初中九年级化学 碳的氧化物知识清单

初中九年级化学碳的氧化物知识清单一、碳的氧化物概述碳的氧化物主要包括一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO₂）。这两种氧化物虽然都由碳元素和氧元素组成，但由于分子结构不同，它们的性质有着天壤之别。一氧化碳由一个碳原子和一个氧原子构成，碳原子为+2价，处于中间价态，因此既具有氧化性又具有还原性，但以还原性为主。二氧化碳由一个碳原子和两个氧原子构成，碳原子为+4价，是碳元素的最高价态，因此具有氧化性，但其化学性质相对稳定。深入理解二者性质的差异，是学习本章内容的关键。二、二氧化碳（CO₂）【基础】【核心考点】（一）二氧化碳的物理性质【基础】通常情况下，二氧化碳是一种无色、无味的气体。在标准状况下，其密度为1.977g/L，比空气的平均密度（1.293g/L）大，因此我们可以采用向上排空气法收集二氧化碳。二氧化碳能溶于水，在常温常压下，1体积水大约能溶解1体积的二氧化碳，溶解后部分与水反应生成碳酸。增大压强会使其溶解得更多，汽水就是利用这一原理制成的。在加压和降温冷却的条件下，二氧化碳会变成无色液体，进一步降低温度，会变成雪花状固体，经过压缩的固体二氧化碳俗称“干冰”。干冰在常温常压下极易升华，直接由固态转变为气态，同时吸收大量的热。（二）二氧化碳的化学性质【核心】【高频考点】1.不燃烧，也不支持燃烧（一般情况下）【重要】二氧化碳本身不燃烧，也不支持燃烧。但这并不意味着所有物质在二氧化碳中都不能燃烧，例如镁带就可以在二氧化碳中剧烈燃烧，生成氧化镁和碳，化学方程式为：2Mg+CO₂=点燃=2MgO+C。此性质常用于灭火，但需注意其适用范围。2.与水反应生成碳酸【热点】二氧化碳溶于水时，会与水反应生成碳酸（H₂CO₃）。碳酸是一种弱酸，能使紫色的石蕊试液变红。但碳酸很不稳定，容易分解又生成二氧化碳和水。CO₂+H₂O⇌H₂CO₃（反应方程式）该反应是一个可逆反应，等号用可逆符号表示，体现了反应的同时性。将已经变红的石蕊试液加热，红色又会褪去，恢复为紫色，这是因为碳酸受热分解，气体逸出，酸性消失。H₂CO₃=加热=CO₂↑+H₂O（分解反应方程式）3.与碱反应生成盐和水【高频考点】二氧化碳是酸性氧化物，能与碱发生反应。（1）与氢氧化钠（NaOH）反应：二氧化碳通入氢氧化钠溶液中，生成碳酸钠和水，无明显现象。CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O（两种写法均可，以原子守恒为准）这个反应没有明显现象，通常需要借助其他手段（如检验生成物或通过压强变化）来证明反应的发生。这是中考实验探究题的热点。（2）与氢氧化钙（Ca(OH)₂）反应【重要】【必考】：这是实验室检验二氧化碳的常用方法。将二氧化碳通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，这是因为生成了白色的碳酸钙沉淀。CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O此反应现象明显，是鉴别二氧化碳的特征反应。4.与碳反应生成一氧化碳【难点】在高温条件下，二氧化碳能与碳反应，生成一氧化碳。这是一个化合反应，也是工业上制取水煤气（主要成分是CO和H₂）的其中一个反应。CO₂+C=高温=2CO该反应体现了二氧化碳的氧化性（其中+4价的碳被还原成+2价）。（三）二氧化碳的用途与对环境的影响【基础】【拓展】1.用途（1）灭火：利用其密度比空气大（能覆盖在可燃物上隔绝氧气）和不燃烧、不支持燃烧的性质。（2）制冷剂（人工降雨、舞台烟雾）：利用干冰升华吸热的原理。（3）气体肥料：植物进行光合作用需要二氧化碳。（4）化工原料：用于生产纯碱（Na₂CO₃）、尿素、汽水饮料等。（5）温室气体：CO₂能让太阳光透过，又能强烈地吸收地面辐射出的红外线，产生温室效应。2.对环境的影响——温室效应【热点】大量化石燃料的燃烧、森林面积的急剧减少，导致大气中二氧化碳的含量逐年上升，加剧了温室效应。温室效应会导致全球气候变暖、冰川融化、海平面上升、极端天气频发等一系列环境问题。因此，控制二氧化碳的排放（简称“碳减排”），提倡“低碳生活”是全人类的共同责任。（四）二氧化碳的实验室制法【核心】【高频考点】1.药品选择实验室通常选用大理石（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。选择理由：大理石（石灰石）来源广泛，价格低廉；稀盐酸反应速率适中，易于收集；反应在常温下进行，无需加热。注意事项：不能选用浓盐酸，因为浓盐酸挥发性太强，会使制得的二氧化碳中混有大量氯化氢气体；不能选用稀硫酸，因为稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在石灰石表面，阻止反应进一步进行；不能选用纯的碳酸钠或碳酸钙粉末，因为反应速率过快，不便于气体收集。2.反应原理（化学方程式）CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑这是一个复分解反应，也是实验室制取二氧化碳的唯一定式。3.发生装置【重要】根据反应物状态（固体+液体）和反应条件（常温），应选择固液不加热型发生装置。常见类型：（1）简易装置：试管、锥形瓶、广口瓶等与双孔塞、长颈漏斗、导气管组合。【关键点】使用长颈漏斗时，其末端必须伸入液面以下，形成液封，防止生成的二氧化碳气体从长颈漏斗口逸出。（2）启普发生器及其简易装置：适用于块状固体与液体反应，且不需要加热，可以随时控制反应的发生与停止。其原理是通过关闭导气管，使气体无法排出，从而将液体压入长颈漏斗（或球形漏斗）中，使固液分离，反应停止；打开导气管，气体排出，压强减小，液体重新流回与固体接触，反应发生。4.收集装置【重要】由于二氧化碳密度比空气大，且能溶于水，因此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，如果木条熄灭，则证明已收集满。注意：不能用排水法收集，因为二氧化碳能溶于水且与水反应，会导致收集到的气体不纯且量少。5.检验和验满的区别【易错点】（1）检验：将气体通入澄清石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。（2）验满：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，则证明已收集满。6.操作步骤（以锥形瓶+长颈漏斗装置为例）【基础】（1）检查装置气密性：将导管一端放入水中，双手紧握锥形瓶，若导管口有气泡冒出，松开手后，导管内形成一段稳定的水柱，则证明气密性良好。（2）装入药品：先向锥形瓶中加入石灰石，再从长颈漏斗中加入稀盐酸。（3）收集气体：待导管口气泡连续、均匀地放出时，开始用向上排空气法收集。（4）验满：用燃着的木条放在集气瓶口进行验满。（5）存放：验满后，用玻璃片盖住集气瓶口（注意盖磨砂面），正放在桌面上（因为密度比空气大）。（五）二氧化碳对人体健康的影响【基础】【拓展】二氧化碳本身无毒，但空气中二氧化碳浓度过高时，会使人因缺氧而窒息。在进入久未开启的菜窖、干涸的深井前，必须进行灯火试验。如果灯火熄灭或燃烧不旺，说明二氧化碳含量过高，人不能进入。三、一氧化碳（CO）【重要】【高频考点】（一）一氧化碳的物理性质【基础】通常情况下，一氧化碳是一种无色、无味的气体。它的密度比空气略小（标准状况下密度为1.25g/L，与空气1.293g/L非常接近），因此不能用排空气法收集，只能用排水法收集。一氧化碳极难溶于水（在20℃时，1体积水约能溶解0.02体积的一氧化碳），这为它的收集和储存提供了便利。（二）一氧化碳的化学性质【核心】【高频考点】1.可燃性【重要】一氧化碳能在空气中燃烧，发出蓝色火焰，放出大量的热，生成二氧化碳。这是它作为气体燃料的基础。2CO+O₂=点燃=2CO₂需要特别注意的是，如果一氧化碳与空气（或氧气）混合达到一定比例（爆炸极限为12.5%～74.2%），遇明火就会发生爆炸。因此，在点燃一氧化碳之前，必须先检验其纯度。2.还原性【非常重要】【难点】一氧化碳具有还原性，能夺取金属氧化物中的氧，将其还原为金属，同时自身被氧化为二氧化碳。这是冶金工业的重要原理。（1）还原氧化铜：黑色的氧化铜在加热条件下，能被一氧化碳还原为红色的铜。CO+CuO=加热=Cu+CO₂实验现象：黑色粉末逐渐变为红色，生成的气体能使澄清石灰水变浑浊。（2）还原氧化铁（炼铁原理）：在高温条件下，一氧化碳能将红棕色的氧化铁还原为黑色的铁粉。3CO+Fe₂O₃=高温=2Fe+3CO₂这是高炉炼铁的核心反应。3.毒性【基础】【重要】一氧化碳有剧毒，这是它最显著的性质之一。中毒原理是：一氧化碳极易与人体血液中的血红蛋白结合，其结合能力是氧气的倍。一旦一氧化碳进入血液，便优先与血红蛋白结合，形成稳定的碳氧血红蛋白，使血红蛋白丧失携氧能力，导致人体组织器官缺氧，从而引起中毒。严重时会导致死亡。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，必须注意保持通风，防止中毒。（三）一氧化碳的用途【基础】1.作气体燃料：利用其可燃性，如管道煤气、水煤气中的主要成分。2.作还原剂：用于冶金工业，如高炉炼铁。（四）一氧化碳的实验室制法【拓展】在实验室中，通常利用甲酸（HCOOH）在浓硫酸作用下脱水来制取少量的一氧化碳。HCOOH=浓硫酸、加热=CO↑+H₂O该反应需加热，采用固液加热型发生装置。由于一氧化碳有毒，在制备和使用时必须注意尾气处理。四、一氧化碳与二氧化碳的性质比较与鉴别【高频考点】【难点】（一）性质比较【重要】1.分子构成不同：CO分子由一个C原子和一个O原子构成；CO₂分子由一个C原子和两个O原子构成。结构决定性质，这是二者性质差异的根本原因。2.物理性质：（1）状态：通常情况下都是气体。（2）颜色气味：均无色、无味。（3）密度：CO略小于空气，CO₂大于空气。（4）溶解性：CO难溶于水，CO₂能溶于水。（5）三态变化：CO₂有固、液、气三态变化，且固态CO₂（干冰）易升华；CO在常温下不易液化，固态也少见。3.化学性质：（1）可燃性：CO具有可燃性，是很好的燃料；CO₂一般不燃烧，也不支持燃烧。（2）还原性：CO具有强还原性，可用于冶炼金属；CO₂没有还原性，但在高温下能与碳反应表现氧化性。（3）与水反应：CO不与水反应；CO₂能与水反应生成碳酸，使石蕊变红。（4）与碱反应：CO不与碱反应（属于不成盐氧化物）；CO₂能与碱反应生成盐和水（属于酸性氧化物）。（5）毒性：CO有剧毒；CO₂无毒，但不支持呼吸。（二）鉴别方法【高频考点】1.物理方法：可以用燃着的木条试验，使木条熄灭的是二氧化碳，气体燃烧的是一氧化碳。将气体分别通入紫色的石蕊试液中，能使溶液变红的是二氧化碳，不变红的是（纯净的）一氧化碳。2.化学方法：将气体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（纯净的）一氧化碳。这是最常用、最简便的鉴别方法。将气体分别通过灼热的氧化铜粉末，能使黑色粉末变红，且生成的气体能使澄清石灰水变浑浊的是一氧化碳，无明显现象的（或氧化铜不反应）是二氧化碳。（三）除杂问题【难点】1.CO中混有少量CO₂：将混合气体通过足量的澄清石灰水（或氢氧化钠溶液），CO₂被吸收，CO不反应，从而得到纯净的CO。CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O2.CO₂中混有少量CO：将混合气体通过足量的灼热氧化铜，CO与氧化铜反应生成CO₂，从而得到纯净的CO₂。CO+CuO=加热=Cu+CO₂注意：此方法需要加热，且消耗氧化铜，成本较高。也可用点燃的方法除去CO，但大量CO₂中混有少量CO时，CO不易被点燃，且会引入新杂质（如空气中成分），故不常用。五、涉及碳的氧化物的综合计算【难点】【拉分点】（一）含杂质物质的反应计算在涉及石灰石、赤铁矿等原料的工业计算中，经常会遇到含杂质的情况。解题关键是先计算出纯净物的质量，再代入化学方程式进行计算。纯净物质量=不纯物质总质量×纯净物的质量分数（纯度）【例题】用100t含碳酸钙80%的石灰石，理论上可以制得多少吨二氧化碳？解：石灰石中碳酸钙的质量=100t×80%=80t设生成二氧化碳的质量为xCaCO₃=高温=CaO+CO₂↑1004480tx100/80t=44/xx=(80t×44)/100=35.2t答：理论上可以制得35.2吨二氧化碳。（二）关于气体体积与质量之间的换算在实验室制法或涉及气体收集的题目中，常会用到气体体积。标准状况下（0℃，101.325kPa），气体的摩尔体积约为22.4L/mol。根据此关系，可以在气体体积和质量之间进行换算。物质的量（n）=气体体积（V）/22.4L/mol质量（m）=n×摩尔质量（M）【例题】在标准状况下，用排水法收集了2.24L的一氧化碳，这些一氧化碳的质量是多少克？解：n(CO)=2.24L/22.4L/mol=0.1molm(CO)=n×M=0.1mol×28g/mol=2.8g答：这些一氧化碳的质量为2.8克。（三）多步反应的计算在炼铁等过程中，涉及多个连续反应，如：C→CO→CO₂→CaCO₃。解题时，可以根据反应过程中某一种元素的守恒（如碳元素守恒），建立已知量和未知量之间的直接关系，从而简化计算。【例题】要制得5.6t的铁，需要含杂质20%的赤铁矿（主要成分Fe₂O₃）多少吨？（假设炼铁过程中铁的损耗为10%）分析：实际制得的铁是5.6t，但考虑损耗10%，意味着理论上应生成的铁=5.6t/(110%)。解：理论上应生成的铁质量=5.6t/90%=56/9t设需要氧化铁的质量为xFe₂O₃+3CO=高温=2Fe+3CO₂x56/9t160/x=112/(56/9)x=(160×56/9)/112=(160×56)/(9×112)=80/9t需要赤铁矿的质量=(80/9t)/(120%)=(80/9)/0.8=100/9≈11.11t答：需要含杂质20%的赤铁矿约11.11吨。六、实验探究题专练——碳的氧化物性质探究【综合能力】【压轴题】（一）关于CO₂与NaOH溶液反应的探究由于CO₂与NaOH溶液反应无明显现象，探究二者是否反应是中考的热点。1.验证反应发生的思路：（1）检验生成物：反应后，向溶液中滴加稀盐酸，若有气泡产生（Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑），证明生成了碳酸钠，从而证明CO₂与NaOH反应。（2）证明反应物减少或消失：通过对比实验，观察反应前后气压的变化。①塑料瓶变瘪实验：在充满CO₂的矿泉水瓶中倒入NaOH溶液，盖紧瓶盖，振荡，观察到塑料瓶变瘪。但该实验不够严谨，因为CO₂也能溶于水，导致瓶内气压减小。因此需要设置对照实验：用等体积的水代替NaOH溶液重复上述实验，观察到瓶变瘪的程度远小于前者，才能证明CO₂确实与NaOH发生了反应。②气球胀大实验：在密闭装置中，将NaOH溶液滴入盛有CO₂的锥形瓶，可观察到气球胀大。同样需要用水做对照实验。③烧杯中水倒吸实验：将盛有CO₂的试管倒扣在NaOH溶液中，观察到试管内液面上升。对照实验为用等体积的水。2.数字化实验的应用【新科技】利用压强传感器，可以实时监测密闭容器内压强的变化。将CO₂与NaOH溶液混合，压强迅速下降；而与水混合，压强下降幅度小且慢，从而科学、定量地证明反应的发生。（二）关于CO还原性的实验探究【重要】【难点】1.实验装置及各部分作用（以CO还原CuO为例）：（1）CO发生装置：通常用甲酸和浓硫酸制取。（2）净化装置：可能会通过NaOH溶液除去可能混有的酸性气体。（3）主反应装置：硬质玻璃管，内盛黑色CuO粉末。（4）检验装置：澄清石灰水，用于检验生成的CO₂。（5）尾气处理装置：由于CO有毒，不能直接排入空气，必须进行尾气处理。常用方法有：①点燃（在装置末端加一个燃着的酒精灯）；②用气球收集；③用排水法收集（不常用）。2.实验操作顺序【必考】一氧化碳还原氧化铜的实验操作顺序可以概括为：一通、二点、三撤、四停。（1）先通入一氧化碳气体（目的是排尽装置内的空气，防止加热时发生爆炸）。（2）待排尽空气后，点燃酒精灯进行加热。（3）实验结束后，先撤走酒精灯，继续通入一氧化碳直至玻璃管冷却（防止热的铜被空气中的氧气重新氧化，同时防止倒吸）。（4）最后停止通入一氧化碳。3.实验中可能出现的异常现象分析（1）玻璃管炸裂：可能因为加热前未均匀预热，或生成的铜在高温下接触空气被氧化放热导致。（2）澄清石灰水不变浑浊：可能是气密性问题，导致生成的CO₂逸出；或CO中混有HCl气体，与石灰水反应，消耗了Ca(OH)₂；或石灰水已变质。（3）尾气处理处的火焰熄灭后又复燃：说明CO气流不稳定，中间混入了空气。（三）跨学科融合题（生物、物理）【新趋势】1.与生物的光合作用和呼吸作用结合：在一个密闭的透明装置中，放置植物和小动物，通过监测装置内CO₂浓度的变化，来判断生物进行的是光合作用还是呼吸作用。光照下，CO₂浓度下降，说明光合作用强度大于呼吸作用；黑暗下，CO₂浓度上升，说明只进行呼吸作用。2.与物理的压强、浮力知识结合：如利用CO₂的密度大于空气，设计“阶梯蜡烛”实验，验证CO₂的密度；或利用CO₂与碱反应造成压强变化，设计喷泉实验等。七、常见考点、考向与解题策略（一）基础考点【基础】主要考查CO₂和CO的物理性质、化学性质、用途的识记。题型多为选择题、填空题。【解题策略】准确记忆，注意区分二者的不同点。特别记住CO₂与石灰水、水的反应，CO的毒性和还原性。（二）核心考点——实验室制取CO₂【重要】【高频】考查药品选择、反应原理、装置选择与连接、操作步骤、检验验满方法、气密性检查等。【解题策略】熟记固液不加热装置的要点，尤其是长颈漏斗的液封作用。理解为什么不能用稀硫酸和浓盐酸。明确检验和验满的区别。能根据题目要求（如控制反应速率、随时控制反应发生与停止）选择合适的装置。（三）综合考点——CO的还原性实验【难点】考查实验现象、化学方程式书写、实验操作顺序（特别是“一通二点三撤四停”的原因）、尾气处理方法、装置改进评价等。【解题策略】从安全性和实验目的两个角度去理解操作顺序。理解尾气处理的原因和方法。能够评价不同尾气处理装置的优缺点（如点燃法可能爆炸，气球收集法操作简便等）。（四）探究考点——无明显现象反应的证明【热点】通常以CO₂与NaOH或水的反应为载体，考查实验方案的设计、评价、改进，以及数字化实验的应用。【解题策略】掌握证明反应发生的两种思路：检验生成物（新物质）或证明反应