初中九年级化学 第六单元 碳和碳的氧化物 知识清单

初中九年级化学第六单元碳和碳的氧化物知识清单【单元导航】本单元是中考化学的核心板块，围绕“碳单质的多样性”、“碳的氧化物的性质与转化”以及“实验室制取二氧化碳”三大主线展开。复习时需构建“物质多样性（结构决定性质）→性质决定变化（化学性质与反应规律）→变化体现用途（制备与应用）→环保与社会责任（低碳理念）”的知识体系。重点关注“结构性质用途”三者间的逻辑关系，以及气体制备实验的思维模型。一、碳单质的多样性：结构决定性质，性质决定用途（一）金刚石、石墨、C60的比较【基础】【必背】尽管金刚石、石墨和C60（以及新兴的石墨烯、碳纳米管）都是由碳元素（C）组成的纯净物，属于单质，但它们的物理性质差异巨大。究其根本，是碳原子的排列方式不同【高频考点】。1、金刚石：碳原子呈正八面体状结构，立体网状排列。这种结构使其成为天然存在的最硬的物质【非常重要】。据此，其用途为：用于裁玻璃、切割大理石、作钻探机的钻头等。璀璨夺目的钻石是其装饰品应用。2、石墨：碳原子呈层状排列，层与层之间作用力弱，容易滑动。因此石墨质地柔软，有滑腻感【重要】。结合其优良的导电性【重要】，主要用途包括：制铅笔芯（利用软和滑腻）、制干电池的电极（利用导电性）、作高温润滑剂（利用耐高温和滑腻感）。3、C60：由C60分子构成，分子形似足球，又称“足球烯”。这种分子结构使其在超导、催化、材料科学等领域展现出独特的研究价值。4、木炭与活性炭：它们的主要成分也是碳单质，具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性【重要】。活性炭的吸附能力更强，常用于防毒面具滤毒、制糖工业脱色、自来水厂净水及冰箱除味剂。5、石墨烯与碳纳米管：作为21世纪的新型材料，它们同样由碳原子构成，在导电、导热、强度等方面表现卓越，是中考信息题的“新宠”。（二）碳单质的化学性质【核心】【必考】尽管碳单质的物理性质各异，但由于它们都由碳原子构成，原子的最外层电子数相同，因此化学性质相似。1、常温下的稳定性【基础】：在常温下，碳的化学性质不活泼。这是古代用墨（主要成分为炭黑）书写或绘制的字画能保存至今而不褪色的原因，也常用于碳素墨水书写档案。2、高温下的可燃性【重点】：氧气充足时，完全燃烧，生成二氧化碳，放出热量：C+O2点燃CO2。氧气不足时，不完全燃烧，生成一氧化碳，放出热量：2C+O2点燃2CO。3、高温下的还原性【难点】【高频考点】：碳能夺取某些氧化物中的氧元素，表现出还原性，常用于冶金工业。（1）与氧化铜反应：C+2CuO高温2Cu+CO2↑【非常重要】。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。实验反思：①酒精灯加网罩的目的是聚集火焰，提高温度。②实验结束后，应先撤出导管，再熄灭酒精灯，防止石灰水倒吸炸裂试管。③待试管冷却后再倒出粉末，防止灼热的铜被空气中的氧气氧化成氧化铜。（2）与氧化铁反应：3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑（工业炼铁的原理之一）。（3）与二氧化碳反应：C+CO2高温2CO（这个反应也是碳的还原性体现，同时是CO的生成途径之一）。4、考点剖析与常见题型：（1）考向一：物质鉴别与归因。常以选择题形式考查金刚石、石墨、C60是否同为一种物质（否，它们结构不同，互为同素异形体），或解释它们物理性质差异大的原因（碳原子排列方式不同）。（2）考向二：化学性质辨析。考查“常温稳定”用于保存档案，“高温活泼”用于燃烧和冶炼。特别注意，活性炭的吸附性是物理性质，而吸附性是物理性质。（3）考向三：实验探究。以木炭还原氧化铜为背景，考查实验现象、操作步骤（一氧化碳还原氧化铜也常对比考查）、化学方程式的书写以及反应类型（置换反应）。二、二氧化碳的制取研究：实验室制法的思维模型【核心实验】【必考】（一）实验室制取二氧化碳的药品与原理【基础】1、药品：大理石（或石灰石，主要成分CaCO3）和稀盐酸（HCl的水溶液）。2、原理：CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑【非常重要】。3、注意事项【难点】【高频错点】：（1）为何不用稀硫酸？因为反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在石灰石表面，阻止酸与内部碳酸钙接触，使反应很快停止。（2）为何不用浓盐酸？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的氯化氢气体，使气体不纯。（3）为何不用碳酸钠或碳酸钾？因为它们与酸反应速率过快，不利于气体收集。（二）装置的确定与选择【重难点】气体制备装置的选择依据：发生装置由反应物的状态和反应条件决定；收集装置由生成物的密度和溶解性决定。1、发生装置（固液不加热型）：（1）简易装置：试管、锥形瓶等，长颈漏斗下端必须液封，防止气体从漏斗口逸出。（2）改进装置：带有多孔隔板的装置（如启普发生器原理），优点是可以控制反应的发生与停止【高频考点】。（3）带分液漏斗的装置：优点是可以控制液体的滴加速率，从而控制反应速率。2、收集装置（向上排空气法）：（1）选择依据：CO2密度比空气大（能用向上排空气法），且能溶于水（不能用排水法）。（2）验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则证明已集满【重要】。（3）检验方法：将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则该气体是二氧化碳【重要】。（三）工业制取二氧化碳工业上通过高温煅烧石灰石来制取生石灰（CaO）和二氧化碳：CaCO3高温CaO+CO2↑。（四）考点剖析与常见题型1、考向一：基础判断。判断药品选用是否正确，化学方程式书写是否规范（注意配平、气体符号）。2、考向二：装置辨析。给出多套装置图，判断哪些能用作CO2的发生装置，哪些能控制反应速率或反应的发生与停止【非常重要】。例如，有孔隔板+弹簧夹的组合，关闭弹簧夹，气体产生使装置内压强增大，液体被压回长颈漏斗，固液分离，反应停止。3、考向三：气体制备综合实验。与氧气、氢气制备对比考查，要求学生能根据反应物状态和条件选择发生装置，根据气体性质选择收集装置、干燥装置和验满方法。三、碳的氧化物：二氧化碳和一氧化碳的性质与用途（一）二氧化碳（CO2）【热点】1、物理性质【基础】：通常状况下，无色、无味的气体，密度比空气大，能溶于水（1体积水约溶1体积CO2）。固态二氧化碳俗称干冰。2、化学性质【核心】：（1）不燃烧也不支持燃烧【重要】：一般情况下，CO2不能燃烧，也不支持燃烧（注意：镁等活泼金属可以在CO2中燃烧）。（2）与水反应【重点】：CO2+H2O===H2CO3。生成的碳酸能使紫色石蕊试液变红。但碳酸不稳定，受热易分解：H2CO3===H2O+CO2↑。（3）与碱反应【高频考点】：①与澄清石灰水反应：CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O（用于检验二氧化碳）。②与氢氧化钠反应：CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O（用于吸收或除去二氧化碳，无明显现象，需通过设计实验证明反应发生，如利用气压变化）。（4）参与光合作用：6CO2+6H2O光叶绿素C6H12O6+6O2。3、用途与影响：（1）用途【重要】：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干冰用作制冷剂、人工降雨（利用升华吸热）；③气体肥料（光合作用原料）；④化工原料（制纯碱、汽水等）。（2）对环境的影响：虽然CO2不是空气污染物，但过量排放会导致温室效应增强【热点】。（二）一氧化碳（CO）1、物理性质：无色、无味的气体，密度比空气略小（计算时认为与空气接近，一般不用排空气法收集），难溶于水。2、化学性质【核心】【难点】：（1）可燃性（蓝色火焰）【重要】：2CO+O2点燃2CO2。燃烧时发出蓝色火焰，放出大量热，是常见的气体燃料（如煤气的主要成分）。点燃前必须验纯，防止爆炸。（2）还原性【高频考点】：CO能夺取金属氧化物中的氧，用于冶炼金属。①与氧化铜反应：CO+CuO△Cu+CO2。实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的紫红色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊。尾气处理：由于CO有毒，必须有尾气处理装置（如点燃或用气球收集），防止污染空气。②与氧化铁反应：3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2（工业炼铁的核心反应）。（3）毒性【重要】：CO极易与血液中的血红蛋白结合，使其丧失携氧能力，造成人体缺氧（中毒）。（三）CO2与CO的比较与转化【高频对比题】1、对比：（1）相同点：组成元素相同（C、O）；均为无色无味气体。（2）不同点：分子构成不同（1个CO2分子比1个CO分子多一个氧原子），导致性质天差地别【非常重要】。CO有毒，CO2无毒；CO有可燃性、还原性，CO2一般不燃烧不支持燃烧，能与水、碱反应。2、转化关系【核心】：（1）CO→CO2：可通过燃烧（2CO+O2点燃2CO2）或还原金属氧化物（CO+CuO△Cu+CO2）实现。（2）CO2→CO：可通过与炽热的碳反应（CO2+C高温2CO）实现。（四）考点剖析与常见题型1、考向一：性质鉴别。考查如何区分CO和CO2，常用方法有：通入澄清石灰水（变浑浊的是CO2）、通入紫色石蕊试液（变红的是CO2）、点燃（能燃烧的是CO）、通过灼热氧化铜（使黑色粉末变红的是CO）。2、考向二：除杂问题【难点】。例如，除去CO中的CO2（将气体通过足量的氢氧化钠溶液，再干燥）；除去CO2中的CO（将混合气体通过灼热的氧化铜，但要注意此法操作复杂且可能引入新杂质，点燃法则不可行，因为大量CO2中CO无法被点燃）。3、考向三：实验探究。以一氧化碳还原金属氧化物为背景，考查实验步骤（先通CO后加热，防止爆炸；先停止加热后停止通CO，防止倒吸和氧化）、现象描述、方程式书写及尾气处理方法。四、跨学科视野下的单元整合与拓展【提分关键】（一）基于“守恒观”与“元素观”的推断题突破碳及其化合物的转化关系是框图推断题的热门素材。常见题眼包括：1、最硬的金刚石、最软的石墨、最好的导电材料、生命基石（蛋白质、糖类等含碳元素）。2、光合作用与呼吸作用的原料与产物（CO2与O2的循环）。3、煤气的主要成分（CO）、人工降雨的干冰（CO2）、碳酸饮料中的不稳定性酸（H2CO3）、用于检验和吸收的碱（Ca(OH)2、NaOH）。4、物质三角转化：如O2CO2CCO。（二）基于“变化观”的化学计算1、含杂质物质的计算：利用化学方程式进行计算时，代入的必须是纯净物的质量。例如，用含碳酸钙80%的石灰石制取CO2，需先求出碳酸钙的实际质量。2、质量守恒定律应用：在涉及CO、CO2混合气体通过金属氧化物或碱液吸收时，利用反应前后碳元素或氧元素质量守恒来解题。（三）基于“社会责任”的低碳理念【热点】1、温室效应的成因：化石燃料的大量燃烧，森林面积减少，导致空气中CO2含量升高。2、低碳措施：【重要】（1）减少排放：开发新能源（太阳能、风能、氢能），减少化石燃料使用；提高能源利用率。（2）增加吸收：植树造林，利用光合作用吸收CO2；采用物理、化学方法捕集和封存CO2。3、“碳中和”：指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。这是近年来中考化学结合时事热点的出题方向。五、易错点与答题要点总结【必读】（一）概念辨析区1、“碳”和“炭”：“碳”是元素名称，是核电荷数为6的一类原子的总称，如碳元素、碳单质、二氧化碳等；“炭”通常指具体物质，如木炭、焦炭、活性炭等。2、吸附性是物理性质，不是化学性质。3、金刚石和石墨的混合物不是纯净物，它们虽然都由碳元素组成，但结构不同，混合后属于混合物。4、CO2能使紫色石蕊变红的原因是CO2与水反应生成了碳酸，而不是CO2本身显酸性。5、CO2不支持燃烧是一般规律，不适用于镁等活泼金属。（二）实验操作规范区1、实验室制CO2，长颈漏斗必须液封。2、检验CO2用澄清石灰水，验满用燃着的木条放在瓶口。3、CO还原CuO实验：（1）操作顺序：一通（CO）、二点（灯）、三撤（灯）、四停（CO）。解释：先通CO是为了排尽装置内空气，防止加热时爆炸；先撤灯后停CO是为了防止倒吸和防止生成的Cu被重新氧化。（2）尾气处理：必须有尾气处理装置（点燃、收集等），因为CO有毒。（三）化学用语书写规范1、注意配平：如3CO+Fe2O3高温2Fe+3CO2。2、注意条件：C+CO2高温2CO