九年级化学 碳和碳的氧化物核心知识清单

九年级化学碳和碳的氧化物核心知识清单一、碳的单质（一）金刚石、石墨和C60的结构、性质与用途【基础】碳的单质主要有金刚石、石墨和C60等，它们都是由碳元素组成的纯净物，但由于碳原子的排列方式不同，即原子的排列方式不同，导致它们的物理性质存在巨大差异，而化学性质却相似。▲【重要】金刚石：碳原子构成的空间网状结构，是天然存在的最硬的物质，不导电，无色透明。因此，金刚石可用于制作钻探机的钻头、玻璃刀和装饰品（钻石）。▲【重要】石墨：碳原子构成层状结构，每一层内碳原子以强相互作用结合，而层与层之间作用力较弱，容易滑动，因此石墨质地柔软，有滑腻感，具有优良的导电性，不透明，有金属光泽。石墨可用于制作铅笔芯、电极、润滑剂等。▲【重要】C60：由60个碳原子构成的分子，形似足球，又称“足球烯”，是一种由分子构成的物质。它独特的结构使其在材料科学、超导等领域有潜在应用前景。【难点】物质的组成、结构与性质之间的关系：决定物质性质的根本因素是它的内部结构。同种元素组成的单质，由于原子排列方式不同，可以形成性质迥异的多种单质，这种现象称为同素异形现象。金刚石、石墨和C60互为同素异形体。【高频考点】选择题或填空题中常以物质的性质推断其用途，或根据用途反推性质。例如，利用石墨的导电性制作电极，利用金刚石的硬度制作钻头。（二）无定形碳【基础】常见的无定形碳包括木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。它们主要成分也是碳，但内部结构更接近于石墨的微小晶体和杂质。▲【重要】吸附性：以木炭和活性炭最为突出。它们具有疏松多孔的结构，因此具有强大的吸附能力，可以吸附色素、气体和异味等。活性炭的吸附能力比木炭更强，常用于防毒面具滤毒罐、制糖工业脱色、自来水厂净水、冰箱除味剂等。【易错点】注意“碳”和“炭”的书写。“碳”是元素名称，指碳元素，如二氧化碳、碳酸钙；“炭”是指由碳元素组成的具体的物质，如木炭、焦炭。（三）碳单质的化学性质【非常重要】在常温下，碳的化学性质不活泼，受日光照射或与空气、水分接触，都不容易起变化。但随着温度的升高，碳的活动性大大增强，能跟许多物质发生反应。这体现了物质的性质不仅取决于内部结构，也与外界条件（如温度）密切相关。1.可燃性（与氧气反应）★【高频考点】碳在氧气中充分燃烧，生成二氧化碳，并放出热量。化学方程式：C+O2点燃CO2【热点】碳在氧气中不充分燃烧，生成一氧化碳，也放出热量，但一氧化碳有毒。化学方程式：2C+O2点燃2CO【考向】常考查根据氧气量不同，判断生成物。在计算题中，也会涉及碳与氧气反应生成混合气体（CO和CO2）的判断与计算。2.还原性（与某些氧化物反应）★【非常重要】【难点】碳能夺取某些氧化物（如金属氧化物、二氧化碳）中的氧元素，表现出还原性。（1）与氧化铜反应：化学方程式：C+2CuO高温2Cu+CO2↑实验现象：黑色粉末（氧化铜和碳粉的混合物）逐渐变成光亮的红色（铜），生成的气体能使澄清石灰水变浑浊（二氧化碳）。【重要】该反应中，碳（C）得到氧，被氧化，是还原剂，具有还原性；氧化铜（CuO）失去氧，被还原，是氧化剂，具有氧化性。这个反应是初中化学中典型的氧化还原反应实例，用于说明还原剂、氧化剂的概念。（2）与二氧化碳反应：化学方程式：CO2+C高温2CO该反应是吸热反应，在高温条件下发生，是工业上制取水煤气（主要成分是CO和H2）的一个组成部分。（3）与氧化铁反应（工业炼铁原理之一）：化学方程式：3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑【易错点】还原反应和还原剂的概念辨析。还原反应是含氧化合物里的氧被夺去的反应；还原剂是能提供氧，使其他物质发生还原反应的物质，它本身具有还原性。在反应C+2CuO高温2Cu+CO2↑中，碳是还原剂，氧化铜发生还原反应。【解题步骤】判断物质是否具有还原性，看它能否与金属氧化物反应，夺取其中的氧。二、二氧化碳的制取（一）实验室制取二氧化碳的原理【基础】实验室通常用大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）和稀盐酸反应来制取二氧化碳。【重要】化学反应原理：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑【难点】选择该药品的原因：（1）碳酸钙与稀盐酸反应速率适中，易于收集。（2）价格低廉，来源广泛。（3）生成的CO2气体纯度高（氯化氢气体易挥发，但采用稀盐酸可尽量减少挥发，且CO2中混有的HCl可用饱和碳酸氢钠溶液除去）。【易错点】为什么不选用其他药品？（1）不用碳酸钠（Na2CO3）或碳酸钾（K2CO3）：反应速率太快，不易控制，且成本较高。（2）不用浓盐酸：浓盐酸有强挥发性，会导致制得的CO2中混有大量HCl气体，使气体不纯。（3）不用稀硫酸：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表面，阻止内部物质继续与酸接触，使反应很快停止，无法持续产生气体。（二）实验室制取二氧化碳的装置【重要】发生装置：固液不加热型。与实验室用过氧化氢溶液制取氧气的装置相似。（1）常用装置：锥形瓶、广口瓶、试管等作为反应容器，配双孔橡皮塞，一孔插入长颈漏斗（用于添加稀盐酸），一孔插入导气管。（2）长颈漏斗的末端必须液封：即末端要浸入液面以下，防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗口逸出。（3）若用分液漏斗代替长颈漏斗，可以控制反应速率和液体的滴加速度，但不需液封。【重要】收集装置：向上排空气法。（1）原因：二氧化碳的密度比空气大（约是空气的1.5倍），且能溶于水（1体积水约溶解1体积CO2），因此只能用向上排空气法收集。（2）验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，如果木条熄灭，则证明已集满。（3）检验方法：将气体通入澄清石灰水中，如果澄清石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。【考向】实验题中常考查装置的选择、优缺点分析、仪器的名称、实验步骤的排序、实验现象的观察与描述等。（三）实验室制取二氧化碳的步骤【基础】一般步骤：检查装置气密性→装入药品（先加固体，后加液体）→收集气体→验满→检验。【重要】装置气密性检查：将导管一端放入水中，双手紧握锥形瓶（或试管），若导管口有气泡冒出，松手后形成一段水柱，则证明装置气密性良好。【易错点】加入药品的顺序：先加固体（大理石/石灰石），后加液体（稀盐酸）。三、二氧化碳的性质（一）物理性质【基础】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，能溶于水。在一定条件下，二氧化碳可以变成固体，叫做“干冰”，干冰升华时吸收大量的热。（二）化学性质★【非常重要】二氧化碳的化学性质相对稳定，但也有其典型特征：1.不能燃烧，也不支持燃烧（一般不支持燃烧）【实验探究】将二氧化碳气体倒入放有燃着蜡烛的阶梯式烧杯中，观察到低处的蜡烛先熄灭，高处的蜡烛后熄灭。【重要】这个实验现象说明了两个重要的性质：①二氧化碳密度比空气大；②二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧。这也是二氧化碳能够灭火的原因。【难点】注意“一般不支持燃烧”的表述，因为像镁条等活泼金属可以在二氧化碳中燃烧，生成氧化镁和碳（2Mg+CO2点燃2MgO+C），但这不是初中阶段的主要内容。2.与水反应★【高频考点】二氧化碳能与水反应生成碳酸。碳酸能使紫色石蕊试液变红。化学方程式：CO2+H2O==H2CO3【重要】碳酸很不稳定，容易分解成二氧化碳和水。化学方程式：H2CO3==H2O+CO2↑【考向】将CO2通入紫色石蕊试液中，试液变红，这是因为CO2与水反应生成的H2CO3具有酸性，能使石蕊变红。加热变红的溶液，溶液颜色由红变紫，这是因为H2CO3不稳定，受热分解，酸性消失。【易错点】使紫色石蕊试液变红的不是CO2本身，而是它与水反应生成的H2CO3。3.与碱反应★【非常重要】二氧化碳能与碱溶液反应，生成盐和水。这是对二氧化碳进行化学检验和吸收的重要依据。（1）与氢氧化钙（澄清石灰水）反应：化学方程式：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O【非常重要】现象：澄清石灰水变浑浊（生成白色沉淀）。此反应用于实验室检验二氧化碳的存在。（2）与氢氧化钠反应：化学方程式：CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O（CO2少量时）或CO2+NaOH==NaHCO3（CO2过量时）现象：无明显现象，但可以通过压强的变化（如塑料瓶变瘪）或后续加酸产生气泡等方式来证明反应的发生。此反应用于工业上吸收CO2或实验室除去CO2（但通常用氢氧化钠溶液，因其溶解度大，吸收效果好）。【难点】对比CO2与Ca(OH)2和NaOH的反应：前者有沉淀生成，可用于检验；后者无现象，通常用于吸收。设计实验证明CO2与NaOH反应时，常采用对比法或转化法，通过证明有新物质（Na2CO3）生成，或通过气压变化来间接证明。4.与碳反应化学方程式：CO2+C高温2CO（前面已述）四、一氧化碳的性质（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，难溶于水。（二）化学性质★【非常重要】一氧化碳具有可燃性、毒性和还原性。1.可燃性★【高频考点】一氧化碳能燃烧，燃烧时发出蓝色的火焰，放出大量的热，生成二氧化碳。化学方程式：2CO+O2点燃2CO2【重要】它是许多气体燃料（如水煤气、发生炉煤气）的主要成分。【易错点】点燃一氧化碳前，一定要检验其纯度，防止混有空气（氧气）点燃时发生爆炸。这与氢气的性质类似。2.毒性【非常重要】一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，结合能力比氧气强约倍，从而使血红蛋白不能很好地与氧气结合，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。因此，在使用煤炉、燃气热水器等可能产生一氧化碳的设备时，要注意通风，防止中毒。3.还原性★【非常重要】【难点】一氧化碳能夺取某些金属氧化物中的氧，使其还原为金属，同时自身被氧化为二氧化碳。（1）与氧化铜反应：化学方程式：CO+CuO△Cu+CO2实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。【重要】该反应说明了一氧化碳的还原性。在实验过程中，需要进行尾气处理（点燃或用气球收集），因为一氧化碳有毒，不能直接排放到空气中。（2）与氧化铁反应（工业炼铁原理）：化学方程式：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2【考向】这是中考化学中非常重要的一个考点。常结合高炉炼铁的工艺流程、实验装置的连接、实验现象的观察、尾气处理的方法等进行综合考查。要特别注意整个装置的进出口顺序、气体干燥、除杂、以及尾气处理装置的设置。五、二氧化碳和一氧化碳的性质比较【基础】CO2和CO虽然都是由碳元素和氧元素组成的氧化物，但它们的分子构成不同（一个CO2分子比一个CO分子多一个氧原子），因此性质有很大差异。（1）物理性质：CO2：无色无味气体，密度大于空气，能溶于水，易液化，固态为干冰。CO：无色无味气体，密度略小于空气，难溶于水，难以液化。（2）化学性质：CO2：不能燃烧（一般），不支持燃烧，与水反应生成碳酸，与碱反应生成盐和水，无还原性（碳的化合价是+4价，是最高价态，不能再失电子），有弱氧化性（与C反应）。CO：具有可燃性，燃烧时产生蓝色火焰，有剧毒，具有还原性（能从金属氧化物中夺氧），不与碱反应，不跟水反应。六、碳酸和碳酸钙（一）碳酸（H2CO3）【基础】碳酸是一种弱酸，不稳定，只存在于水溶液中，易分解为二氧化碳和水。能使紫色石蕊试液变红，不能使无色酚酞试液变色。（二）碳酸钙（CaCO3）【重要】碳酸钙是重要的建筑材料，是大理石、石灰石的主要成分。它具有以下性质：（1）与酸反应：化学方程式：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑（实验室制CO2的原理）（2）高温分解：化学方程式：CaCO3高温CaO+CO2↑（工业上制取生石灰和二氧化碳的原理）【热点】碳酸钙与二氧化碳、水之间的转化关系：CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2（碳酸氢钙，可溶于水）Ca(HCO3)2加热或久置CaCO3↓+CO2↑+H2O【难点】这个转化关系解释了自然界中溶洞、钟乳石、石笋的形成过程。含有二氧化碳的水（碳酸）溶解碳酸钙，生成可溶性的碳酸氢钙，随水流走；当水流到一定地方，由于温度或压强变化，碳酸氢钙分解，又析出碳酸钙沉淀，日积月累形成奇观。七、实验探究与中考考点归纳（一）实验探究题常见考点【高频考点】1.二氧化碳制取与性质的综合性实验。1.装置的评价与改进（如发生装置的优点分析：能控制反应速率、能控制反应发生和停止等）。2.药品的选择与替代（如用其他碳酸盐代替大理石，或用其他酸代替盐酸）。3.气体的净化与干燥（除去CO2中的HCl用饱和NaHCO3溶液，干燥CO2用浓硫酸）。4.性质验证的顺序（如先验证水，再验证与碱反应等）。5.多功能瓶的使用（排空气法收集时导管的长短，排水法收集的适用范围等）。【高频考点】2.一氧化碳还原金属氧化物的实验。6.实验装置的连接顺序（气体发生→干燥→还原→检验产物→尾气处理）。7.实验步骤的先后顺序（先通CO排尽空气，再加热，防止爆炸；实验结束后先停止加热，继续通CO至冷却，防止倒吸和生成的金属被氧化）。8.尾气处理的方法（点燃、收集、转化利用）。9.对产物的检验与计算（通过质量变化求算金属质量或化学式）。（二）计算题常见考点【基础】1.含杂质物质的计算（如某石灰石样品含碳酸钙80%，用125g这样的石灰石与足量稀盐酸反应，能生成CO2多少克）。【重要】2.差量法计算（如将CO通入盛有CuO的试管中，反应前后固体质量减轻，减轻的质量即为CuO中氧元素的质量，可用来求算参加反应的CO或生成的Cu的质量）。【重要】3.图像题分析（如向一定量石灰石中逐滴加入稀盐酸，生成CO2的质量与时间的关系；或向澄清石灰水中通入CO2，沉淀质量与通入CO2质量的关系曲线）。（三）常见题型与解题技巧【基础】推断题：以“碳三角”（C、CO、CO2之间的相互转化）为核心，结合常见物质的性质进行推断。【重要】解题步骤：（1）找突破口：通常以物质的颜色、状态、溶解性、特征反应（如CO2使石灰水变浑浊，C是黑色固体，CuO是黑色粉末等）为突破口。（2）顺藤摸瓜：根据转化关系图，利用已学知识，逐步推导出其他物质。（3）代入验证：将推导出的物质代入原题，检查每一步转化是否符合化学反应规律。【难点】对于“碳三角”的转化关系，必须熟练掌握：C→CO2(充分燃烧或与金属氧化物反应)C→CO(不充分燃烧或与CO2反应)CO2→C(与活泼金属镁等反应，初中不常见)CO2→CO(与C在高温下反应)CO→CO2(