素 答案 答案 1 不活泼 2 将它放在充满 O2的密闭容器里使之燃烧 只生成 CO2 且 CO2里所 含碳元素的质量等于足球烯所减少的质量 题型二 Na2CO3与稀盐酸的反应过程 典例典例 2 2 现有 25mL 2mol L 的 Na2CO3 溶液和 75mL 1mol L 的稀盐酸 将 Na2CO3溶液缓缓滴加到盐 专心 爱心 用心7 酸中 将稀盐酸缓缓滴加到 Na2CO3溶液中 在标准状况下产生的气体情况是 A 均为 0 84L B 均为 0 56L C D 解析 解析 虽然都是 Na2CO3与盐酸反应 但滴加顺序不同 结果产生的 CO2的量不一定相同 将 Na2CO3溶液滴入盐酸中 刚开始盐酸过量 Na2CO3 2HCl 2NaCl CO2 H2O 应按盐酸的量计算气体体积 V1 22 4L mol 0 075mol 1 2 0 84L 将盐酸滴入 Na2CO3溶液中 反应分两步 Na2CO3 HCl NaCl NaHCO3 NaHCO3 HCl NaCl CO2 H2O 生成的 CO2用第二步余下的盐酸计算 V2 0 075mol 0 05mol 22 4L 0 56L 所以 V1 V2 答案 答案 C 总结提升 总结提升 本题考查的是 Na2CO3 与盐酸反应时 因试剂的滴加顺序不同 产生的气体体积也不 同 计算时 要分析清楚化学反应的过程 正确写出反应式是关键 拓展 变式 2 向碳酸钠的浓溶液中逐滴加入稀盐酸直到不再产生二氧化碳气体为止 则在此过程中 溶液 的碳酸氢根离子浓度变化趋势可能是 A 逐渐减小 B 逐渐增大 C 先逐渐增大 而后减小 D 先逐渐减小而后增大 你的选择是 填正确选项的标号 试用化学方程式和简要文字表达其理由 2 解析 解析 本题考查可溶性正盐与强酸反应的过程及逻辑思维能力和科学语言的表达能力 初中化学所学的碳酸钠与盐酸的反应 Na2CO3 2HCl 2NaCl CO2 H2O 是在两两混合的情况下一 步完成的 而本题所给的关键信息是 碳酸钠的浓溶液 和 逐滴加入稀盐酸 由于碳酸钠是强电 解质 在溶液中完全电离 Na2CO3 2Na CO32 在其浓溶液中存在大量 CO32 离子 逐滴加稀盐酸时 加入的 H 立即与 CO32 结合 H CO32 HCO3 导致 HCO3 离子浓度逐渐增大 当加入的盐酸中所含 H 的物 质的量与溶液中 CO32 的物质的量相等时 HCO3 达到最大值 再继续加酸时 H 将进一步与 HCO3 结合 H HCO3 H2O CO2 导致 HCO3 离子浓度又逐渐变小 当加入的盐酸中所含氢离子的物质的量为 Na2CO3 溶液中碳酸根离子物质的量的两倍时 反应完全 HCO3 浓度几乎为零 答案 答案 C 首先因为有 Na2CO3 2Na CO32 和 CO32 H HCO3 的反应 溶液中 HCO3 的浓度逐渐增大 而后又因进一步反应 H HCO3 CO2 H2O 而使溶液中 HCO3 的浓度逐渐减小 题型三 二氧化碳与碱的反应 典例典例 3 3 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 m g V mL m g V mL m g V mL m g V mL ABCD 解析 解析 CO2通入 KOH 和 Ca OH 2的混合稀溶液中 首先 CO2和 Ca OH 2反应生成 CaCO3沉淀 当 Ca OH 2完全反应完后 沉淀达到最大量 CO2与 KOH 溶液反应生成 K2CO3 K2CO3再转化为 KHCO3溶液 沉淀量保持不变 如果继续通入 CO2 CO2与 CaCO3反应沉淀溶解 直到沉淀完全溶解 且生成沉淀消耗的 专心 爱心 用心8 CO2和溶解沉淀消耗的 CO2的量相等 答案 答案 A 方法导引 方法导引 本题是一道图象题 将化学反应的过程用图象的形式表示 解此类题应注意首先要理解坐 标的含义 然后观察曲线的形状走向 注意曲线的起点 折点 终点等特殊点 再与反应原理结合综合分 析 解本题还应注意判断反应的先后顺序 当足量二氧化碳通入氢氧化钾和氢氧化钙混合稀溶液中 因二 氧化碳在强碱水溶液中以 CO32 形式存在 CO32 与 Ca2 生成白色沉淀 所以二氧化碳与氢氧化钙溶液先反 应 当二氧化碳再通入碳酸钙和氢氧化钾的混合物中 二氧化碳先与氢氧化钾溶液反应 拓展 变式 3 1 写出典例 3 中有关反应的离子方程式 2 将典例 3 中反应后所得溶液加热煮沸 有何现象 写出反应的离子方程式 3 若将标准状况下 2 24 L 二氧化碳通入 400 mL 0 3 mol L 1的氢氧化钾溶液中 生成何种 物质 其物质的量分别是多少 3 解析 解析 1 见上题 2 最后的溶液是 KHCO3和 Ca HCO3 2的混合溶液 它们都容易分解 其中 Ca HCO3 2更容易分解 在溶液中分解的主要是 Ca HCO3 2 3 将二氧化碳通入氢氧化钾溶液中 发生的反应主要有 CO2 2KOH K2CO3 H2O K2CO3 CO2 H2O 2 KHCO3 n KOH 0 4L 0 3 mol L 1 0 12 mol 假设恰好生成 K2CO3 则消耗 CO20 06mol 假设恰好生成 KHCO3 则消耗 CO20 12mol n CO2 0 1 mol 介于二者之间 因此 生成的物质应该是 K2CO3和 KHCO3 设 K2CO3和 KHCO3的物质的量分别为 x y 则有 x y 0 1 mol 碳守恒 2x y 0 12 mol 钠守恒 解得 x 0 02 mol y 0 08 mol 答案 答案 1 CO2 2OH Ca2 CaCO3 H2O CO2 2OH CO32 H2O CO32 CO2 H2O 2HCO3 CaCO3 CO2 H2O Ca2 2HCO3 2 冒出气泡 产生白色沉淀 Ca2 2HCO3 加热CaCO3 CO2 H2O 3 K2CO3 0 02 mol KHCO3 0 08 mol 综合思维探究综合思维探究 题型一 学科内综合题 典例典例 4 4 从某悬浊液开始 可以发生如下框图所示的一系列变化 悬浊液 悬浊液 悬浊液 白色 固体 白色 固体 操作 无色 溶液 无色 溶液 空气中长时间放置 反应 稀盐酸无色 溶液 无色 气体A 反应 图 1 回答下面问题 1 操作 的名称是 在操作 中所使用的玻璃仪器的名称是 专心 爱心 用心9 2 写出反应 和反应 的化学方程式 反应 反应 3 在实验室中 如果获得干燥纯净的气体 A 可以将它通过如图 2 中的装置 其中瓶 中盛放的 试剂是 瓶 中盛放的试剂是 收集干燥气体 A 的方法是 A 干燥纯净的A 图 2 解析 解析 悬浊液是 Ca OH 2 过滤得到白色固体是 Ca OH 2 无色溶液是澄清石灰水 白色固体 Ca OH 2 在空气中长时间放置发生如下反应 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O 加稀盐酸发生如下反应 CaCO3 2HCl CaCl2 CO2 H2O 进而全题可顺序作答 答案 答案 1 过滤 漏斗 玻璃棒烧杯 2 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O Ca OH 2 Ca HCO3 2 2CaCO3 2H2O 3 饱和 NaHCO3溶液 浓 H2SO4 向上排气法 启发引申 启发引申 本题是一道融框图推断 实验 包括气体的收集 干燥 净化 为一体的综合实验题 对 于框图推断题 先找出解题的 题眼 再逐个推断 气体的除杂 干燥是气体制备的重要步骤 应注意 选择除杂剂 干燥剂的条件 如二氧化碳气体中混有氯化氢气体 应将混合气体通过饱和碳酸氢钠溶液除 去 而不应选择碳酸钠溶液 然后结合下面的 拓展 变式 进一步分析混合气体中各成分检验原理 先 后顺序 并比较气体的除杂与气体的检验区别 拓展 变式 4 某无色混合气体可能含有 CO2 CO H2O 水蒸气 H2中的一种或几种 依次进行如下连续处 理 假定每步处理均反应完全 通过碱石灰时 气体体积变小 通过赤热的氧化铜时 固体变 为红色 通过白色硫酸铜粉末时 粉末变为蓝色 通过澄清的石灰水时 溶液变得浑浊 由此可 以确定混合气体中含有 4 解析 解析 由 可知碱石灰吸收的是 CO2或 H2O 或两者的混合物 由 可知 CuO 被还原为 Cu 还原剂为 CO 或 H2或二者的混合物 由 可知 反应 生成了 H2O 故原混合气体中一定有氢气 由 反应 可知 反应 又生成了 CO2 故原混合气体中一定有 CO 答案 答案 混合气体中一定含有 CO H2 至少含有 H2O CO2中的一种 题型二 实际应用题 典例典例 5 5 用石灰水保存鲜蛋是一种化学保鲜方法 这种保存鲜蛋方法的原理是 石灰具有强碱性 杀菌能力强 Ca OH 2能与鲜蛋呼出的 CO2反应 生成碳酸钙薄膜 起保护 作用 石灰水是电解质溶液 能使蛋白质凝聚 石灰水能渗入蛋内中和酸性物质 A B C D 解析 解析 石灰有杀菌的作用 可以制作农药 Ca OH 2 CO2 CaCO3 H2O 生成 CaCO3沉淀形成 专心 爱心 用心10 薄膜 可以防止细菌的侵入 使蛋白质凝聚加速蛋变质 与蛋内物质反应会影响鲜蛋的质量 答案 答案 A 考向指南 考向指南 学以致用才能体现出知识的价值 用石灰水保存鲜蛋是我们熟悉的 但其中的原理是什么 这 是同学们非常感兴趣的 在解决问题的过程中 不仅能巩固所学知识 而且能培养我们的学习兴趣 在新 课标下 这类题型将会成为一种主流题型 同学们应多加注意 拓展 变式 5 我国是最早生产和使用钢铁的国家 在古代 人们把烧红的生铁放在铁砧上反复锤打最终使 生铁转化为钢 请写出上述过程中最关键反应的化学方程式 5 解析 解析 抓住生铁和钢的区别在于前者含碳量高 后者含碳量低的特征 要使生铁变成钢就是 降低含碳量 联想碳的可燃性 将烧红的生铁反复锤打 就是让碳充分与空气接触 从而达到除去的 目的 答案 答案 C O2点燃CO2 题型三 实验操作题 典例典例 6 6 某实验小组拟用 50 mL NaOH 溶液吸收 CO2气体 制备 Na2CO3溶液 为了防止通入的 CO2气体 过量生成 NaHCO3 设计了如下实验步骤 用 25 mLNaOH 溶液吸收 CO2气体 至 CO2气体不再溶解 小火煮沸溶液 1min 2min 在得到的溶液中加入另一半 25 mL NaOH 溶液 使其充分混合 此方案能制得较纯净的 Na2CO3 第一步的实验装置如图所示 A 盐 B25mL NaOH溶液 1 将块状大理石加入试管中的正确方法是 2 写出 两步的化学反应方程式 3 装置 B 中盛放的试剂是 作用是 4 有人认为将实验步骤 的顺序对调 即先混合再煮沸 更合理 你认为对吗 填 对 或 不对 理由 解析 解析 1 将试管平放 用镊子把块状大理石放在试管口 将试管慢慢竖起 使块状大理石缓缓滑 至试管底部 2 NaOH CO2 NaHCO3 NaHCO3 NaOH Na2CO3 H2O 3 饱和 NaHCO3溶液 除去 HCl 4 不对 若不先驱除溶液中溶解的 CO2气体 则实验 加入的 NaOH 溶液将有一部分与 CO2气体反 应 使 NaOH 溶液不能完全转化为 Na2CO3 这样制取的 Na2CO3中就会混有 NaHCO3 答案 答案 见解析 启发引申 启发引申 给定实验装置和操作过程 解释有关问题一类的实验题 一般来说起总体难度不大 但同 专心 爱心 用心11 学们平常的答题情况却不乐观 主要原因在于 一是对实验不重视 特别是不能认真独立完成课本规定的 实验 导致对实验现象的解释 安全措施的实施 偶发事故的处理等无法准确作答 二是对知识的综合运 用能力差 对实验综合考虑和整体处理的能力差 无法全面作答 根据这样的现状以及试题特点 实验学 习时应该做到一个了解 五个会 即了解实验目的 步骤和原理 学会控制条件 学会使用仪器 学会观 察分析 学会解释结果得出相应结论以及学会设计简单的实验方案 同时还要培养七种意识 即 动手 操作意识 安全意识 规范化意识 环保意识 质量意识 定量意识 创新 质疑意识 拓展 变式 6 某同学做 证明鸡蛋壳的成分中含有碳酸根离子 的实验 设计了如下方案 如图所示 经检验装置的气密性合格后加入试剂 鸡蛋壳 浓盐酸 澄清 石灰水 蒸馏水 石蕊试液 结果发现 II 中先变浑浊 稍后又变澄清 1 描述 I 中发生的现象是 2 分析 III 中可能出现的现象是 3 根据我们所学的知识 你认为上述哪几种现象结合在一起足以说明鸡蛋壳的成分中含有碳 酸根离子 4 上述方案中 什么实验是多余的 6 解析 解析 证明物质中含有 CO32 的方法是 该物质与盐酸反应能产生无色气泡 且该气体能是 澄清的石灰水变浑浊 出现上述两点现象即可证明物质中含有 CO32 鸡蛋壳的主要成分是 CaCO3 本题是验证鸡蛋壳中含有的 CO32 鸡蛋壳不溶于水 但它能与盐酸反应而溶于盐酸中 同时产生二 氧化碳气体 该气体通过导管进入 II 中 使石灰水变浑浊 变浑浊的原因是因有难溶于水的 CaCO3 生成的缘故 继续通入 CO2后 CO2与 CaCO3 H2O 反应能生成 Ca HCO3 2 使石灰水变澄清 鸡蛋壳与 盐酸反应产生的气泡附在鸡蛋壳上使蛋壳受到的浮力增大 导致鸡蛋壳浮在液面上 CO2还能与水反 应生成碳酸 酸能使紫色的石蕊试液变红 答案 答案 1 鸡蛋壳逐渐溶解 并有大量气泡产生 鸡蛋壳浮在液面上 2 溶液由紫色变成红 色 3 I 中鸡蛋壳逐渐溶解 并有大量气泡产生 II 中出现浑浊 两种现象结合足以说明鸡蛋壳 含有 CO32 或 I 中现象和 II 中现象 4 III 题型四 学科间渗透题 典例典例 7 7 请据下图回答 经数小时后 U 形管 A B 两处的液面会出现下列哪种情况 实验装置足以 维持实验过程中小白鼠的生命活动 瓶口密封 忽略水蒸气和温度变化对实验结果的影响 小白鼠 H2O AB 足量NaOH溶液 专心 爱心 用心12 A A 处上升 B 处下降 B A B 两处都下降 C A 处下降 B 处上升 D A B 两处都不变 解析 解析 这是一道以化学为中心 含盖了生物 化学 物理三科相关知识的一道综合实验试题 试题 创设了一个小白鼠在密闭容器中 进行呼吸作用的学生课外小实验的情景 从生物学角度分析 生活在玻 璃密闭容器中的小白鼠 通过呼吸作用 吸收玻璃瓶内的氧气 并呼出等量的二氧化碳气 小白鼠的这一 生命活动 虽不会造成密闭容器内气体压强的变化 但却改变了该密闭容器内氧气 二氧化碳气的含量 氧气含量降低 二氧化碳含量上升 从化学角度分析 小白鼠呼吸作用生成的二氧化碳 可以被与之串联 的另一玻璃瓶中小烧怀里的氢氧化钠溶液吸收 生成碳酸钠和水 这一反应的化学方程式是 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O 伴随上述反应的发生 密闭容器中的气体压强将会下降 从物理学角度分析 当 该密闭体系内的压强下降 在外界大气压的作用下 会造成 U 形管中 A 处液面下降 使内外气体压强重新 达到平衡 从而可以确定选项 C 符合题意 答案 答案 C 总结提升 总结提升 本题以生物的呼吸作用为起始点 以二氧化碳与氢氧化钠溶液发生的化学反应为中心 以 物理中反应体系气体压强的变化为设问 生物 化学 物理三个学科的知识相互交叉和渗透 从总体内容 分析 应当属于化学试题 属于以化学为中心 物理 化学 生物三个学科综合的跨学科试题 拓展 变式 7 下图是生物在地理环境形成中的作用示意图 读图回答问题 太 阳 辐 射 绿色 植物 动 土 壤 加快岩 石风化 促进土壤形成 ABCDE F G H M 1 填出图中 A B C D E F G H M 所代表的物质的化学式 化学元素或化学物质名称 A B C D E F G H M 2 绿色植物对地理环境的形成和发展起着非常重要的作用 最根本的原因是绿色植物能够通 过光合作用把太阳能转化为化学能 光合作用的总反应式是 3 绿色植物的光合作用制造出葡萄糖 葡萄糖是一种重要的营养物质 它是人类生命活动所 需能量的重要来源之一 它在人体组织中进行氧化反应 放出热量 以供应人们所需要的能量 试写 出化学反应方程式 4 分析图 运用生物 化学知识 试述自然界消耗 CO2的 3 种主要途径 7 解析 解析 图中 A 表示绿色植物进行光合作用时 从空气中吸收的 CO2 B 表示绿色植物光合作 用产生的氧气回归到大气中 C 表示动物从大气圈中吸收氧气 D 表示动物通过呼吸作用向大气圈输 出 CO2 E 表示微生物分解有机残体向大气中释放 N2 F 表示微生物分解有机残体 把二氧化碳 碳 酸盐 铝 镁 磷 硫和腐殖质运送到水中 G 表示从水中攫取游离氧 H 表示绿色植物的枯枝残叶 无机物 经微生物分解 M 表示绿色植物从土壤中吸收 H2O N 和其他化学元素 答案 答案 1 A 二氧化碳 B 氧气 C 氧气 D 二氧化碳 E N2 F 二氧化碳 碳酸盐 铝 镁 磷 硫和腐殖质 G 游离氧 H 无机物 M H2O N 和其他化学元素 专心 爱心 用心13 3 C6H12O6 6O2 缓慢氧化 6CO2 6H2O 4 绿色植物的光合作用 溶于江水 海水 岩石的风化 创新思维探究创新思维探究 题型一 开放探究题 典例典例 8 8 将 nmol 木炭粉和 1mol 氧化亚铁在反应器中混合 隔绝空气加强热 可能发生的化学反应有 Fe C Fe CO 2FeO C 2Fe CO2 FeO CO Fe CO2 和 若 n 1 4 充分反应后 反应器中的固体物质是 气体产物是 若 n 4 充分批应后 反应器中的固体物质是 气体产物是 若反应的气体产物是混合物 n 的取值范围是 若反应的气体产物是混合物 且混合物中 CO 和 CO2的物质的量相等 则 n 的值为 解析 解析 解该题的思路首先从多种反应的特点出发 结合反应 和 得出 C 和 FeO 的物质的量比大 于或等于 1 1 时 只生成 CO 若比值是小于或等于 1 2 时 只生成 CO2 在 1 1 和 1 2 之间既有 CO 也有 CO2生成 在数轴上可分为二点三区间 1 2 只有CO2只有CO 1 既有CO2 也有CO 结合题意木炭和 FeO 的比值判断某一反应物是否过量 确定所发生的反应 再根据反应方程式的相加 原理 简化计算步骤 最后应用范围讨论解法求解 分析问题 中前三个方程式知 C 有还原性 CO2有一定的氧化性 既然题意是可能发生的反应 所以 方程 是 C CO2 2CO 对于问题 n 1 4 C 和 FeO 物质的量之比是 1 4 说明 FeO 过量 所以 容器内的固体除产物 Fe 外 还应有 FeO 而气体只有 CO2 对于问题 C 和 FeO 物质的量之比是 4 1 说明木炭过量 从反应区间知 经充分反应后 容器内 的固体除产物 Fe 外 还应有木炭 而气体只有 CO 对于问题 气体产物是混合物 只能是 CO 和 CO2 则固体物质只有 Fe 根据前面的分析 n 值应在 1 1 和 1 2 之间 即 1 2 n 1 说明木炭既要参加 式反应 又要参加 式反应 对于问题 要求混合气体中 CO 和 CO2物质的量相等 可将 式和 式按题意相加得 3FeO 2C 3Fe CO CO2 若 FeO 为 1mol 则 C 为 2 3 答案 答案 C CO2 2CO FeO 和 Fe CO C 和 Fe CO 1 2 n 1 2 3 友情提醒 友情提醒 有些复杂的计算题由于涉及关系量繁杂 需要列表图示以求直观助思 还有些化学计算题 中涉及到的化学知识用坐标曲线的形式表达出来更形象 概念性强 寓题意于变化的曲线之中 此法常用 于解题的分析之中 有些计算题的不定因素多 答案有多元性 解这类题时不能仅靠数学方法 还要化学 知识范围内分不同情况进行讨论 去掉不合理因素 得出正确结论 拓展 变式 8 一黑色固体单质在氧气中燃烧之后生成两种气体 A 和 B 生成物的总含氧量为 2 3 已知 A 气 专心 爱心 用心14 体有毒性 可燃烧生成 B 气体 试回答 1 A 是什么 请从生物学角度解释其具有毒性 2 求 A B 在生成的混合气体中的百分含量 8 解析 解析 由一黑色固体单质燃烧后有两种气体生成 应知两种气体是单质的两种不同氧化物 常见的黑色固体单质有碳 其氧化物恰为两种 其中 CO 有毒性 且燃烧生成 CO2 所以得到 A B 计算 A B 百分含量可取 100 g 混合气体计算 答案 答案 1 A 是 CO 它的毒性是因为血液中的血红蛋白对它的高度亲和力 当 CO 进入血液中的 时候 血液中的血红蛋白对 CO 的亲和力远高于对 O2的亲和力 所以 CO 完全溶解于血液 而 O2无法 再被血液吸收并运送到各需要的组织 最后导致机体缺氧 这便是 CO 的毒性原因 2 设生成的 100 g CO 和 CO2中 CO 的物质的量为x CO2的物质的量为y 由氧元素的含量为 2 3 即 C O 1 2 可得两方程 28 g mol 1x 44 g mol 1y 100 g 2 1 y2x molg16 yx molg12 1 1 解得x y 1 389 mol 题型二 社会热点题 典例典例 9 9 1 图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国 由于大气中 CO2含量的剧增 大量珊瑚礁 主要成 分是碳酸钙 被海水侵蚀 其原因是 用化学方程式表示 2 温室效应导致海平面上升 引起温室效应的人为原因主要是 3 为了控制温室效应 各国科学家提出了不少方法和设想 有人根据液态 CO2密度大于海水密度 的事实 设想将 CO2液化后 送入深海海底 以减小大气中 CO2的浓度 为使 CO2液化 可采用的措施是 A 减压 升温 B 增压 升温 C 减压 降温 D 增压 降温 4 科学家研究发现 用 汽水 一种能释放 CO2的弱酸性溶液 浇灌植物能促进植物的生长 原 因是它能 加强呼吸作用 加强光合作用 改良碱性土壤 调节 pH 加强植物蒸腾作用 A B C D 5 快速 有效地减缓大气中 CO2大量增加的生态学措施是 A 使用天然气等燃料 B 控制全球人口增长 C 植树造林 保护森林 D 立即减少煤和石油的燃烧 解析 解析 二氧化碳微溶于水 溶于水后会与碳酸钙反应 导致碳酸钙溶解 增大压强 降低温度会使 气体的溶解度增大 植物的呼吸作用放出 CO2 植物蒸腾作用与外界温度及水分有关 与 CO2的浓度无关 植物的光合作 用需要吸收 CO2 且 CO2溶于土壤的水生成的碳酸电离的 H 可以改良碱性土壤 调节 pH 促进植物对 Ca2 Mg2 的吸收 所以 汽水 浇灌植物能促进植物的生长 随着社会的进步 对能源的消耗也将进一步增多 所以不可能立即减少煤和石油的燃烧 使用天然气 等燃料也会产生 CO2 只有绿色植物的光合作用会吸收大量的 CO2 且见效快 答案 答案 1 CaCO3 CO2 H2O Ca HCO3 2 2 大量燃烧煤 石油等矿物燃料 3 D 4 B 5 C 专心 爱心 用心15 启发引申 启发引申 本题以二氧化碳的性质为载体 综合考查学生的环保意识 引导学生关注社会 关注未来 题目选材新颖 涉及面广 起点高 落点低 具有很强的时代性 拓展 变式 9 人类目前对煤和石油的过度应用 使空气中 CO2浓度增大 导致地球表面温度升高 形成了 温室效应 科学家对 CO2的增多带来的负面影响较为担忧 于是提出了将 CO2通过管道输送到海底 这可减缓空气中 CO2浓度的增加 请你根据 CO2的性质回答 1 这样长期下去 将给海洋造成什么样的影响 2 你认为消除这些影响的最好方法是什么 9 解析 解析 1 根据影响气体的溶解度的因素可知 CO2在海底的溶解度将大大增加 且可以液 体的形式存在 这时 CO2和水将发生如下变化 CO2 H2O H2CO3 而 H2CO3能电离出氢离子 所以海 水的酸性也将大大增强 这将破坏海洋的生态系统 带来不堪设想的后果 2 由以上分析可知 为减少空气中 CO2 的含量必须 减少对煤和石油产品的用量 积极 开发新能源 加大植树造林的力度 答案 答案 见解析 高考思维探究高考思维探究 考题 1 2005 全国 10 向 0 1 mol L 1 NaOH 溶液中通入过量 CO2后 溶液中存在的主要离子是 A Na CO32 B Na HCO3 C HCO3 CO32 D Na OH 解析 解析 在初中我们就学过 酸性氧化物与碱反应生成盐和水 但到底是生成正盐 还是酸式盐呢 规 律是 碱过量生成正盐 酸性氧化物过量生成酸式盐 因此 NaOH 溶液中通入过量 CO2后 得到的盐是 NaHCO3 并且 NaOH 溶液由于不足量而完全反应 因此 反应后 溶液中存在的主要离子是 Na 和 HCO3 答案 答案 B 友情提示 友情提示 解这类题 明确反应原理是最关键的 NaOH 溶液中逐渐通入 CO2 可以认为二者首先反应 生成 Na2CO3 然后过量的 CO2继续与 Na2CO3溶液反应生成 NaHCO3 考题 2 2005 春 29 化学活动课上 三组学生分别用图示甲 乙两装置 探究 NaHCO3 和 Na2CO3与稀盐酸的反应 按表中的试剂用量 在相 同条件下 将两个气球中的固体 粉末同时倒入试管中 装置的气密性已检查 请回答 1 各组反应开始时 装置中的气球体积先变大 该装置中反应的离子方程式 是 2 当试管中不再有气体生成时 三组实验出现不同现象 填写下表的空格 试剂用量实验现象分析原因 第 组 0 42 g NaHCO3 0 53 g Na2CO3 甲中气球与乙中气球的体积相 等 甲 乙盐酸均过量 n NaHCO3 n Na2CO3 专心 爱心 用心16 3 mL 4 mol L 盐酸V甲 CO2 V乙 CO2 第 组 0 3 g NaHCO3 0 3 g Na2CO3 3 mL 4 mol L 盐酸 甲中气球比乙中气球的体积大 甲中气球比乙中气球的体积大 第 组 0 6 g NaHCO3 0 6 g Na2CO3 3 mL 2 mol L 盐酸 片刻后 乙中气球又缩小 甲 中气球的体积基本不变 用离子方程式表示 解析 解析 Na2CO3与稀盐酸的反应时 先生成NaHCO3 然后 NaHCO3再与稀盐酸反应生成 NaCl H2O CO2 因此 NaHCO3与稀盐酸反应的速率快 据此第 2 题也能顺利解答 须特别说 明的是 0 6 g Na2CO3与 3 mL 2 mol L 盐酸反应时 Na2CO3过量 过量的 Na2CO3溶液与生成的 CO2气体 慢慢反应 因此 出现了 片刻后 乙中气球又缩小 的现象 答案 答案 1 甲 HCO3 H H2O CO2 2 试剂用量实验现象分析原因 甲 乙盐酸均过量 n NaHCO3 n Na2CO3 V甲 CO2 V乙 CO2 甲 乙盐酸均不足量 消耗的n NaHCO3 n Na2CO3 V甲 CO2 V乙