初中化学九年级 碳单质与碳的氧化物 知识清单

初中化学九年级碳单质与碳的氧化物知识清单一、碳单质的多样性：结构决定性质，性质决定用途（一）碳单质的同素异形体现象【基础】【重要概念】在化学上，我们将由同一种元素组成的不同单质，互称为同素异形体。碳单质家族就存在着多种同素异形体，如金刚石、石墨、C60等。它们都由碳元素（C）组成，但由于碳原子的排列方式不同，导致其物理性质存在着显著差异。【非常重要】【高频考点】（二）几种重要的碳单质【核心知识】1.金刚石：是自然界中存在的最硬的物质【重要】，这是由于它的碳原子呈现出一种稳定的、立体的正八面体结构，每个碳原子都与周围的四个碳原子通过强的相互作用紧密连接，形成了坚固的网状结构。其硬度大、不导电、无色透明、有璀璨光泽。利用其硬度大的性质，金刚石被用来制作玻璃刀、钻探机的钻头【考点】；利用其光泽好的性质，可以被加工成价值连城的钻石首饰。2.石墨：是一种深灰色的、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，质地柔软，用手摸有滑腻感【基础】。石墨的碳原子是层状排列的，同一层内碳原子结合牢固，但层与层之间的作用力较弱，因此容易发生相对滑动。这种结构赋予了石墨良好的导电性、导热性、耐高温性和光滑感。因此，石墨常用于制作铅笔芯（利用其质软和滑腻感，在纸上划过留下痕迹）、电极（利用其导电性）、润滑剂（利用其层状结构易滑动，耐高温）【高频考点】。3.C60分子：又称富勒烯，是一种由60个碳原子组成的形似足球的笼状分子【基础】。它完全由碳原子构成，属于分子晶体。C60及其衍生物在超导、材料科学、医学等领域展现出广阔的应用前景。4.木炭、活性炭、炭黑等无定形碳【拓展】：它们主要也是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，并非真正的无定形体。活性炭和木炭具有疏松多孔的结构【重要】，因此具有很强的吸附性【高频考点】，可以吸附色素和异味气体。例如，活性炭常用于防毒面具的滤毒罐、冰箱除味剂、自来水厂的净水过程【考点】。炭黑则常用于制造墨水、油墨、油漆，并可作为橡胶的补强剂，增加轮胎的耐磨性。（三）碳单质化学性质的统一性【核心原理】尽管碳单质的物理性质各异，但由于它们都由碳原子构成，因此化学性质是基本相同的。1.常温下的稳定性【基础】【热点】：在常温下，碳单质的化学性质很不活泼。例如，用墨汁（主要成分为炭黑）书写的字画或古代用碳书写的文书档案，能保存很长时间而不褪色，就是因为常温下碳的化学性质稳定，不易与其它物质反应【考点】。2.可燃性（与O2反应）【重要】：​C+O2==点燃==CO2（氧气充足时，完全燃烧，放出大量热）2C+O2==点燃==2CO（氧气不足时，不完全燃烧，生成有毒的一氧化碳）此考点常结合燃料的充分燃烧、一氧化碳中毒原因进行考查。3.还原性（与某些氧化物反应）【难点】【高频考点】：碳在高温下能夺取金属氧化物中的氧元素，使其被还原为金属单质，表现出还原性。（1）木炭还原氧化铜：C+2CuO==高温==2Cu+CO2↑【实验现象】黑色固体粉末逐渐变为光亮的红色，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊【考点】。【实验关键】★反应结束后，应先从石灰水中撤出导管，再熄灭酒精灯，以防止石灰水倒流进入热的试管底部，使试管炸裂。【必考易错点】【拓展】酒精灯上加网罩的目的是使火焰集中，提高温度。【重要】（2）木炭还原氧化铁：3C+2Fe2O3==高温==4Fe+3CO2↑（3）碳与二氧化碳反应：C+CO2==高温==2CO（此反应吸热，是生成CO的主要途径，也是煤炉底部燃烧、中层产生CO的化学原理）【重要】二、二氧化碳（CO2）的性质与用途（一）物理性质【基础】通常情况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。能溶于水（通常状况下，1体积水约能溶解1体积二氧化碳，增大压强可溶解更多，如汽水生产）【重要】。密度比空气大（标准状况下为1.977g/L，约是空气的1.5倍）【高频考点】，因此我们可以用向上排空气法收集二氧化碳。固态的二氧化碳叫做“干冰”【基础】。（二）化学性质【核心】1.一般情况下，不能燃烧，也不支持燃烧【非常重要】：这是二氧化碳能用于灭火的主要化学性质。但它不是绝对的，如金属镁可以在二氧化碳中燃烧。2.与水反应生成碳酸【重要】：CO2+H2O==H2CO3。碳酸能使紫色石蕊试液变红。【高频考点】但碳酸不稳定，很容易分解：H2CO3==CO2↑+H2O。所以被碳酸染红的石蕊试液，当加热时，又会恢复成紫色。【易错警示】★使紫色石蕊试液变红的不是CO2本身，而是CO2与水反应生成的碳酸。3.与碱反应【非常重要】【高频考点】：（1）与澄清石灰水反应：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O。该反应用于实验室检验二氧化碳气体的存在【核心考点】。现象是澄清石灰水变浑浊。继续通入CO2，CaCO3沉淀会与水和CO2反应生成可溶的碳酸氢钙：CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2，溶液重新变澄清。（2）与氢氧化钠溶液反应：CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O（无明显现象）【重要】。通常需要通过验证生成物或压强变化来证明反应发生。4.参与光合作用【基础】：CO2+H2O==（光照、叶绿素）==有机物（如葡萄糖）+O2。这是自然界碳循环和氧循环的重要环节。（三）用途【高频考点】性质决定了用途。二氧化碳的用途极为广泛：1.用于灭火（利用其密度比空气大，且不燃烧、不支持燃烧的性质）【重要】。2.“干冰”可用于人工降雨（升华吸热，使周围水蒸气冷凝）【基础】、作制冷剂、在舞台上制造云雾缭绕的效果。3.是重要的化工原料，用于制纯碱、尿素、汽水（碳酸饮料）等【基础】。4.在温室里作气体肥料（促进植物光合作用）【热点】。（四）对环境的影响【重要拓展】过多排放二氧化碳会导致“温室效应”加剧【热点】。这主要是由于化石燃料的大量燃烧、森林面积减少等原因造成的。减缓温室效应的措施包括：开发新能源、减少化石燃料的使用、植树造林、低碳生活等。三、一氧化碳（CO）的性质与用途（一）物理性质【基础】一氧化碳是一种无色、无味的气体，难溶于水，密度比空气略小（在收集时一般不用排空气法，因为密度与空气太接近且有毒，通常用排水法收集）。（二）化学性质【核心】1.可燃性【重要】：2CO+O2==点燃==2CO2。纯净的CO在空气中燃烧，发出蓝色火焰，放出大量的热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。【考点】因此，一氧化碳是一种重要的气体燃料（如水煤气的成分）。【注意事项】★CO具有可燃性，与空气（或氧气）混合达到爆炸极限时，遇明火可能发生爆炸。所以，在点燃CO前，一定要像检验氢气一样检验其纯度。【高频考点】2.还原性【难点】【高频考点】：CO能与金属氧化物反应，夺取其中的氧，使其还原为金属单质，同时被氧化为CO2。这是工业冶炼金属的重要原理。（1）还原氧化铜：CO+CuO==加热==Cu+CO2【实验现象】黑色粉末变为红色，生成的气体使澄清石灰水变浑浊。【实验关键】★与氢气还原氧化铜实验类似，但多了尾气处理装置，因为CO有毒。a.实验开始时要先通入一氧化碳，以排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸。【非常重要】b.实验结束后要先停止加热，继续通入一氧化碳直到玻璃管冷却，以防止灼热的铜被空气中的氧气重新氧化。【重要】c.尾气处理：由于CO有毒，不能直接排放到空气中，必须进行尾气处理。常用方法有点燃（用酒精灯将多余的CO烧掉）或收集起来（用气球收集）。【高频考点】（2）还原氧化铁（工业炼铁原理）：Fe2O3+3CO==高温==2Fe+3CO2【工业应用】这是高炉炼铁的核心化学反应。3.毒性【非常重要】：CO极易与血液中的血红蛋白结合，结合能力比氧气强约倍，从而使血红蛋白丧失了运输氧气的能力，造成人体组织缺氧，严重时会危及生命。【基础】因此，用煤火取暖时，一定要注意通风，防止煤气中毒。【热点】（三）用途【基础】1.作为气体燃料（利用其可燃性）。2.作为还原剂，用于冶金工业（利用其还原性）。四、一氧化碳和二氧化碳性质的比较与鉴别【高频综合考点】（一）性质差异的根本原因尽管CO和CO2都由碳、氧元素组成，但它们的分子构成不同（一个分子中含有一个氧原子，另一个含有两个氧原子）【非常重要】，导致了分子结构不同，从而使得它们的物理性质和化学性质有着天壤之别。（二）性质对比▲CO2：无色无味气体，能溶于水，密度比空气大。不能燃烧，也不支持燃烧，能与水反应生成碳酸，能与碱反应，有毒吗？无毒，但有窒息风险。有还原性吗？无（碳元素为+4价，为最高价态，通常表现氧化性）。▲CO：无色无味气体，难溶于水，密度比空气略小。具有可燃性，不具有（不与水、碱反应），剧毒。有还原性吗？有（碳元素为+2价，可继续升高至+4价）。（三）鉴别方法【解题技巧】如何鉴别CO和CO2两瓶无色气体？方法一：分别通入澄清石灰水中，使石灰水变浑浊的是CO2，无明显现象的是CO。方法二：分别将燃着的木条伸入集气瓶中，使木条熄灭的是CO2，气体能被点燃并产生蓝色火焰的是CO。方法三：分别通过灼热的氧化铜粉末，能使黑色粉末变红，并生成使石灰水变浑浊的气体的是一氧化碳（CO+CuO>Cu+CO2）；无明显现象的是二氧化碳。（四）除杂问题【难点】1.CO（CO2）：通常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。化学方程式：CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O。2.CO2（CO）：通常将混合气体通过灼热的氧化铜，CO被氧化成CO2。化学方程式：CO+CuO==加热==Cu+CO2。五、实验室制取二氧化碳的研究【核心实验技能】（一）药品选择及反应原理【基础】实验室常用大理石（或石灰石，主要成分CaCO3）和稀盐酸（HCl的水溶液）反应来制取二氧化碳。化学方程式：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑【必考】【选药原则】★为什么不用碳酸钠？反应速率过快，不易收集。★为什么不用浓盐酸？浓盐酸挥发性强，会使制得的CO2中混有大量HCl气体而不纯。★为什么不用稀硫酸？生成的硫酸钙（CaSO4）微溶于水，会覆盖在大理石表面，阻止反应进一步进行。【重要】（二）发生装置【高频考点】根据反应物是固体（大理石）和液体（稀盐酸），且反应不需加热，我们选择“固液常温型”发生装置。【装置要点】1.若使用长颈漏斗，其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漏斗口逸散。【必考】2.锥形瓶内的导管伸入瓶内不宜过长，略超出胶塞即可，以免气体导出不畅。（三）收集装置【重要】由于CO2能溶于水且能与水反应，不能用排水法收集。因为CO2密度比空气大，所以只能用向上排空气法收集。【验满方法】将燃着的木条放在集气瓶口【考点】，如果木条熄灭，证明已收集满。（四）检验方法【基础】将生成的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。化学方程式：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O。六、碳及碳的氧化物之间的转化网络【综合应用】（一）核心转化关系图【难点】【热点】掌握以下核心转化是解决推断题的关键：1.C→CO2：C+O2==点燃==CO2（充分燃烧）2.C→CO：2C+O2==点燃==2CO（不充分燃烧）；或C+CO2==高温==2CO3.CO2→CO：CO2+C==高温==2CO4.CO→CO2：2CO+O2==点燃==2CO2；或CO+CuO==加热==Cu+CO25.CO2→H2CO3：CO2+H2O==H2CO36.H2CO3→CO2：H2CO3==CO2↑+H2O7.CO2→CaCO3：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O8.CaCO3→CO2：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑（实验室制法）；或CaCO3==高温==CaO+CO2↑（工业制法）（二）物质推断题解题思路【策略】在遇到碳及其氧化物的推断题时，往往以“组成元素相同的气体”（即CO和CO2）、“有毒性气体”（CO）、“能灭火或参与光合作用的气体”（CO2）、“能产生蓝色火焰的气体”（CO）、“能使澄清石灰水变浑浊的气体”（CO2）、“黑色固体”（C、CuO）、“红色固体”（Cu）为突破口。【非常重要】七、常见考查方式与解题指导【备考策略】（一）选择题常见陷阱【易错点】1.混淆CO和CO2的性质：如认为CO2也有毒，或者认为CO能使石蕊试液变红等。【高频】2.对“碳”和“炭”的理解不清：如“木炭”、“活性炭”是具体物质，而“碳”是元素名称。3.对实验现象的误判：如将CO燃烧描述为产生白色火焰，或混淆CO还原CuO与C还原CuO的尾气处理要求。4.对化学方程式书写的错误：如未配平、漏标条件（高温、点燃）、漏标气体符号（反应物有气体参与时，生成物气体不加↑）。5.对除杂试剂的选择不当：如用点燃的方法除去CO2中的CO（少量CO在CO2中无法点燃）。（二）填空题与简答题核心考点【基础】1.化学用语的书写：准确写出化学式、化学方程式。2.性质与用途的关系：如“干冰用于人工降雨利用了其升华吸热的物理性质”，“CO用于冶炼金属利用了其还原性的化学性质”。3.实验操作的注意事项及其原因：如制CO2时长颈漏斗末端需液封，CO还原CuO前需先通气体等。（三）实验探究题解题思路【能力提升】1.气体制备类：从反应原理（药品、条件）→发生装置