第六單元 碳和碳的氧化物
課題1 金剛石、石墨和C60
【培優訓練題】
1．（黑龍江初賽）化學上把同種元素組成的不同單質互稱為同素導形體,例如白磷和紅磷,下列各組物質互為同素異形體的是（ ）
A．CO和CO2 B．金剛石和石墨 C．冰和干冰 D．液氧和氧氣
2．（全國復賽）一定量的木炭在盛有氮氣和氧氣混合氣體的密閉容器中燃燒后生成CO和CO2，且測得反應后所得CO、CO2、N2的混合氣體中碳元素的質量分數為24％，則其中氮氣的質量分數可能為（ ）
A．10％ B．30％ C．50％ D．70％
3．（全國復賽）某同學為了探究木炭還原氧化銅所生成的氣體產物是什么，提出了以下猜想：a.可能是二氧化碳；b.可能是一氧化碳。并設計如下圖所示裝置進行實驗，預期的實驗現象及結論如下：
① 若澄清的石灰水變渾濁，則氣體為二氧化碳；
② 若澄清的石灰水不變渾濁，則氣體為一氧化碳。
請你回答：
（1）該同學的猜想是否嚴謹？若不嚴謹，請作補充。
。
（2）請你對該實驗裝置予以評價。 。
【情景創新題】
4．（原創題）《日本工業新聞》報道了一條用炸藥和碳粉炸出金剛石的消息，引起了許多人的興趣，認為這種方法很新鮮。用爆炸法生產金剛石是日本工業技術院化學研究所發明的。因為在炸藥爆炸的瞬間，可以產生40萬個大氣壓的超高壓和5000℃的超高溫。按以往用石墨在2000℃加2萬個大氣壓就能“壓”出金剛石的情況，爆炸時產生的超高壓和超高溫條件應該說完全可以“壓”出金剛石�？蒲腥藛T把裝有炸藥和碳粉的鋼制敞口容器，沉入到一個直徑8 、深約5 的混凝土制成的水槽內。這樣在爆炸時，其中的碳粉就基本上處于缺氧的條件下（深水中當然也有少量的氧，但微不足道），不會使碳燃燒成二氧化碳或一氧化碳。操作員一按電鈕，只聽水槽內轟的一聲悶響，爆炸就算完成了。然后，將容器里的水取出來靜置，讓炸出的金剛石自然沉淀。請同學們結合上述材料回答下列有關問題：
（1）下列敘述不屬于金剛石用途的是 。
A．用來裁玻璃 B．琢磨成璀璨奪目的鉆石
C．潤滑劑 D．用作鉆探機鉆頭
（2）日本科研人員用來制金剛石的原料是 （填“碳粉”或“石墨”），所發生的變化屬于 （填“物理”或“化學”）變化。
（3）我們知道單質碳在高溫下極易與氧氣反應生成CO2或CO，不可能制出金剛石，請根據上述資料說說科研人員是怎樣克服這一問題的。 。
（4）中國科學技術大學化學家在440℃和高壓下，利用金屬鈉與二氧化碳作用得到了金剛石和碳酸鈉，且金剛石的顆粒有望達到寶石級大小，它將給天然金剛石開采業帶來極大挑戰。請寫出這一反應化學方程式 。
參考答案
1．B 解析：CO和CO2雖然組成元素相同，但它們不是單質；冰和干冰組成元素不同，且均是化合物，不是單質；液氧和氧氣雖然是同種元素組成單質，但它們是同一種物質，只是狀態不同而已。
2．B 解析：假設混合氣體是CO2和N2，則說明24%的碳元素均來自CO2，求得混合氣體中二氧化碳的質量分數為：24% ÷ 1244 ×100%=88%，推知氮氣的質量分數為12%；假設混合氣體是CO和N2，則說明24%的碳元素均來自CO，求得混合氣體中二氧化碳的質量分數為：24%÷1228×100%=56%，推知氮氣的質量分數為44%。因混合氣體是CO、CO2、N2三種物質組成的，故混合氣體中氮氣質量分數應該在12% ~ 44%之間。
3．（1）不嚴謹 還可能是二氧化碳和一氧化碳的混合氣體
（2）該裝置的缺陷是：若產生的氣體中有一氧化碳，則會造成空氣污染
解析：本題對生成氣體只作出兩種猜想，遺漏了生成氣體還可能是一氧化碳和二氧化碳混合氣這一猜想，導致題給裝置無法驗證CO存在，再有從環保角度思考，該裝置對反應產生的有毒的CO氣體，沒有作燃燒處理，會對環境造成影響。
4．（1）C （2）碳粉 化學 （3）使碳粉在缺氧條件下合成金剛石
（4）4Na+3CO2 =====440℃高壓C（金剛石）+2Na2CO3
解析：金剛石最大用途體現在它的硬度大，可用作鉆探機鉆頭和裁玻璃，又因其璀璨奪目常溫下性質穩定常用作裝飾品鉆石；根據資料可知日本科研人員用來制金剛石的原料是碳粉，因碳粉和金剛石的結構（既碳原子排列方式）不同，它們屬于兩種不同碳單質，因此用碳粉制造金剛石變化屬于化學變化。問題（3）科研人員是在缺氧條件將碳粉“炸”成金剛石的，因沒有氧氣，碳粉無法變成CO或CO2。問題（4）該反應的反應物是鈉和二氧化碳，生成物是金剛石（碳）和碳酸鈉，并根據化學方程式書寫步驟完成書寫和配平。

課題2 二氧化碳制取的研究
【培優訓練題】
1．（黃岡初賽）已知碳酸氫鈣[Ca(HCO3)2 ]易溶于水，受熱易分解，分解反應的化學方程式為：Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓+ CO2↑+ H2O。
現要用實驗方法證明上述反應的產物。請回答有關問題：
（1）寫出分解碳酸氫鈣所需的主要儀器名稱：___________________________。
（2）在實驗中，有人提出必須先檢驗分解產物碳酸鈣，再檢驗二氧化碳，你認為該建議是否正確？
（3）簡述如何用實驗方法證明分解產物中有二氧化碳？
（4）簡述如何用實驗方法證明分解產物中有碳酸鈣？

2．（大慶市初賽）為了測定某石灰石礦樣的純度（其中所含雜質不與酸反應），某同學按如下流程進行實驗：
用鹽酸溶解礦樣→干燥所得氣體→用NaOH溶液吸收氣體→根據NaOH溶液的增重計算礦樣的純度
實驗過程中所取礦樣的質量為10.0 g。實驗裝置如下圖所示：

（1）A為溶解礦樣的裝置，若已準備了長頸漏斗、雙孔橡皮塞、導氣管，為完成溶解至少需要的實驗儀器是 。
（2）A中發生反應的化學方程式 。
（3）B中所盛試劑是 。
（4）根據上述裝置進行實驗，下列情況會使實驗結果產生偏差的是_______（填序號）。
①實驗開始前，A、B裝置及導管內殘留有少量空氣
②進入C裝置的氣體中還混有少量HCl氣體
③氣體通過速度過快，二氧化碳來不及被NaOH溶液全部吸收
④實驗結束時，系統內還殘留有少量二氧化碳氣體
（5）將插入溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（圖中的D），有得于提高實驗的準確度，其理由是_____________________________________________________________________。
（6）改進實驗裝置并進行正確的操作，可以正確測定出礦樣的純度。若此時C裝置在實驗后其質量增加了3.6 g，則該礦樣的純度為_________%。
【情景創新題】
3．（原創題）克婁巴特拉七世是托勒密王朝的末代女王，是歷史上有名的艷后。父親死后，她與兄弟共同統治富饒的埃及。公元前48年，她在羅馬統帥愷撒的幫助下，擊敗兄弟而獨霸王位，將價值連城的王冠戴在自己的頭上。王冠上鑲有一顆珍珠是當時世界上最大的珍珠，名叫“埃及的眼淚”。
公元前44年，愷撒被人刺死，其部下安東尼舉兵進攻埃及，克婁巴特拉七世無法抵抗安東尼的進攻，準備投降并以“埃及的眼淚”討好安東尼。
可是，一件奇怪的事破壞了她的計劃。歡迎安東尼的宴會開始前，一個侍女突然報告說，王妹的女傭偷去了“埃及的眼淚”并把它吞到肚里去了。女王想殺了女傭取出珍珠，但又怕被玷污的東西送人反而是一種褻瀆。猶豫之時，王妹突然建議說：“讓她喝醋，醋喝多了她就會瀉個不停，一定會把珍珠瀉下來。”于是女王令人一個勁地給女傭灌醋，女傭果真瀉個不停，但始終沒有見珍珠下來。
請根據題給材料完成下列探究：
[猜想與假設] 你認為“珍珠”主要成分可能是 ，理由是 。
[實驗設計] 若證明你的猜想正確，設計實驗如下：取一個小玻璃杯，放入少量珍珠粉末，然后加入一些醋精（主要成分是醋酸CH3COOH），立即用蘸有澄清石灰水玻璃片蓋住。
[實驗現象] 你觀察到現象是 。
[實驗結論] 根據實驗現象推出你的猜想正確。已知CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑，請你寫出碳酸鈣與醋酸反應化學方程式 。
[反思與應用] 醫療上，可以用珍珠粉治療胃酸（主要成份是鹽酸）過多癥，原理是 。

參考答案
1．（1）鐵架臺（含鐵夾）、酒精燈、大試管、帶單孔塞的導氣管
（2）不正確
（3）將產生的氣體通入澄清石灰水中，澄清石灰水變渾濁，證明分解產物中有二氧化碳。
（4）待碳酸氫鈣受熱分解的大試管冷卻，向其中加入水，振蕩，有不溶于水的白色固體存在，在不溶于水的固體中加入稀鹽酸，固體全部溶解，且產生能使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體，由此證明碳酸氫鈣分解產物中有碳酸鈣。
解析：根據二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，因此實驗室一般用澄清石灰水檢驗二氧化碳氣體；依據實驗室制取二氧化碳反應原理，證明碳酸鈣一般用稀鹽酸和澄清石灰水，根據觀察石灰水變化確定碳酸鈣是否存在。
2．（1）錐形瓶
（2）CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2↑
（3）濃H2SO4
（4）①②③④
（5）可增大氣體與溶液的接觸面積，使氣體充分被吸收
（6）81.8
解析：依據實驗制取二氧化碳實驗裝置可知，該反應的反應容器是錐形瓶；濃硫酸具有吸水性，因此B裝置盛有濃硫酸干燥A中產生CO2；多孔的球泡可以增大氣體與液體接觸面積，便于氣體充分被吸收；C裝置增加的質量為3.6 g，即為碳酸鈣和鹽酸反應生成二氧化碳質量，抓住CO2質量求出礦石中碳酸鈣質量，進而求出礦石樣品中碳酸鈣質量分數。
3．[猜想與假設] 碳酸鈣 碳酸鈣能與酸反應導致珍珠溶解了
[實驗現象] 珍珠粉逐漸減少，且表面冒出氣泡；澄清石灰水變渾濁
[實驗結論] CaCO3+2CH3COOH===Ca(CH3COO)2+ H2O+CO2↑
[反思與應用] 珍珠中含有大量的碳酸鈣，能與胃液中鹽酸反應，減少胃液中鹽酸含量，緩解病癥

課題3 二氧化碳和一氧化碳
【培優訓練題】
1．（河南初賽）下列說法正確的是（　　）
A．用煤爐取暖時，在爐子上放一盆水可以防止一氧化碳中毒
B．干冰滅火器滅火只是利用了二氧化碳的化學性質
C．H2CO3、CO、CH4、C四種物質中，碳元素的化合價從是由高到底順序排列的
D．相同質量的Na2CO3、CaCO3分別與足量鹽酸反應，CaCO3反應后生成的CO2質量多
2．（全國初賽）二氧化碳是導致溫室效應的主要氣體，同時，它也是一種寶貴的碳氧資源，
在地球上它的含量比天然氣、石油和煤的總和還多數倍。
（1）以CO2和NH3合成尿素CO(NH2)2是固定和利用CO2的成功范例，寫出經以上途徑合成尿素的化學方程式 。若按上述方法生產1000萬噸尿素，可固定的CO2將達 萬噸。
（2）英國《自然》雜志在2005年報道，目前海洋表層海水中溶解的CaCO3[ 20℃ S(CaCO3) =0.0013 g/100 g H2O ] 處于飽和狀態，海洋吸收大氣中的CO2可以減弱溫室效應，但卻使海水中碳酸鈣濃度降低，該變化的化學方程式為 CaCO3 + H2O + CO2 === Ca(HCO3)2。海水中CaCO3濃度降低會造成 。
【情景創新題】
3．（原創題）每年 3月23日晚8時30分至9時30分，“地球一小時”如約而至，全國數十個城市、數億人參與其中，力諾瑞特也第三次參與全球互聯，與全球4000多座城市共享“熄燈一小時”的美麗黑暗。2012年3月23日晚上20點30分，凱德中國旗下的凱德置地、凱德商用、雅詩閣中國和凱德惠居（中國）分布在全國37個城市的80家物業將同時熄燈10小時。凱德中國一直致力于綠色環保事業，今年更是加大了參與力度，旗下參與物業數量比去年增加33%，從去年的60個物業擴展到80個物業以表達公司始終堅持“為了明天，共筑綠色”的環保理念和決心。
請根據材料回答下列問題：
（1）近年來大氣中二氧化碳含量不斷上升的主要原因是 ，自然界中消耗二氧化碳的主要途徑是 。
（2）下列做法不符合減少二氧化碳排放的是 （填序號）。
①改造或淘汰高能耗、高污染產業
②大力發展火力發電
③研制和開發新能源替代傳統能源
④優化建筑設計，增強室內自然采光，減少照明用電
（3）下列說法與提倡這個活動的主要目的不相符的是 。
①節約能源 ②減少溫室氣體排放
③欣賞城市夜景 ④關注全球氣候
（4）地球溫度持續升高，假若你是地球，你最擔憂的是 。
（5）請你說出從自身做起減少“溫室效應”的一種做法： 。

參考答案
1．D 解析：選項A中CO難溶于水；選項B二氧化碳滅火既利用化學性質（不燃燒，也不支持燃燒），又利用物理性質（密度比空氣大）；選項C中CH4中碳元素化合價為-4，而C中碳元素化合價為0。
2．（1）CO2 + 2 NH3=====(一定條件)CO(NH2)2 + H2O 733.3
（2）某些海洋鈣質生物（如珊瑚）難于形成外骨架（由碳酸鈣構成）
解析：抓住反應前后原子個數、元素種類不變書寫反應方程式，抓住反應方程式利用生成尿素質量，計算參加反應CO2質量；CO2與水反應生成碳酸，碳酸顯酸性能溶解海水中碳酸鈣，而海洋生物骨骼中含有大量碳酸鈣，這樣會造成海洋生物難以形成外骨架。
3．（1）含碳礦物燃料的燃燒 植物的光合作用（或海水的吸收）
（2）②
（3）③
（4）冰川融化陸地大量被淹沒，土地沙漠化植物無法生長，人類無法生存（符合題意即可）
（5）植樹造林、種花種草（或不使用一次性木筷，減少使用面巾紙等合理答案）
解析：問題（3）“節能減排、低碳生活”正成為國民共識，而世界自然基金會發起“地球一小時”活動正是實現這一共識踐行者；問題（4）主要考查溫室效應危害：全球變暖，導致兩極冰川融化，海平面上升，淹沒沿海城市等。

第六單元 碳和碳的氧化物綜合訓練
【培優訓練題】
1．（河北初賽）已知在同溫同壓下,氣體的體積與其分子數目成正比。現有1體積空氣與1體積二氧化碳的混合氣體，將其置于一密閉容器內，在一定條件下使其中的氧氣全部轉化為二氧化碳，則反應后容器中二氧化碳的體積分數為（ ）
A．25% B．50% C．75% D．60%
2．（黑龍江初賽）現有CO2、O2、CO的混合氣體9 L，在密閉容器中點爆炸后，恢復到原來溫度和壓強時，氣體體積變為8 L，再將氣體通過NaOH溶液，體積減少5 L。已知同溫同壓下，氣體體積比等于其分子個數比。則原混合氣體中CO2、O2、CO的體積比可能是（ ）
A．3∶1∶5B．5∶1∶3C．1∶3∶5 D．5∶3∶1
3．（原創題）按九年級化學教材（人教版）第111頁圖6-9的裝置（如下圖），取一定量的木炭和CuO的混合粉末進行實驗，實驗前經反復檢查該裝置各部分的氣密性，驗明不漏氣。

在實驗前后分別對兩個試管里的物質進行了稱量，某次實驗數據如下：
反應前的質量/g反應后的質量/g反應前后的質量差/g
試管+固體混合物69.865.8△1=_________
試管+石灰水118.8122.6△2=_________
（1）計算反應前后物質的質量的差值，并填在上表中的空白處。
△1和△2的關系在理論上應當是：△1________（填“＜” “＞”或“＝”）△2。
（2）本次實驗的實驗結果與理論結果是否相符？其原因可能是什么？（請舉出兩種可能的原因）

【情景創新題】
4．下面是某研究性學習小組展示的關于《溫室效應研究》課題的部分資料及圖片：
•溫室氣體還有哪些？
•人類的哪些活動造成大氣溫室氣體增多？
•怎樣才能減少大氣中的溫室氣體，從而減緩地球的溫室效應？什么是溫室效應？
溫室效應是怎么來的？
溫室效應是由于大氣中的大量二氧化碳、氟氯烴、甲烷、二氧化氮等溫室氣體（其中主要是CO2），像玻璃罩一樣，緊緊地罩在我們的上空，使太陽照射在地球上的熱量無法逸散，從而使氣候圈增溫的現象。
目前，產生溫室效應主要同由于現代工業社會過多燃燒煤炭、石油和天然氣以及森林大火等等這些燃料燃燒后放出大量的二氧化碳氣體進入大氣造成的。

請回答下列問題：
（1）圖②裝置研究產生溫室應的氣體的化學式是_______，該小組需要定時觀測并記錄的數據是______________________________________________________________________。
（2）該小組用圖③裝置來進行CO2產生溫室效應的模擬研究，在左側集氣瓶中盛放CO2氣體，右側集氣瓶中盛放_______（填氣體名稱）。設計意圖：希望實驗時，能觀察到食用油a側液面高度_______（填“低于” “等于”或“高于”）b側液面高度，以此證明CO2是產生溫室效應的氣體。

參考答案
1．D 解析：氧氣約占空氣體積的15，即1體積空氣中氧氣占0.2體積，根據C+O2===(高溫)CO2可知，0.2體積氧氣完全轉化為CO2體積也是0.2體積，則反應后容器內二氧化碳體積分數為1+0.21+1×100%=60%。
2．A 解析：由CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O可知，減少5 L是CO2，推知混合氣體中CO2體積小于5 L，故B、D錯誤；剩余3 L氣體可能是氧氣，也可能是CO，若剩余3 L是O2，則原混合氣體中氧氣體積大于3 L，若剩余3 L是CO，則原混合氣體中CO體積大于3 L，推知A正確。
3．（1）4 3.8 =
（2）不相符。其原因可能是：①生成的CO2未被全部吸收而逸出（或石灰水的量不足）；②木炭跟CuO反應時有CO生成。
解析：試管內反應前后減少的質量就是反應生成的CO2質量，因此石灰水中增加質量應該與試管內固體減少質量相等。試管內固體減少質量為69.8 g-65.8 g=4 g；石灰水中增加質量為122.6 g-118.8 g=3.8 g，則兩者質量不相等，其原因是石灰水量太少，或生成二氧化碳沒有完全被石灰水吸收，或石灰水變質，或木炭與CuO反應生成了CO等合理答案。
4．（1）CH4 盛放甲烷和空氣的錐形瓶中溫度計顯示的溫度
（2）空氣 低于
解析：為了證明二氧化碳、甲烷等是產生溫室效應的氣體，應在相同的條件下做對比實驗，通過測定溫度的變化或通過氣體體積的變化來實現。

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