|
|
学科：化学 |
| 教学内容：单质碳的化学性质 |
【基础知识精讲】
１．碳的几种单质在物理性质上存在着较大的差异性，但是它们具有相同的化学性质．
２．碳的化学性质在常温下稳定，随着温度的升高，其化学活泼性大大加强，高温时可与多种物质发生化学反应．
３．碳与氢气的化学性质类似，都有可燃性和还原性，同时也存在着如下区别：
（１）反应所需要的温度不同：碳所需要的温度比氢气要高．
CuO+H2
Cu+H2O
2CuO+C
2Cu+CO2↑
（２）燃烧后的产物不同：氢气燃烧后生成水，碳燃烧后生成二氧化碳，或者是一氧化碳．
2H2+O2
2H2O
C＋O2CO2（充分燃烧）
2Ｃ＋O22ＣＯ(不充分燃烧)
（３）从还原能力看，碳强于氢气．
C
+ H2OCO + H2
【重点难点解析】
例１ 下列说法正确的是（ ）
Ａ．碳元素形成的单质均是黑色
Ｂ．碳在不充分燃烧时生成一氧化碳，同时吸热
Ｃ．木炭可使氧化镁还原成镁
Ｄ．金刚石和石墨具有相同的化学性质
分析 碳元素可形成多种单质，但并非都是黑色，金刚石它为无色透明的正八面形状的固体；尽管金刚石和石墨物理性质差异较大，但由于构成的微粒都是碳原子，其原子的核外电子排布相同，因而具有相同的化学性质，所以（Ａ）错（Ｄ）对．碳燃烧时无论生成什么物质均为放热．故（Ｂ）错，对于（Ｃ），木炭的还原能力是有一定限度的，它并不能还原一切金属氧化物，通常能被还原的金属氧化物有：Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｕ等的氧化物，但不能还原氧化镁．
解答 选（Ｄ）
例２ 碳和氢气在化学性质上相似点是（ ）
Ａ.都是单质 Ｂ．都难溶于水
Ｃ．都具有较强的还原性 Ｄ．都有强氧化性
分析 本题的关键在审题上，若忽视了题干中的“化学性质”，则会得出（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）三个正确选项，由于碳和氢气在化学性质上主要有两点相似，都具有可燃性和还原性，所以只有（Ｃ）正确．
解答 选(C)
例３ 在适当条件下，aｇ碳和 ｂｇ氧气反应，生成（a＋ ｂ）ｇ气体（碳和氧气都无剩余），求a和ｂ的比值范围．
分析 根据题意，碳与氧气恰好反应，由于碳和氧气反应后的生成物有两种，故存在a与ｂ的比值范围．
（1）C + O2CO2
(2)2C + O22CO
12 32 24 32
反应物恰好反应时，可按（1）式进行，也可按（２）式进行，还可按（1）（２）两式同时进行．
若按（１）式进行，则a∶ｂ＝１２∶３２＝３∶８
若按（２）式进行，则a∶ｂ＝２４∶３２＝３∶４
若按（１）（２）式同时进行，则３∶８＜a∶ｂ＜３∶４
综上所述为 
≤
≤
【难题巧解点拨】
例１ 将20ｇ木炭粉和氧化铜粉末的混合物在高温下加热一段时间后，剩余固体混合物的质量为15.6ｇ，求反应中生成铜的质量．
分析 一般解法：
剩余混合物，可能是木炭和铜，也可能是氧化铜和铜．
若剩余物为木炭和铜
设铜的质量为ｘ，则
2ＣｕＯ ＋ Ｃ 2Ｃｕ＋CO2↑
160 12 128
x
于是有20g - - =15.6g-x
x=12.8g
若剩余物为氧化铜和铜时
同上述解法类似略
解 设生成铜的质量为ｘ（用差量法解题）
2ＣｕＯ ＋ Ｃ 2Ｃｕ＋CO2↑固体质量减少
128 44
x 20g-15.6g=4.4g
=
x=12.8g
例２ 质量为３．３ｇ和６．６ｇ的两份木炭，分别燃烧生成一氧化碳和二氧化碳时；（１）消耗氧气的质量比是 ；（２）生成一氧化碳和二氧化碳的质量比是 ．
分析 设未知数，分别求耗掉氧气的质量、生成一氧化碳和二氧化碳的质量，然后求比．由于数据不便运算，解题过程又多，如此计算，较为复杂．
解 因为两份木炭的质量比为3.3ｇ∶6.6ｇ＝１∶２，故有：
C + 
O2→CO
C + O2→CO2
于是 （１）消耗氧气的质量比为８∶３２=1∶４； （２）生成ＣＯ和CO2的质量比为１４∶４４＝７∶２２
【典型热点考题】
例１ 下列物质中，不能与红热的焦炭发生反应的物质是（ ）
Ａ.氧气 Ｂ．氧化铁 Ｃ．一氧化碳 Ｄ．二氧化碳
分析 焦炭的主要成份是碳，碳在常温下化学性质稳定，在点燃或高温时碳能跟多种物质发生化学反应，其中：Ｃ＋O2CO2（充分燃烧） 2C＋O22ＣＯ（不充分燃烧）；2Ｆｅ2O3 ＋ ３Ｃ４Ｆｅ＋ ３ＣO2↑； CO2十 Ｃ2ＣＯ，碳与一氧化碳不反应．
解答 选（Ｃ）
例２ 由两种黑色物质混合而成的固体粉末，加热后产生红色物质，并放出能使澄清石灰水变浑浊的无色气体．这种黑色混合物可能由 和 混合而成，得到的红色物质是 ，在此反应中， 是还原剂，________被还原．
分析 这是一道推断题，解此类题时，必须熟悉有关物质的性质，尤其是要会找解决问题的突破口，由于放出的气体可使澄清的石灰水变浑浊，可知该气体为CO2，则原混合物中含有碳粉，又由于反应后有红色固体产生，该红色固体为Ｃｕ，说明原混合物中含有Ｃｕ的氧化物，进一步分析可知该氧化物为氧化铜（氧化亚铜为砖红色）．
解答 ＣｕＯ； Ｃ； Ｃｕ； Ｃ； ＣｕＯ
例３ 木炭和氧化铜混合后的黑色粉末４８g，高温下反应结束，得到红色铜３２g，求原混合物中氧化铜的质量？
分析 高温至反应结束可能有三种情况：氧化铜耗尽；木炭耗尽；恰好反应
（１）若氧化铜耗尽，设原氧化铜的质量为ｘ
2ＣｕＯ ＋ Ｃ 2Ｃｕ＋CO2↑
160 128
x 32g
=
x=40g
即原氧化铜的质量为４０g
（２）若木炭耗尽，设原混合物中木炭的质量为ｙ
2ＣｕＯ ＋ Ｃ 2Ｃｕ＋CO2↑
12 128
y 32g
= y=3g
所以原混合物中氧化铜的质量为：４８g－3ｇ=45ｇ
（３）因为 ｘ＋ ｙ＝ ４０＋ ３＝ ４３g＜ ４８g
所以：氧化铜和碳不可能恰好反应．
【同步达纲练习】
一、选择题
１．碳和氢气都具有的化学性质是（ ）
①都能在空气中燃烧；②常温下都较稳定；③常温下都能和氧化铜反应；④高温下都能 夺取金属氧化物中的氧；⑤在反应中作氧化剂
Ａ.①③④⑤ Ｂ．①④ Ｃ．①③④ Ｄ．①②④
２．下列居于物质的物理性质的是（ ）
Ａ. 挥发性 B. 热稳定性 Ｃ．还原性 Ｄ．可燃性
３．反应中CO2十
Ｃ 
2ＣＯ被氧化的物质是（ ）
Ａ.Ｃ Ｂ．CO2 Ｃ ．SO2 Ｄ．ＣＯ或CO2
４．元素Ａ的最高价氧化物的化学式为ＡO2，它与氢生成的化合物中氢占２５％．该氧化物的化学式是（ ）
Ａ. ＮO2 Ｂ.CO2 Ｃ．SO2 Ｄ．ＣＯ
５．用墨汁写的字画，虽年长日久，但仍不褪色，这是因为墨汁中的主要成份碳（ ）
Ａ. 具有氧化性 Ｂ．具有还原性
Ｃ．能渗入纸中 Ｄ．在常温下化学性质稳定
６. 将碳与氧气按下列质量比充分反应，所得产物为一纯净物的是（ ）
Ａ.３∶８ Ｂ．３∶５ Ｃ．２∶1 Ｄ．３∶４
７. 氧化铜中混有少量炭粉，提纯的依据或采取的方法是（ ）
Ａ. 氧化铜可溶于水，炭粉不溶于水 Ｂ．把混合物隔绝空气加强热
Ｃ．在氧气流中加热混合物 Ｄ．在氢气流中加热混合物
二、埃空题
８．木炭、硫磺、火硝（ＫＮO3）按一定比例混合而成的黑火药，爆炸时生成硫化钾、氮气和二氧化碳，黑火药爆炸的化学方程式是 ．
９．在一密闭容器里盛有3g碳和６ｇ氧气，充分加热使其完全反应．最后容器里的气体是 .
１０．将氧化铜与过量木炭粉混合均匀，隔绝空气加热，充分反应后，所得固体的质量比原混合物减少了２．６４g．原混合物中氧化铜的质量为 ｇ。
【素质优化训练】
１１．根据氧化铜和二氧化碳两种物质在一定条件下都能跟单质碳发生化学反应，说明
这两种物质都具有什么化学性质（即具有什么性）？根据是什么？
１２．人类很早就发现孔雀石（主要成份碱式碳酸铜［Ｃu（ＯＨ）2CO3］在熊熊燃烧的木柴中灼烧后，余烬里有一种红色光亮的金属显露出来，试用化学方程式表示孔雀石变化的两个主要反应：（１） （２） ．
【知识验证实验】
木炭在火炉中燃烧，要发生一系列的化学变化，请写出木炭（C）在火炉中燃烧，可能发生的反应的化学方程式．
【知识探究学习】
活动与探究：在燃烧得很旺的炉子里，滴入少量的水，炉火不仅不熄，反而烧得更旺．你不妨也试一试，并请解释产生这个现象的原因，写出有关反应的化学方程式．
参考答案：
【同步达纲练习】
一、１.Ｄ ２.Ａ ３.Ａ ４.Ｂ ５.Ｄ ６.ＡＢ ７.Ｃ
二、8.2KNO3+S+3C
K2S+N2↑+3CO2↑ 9.CO和CO2 10.9.6
【素质优化训练】
11.两种物质都具有氧化性，因为它们与碳反应时都提供氧
12. (1)Cu2(OH)2CO3
2CuO+CO2↑+H2O;(2)2CuO+C
2Cu+CO2↑ 13.Ｄ
【知识实际运用】
C+O2CO2，2C+O22CO
CO2+C2CO，2CO+O22CO
【知识探究学习】
解答：烧得很旺的炉火温度很高，滴入少量水不能使其温度有明显降低，反而H2O和C反应生成Ｈ2和ＣＯ，Ｈ2和ＣＯ燃烧使炉火更旺。
C+H2OCO+H2
2CO+O22CO2
2H2+O22H2O