初中化学九年级第六单元碳和碳的氧化物·知识清单

初中化学九年级第六单元碳和碳的氧化物·知识清单【单元导读】本单元是初中化学元素化合物知识的核心单元，系统研究碳单质、碳的两种重要氧化物（CO、CO₂）的性质、用途、制法及其之间的相互转化。本单元知识不仅是中考的【高频考点】，更是构建“元素观”、“变化观”和“结构决定性质”等化学观念的重要载体。复习时应以“碳家族”的多样性与统一性为主线，通过对比、归纳、演绎等方法，构建系统化的知识网络。一、碳单质的多样性——结构决定性质，性质决定用途【基础】碳单质物理性质差异巨大的原因：碳原子的排列方式不同。【非常重要】同种元素可以组成不同的单质，如金刚石、石墨和C60，这种现象称为同素异形现象。它们之间的相互转化属于化学变化。（一）金刚石、石墨、C60的比较1、金刚石：【物理性质】无色透明、正八面体形状的固体，是天然存在的最硬的物质。不导电。【对应用途】用于裁玻璃、切割大理石、钻探机的钻头（利用其硬度大）；制作装饰品（利用其折射光线的光泽）。【考点点拨】“最硬”是金刚石的标志性特征，常作为选择或填空题的考点。2、石墨：【物理性质】深灰色、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软（最软的矿物之一），有滑腻感。具有良好的导电性和导热性。【对应用途】制铅笔芯（质软、滑腻，注意铅笔芯是石墨和黏土的混合物，不含铅）；做电极（导电性好）；做润滑剂（耐高温、滑腻）；做坩埚（耐高温、导热）。【难点剖析】石墨的层状结构决定了其质软、有滑腻感、能导电的性质。每一层内碳原子以strong化学键结合，层与层之间作用力较弱，容易滑动。3、C60分子：【物理性质】C60分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球（又称“足球烯”）。是一种很稳定的分子，微溶于水。【对应用途】广泛应用于材料科学、超导、催化等领域。【重要辨析】C60是分子，不是由原子直接构成的宏观物质。它属于单质，但相对分子质量很大。这点常与金刚石、石墨构成微粒混淆，是【易错点】。4、其他碳单质：【活性炭】具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性。常用于防毒面具（吸附毒气）、冰箱除味剂（吸附异味）、制糖工业（脱色以制白糖）。【木炭/焦炭/炭黑】木炭常用于燃料和绘画；焦炭用于冶金（炼铁）；炭黑用于制造油墨、油漆、橡胶填料。（二）碳单质的化学性质【高频考点】【基础】宏观上，物质的性质在很大程度上决定了物质的用途。碳单质虽然在物理性质上差异巨大，但由于它们都由碳元素组成，因此化学性质相似。1、常温下的稳定性：【化学性质】在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光、空气或水分的影响很小。【生活应用】古代用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不褪色；档案资料要求用碳素墨水书写，就是因为碳在常温下稳定，字迹不易褪色。2、可燃性（与氧气的反应）：【化学原理】碳在氧气中充分燃烧，生成二氧化碳，放出热量。【化学反应方程式】C+O2点燃CO2【条件与现象】氧气充足时，燃烧剧烈，发出白光（在空气中发红），生成使澄清石灰水变浑浊的气体。【化学原理】当氧气不充足时，碳燃烧不充分，生成一氧化碳。【化学反应方程式】2C+O2点燃2CO【注意】一氧化碳是重要的燃料和还原剂，但有毒。3、还原性（与某些氧化物的反应）【难点】【非常重要】：【化学原理】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。碳本身被氧化，起还原剂作用。【实验1——木炭还原氧化铜】【实验装置】将木炭粉和氧化铜粉末混合均匀，高温加热，导管通入澄清石灰水。【实验现象】黑色粉末（木炭和氧化铜的混合物）逐渐变为光亮的红色（铜）；生成的气体使澄清石灰水变浑浊（二氧化碳）。【化学反应方程式】C+2CuO高温2Cu+CO2↑【反应类型】置换反应。【操作要点】酒精灯加网罩（使火焰集中，提高温度）；实验结束后，先撤出导管，再熄灭酒精灯（防止石灰水倒流炸裂试管）。【考点剖析】该反应体现了碳的还原性，可用于冶炼金属。中考常考实验现象、方程式的书写及实验操作的注意事项。【实验2——木炭还原二氧化碳】【化学原理】二氧化碳在高温下与碳反应生成一氧化碳。【化学反应方程式】C+CO2高温2CO【工业应用】这是工业上制取发生炉煤气的原理之一，也是炼铁高炉中产生还原剂CO的重要反应。【重要归纳】碳单质的“三性”：稳定性（常温）、可燃性（O2）、还原性（金属氧化物、CO2）。二、碳的氧化物（一）——二氧化碳（CO2）【重中之重】（一）二氧化碳的性质（物理与化学）1、物理性质：【状态】通常情况下，无色、无味的气体。【密度】密度比空气大（标准状况下为1.977g/L）。【考点】这是能用向上排空气法收集的根本原因。【溶解性】能溶于水（通常1体积水约溶解1体积CO2）。【考点】使紫色石蕊试液变红的并非CO2本身，而是其与水反应生成的碳酸。【固相】固体二氧化碳叫“干冰”。干冰易升华，升华时吸收大量的热。2、化学性质：（1）不能燃烧，也不支持燃烧（一般意义上的不支持燃烧）。【用途】灭火（利用此性质，结合密度比空气大的物理性质）。（2）与水反应：【实验探究】将CO2通入紫色石蕊试液中，溶液变红。【化学反应方程式】CO2+H2O===H2CO3（碳酸）【现象解释】碳酸使紫色石蕊试液变红。碳酸不稳定，受热易分解。【化学反应方程式】H2CO3===CO2↑+H2O【实验延伸】将变红的溶液加热，红色褪去，又变为紫色。这证明了碳酸的不稳定性。【易错点】干燥的CO2气体不能使干燥的紫色石蕊试纸变色。必须强调“与水反应生成碳酸”这个条件。（3）与碱反应（特征反应）：【检验二氧化碳】将气体通入澄清石灰水（主要成分Ca(OH)2），石灰水变浑浊。【化学反应方程式】CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O【现象分析】生成不溶于水的白色沉淀（碳酸钙）。【注意】这是实验室检验CO2的唯一方法，不能用燃着的木条（因为N2等其他气体也能使其熄灭）。【吸收二氧化碳】用氢氧化钠（NaOH）溶液吸收，效果比石灰水好，因为NaOH易溶于水，溶液浓度高，吸收更彻底。【化学反应方程式】CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O（无明显现象，但可通过塑料瓶变瘪等实验证明反应发生）【拓展】CO2与碱反应生成碳酸盐和水。除NaOH外，也可与KOH反应。（4）与碳反应（体现氧化性，虽不常用但考点存在）：【化学反应方程式】CO2+C高温2CO（前面已述）（二）二氧化碳的用途与对环境的影响1、用途：【灭火】利用其密度大、不支持燃烧的性质。【人工降雨/制冷】利用干冰升华吸热。【气体肥料】植物进行光合作用的原料。【化工原料】制纯碱、汽水（碳酸饮料）等。【注意】固态CO2（干冰）用于人工降雨是物理变化，因为只是状态改变。2、对环境的影响：【温室效应】CO2是造成温室效应的主要气体之一（但不是唯一，还有CH4、O3、氟利昂等）。【碳达峰与碳中和】这是当下的【热点】考点。【核心概念】碳达峰指CO2排放量达到历史最高值后逐步回落；碳中和指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的CO2排放量，实现“零排放”。【对应措施】减少化石燃料燃烧、开发利用新能源、植树造林（光合作用吸收CO2）、CO2的捕集与封存、循环利用（如合成燃料、尿素）。（三）二氧化碳对人体健康的影响【生理作用】CO2本身没有毒性，但空气中含量过高（超过1%），会使人因缺氧而窒息。进入久未开启的菜窖、干涸的深井前，必须做灯火试验（若灯火熄灭或燃烧不旺，说明CO2含量高，人不能进入）。三、碳的氧化物（二）——氧化碳（CO）【难点与重点】（一）一氧化碳的性质1、物理性质：【状态】通常状况下，无色、无味的气体。【密度】密度比空气略小（与空气相近，实验室一般不用排空气法收集，因纯度低且有毒）。【溶解性】难溶于水。【重要考点】这是能用排水法收集CO的原因。在室内放一盆水不能防止煤气中毒，因为CO难溶于水。2、化学性质：（1）可燃性：【现象】纯净的CO在空气中燃烧，发出蓝色火焰，放出大量热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。【化学反应方程式】2CO+O2点燃2CO2【应用】作燃料（煤气的主要成分）。【安全】点燃CO前必须验纯（与H2类似），防止爆炸。（2）还原性【非常重要】：【实验——CO还原氧化铜】【实验装置】硬质玻璃管（内装黑色CuO）、CO储气装置、酒精灯、尾气处理装置。【实验现象】黑色粉末（CuO）逐渐变为光亮的红色（Cu）；生成的气体使澄清石灰水变浑浊；尾气燃烧产生蓝色火焰。【化学反应方程式】CO+CuO△Cu+CO2【反应类型】非置换反应（反应物均为化合物）。【操作要点与安全警示】★先通入CO（排尽装置内的空气，防止加热时CO与空气混合爆炸），后点燃酒精灯加热。★实验结束后，先停止加热，继续通CO直至玻璃管冷却（防止灼热的铜被倒吸入的氧气重新氧化成CuO，同时防止石灰水倒吸）。★尾气处理（必须！）：CO有毒，不能直接排放到空气中。处理方法：①点燃（使其转化为无毒的CO2）；②用气球收集。【工业应用】冶炼金属（如炼铁高炉中，CO将铁矿石还原为铁：Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2）。（3）毒性：【中毒机理】CO极易与血液中的血红蛋白结合，结合能力比O2强倍，从而使血红蛋白丧失了与O2结合的能力，造成生物体内缺氧，严重时会危及生命。【预防】注意通风，检查煤气管道。（二）一氧化碳的用途【燃料】利用可燃性。【还原剂】用于冶金工业（利用还原性）。四、二氧化碳的实验室制取【核心实验】【高频考点】（一）药品与原理【药品】大理石（或石灰石，主要成分CaCO3）和稀盐酸（HCl的水溶液）。【注意】不用稀硫酸（因生成CaSO4微溶于水，覆盖在石灰石表面阻止反应）；不用浓盐酸（挥发性太强，使CO2中混有HCl气体）；不用纯CaCO3或Na2CO3（反应速率太快，不易控制，且成本高）。【化学反应方程式】CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑（二）装置选择与搭建1、发生装置（依据：反应物状态和反应条件）：【特点】固液不加热型。【典型装置】【基础型】锥形瓶（或试管）+长颈漏斗+双孔塞。长颈漏斗末端必须液封（伸入液面以下），防止生成的CO2从漏斗口逸出。【改进型】启普发生器或其简易装置（如试管+带孔塑料隔板+弹簧夹）。优点：可以控制反应的发生与停止。关闭弹簧夹，试管内气压增大，液体被压回长颈漏斗，固液分离，反应停止；打开弹簧夹，气体导出，液面回升，固液接触，反应发生。2、收集装置（依据：气体的密度和溶解性）：【方法】向上排空气法（因为CO2密度比空气大，且能溶于水）。【操作细节】导管应伸入集气瓶底部，以利于排尽空气。（三）检验与验满【易错点】1、检验：【方法】将生成的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。【注意】这是验证气体成分，不是验满。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，证明CO2已集满。【常见错误】将木条伸入瓶内检验，这是验纯或检查收集方法的错误操作。（四）工业制取与实验室制取的区别【工业制法】高温煅烧石灰石（发生分解反应）：CaCO3高温CaO+CO2↑【对比】实验室制法原理（复分解反应）是化学反应原理的灵活运用，考试中常要求对比两者方程式的书写。五、二氧化碳与一氧化碳的对比与转化【难点、易错点】（一）对比列表（核心考点）【组成】均由碳元素和氧元素组成。【分子构成】1个CO2分子由1个C原子和2个O原子构成；1个CO分子由1个C原子和1个O原子构成。分子构成不同，是两者性质不同的根本原因。【物理性质】CO2无色无味气体，能溶于水，密度比空气大，干冰能升华；CO无色无味气体，难溶于水，密度比空气略小。【化学性质——可燃性】CO2不能燃烧也不支持燃烧；CO具有可燃性（2CO+O2→2CO2）。【化学性质——与水反应】CO2与水反应生成碳酸；CO不能与水反应。【化学性质——与碱反应】CO2能与碱反应（使澄清石灰水变浑浊）；CO不能与碱反应。【化学性质——还原性】CO2没有还原性，在高温下能与C反应表现氧化性；CO具有还原性（能还原CuO、Fe2O3等）。【毒性】CO2无毒（但不支持呼吸）；CO有毒（与血红蛋白结合）。【主要用途】CO2用于灭火、人工降雨、气体肥料；CO用于作燃料、冶炼金属。（二）相互转化（网络构建的核心）1、CO→CO2：【途径1】燃烧：2CO+O2点燃2CO2【途径2】还原金属氧化物：CO+CuO△Cu+CO2【途径3】通过灼热的氧化铁等。2、CO2→CO：【途径】与碳反应：CO2+C高温2CO（三）除杂与鉴别1、CO中混有CO2（除杂）：【方法】将混合气体通过足量的澄清石灰水或氢氧化钠溶液（CO2被吸收，CO不反应）。【装置】洗气瓶。【注意】不能用点燃的方法（CO少量时无法点燃，且引入O2）。2、CO2中混有CO（除杂）：【方法】将混合气体通过灼热的氧化铜（CO被氧化成CO2，同时不引入新杂质）。【注意】不能用点燃的方法（在CO2大量存在下，CO无法被点燃）。3、鉴别CO和CO2：【方法1】通入澄清石灰水，变浑浊的是CO2，无明显现象的是CO。【方法2】通入紫色石蕊试液，变红的是CO2，不变的是CO。【方法3】点燃，能燃烧（蓝色火焰）的是CO，不能燃烧的是CO2。【方法4】通过灼热的CuO，能使黑色粉末变红的是CO，不能的是CO2。六、涉及碳和碳的氧化物的综合实验探究（一）关于“低碳”与“碳中和”的情景题【热点】【考查方向】给出一个生产流程或科普短文，要求：写出相关的化学方程式（如CaCO3分解、CO2与NaOH反应、光合作用原理6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2）。分析碳的循环途径（自然界中产生CO2的途径：动植物的呼吸、化石燃料的燃烧；消耗CO2的途径：植物的光合作用）。判断哪些措施有利于实现碳中和（如：减少化石能源使用、植树造林、发展新能源、CO2的捕集与封存、CO2的再利用合成燃料等）。（二）关于气体制备的综合题【考查组合】发生装置的选取（固固加热型？固液不加热型？控制反应速率？控制反应的发生与停止？）。净化装置（如何除去CO2中的HCl？用饱和NaHCO3溶液；如何干燥？用浓硫酸）。收集装置（向上排空气法，或用排饱和NaHCO3溶液的方法收集）。性质检验装置（澄清石