2017-2018学年高一化学鲁科版必修1教学案第3章第1节第2课时碳及其化合物间的转化

第2课时碳及其化合物间的转化eq\a\vs4\al(1.掌握CO2与碱反应产物的确定。,2.掌握CO2、CO\o\al(2－,3)、HCO\o\al(－,3)之间的相互转化。)eq\a\vs4\al()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：CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2。钟乳石的形成：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋H2O＋CO2↑。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：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2↑。2．C、CO、CO2的转化关系用化学方程式表示为：①2C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO(不完全燃烧)；②2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2；③C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2(完全燃烧)；④CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO。3．碳在无机物和有机物间的转化[重点剖析]1．CO2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：①CO2不足时：CO2＋2NaOH=Na2CO3＋H2O；②CO2足量时：CO2＋NaOH=NaHCO3。2．CO2与NaOH反应产物的判断(1)根据CO2与NaOH反应用量判断eq\f(nCO2,nNaOH)反应情况生成物＜1∶2NaOH过量，只发生反应①(余NaOH)Na2CO3＝1∶2CO2与NaOH恰好按①反应Na2CO3eq\f(1,2)＜eq\f(nCO2,nNaOH)＜1①②两个反应均有Na2CO3＝1∶1恰好发生反应②NaHCO3＞1∶1只发生反应②CO2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a＝0，溶质只有NaHCO3；(2)若a＝eq\f(1,2)b，溶质只有Na2CO3；(3)若a>eq\f(1,2)b，溶液为NaOH和Na2CO3(NaOH只消耗HCl，不产生气体)；(4)若0<a<eq\f(1,2)b，溶质为Na2CO3和NaHCO3。解决此类问题时，常结合守恒关系来求解。3．根据产物的量确定产物成分若已知溶液蒸干后所得固体质量，可采用极值法，假设固体全部是Na2CO3或NaHCO3，即CO2与NaOH全部转化为Na2CO3或NaHCO3，将已知条件与计算所得结果比较，即可确定其成分。根据固体质量和碳原子(或钠原子)守恒建立方程。[特别提醒]过量CO2与NaOH溶液和Ca(OH)2溶液反应的实质相同，都是CO2＋OH－=HCOeq\o\al(－,3)，而少量CO2与两者反应的离子方程式不同：NaOH：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O，Ca(OH)2：CO2＋2OH－＋Ca2＋=CaCO3↓＋H2O。[典例印证][例题1]在标准状况下，0.672LCO2通入含1.6gNaOH的溶液中，反应后得到Na2CO3和NaHCO3的混合物2.74g，则混合物中Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比为()A．1∶1B．1∶2C．2∶1D．2∶3[解析]NaOH与CO2反应时，随着二者相对量的不同，产物会有所不同，解答此类题目时可依据两个守恒：钠守恒和碳守恒。n(NaOH)＝eq\f(1.6g,40g·mol－1)＝0.04mol，n(CO2)＝eq\f(0.672L,22.4L·mol－1)＝0.03mol，假设混合物中Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为x和y，根据钠元素守恒得：2x＋y＝0.04mol；根据碳元素守恒得：x＋y＝0.03mol；解得：x＝0.01mol，y＝0.02mol，所以n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝1∶2。[答案]BCO2与碱反应的有关计算，常采用守恒法，一般考虑碳原子和钠原子的守恒关系列方程解，可省去写方程式的步骤，简化计算。1．向100mL3mol·L－1的NaOH溶液中缓慢通入一定量的CO2，充分反应，测得最后溶液的pH>7。(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1mo1·L－1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。①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：_____________。②产生的CO2在标准状况下的体积为________mL。③B点时，反应所得溶液中溶质的物质的量浓度是________mo1·L－1(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)①OA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：NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl。AB段发生反应：NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。②n(CO2)＝nAB(H＋)＝0.1mol，V(CO2)＝2240mL。③B点恰好完全反应，溶质为NaCl，根据Na原子守恒，n(NaCl)＝n(NaOH)＝0.3mol，c(NaCl)＝0.75mol·L－1。答案：(1)Na2CO3或NaHCO3(2)①OH－＋H－=H2O，COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)②2240③0.75[重点剖析]实现上述六个转化的反应有：①eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与活泼金属氧化物反应：CO2＋Na2O=Na2CO3，,与过量碱反应：CO2＋2OH－=CO\o\al(2－,3)＋H2O；))②与过量酸反应：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=H2O＋CO2↑；③eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与少量酸反应：CO\o\al(2－,3)＋H＋=HCO\o\al(－,3)，,与CO2、H2O反应：CO\o\al(2－,3)＋H2O＋CO2=2HCO\o\al(－,3)；))④eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与碱反应：HCO\o\al(－,3)＋OH－=H2O＋CO\o\al(2－,3)，,受热分解：2NaHCO3\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑；))⑤eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与酸反应：HCO\o\al(－,3)＋H＋=H2O＋CO2↑，,受热分解：CaHCO32\o(=,\s\up7(△))CaCO3＋CO2↑＋H2O；))⑥eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与少量碱反应：CO2＋OH－=HCO\o\al(－,3)，,与CO\o\al(2－,3)、H2O反应：CO2＋CO\o\al(2－,3)＋H2O=2HCO\o\al(－,3)。))[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COeq\o\al(2－,3)或HCOeq\o\al(－,3)。(2)(3)H2O＋COeq\o\al(2－,3)eq\o(→,\s\up7(OH－),\s\do5())HCOeq\o\al(－,3)eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5())H2O＋CO2。[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。HCOeq\o\al(－,3)和COeq\o\al(2－,3)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)COeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)(3)OH－＋HCOeq\o\al(－,3)=H2O＋COeq\o\al(2－,3)(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1∶2C．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：COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，无气体放出，B错误；根据反应方程式可知，84gNaHCO3与106gNa2CO3生成的CO2相同，C错误；D中发生了反应：Na2CO3＋H2O＋CO2=2NaHCO3，由于生成的NaHCO3的溶解度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2CH3COOH＋CaCO3=Ca2＋＋2CH3COO－＋CO2↑＋H2O。()(5)在Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O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()A．NaHCO3＋NaOH=Na2CO3＋H2OB．CO2＋Na2CO3＋H2O=2NaHCO3C．3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2D．Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3＋H2O＋CO2↑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。3．CO2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()A．C和O2B．CO2和Ca(OH)2C．Na2CO3和盐酸D．Na2O2和CO2解析：选DA项，2C＋O2(不足)点燃,2CO，C＋O2(足量)点燃,CO2；B项，Ca(OH)2＋CO2(少量)=CaCO3↓＋H2O，Ca(OH)2＋2CO2(足量)=Ca(HCO3)2；C项，Na2CO3＋HCl(少量)=NaCl＋NaHCO3，Na2CO3＋2HCl(足量)=2NaCl＋CO2↑＋H2O。2．下列反应的离子方程式正确的是()A．Na2CO3溶液与石灰乳：Ca2＋＋COeq\o\al(2－,3)=CaCO3↓B．NaHCO3溶液与NaOH溶液：HCOeq\o\al(－,3)＋OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2OC．NaOH溶液中通入足量CO2：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2OD．Na2CO3溶液中滴加少量盐酸：COeq\o\al(2－,3)＋2H＋=CO2↑＋H2O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HCOeq\o\al(－,3)；D项，COeq\o\al(2－,3)与少量H＋反应，生成HCOeq\o\al(－,3)，不放出CO2。3．在含有7.4gCa(OH)2的澄清石灰水中通入CO2气体后，得到8g白色沉淀，则通入CO2气体的体积在标准状况下为()A．一定是2.24LB．一定小于2.24LC．一定大于2.24LD．可能小于2.24L，也可能大于2.24L解析：选D往Ca(OH)2溶液中通入CO2气体，可能发生两个反应：CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O，当CO2过量时：CaCO3＋H2O＋CO2=Ca(HCO3)2，由题目可知所给Ca(OH)2的物质的量n[Ca(OH)2]＝eq\f(7.4g,74g·mo1－1)＝0.1mol，理论上最多可制得碳酸钙10g，消耗CO22.24L。而现在只制得碳酸钙8g，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，Na2CO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋2NaOH；依题意知NaHCO3过量，则2NaHCO3＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，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COeq\o\al(2－,3)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：CO2＋2OH－＋Ca2＋=CaCO3↓＋H2O；无沉淀产生阶段：CO2＋2OH－=COeq\o\al(2－,3)＋H2O，COeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2O=2HCOeq\o\al(－,3)；沉淀溶解阶段：CO2＋CaCO3＋H2O=Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)。7．标准状况下将4.48LCO2通入1L0.3mol·L－1NaOH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1∶2C．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)＝0.2mol，n(NaOH)＝0.3mol。因eq\f(1,2)＜eq\f(nCO2,nNaOH)＝eq\f(2,3)＜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：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(nNa2CO3＋nNaHCO3＝0.2，,2nNa2CO3＋nNaHCO3＝0.3，))解得eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(nNa2CO3＝0.1，,nNaHCO3＝0.1，))B错误。8．CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是()A．CaCl2溶液B．Ca(OH)2溶液C．Ba(OH)2溶液D．Ca(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：2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O，检验NaOH溶液是否变质，实质是鉴定COeq\o\al(2－,3)的存在；除去NaOH溶液中的Na2CO3时，实质是除COeq\o\al(2－,3)，且注意不要引入杂质离子。答案：2OH－＋CO2=COeq\o\al(2－,3)＋H2O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：B→C_________。C→D_________。D→B___________。D→C___________。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)CO2＋Ca2＋＋2OH－=CaCO3↓＋H2OCaCO3＋CO2＋H2O=Ca2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2OCa2＋＋2HCOeq\o\al(－,3)＋2OH－=CaCO3↓＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2O11．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＋、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)，现取两份该溶液各100mL进行如下实验：①第一份加入足量NaHCO3溶液后，收集到气体0.03mol。②第二份加入足量Ba(NO3)2溶液充分反应后过滤干燥，得沉淀4.66g。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)①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①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HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O；(4)设硫酸根的物质的量为xmol。Ba2＋＋SOeq\o\al(2－,4)=BaSO4↓1mol233gxmol4.66gx＝0.02，所以c＝eq\f(0.02mol,0.1L)＝0.2mol·L－1。答案：(1)COeq\o\al(2－,3)、Ba2＋(2)K＋、Mg2＋(3)HCOeq\o\al(－,3)＋H＋=CO2↑＋H2O(4)0.2mol·L－112．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。①A受热分解：__________________。②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。①向B的水溶液中加入澄清石灰水，产生白色沉淀E：________