初中化学九年级全一册（人教版 重庆专版） 第六单元 碳和碳的氧化物 知识清单

初中化学九年级全一册（人教版重庆专版）第六单元碳和碳的氧化物知识清单一、课题一：金刚石、石墨和C60——碳单质的结构与多样性（一）碳单质的物理性质与用途【重要】【基础】碳元素能形成多种单质，这是由于碳原子的排列方式不同导致的。常见的碳单质主要包括金刚石、石墨和C60。它们的物理性质差异显著，决定了它们不同的用途。1、金刚石：它是天然存在的最硬的物质【重点】。金刚石是无色透明、正八面体形状的固体，具有璀璨夺目的光泽。由于其硬度极高，金刚石被广泛用于制作玻璃刀、钻探机的钻头、刻刀等。加工后成为钻石，用作贵重装饰品。其硬度大的根本原因在于碳原子在空间上呈正四面体网状排列，结构非常稳固。2、石墨：它是一种深灰色、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，质地柔软，有滑腻感【难点理解】。石墨的导电性良好，是优良的导体；同时它具有耐高温的性质。这些性质源于其碳原子呈层状排列，层内作用力强，而层间作用力弱，容易滑动。因此，石墨的主要用途包括：制铅笔芯（利用其质软、滑腻，划过纸张留下深灰色痕迹）、制电极（利用其导电性）、做高温下的润滑剂（利用其滑腻感和耐高温）、制作石墨坩埚（耐高温）。3、C60分子：C60是一种由60个碳原子构成的分子，形似足球，因此又被称为“足球烯”。它属于分子晶体，在常温下为紫红色固体，不导电。C60的独特结构使其在材料科学、超导、催化等领域具有广阔的应用前景。（二）无定形碳【基础】生活中常见的木炭、活性炭、焦炭、炭黑等被称为无定形碳，它们主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成，结构与石墨类似。1、木炭：具有疏松多孔的结构，因此具有吸附能力，能吸附色素和异味。2、活性炭：其吸附能力比木炭更强，常用于防毒面具的滤毒罐中吸附毒气，制糖工业中吸附色素以制取白糖，以及冰箱除味剂等。【高频考点】3、焦炭：主要用于冶炼金属（如炼铁）。4、炭黑：常用于制造墨、油墨、油漆以及橡胶制品的填料（如轮胎），以增强制品的耐磨性。（三）碳单质的化学性质【非常重要】【高频考点】尽管金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质差异很大，但由于它们都是由碳原子构成的单质，因此化学性质是相似的。1、常温下的稳定性：在常温下，碳的化学性质不活泼，不易与其他物质发生反应。这是碳单质的一个重要特性。例如，我国古代用墨（主要成分为炭黑）书写或绘制的字画，能保存数百年甚至上千年而不褪色；重要的档案文件、文书合约等通常要求使用碳素墨水书写，都是利用了碳在常温下化学性质稳定的特点。2、可燃性（与氧气的反应）：碳在点燃条件下可以与氧气发生反应，但随氧气量的不同，产物也不同。（1）氧气充足时，完全燃烧，生成二氧化碳，并放出大量热：C+O2点燃CO2。（2）氧气不足时，不完全燃烧，生成一氧化碳，放热较少：2C+O2点燃2CO。【易错点】很多同学容易忽略氧气量对产物的影响，在判断燃烧产物时需注意反应条件。3、还原性【难点】【热点】：在高温条件下，碳能夺取某些含氧化合物（如金属氧化物）中的氧，使这些化合物发生还原反应，这体现了碳的还原性。这是冶炼金属的重要原理。（1）与氧化铜的反应：将黑色氧化铜粉末与木炭粉均匀混合，高温加热。现象：黑色粉末逐渐变为光亮的紫红色（铜），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↑。分析：在这个反应中，氧化铜失去氧，被还原为铜，发生还原反应；碳得到氧，被氧化为二氧化碳，发生氧化反应。碳是还原剂，具有还原性；氧化铜是氧化剂，具有氧化性。氧化还原反应总是同时发生的。（2）与二氧化碳的反应：在高温下，碳能与二氧化碳反应生成一氧化碳。这个反应是吸热反应。化学方程式：C+CO₂高温2CO。这可以解释在煤炉上层烧得很旺时，加入大量新煤后，炉温反而可能下降的现象，因为生成的CO需要吸收热量。（3）与氧化铁的反应（工业炼铁原理）：3C+2Fe₂O₃高温4Fe+3CO₂↑。二、课题二：二氧化碳制取的研究——气体制备的范式（一）实验室制取二氧化碳的原理与药品选择【非常重要】【基础】1、药品：通常选用大理石（或石灰石，主要成分都是碳酸钙CaCO₃）和稀盐酸（HCl的水溶液）。2、反应原理：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑。【必背化学方程式】3、药品选择的深层原因与易错辨析【高频考点】：（1）为什么不用稀硫酸？因为稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙（CaSO₄）微溶于水，会覆盖在大理石或石灰石的表面，形成一层致密的保护膜，阻止内部的碳酸钙与酸进一步接触，导致反应很快停止，无法持续产生二氧化碳。（2）为什么不用浓盐酸？因为浓盐酸具有强烈的挥发性，会导致制得的二氧化碳气体中混有大量氯化氢（HCl）气体，使气体不纯。（3）为什么不用碳酸钠（Na₂CO₃）或碳酸钙粉末？因为碳酸钠是粉末状固体，与酸接触面积大，反应速率过快，瞬间产生大量气体，不易控制和收集，且成本较高。同理，也不宜使用碳酸钙粉末。（二）实验装置的选择与设计【难点】【重要】气体的实验室制取装置一般包括发生装置和收集装置两部分。1、发生装置的选择依据：反应物的状态（固体+固体，固体+液体，液体+液体）和反应条件（是否需要加热）。实验室制取二氧化碳使用的是块状固体（大理石/石灰石）和液体（稀盐酸）在常温下反应，因此应选择“固液不加热型”发生装置。这与用过氧化氢溶液制取氧气的发生装置类似。典型装置：锥形瓶（或试管、广口瓶）配双孔橡皮塞，一孔插入长颈漏斗（或分液漏斗），另一孔插入导气管。装置改进与优点：[1]使用长颈漏斗的优点是便于随时添加液体药品。但长颈漏斗的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口逸出。[2]使用分液漏斗的优点是可以控制液体滴加的速率，从而控制反应的速率，获得平稳的气流。[3]若使用有孔隔板和弹簧夹的装置（如启普发生器原理的简易装置），则可以控制反应的发生和停止。关闭弹簧夹，内部气体压强增大，将液体压入长颈漏斗，使固液分离，反应停止；打开弹簧夹，气体导出，压强减小，液体回落浸没固体，反应发生。2、收集装置的选择依据：气体的密度（与空气平均分子量29比较）和在水中的溶解性以及是否与水反应。二氧化碳的性质：密度比空气大（分子量44>29），能溶于水且与水反应。因此，只能用向上排空气法收集，不能用排水法收集。【重要判断】操作要点：收集时，导气管应伸入集气瓶底部，以便将瓶底的空气充分排尽，使收集的气体更纯净。（三）实验操作步骤、检验与验满【高频考点】1、实验步骤（可归纳为：查、装、收、验）：（1）查：连接装置，检查装置的气密性。方法是先将导管一端放入水中，用手紧握锥形瓶（或试管）外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后导管内形成一段水柱，则证明气密性良好。（2）装：先向锥形瓶内装入大理石（或石灰石），然后塞紧带有长颈漏斗和导管的橡皮塞。（3）加：从长颈漏斗向锥形瓶内加入稀盐酸，直至长颈漏斗下端管口浸入液面以下（液封）。（4）收：待导管口气泡连续均匀放出时（此时装置内空气已排尽），用向上排空气法收集二氧化碳气体。（5）验：验满时，将一根燃着的木条放在集气瓶口，若木条火焰熄灭，证明已收集满。【注意】燃着的木条不能伸入瓶内。2、气体的检验：将产生的气体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。化学方程式为：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。（四）二氧化碳的工业制法工业上通过高温煅烧石灰石来制取二氧化碳，同时得到生石灰（氧化钙）：CaCO₃高温CaO+CO₂↑。（五）实验室制取气体的一般思路总结确定气体发生装置和收集装置是气体制备的核心。发生装置由反应物状态和反应条件决定，收集装置由气体的密度和溶解性决定。这为今后学习其他气体的制备奠定了基础。三、课题三：二氧化碳和一氧化碳——性质迥异的“兄弟”（一）二氧化碳（CO₂）的性质与用途【非常重要】【高频考点】1、物理性质：（1）通常状况下，二氧化碳是无色、无味的气体。（2）密度比空气大。实验证明：向放有高低不同两支燃着蜡烛的烧杯中倾倒二氧化碳气体，可观察到蜡烛自下而上依次熄灭。这一现象同时说明了二氧化碳密度比空气大，以及它不能燃烧、也不支持燃烧的化学性质。（3）能溶于水。实验证明：向一个收集满二氧化碳气体的质地较软的塑料瓶中加入约1/3体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡，会观察到塑料瓶变瘪了。这是因为二氧化碳溶于水，使瓶内气体减少，压强减小，外界大气压将瓶子压瘪了。（4）固态二氧化碳俗称“干冰”。干冰易升华，升华时吸收大量热。2、化学性质：（1）一般情况下，不能燃烧，也不支持燃烧。（2）与水反应：二氧化碳与水反应生成碳酸（H₂CO₃）。碳酸能使紫色石蕊试液变红。化学方程式：CO₂+H₂O=H₂CO₃。实验探究：将用石蕊试液染成紫色的干燥小花，分别进行以下操作：[1]喷稀醋酸：小花变红（证明酸能使石蕊变红）。[2]喷水：小花不变红（证明水不能使石蕊变红）。[3]直接放入干燥的二氧化碳气体中：小花不变红（证明二氧化碳本身不能使石蕊变红）。[4]喷水后放入二氧化碳气体中：小花变红（证明二氧化碳与水反应生成的碳酸使石蕊变红）。[5]将[4]中变红的小花小心加热烘干：红色又变回紫色（证明碳酸不稳定，受热易分解：H₂CO₃=H₂O+CO₂↑）。【难点解析】（3）与碱反应：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，这是检验二氧化碳的特征反应。化学方程式：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O。应用：长期盛放石灰水的试剂瓶内壁会形成一层白膜（碳酸钙），就是这个反应的结果。建筑上用石灰浆抹墙，也是利用石灰浆吸收空气中的二氧化碳，逐渐变成坚硬的碳酸钙。（4）与碳反应：在高温下，二氧化碳能与碳反应生成一氧化碳，表现出有限的氧化性。CO₂+C高温2CO。3、对生活和环境的影响：（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作气体肥料，提高农作物产量；③干冰用于人工降雨（升华吸热，使周围水蒸气冷凝）和冷藏食物；④化工原料，用于制纯碱、尿素、汽水等（汽水是利用二氧化碳能溶于水且与水反应生成碳酸的原理）。（2）温室效应：大气中的二氧化碳就像温室的玻璃或塑料薄膜一样，能让太阳光透过，但对地面辐射出来的红外线有强烈的吸收作用，从而使地球温度升高，这就是“温室效应”。【热点】主要原因是化石燃料的大量燃烧和森林面积的急剧减少。防治措施包括：减少化石燃料的使用，开发利用新能源（如太阳能、风能、核能）；大力植树造林，严禁乱砍滥伐；倡导低碳生活，节能减排。（二）一氧化碳（CO）的性质与用途【重要】【难点】1、物理性质：通常状况下，一氧化碳是无色、无味的气体，密度比空气略小（分子量28），难溶于水。2、化学性质：（1）可燃性：一氧化碳能在空气中燃烧，发出蓝色火焰，放出大量热，生成二氧化碳。化学方程式：2CO+O₂点燃2CO₂。应用：它是许多气体燃料（如煤气、水煤气）的主要成分。使用时需注意防止因泄漏而引发的爆炸。（2）还原性【重要】：一氧化碳在加热或高温条件下，能夺取金属氧化物中的氧，表现出还原性。这是冶金工业的重要原理。例如，还原氧化铜：CO+CuO加热Cu+CO₂。现象：黑色粉末变为光亮的红色，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。还原氧化铁（炼铁原理）：3CO+Fe₂O₃高温2Fe+3CO₂。（3）毒性【高频考点】：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，形成稳定的碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失输送氧气的功能和能力，导致人体组织缺氧而窒息死亡。这就是“煤气中毒”。由于一氧化碳无色无味，常在不知不觉中发生，因此在使用煤炉、燃气热水器时，务必保持室内通风良好，安装烟囱或排风扇。3、用途：（1）作燃料（利用可燃性）。（2）用于冶炼金属（利用还原性）。（三）一氧化碳与二氧化碳的性质比较及鉴别【高频考点】1、性质差异的根本原因：分子的构成不同。一个二氧化碳分子（CO₂）比一个一氧化碳分子（CO）多一个氧原子。结构决定性质，性质决定用途。2、鉴别方法：（1）澄清石灰水法：分别通入澄清石灰水中，能使石灰水变浑浊的是二氧化碳，无明显现象的是一氧化碳。（2）燃烧法：分别点燃（或在玻璃导管口点燃），能燃烧并发出蓝色火焰的是CO，不能燃烧的是CO₂。（3）紫色石蕊试液法：分别通入紫色石蕊试液中，能使溶液变红的是CO₂，无明显现象的是CO。（4）还原性实验法：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。3、除杂方法【难点】：（1）除去CO中混有的少量CO₂：将混合气体通过足量的澄清石灰水或氢氧化钠溶液（NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O）。因为CO不与碱反应，而CO₂能被碱液吸收。（2）除去CO₂中混有的少量CO：将混合气体通过灼热的氧化铜。因为CO能与CuO反应生成CO₂，而CO₂不与CuO反应。注意：此方法不能用点燃的方式，因为少量CO在大量CO₂中无法被点燃。四、单元整合与思想方法（一）结构决定性质，性质决定用途这是贯穿整个化学学科的核心思想。本单元通过碳单质（金刚石、石墨）和碳的氧化物（CO、CO₂）的学习，生动地诠释了这一观点。原子（或分子）排列方式（结构）的不同，导致了物质性质的差异，而性质又进一步决定了它们在生产和生活中的应用。（二）氧化还原反应的初步认知从得氧、失氧的角度初步认识氧化反应和还原反应。得到氧的物质被氧化，发生氧化反应，是还原剂；失去氧的物质被还原，发生还原反应，是氧化剂。氧化反应和还原反应是同时发生的。（三）物质制取的一般思路实验室制取气体时，一般遵循：反应原理→药品选择→发生装置（依据：反应物状态、反应条件）→收集装置（依据：密度、溶解性）→检验、验满。这是一个可迁移到其他气体（如O₂、H₂等）学习的通用模型。（四）重庆中考专版考点透视与解题策略1、考点分布：本单元是重庆中考化学的必考内容，分值占比较高。选择题、填空题、实验探究题中均有涉及。（1）选择题：常考碳单质的性质与用途（如金刚石、石墨、活性炭）、CO₂和CO的性质辨别（如毒性、可燃性、还原性、与水或石灰水的反应）、温室效应与低碳生活。【基础】（2）填空题：主要考查化学方程式的书写（如C还原CuO、CO炼铁、CO₂与石灰水反应、实验室制CO₂等）、物质鉴别方法、性质与用途的对应关系。【重要】（3）实验探究题：通常以CO₂的实验室制取为核心，考查装置的选择与评价（如图中启普发生器原理的简易装置）、操作步骤、气体的检验与验满、除杂与干燥。也可能以CO的还原性为基础，设计混合气体成分探究实验，考查学生对气体性质的综合应用和实验方案设计能力。【非常重要】【难点】【热点】2、常见题型与解题步骤：（1）气体制备题：首先看清题目要求制取的气体，判断反应物状态和反应条件，从而匹配发生装置；根据气体的密度和溶解性，选择收集装置。注意审题，是否有“干燥”、“纯净”等特殊要求，这