初中化学九年级上册核心素养导向单元复习知识清单：碳-燃料与物质构成的基石

初中化学九年级上册核心素养导向单元复习知识清单：碳——燃料与物质构成的基石一、碳元素的本质与存在【基础】【必记】（一）碳是生命与燃料的核心1、从元素组成看，煤炭、石油、天然气等化石燃料的主要成分均由碳、氢元素组成，燃烧时碳元素与氧气发生反应，释放能量。可以说，没有碳，就没有人类当前主要的能源体系。2、构成生物体的基本物质（如蛋白质、糖类、脂肪、DNA）的骨架都是碳原子，因此碳是构成生命的最基本元素之一。（二）碳单质的多样性——同素异形体现象【难点】【宏观辨识与微观探析】1、概念理解：由同一种元素（碳）组成，但内部原子排列方式不同，形成的性质不同的几种单质，互为该元素的同素异形体。2、金刚石（C）：（1）结构：每个碳原子与周围四个碳原子形成牢固的共价键，构成正四面体结构的立体网状结构。这是自然界最硬的物质。（2）性质：无色透明、正八面体形状的固体，硬度极高，不导电，熔点极高。（3）用途：裁玻璃、切割大理石（划玻璃）、钻探机的钻头（地质钻头）、装饰品（钻石）。3、石墨（C）：（1）结构：碳原子呈层状排列，同一层内碳原子以共价键结合，层与层之间作用力较弱，可以滑动。每个碳原子还剩余一个自由电子可在层内移动。（2）性质：深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体，质软（在纸上划过能留下深灰色痕迹），有滑腻感，导电导热性良好，熔点高。（3）用途：铅笔芯（利用其质软和深灰色）、电极（利用其导电性）、润滑剂（利用其滑腻感和层状结构）、坩埚（利用其耐高温和导热性）。4、C60分子（富勒烯）：（1）结构：由60个碳原子构成的分子，形似足球（又称足球烯），结构稳定，属于分子晶体。（2）性质与用途：广泛应用于材料科学、超导、催化等领域的研究。5、碳纳米管、石墨烯：由碳原子构成的新型材料，具有强度高、导电性好等特点，是当前科学研究的热点。（三）重要考点与易错警示1、【高频考点】金刚石和石墨物理性质差异巨大的原因：碳原子的排列方式不同，而非碳原子种类不同。2、【易错点】“碳”与“炭”的用法：书写碳元素、碳的单质（金刚石、石墨、C60等）、碳的化合物（二氧化碳、碳酸等）时，必须用“碳”字。“木炭、焦炭、活性炭、炭黑”是具体含碳物质的名称，习惯用“炭”字。例如：“木炭具有吸附性”不能写成“木碳”。3、常温下碳单质的化学性质稳定：随着温度升高，其活动性大大增强。二、碳单质的化学性质——稳定性与可燃性、还原性【核心】【重要】（一）常温下的稳定性1、概念：在常温下，碳的化学性质不活泼，不易与其他物质发生反应。2、应用：古代用墨（主要成分是碳）书写或绘制的字画，能保存很长时间而不褪色；埋在地下的木质电线杆埋入部分经微微烧焦后可防腐，因为烧焦部分变成了化学性质稳定的碳。（二）高温下的可燃性（作燃料）1、氧气充足时，完全燃烧，生成二氧化碳，放出大量热：C+O₂==点燃==CO₂2、氧气不足时，不完全燃烧，生成一氧化碳，同样放出热量：2C+O₂==点燃==2CO（三）高温下的还原性（冶金工业原理）【难点】【高频考点】1、概念：碳能夺取某些氧化物中的氧元素，使其他物质被还原。2、与金属氧化物反应（以氧化铜为例）：（1）实验现象：黑色粉末（氧化铜和木炭粉的混合物）逐渐变成光亮的紫红色（铜），生成的气体能使澄清石灰水变浑浊（二氧化碳）。（2）化学方程式：C+2CuO==高温==2Cu+CO₂↑（3）原理分析：碳（C）得到氧，被氧化成二氧化碳（CO₂），是还原剂，具有还原性；氧化铜（CuO）失去氧，被还原成铜（Cu），是氧化剂，具有氧化性。3、与非金属氧化物反应（以二氧化碳为例）：（1）化学方程式：CO₂+C==高温==2CO（2）工业应用：这是制取发生炉煤气（主要成分CO）的原理之一，也是高炉炼铁中生成还原剂一氧化碳的重要反应。（四）重要考点与解题策略1、【考查方式】以实验探究题形式考查碳还原氧化铜的实验操作、现象、原理及注意事项（如：试管口略向下倾斜防止冷凝水回流炸裂试管；酒精灯加网罩或使用酒精喷灯以集中火焰提高温度；实验结束后先撤出导管后熄灭酒精灯防止倒吸等）。2、【解题步骤】判断一个反应是否为还原反应：看物质是否失去氧（氧化反应是物质得到氧）。判断还原剂：看哪种物质提供了氧（或夺取了氧）。3、【易错点】碳单质作燃料时，燃烧产物可能不同，需根据氧气量判断。一氧化碳是碳不完全燃烧的产物，有毒，需注意安全。三、二氧化碳——碳循环的关键一环【重中之重】（一）物理性质与实验探究【基础】1、通常状况下：无色、无味的气体。2、密度：比空气大（标准状况下密度为1.977g/L，约为空气的1.5倍）。这是能用向上排空气法收集的依据。3、溶解性：能溶于水（通常状况下，1体积水约能溶解1体积二氧化碳）。这是将CO₂通入水中能制得碳酸饮料的依据。4、【重要实验】倾倒二氧化碳灭火实验：将一瓶二氧化碳像倒液体一样缓缓倒入放有高低不同两支燃着蜡烛的烧杯中，下层蜡烛先熄灭，上层蜡烛后熄灭。现象证明两点：CO₂密度比空气大；CO₂不燃烧也不支持燃烧。（二）化学性质1、一般情况下，不燃烧，也不支持燃烧。（1）【易错点】“一般情况下”指没有特殊条件。镁等活泼金属可以在CO₂中燃烧：2Mg+CO₂==点燃==2MgO+C。2、与水反应：（1）现象：将CO₂通入紫色石蕊试液中，试液变红。（2）原理：CO₂+H₂O==H₂CO₃（碳酸），碳酸能使紫色石蕊试液变红。（3）不稳定性：碳酸很不稳定，容易分解。H₂CO₃==CO₂↑+H₂O。加热变红的石蕊溶液，溶液由红色重新变回紫色。（4）【高频考点】使石蕊变红的不是CO₂本身，而是它和水反应生成的H₂CO₃。3、与澄清石灰水反应（特征反应，用于检验CO₂）：（1）现象：澄清石灰水变浑浊。（2）原理：CO₂+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+H₂O。（3）【难点】继续通入过量CO₂，生成的不溶于水的CaCO₃会与CO₂和水反应生成可溶的碳酸氢钙[Ca(HCO₃)₂]，浑浊的石灰水又会变澄清。CaCO₃+H₂O+CO₂==Ca(HCO₃)₂。此性质解释了溶洞中钟乳石、石笋的形成原理。4、与碳反应：见上文“二、（三）、2”。（三）二氧化碳的制取（实验室制法）【必考实验】【高频考点】1、药品：大理石（或石灰石，主要成分CaCO₃）和稀盐酸（HCl）。2、反应原理：CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑3、发生装置（固液常温型）：因为反应物是固体和液体，反应不需要加热。典型装置包括锥形瓶（或试管、广口瓶）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡皮塞等。4、收集方法（向上排空气法）：因为CO₂密度比空气大且能溶于水。5、检验方法：（1）验满：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则已集满。（2）检验气体是CO₂：将气体通入澄清石灰水，若变浑浊，则是CO₂。6、操作步骤与注意事项：（1）连接装置，检查装置气密性。（2）先加固体（大理石），后加液体（稀盐酸）。（3）长颈漏斗末端必须液封（伸入液面以下），防止生成的CO₂气体从漏斗口逸散。（4）导管应伸入集气瓶底部，以利于排尽空气。（5）【难点】为什么不用浓盐酸？浓盐酸挥发性强，会使制得的CO₂中混有HCl气体，导致气体不纯。（6）【难点】为什么不用稀硫酸？稀硫酸与CaCO₃反应生成CaSO₄微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止反应继续进行。（7）【难点】为什么不用碳酸钠（Na₂CO₃）？反应速率太快，不易控制，且成本较高。（四）二氧化碳的用途与对环境影响1、用途：（1）灭火（利用其不燃烧、不支持燃烧且密度比空气大的性质）。（2）干冰（固态二氧化碳）作制冷剂，用于人工降雨、制造舞台云雾（升华吸热）。（3）气体肥料（提高光合作用强度）。（4）化工原料（制纯碱、尿素、碳酸饮料等）。2、温室效应【热点】【STS观念】（1）概念：大气中的二氧化碳等温室气体允许太阳光透过，但会吸收地面辐射出的红外线，从而使地球温度升高的现象。（2）主要成因：化石燃料的大量燃烧，森林面积减少。（3）应对措施：减少化石燃料使用，开发新能源；植树造林，禁止乱砍滥伐；倡导低碳生活。四、一氧化碳——沉默的杀手与工业使者【重要】（一）物理性质通常状况下，无色、无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。（二）化学性质1、可燃性（蓝色火焰）：（1）现象：燃烧时发出蓝色火焰，放出大量热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。（2）方程式：2CO+O₂==点燃==2CO₂（3）【高频考点】点燃CO前，必须检验其纯度，防止混有空气（氧气）爆炸。2、毒性【生命安全教育】：（1）原理：CO极易与血液中的血红蛋白结合，结合能力比氧气强200300倍，从而使血红蛋白丧失携氧能力，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。（2）预防：注意室内通风，检查燃气设备，安装报警器。3、还原性（冶金工业的重要原理）：（1）与金属氧化物反应（以氧化铜、氧化铁为例）：（2）实验现象（CO还原CuO）：黑色粉末变红，生成使澄清石灰水变浑浊的气体，尾气燃烧产生蓝色火焰。（3）方程式：CO+CuO==加热==Cu+CO₂（4）工业应用：高炉炼铁。Fe₂O₃+3CO==高温==2Fe+3CO₂（5）【重要实验注意事项】CO有毒，必须进行尾气处理（点燃或用气球收集），防止污染空气。实验开始时，先通CO再加热，目的是排尽装置内空气，防止加热爆炸。实验结束后，先停止加热，继续通CO直至玻璃管冷却，防止倒吸和生成的铁再次被氧化。（三）一氧化碳与二氧化碳的比较【必考对比题】【难点辨析】1、分子构成不同：1个CO分子比1个CO₂分子少1个氧原子。分子结构决定性质。2、性质差异总结：（1）CO₂能与水、石灰水反应；CO不能。（2）CO具有可燃性，CO₂一般不可燃。（3）CO具有还原性，CO₂具有较弱的氧化性（只能与C等少数物质反应）。（4）CO有毒，CO₂无毒（但浓度过大会使人窒息）。（四）重要考点与解题策略1、【考查方式】常以推断题形式出现，如“A（C）→B（CO₂）→C（CO）→A（C）”的物质三角转化关系。2、【易错点】CO和CO₂的鉴别方法。不能用燃着的木条鉴别？可以，但现象不同（CO燃烧，CO₂使木条熄灭）。但不能用澄清石灰水同时检验两者，因为CO不与石灰水反应。最常用的鉴别方法是：分别通入紫色石蕊试液（变红的是CO₂）；或分别通过灼热氧化铜（能使黑色粉末变红的是CO）。3、【解题步骤】处理含CO的尾气问题：思路是将其转化为无毒的CO₂，方法包括点燃、用气球收集、用集气瓶回收利用等。五、碳酸钙——重要的建筑材料与化工原料【重要】（一）物理性质与存在白色固体，难溶于水。是大理石、石灰石、白垩、贝壳、蛋壳的主要成分。（二）化学性质1、与酸反应（实验室制CO₂的原理）：CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑2、高温分解（工业制生石灰的原理）：CaCO₃==高温==CaO+CO₂↑（1）产物：生石灰（CaO，白色固体，有吸水性，可用作干燥剂）。3、与二氧化碳和水反应（溶解与再沉积）：CaCO₃+H₂O+CO₂==Ca(HCO₃)₂（可溶）Ca(HCO₃)₂==加热或自然风干==CaCO₃↓+H₂O+CO₂↑（钟乳石形成的逆过程）（三）用途建筑材料（大理石用作装修，石灰石烧石灰），补钙剂，制水泥等。六、基于“碳”的燃料与环保大观念【跨学科视野】【核心素养】（一）燃料的变迁与碳从木柴（含碳）到煤（含碳为主）到石油、天然气（碳氢化合物），人类利用能源的历史就是利用含碳物质燃烧的历史。（二）化学反应中的能量变化1、放热反应：燃料的燃烧（C+O₂→CO₂），缓慢氧化（呼吸作用）等。2、吸热反应：C+CO₂→2CO，CaCO₃高温分解等。（三）碳循环与碳中和1、自然界碳循环：动植物呼吸、微生物分解、化石燃料燃烧（产生CO₂）与植物光合作用（吸收CO₂）的动态平衡。2、碳中和：通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。3、【热点考向】低碳行动：个人如何做？如双面用纸、节约用电、绿色出行等。国家层面：调整能源结构，发展碳捕集、利用与封存技术（CCUS）。七、思维建模与解题技巧整合（一）物质推断题的突破口1、以碳元素为核心的物质网络图：C、CO、CO₂、CaCO₃、H₂CO₃、Ca(HCO₃)₂之间的相互转化关系，必须烂熟于心。2、特征反应现象：黑色固体变红（C或CO还原CuO）；红色固体变黑（H₂还原CuO或CO还原Fe₂O₃）；澄清石灰水变浑浊（有CO₂生成或通入）。（二）实验探究题的答题规范1、设计实验：注意控制变量法（对比实验）。2、描述现象：要全面、准确，指出位置、颜色变化、状态变化。3、解释结论：必须用化学原理、化学方程式来支撑结论。4、反思评价：评价装置优缺点（如环保性、简便性、连续性等），提出改进意见（如加尾气处理装置）。（三）高频考点归类1、【五星考点】CO₂的实验室制法（装置、原理、验满、检验、除杂）。2、【五星考点】CO和CO₂的性质对比与鉴别。3、【四星考点】碳单质的物理性质差异原因及用途对应。4、【四星考点】碳、CO的还原性实验（现象、步骤、尾气处理）。5、【三星考点】温室效应与低碳生