初中化学九年级上册碳单质与碳的氧化物复习知识清单

初中化学九年级上册碳单质与碳的氧化物复习知识清单

一、碳的单质——金刚石、石墨与C60

（一）同种元素组成的不同单质

【基础】【重要】碳元素形成的单质种类繁多，其根本原因在于碳原子的排列方式不同。原子之间的排列方式（即晶体结构）决定了物质的性质。这体现了化学中“结构决定性质”的核心思想。常见的碳单质包括金刚石、石墨和C60分子等，它们都由碳元素组成，但物理性质差异巨大。

（二）金刚石与石墨的对比

【高频考点】【非常重要】

1、金刚石的结构与性质：金刚石中的碳原子形成一种立体网状结构，每个碳原子都与周围的四个碳原子通过强烈的相互作用（共价键）紧密连接，形成一个坚固、稳定的三维骨架。这种结构赋予了金刚石极高的硬度，是天然存在的最硬的物质。同时，其内部结构稳定，电子难以自由移动，因此不导电。其高折射率使其呈现璀璨光泽。

2、石墨的结构与性质：石墨中的碳原子排列成层状结构，在同一层内，碳原子连接成六边形网状结构，层与层之间则通过较弱的相互作用结合。这种层状结构决定了石墨的物理性质：由于层间作用力弱，可以滑动，因此石墨质软，有滑腻感，可用作铅笔芯和润滑剂。每个碳原子仍有未参与成键的自由电子，这些电子可以在层内自由移动，因此石墨具有良好的导电性。石墨的熔点很高，因为破坏层内强大的共价键需要消耗大量能量。

3、金刚石与石墨物理性质差异的根源：两者物理性质天差地别的根本原因在于碳原子的排列方式（或说晶体结构）不同，而非构成它们的碳原子本身不同。这是一个极易混淆的【易错点】，必须明确：同种原子由于排列不同，可以形成性质迥异的物质。

4、无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑等通常称为无定形碳，它们主要也是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。其中，【重要】活性炭因具有疏松多孔的结构，表面积非常大，因此具有很强的吸附能力，可用于防毒面具、制糖工业的脱色剂、净水器等。吸附作用是物理性质的应用。

（三）C60分子及其他新型碳材料

【拓展】【热点】

1、C60分子：由60个碳原子构成的分子，形似足球，又称“足球烯”。它属于分子晶体，是由分子构成的物质，质地脆，有润滑性。C60的发现拓展了人们对碳单质的认识，开辟了碳化学的新领域。

2、碳纳米管：由石墨原子层卷曲而成的管状结构，具有强度高、质量轻、导电性好等特点，在材料科学、电子学等领域有广阔的应用前景。

3、石墨烯：从石墨材料中剥离出的单层碳原子片层，是目前已知最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料，被称为“黑金”。

4、考点与考向：常以选择题、填空题形式考查金刚石、石墨的结构、性质与用途的对应关系，强调结构决定性质。【常见题型】提供物质名称或结构模型，判断其性质或用途。对于C60、碳纳米管、石墨烯，常以信息题形式出现，考查获取信息与知识迁移能力。

二、碳的化学性质——稳定性与可燃性、还原性

【非常重要】【高频考点】碳的化学性质在常温下稳定，但在高温下表现出可燃性和还原性。这部分内容是中考化学的核心考点。

（一）常温下的稳定性

【基础】在常温下，碳的化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。例如，用墨汁书写的字画、古代用碳黑制成的墨绘制的字画能保存很长时间而不褪色，就是因为碳在常温下化学性质稳定。这一性质在生活和文物保护中有重要应用。

（二）高温下的可燃性（与氧气反应）

【重要】碳在氧气或空气中充分燃烧时，生成二氧化碳，同时放出大量热。化学方程式为：C+O₂=点燃=CO₂。当氧气不足时，碳燃烧不充分，生成一氧化碳，化学方程式为：2C+O₂=点燃=2CO。一氧化碳是一种有毒气体，也是重要的燃料和还原剂。【易错点】很多同学忽略反应条件（氧气量）对产物的影响，解题时务必注意“充分燃烧”与“不充分燃烧”的区别。

（三）高温下的还原性（与某些氧化物反应）——重中之重

【核心】【难点】碳的还原性是指碳能夺取某些氧化物（如金属氧化物、非金属氧化物）中的氧元素，使氧化物发生还原反应。这是冶炼金属的重要原理。

1、与金属氧化物反应（以氧化铜为例）

实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色固体，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。

化学方程式：C+2CuO=高温=2Cu+CO₂↑。

反应原理分析：碳得到氧，被氧化，是还原剂，具有还原性；氧化铜失去氧，被还原，是氧化剂，具有氧化性。【解答要点】氧化还原反应的判断依据是“得失氧”：得氧的物质被氧化（发生氧化反应），作还原剂；失氧的物质被还原（发生还原反应），作氧化剂。

2、与非金属氧化物反应（以二氧化碳为例）

化学方程式：C+CO₂=高温=2CO。该反应是吸热反应，在工业上是制取发生炉煤气（主要成分是CO）的原理之一。

3、与铁的氧化物反应（炼铁原理基础）

在高温下，碳也可以还原氧化铁（Fe₂O₃）、四氧化三铁（Fe₃O₄）等铁的氧化物，如：3C+2Fe₂O₃=高温=4Fe+3CO₂↑。这是高炉炼铁中焦炭作用的一部分（焦炭先燃烧提供热量并生成CO₂，CO₂再与C反应生成CO，CO再还原铁矿石）。

4、考点与考向：该部分知识是中考化学的【必考内容】。主要考查化学方程式的书写、实验现象的描述、对氧化还原反应的基本概念的理解（氧化剂、还原剂、氧化反应、还原反应）、以及联系金属冶炼的实际应用。解题步骤一般为：先判断反应物和反应条件，然后根据规律书写产物并配平。特别注意反应条件是“高温”而非“加热”或“点燃”。

三、二氧化碳的性质与用途

（一）物理性质

【基础】在通常状况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。密度比空气大，因此可以像倾倒液体一样从一个容器倒入另一个容器。能溶于水，通常1体积水能溶解约1体积的二氧化碳，增大压强可以溶解更多，这就是制取汽水的原理。固体二氧化碳俗称“干冰”，易升华，升华时吸收大量热。

（二）化学性质

【高频考点】【非常重要】

1、不燃烧也不支持燃烧：通常情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，且密度比空气大，因此可覆盖在可燃物表面隔绝空气，用于灭火。这是二氧化碳的【重要用途】。

2、与水反应生成碳酸：二氧化碳与水反应生成碳酸，化学方程式为：CO₂+H₂O=H₂CO₃。碳酸能使紫色石蕊试液变红。碳酸很不稳定，容易分解成二氧化碳和水：H₂CO₃=CO₂↑+H₂O。【易错点】使紫色石蕊试液变红的不是二氧化碳本身，而是它与水反应生成的碳酸。在描述实验现象时，应说“二氧化碳通入紫色石蕊试液中，溶液变红”，而不能说“二氧化碳使石蕊变红”。

3、与碱反应生成盐和水：

（1）与澄清石灰水反应：二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，化学方程式为：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。这个反应常被用来检验二氧化碳气体的存在，是中考化学中的【必考方程式】。

（2）与氢氧化钠反应：二氧化碳也能与氢氧化钠反应，生成碳酸钠和水，但无明显现象，化学方程式为：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O。若要证明该反应发生，通常需要通过验证反应物消耗或生成物的存在。

4、参与光合作用：在光照条件下，二氧化碳和水在叶绿体中发生反应生成有机物（如葡萄糖）和氧气：6CO₂+6H₂O=光照、叶绿体=C₆H₁₂O₆+6O₂。这是自然界中氧循环和碳循环的重要环节。

（三）用途

【基础】干冰（固体二氧化碳）用于人工降雨（利用升华吸热）、制冷剂；灭火剂；光合作用的原料；化工原料（制纯碱、尿素、汽水等）。

（四）考点与考向

【常见题型】选择题、填空题、实验探究题、简答题。考查二氧化碳的物理性质（如倾倒CO₂实验）、化学性质（与水、碱的反应）、用途以及对环境的影响（温室效应）。检验CO₂时，必须使用澄清石灰水，不能用NaOH溶液（无现象）。除去CO中混有的少量CO₂，通常将混合气体通过足量NaOH溶液，因为CO₂能与碱反应而CO不能。

四、二氧化碳的制法——实验室制法与工业制法

【非常重要】【高频考点】气体制备是初中化学实验的核心板块。

（一）实验室制取二氧化碳的反应原理

【核心】实验室通常用大理石（或石灰石，主要成分是CaCO₃）和稀盐酸反应来制取二氧化碳。化学方程式为：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑。

【解题要点】为什么不用其他试剂？

1、不用稀硫酸：因为硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止反应继续进行，导致反应很快停止。

2、不用浓盐酸：浓盐酸具有挥发性，挥发出的HCl气体会使制得的CO₂不纯。

3、不用纯碳酸钙或碳酸钠粉末：反应速率太快，不易控制，且成本较高。

（二）实验室制取装置

1、发生装置：根据反应物状态（固体+液体）和反应条件（常温），选择固液常温型发生装置。常用装置有：锥形瓶（或试管）配双孔胶塞（带长颈漏斗和导气管）、或启普发生器及其简易装置。【重要】使用长颈漏斗时，其下端管口必须伸入液面以下，形成液封，防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗逸出。

2、收集装置：根据二氧化碳的密度比空气大且能溶于水的性质，采用向上排空气法收集。不能用排水法，因为CO₂能溶于水且与水反应。

（三）检验与验满

1、检验方法：将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，证明该气体是二氧化碳。

2、验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口（注意：不是伸入瓶内），若木条熄灭，说明已收集满。

（四）工业制法

【基础】工业上常用煅烧石灰石的方法制取二氧化碳，同时得到生石灰。化学方程式为：CaCO₃=高温=CaO+CO₂↑。

（五）考点与考向

【常见题型】实验题中的核心考点。考查内容包括：反应原理（方程式的书写）、发生装置和收集装置的选择依据、装置气密性的检查、长颈漏斗的使用注意事项、检验与验满的方法、药品选择的理由、实验操作步骤（如先检查气密性，再加药品）等。还可能涉及对简易装置的评价与改进。

五、一氧化碳的性质与用途

（一）物理性质

【基础】一氧化碳是一种无色、无味的气体，密度比空气略小（接近空气，因此不能用排空气法收集到极纯的CO），难溶于水。

（二）化学性质——毒性、可燃性、还原性

【高频考点】【非常重要】

1、毒性：【重点】一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，结合能力比氧气强200-300倍，从而使血红蛋白失去与氧结合的能力，造成生物体缺氧而中毒，严重时危及生命。因此，在使用煤、煤气等燃料时，要注意通风，防止中毒。

2、可燃性：一氧化碳在空气中燃烧，发出蓝色火焰，生成二氧化碳，放出大量热。化学方程式为：2CO+O₂=点燃=2CO₂。这个反应是一氧化碳作为气体燃料的基础。

3、还原性：一氧化碳具有还原性，能还原金属氧化物。这是高炉炼铁的核心反应。例如，一氧化碳还原氧化铜：CO+CuO=加热=Cu+CO₂。现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色固体，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。【重要对比】一氧化碳还原氧化铜与碳还原氧化铜的异同：两者都是还原剂，都能将氧化铜还原为铜，但反应条件不同（CO需加热，C需高温），产物也不同（CO与CuO反应生成Cu和CO₂；C与CuO反应生成Cu和CO₂，但CO₂来自碳的氧化）。再如一氧化碳还原氧化铁（高炉炼铁主反应）：3CO+Fe₂O₃=高温=2Fe+3CO₂。

（三）用途

【基础】用作燃料（煤气的主要成分）；用作还原剂，用于冶金工业（如炼铁）。

（四）考点与考向

【常见题型】选择题、填空题、实验题。常与二氧化碳对比考查，涉及一氧化碳的物理性质（无色无味，但有毒）、化学性质（燃烧、还原氧化铜）。在实验题中，一氧化碳还原金属氧化物的实验是【高频考点】，考查要点包括：实验现象、化学方程式书写、尾气处理（因为CO有毒，必须点燃或用气球收集，防止污染空气）、实验操作顺序（先通入CO排尽装置内空气，防止加热时发生爆炸；实验结束后先停止加热，继续通CO直至装置冷却，防止灼热的铜被氧化）。【易错点】很多同学会忽略一氧化碳的毒性，忘记尾气处理装置，或混淆CO与CO₂与碱的反应（CO不与碱反应）。

六、碳及其氧化物之间的相互转化——碳三角

【基础】【重要】碳单质、二氧化碳、一氧化碳三者之间可以通过化学反应相互转化，构成了“碳三角”关系。理清这三者之间的转化关系，对于理解和书写相关化学方程式至关重要。

1、C→CO₂：C+O₂=点燃=CO₂（充分燃烧）

2、C→CO：2C+O₂=点燃=2CO（不充分燃烧）；或C+CO₂=高温=2CO

3、CO₂→C：CO₂+C=高温=2CO（注意，此反应生成的是CO，而非直接生成C。将CO₂转化为碳单质通常需要复杂的过程或生物作用，如光合作用）

4、CO₂→CO：CO₂+C=高温=2CO

5、CO→CO₂：2CO+O₂=点燃=2CO₂；或CO+CuO=加热=Cu+CO₂

6、CO→C：一般不能通过一步反应实现，需要先转化为CO₂或其他物质。

【解题步骤】在推断题中，常以“碳三角”为线索。如一种物质能通过两步反应生成另一种物质，则中间产物很可能是CO或CO₂。熟悉这些转化关系，能快速找到解题突破口。

七、结构决定性质——观念构建与思维拓展

【核心素养】【跨学科视野】

这一思想不仅是化学的核心观念，也与物理学（如晶体结构决定导电性、硬度）、生物学（蛋白质结构决定功能）等学科相通。在碳单质的学习中，我们深刻体会到：金刚石和石墨，同由碳原子构成，仅仅因为原子的排列方式（微观结构）不同，就导致了硬度、导电性等宏观性质的巨大差异。C60分子则展示了有限的分子结构也能构成一种物质。这种从宏观到微观，再从微观结构解释宏观性质的思维方式，是学习化学必备的思维方法。

【拓展应用】这一思想同样可以迁移到其他领域，例如在材料科学中，通过改变材料的微观结构来获得期望的性能（如合金、复合材料）；在药物设计中，通过调整分子的空间结构来增强药效、降低毒性。理解和掌握“结构决定性质，性质决定用途”这一主线，有助于构建系统化的知识网络，提升解决复杂问题的能力。

八、实验探究与思维方法

【难点】【解题步骤】

（一）物质鉴别题（以CO和CO₂为例）

常见题型：如何鉴别两瓶无色无味的气体分别是CO和CO₂？

【解答要点】根据两者化学性质的显著差异进行鉴别。

方法一（最常用）：分别通入澄清石灰水中，使石灰水变浑浊的是CO₂，无明显现象的是CO。

方法二：分别点燃，能燃烧并产生蓝色火焰的是CO，不能燃烧的是CO₂。

方法三：分别通过灼热的氧化铜，能使黑色粉末变红的是CO，不能使黑色粉末变红的是CO₂。

方法四：分别通入紫色石蕊试液中，使溶液变红的是CO₂，不变红的是CO。

（二）除杂题

常见题型：除去CO中混有的少量CO₂；或除去CO₂中混有的少量CO。

【解答要点】

1、除去CO中混有的CO₂：将混合气体通过足量的澄清石灰水（或NaOH溶液），CO₂被吸收，CO不反应，从而达到除杂目的。化学原理：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O或CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。

2、除去CO₂中混有的少量CO：【易错点】不能通过点燃的方法除去CO，因为在大量CO₂环境中，CO无法被点燃。正确的做法是将混合气体通过灼热的氧化铜，CO与CuO反应生成CO₂，从而将CO转化为CO₂，同时不引入新杂质。化学原理：CO+CuO=加热=Cu+CO₂。

（三）一氧化碳还原氧化铜的实验探究题

【解题步骤】典型问题包括：

1、实验现象：黑色固体变红，生成气体使澄清石灰水变浑浊，尾气燃烧产生蓝色火焰。

2、实验步骤顺序：检查气密性→装入药品→通入CO气体（排尽空气）→点燃酒精灯加热→实验结束先停止加热，继续通CO至冷却→处理尾气。

3、尾气处理的原因与方法：原因：CO有毒，防止污染空气。方法：点燃（燃烧掉）或收集（用气球）。

4、先通CO后加热的目的：排尽装置内的空气，防止加热CO与空气的混合气体发生爆炸。

5、实验结束后先停止加热继续通CO的目的：防止生成的灼热铜在空气中被氧化。

九、重要概念辨析与易错点汇总

1、【易错点】碳单质燃烧产物的判断：必须根据氧气量是否充足来判断产物是CO₂还是CO。氧气充足生成CO₂，氧气不足生成CO。

2、【易错点】二氧化碳使紫色石蕊试液变红的原因：是CO₂与H₂O反应生成的