2022年高中化学鲁科版必修1教学案：第3章 第1节 第2课时 碳及其化合物间的转化

第2课时碳及其化合物间的转化课标要求1了解碳单质、一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化，从而进一步了解它们的性质。2能够解释与含碳物质有关的现象和解决简单的问题。, 1溶洞形成涉及反应的化学方程式：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2；Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O。2高炉炼铁的原料：铁矿石、焦炭、空气。3高炉炼铁中碳的转化：CO2CO2，CCO22CO，FexOyyCOxFeyCO2。4水垢的主要成分：CaCO3、Mg(OH)2。5碳及其化合物的转化：CCO 1CO2的产生和消耗2溶洞及钟乳石、石笋的形成(模拟溶洞形成的实验)(1)溶洞形成的化学方程式为CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。(2)钟乳石、石笋形成的化学方程式为Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O。1将少量CO2通入NaOH溶液中的离子方程式如何书写？提示：CO22OH=COH2O。2将足量CO2通入少量NaOH溶液中，所得溶液中溶质的成分是什么？提示：Na、HCO。2022年高中化学鲁科版必修1教学案：第3章 第1节 第2课时 碳及其化合物间的转化CO2与碱反应时，产物与二者的量有关，当碱过量时，生成碳酸盐；当CO2过量时，生成碳酸氢盐。现以CO2与NaOH溶液反应为例，归纳如下：NaOH过量时：CO22NaOH=Na2CO3H2ONaOH不足时：CO2NaOH=NaHCO3(1)当1时，发生反应，所得产物为NaHCO3。(2)当2时，发生反应，所得产物为Na2CO3和H2O。(3)当12时，发生反应和，所得产物为Na2CO3、NaHCO3和H2O。上述关系可用数轴表示如下：1CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是()ACaCl2溶液BCa(OH)2溶液CBa(OH)2溶液 DCa(ClO)2溶液解析：选AB中生成CaCO3，C中生成BaCO3，D中生成CaCO3，CO2与CaCl2溶液不反应。2用1 L 1.0 molL1 NaOH溶液吸收0.8 mol CO2，所得溶液中CO与HCO的物质的量浓度之比约是()A13 B12C23 D32解析：选A根据碳原子守恒可得n(CO)n(HCO)0.8 mol，根据钠离子守恒可得2n(CO)n(HCO)1 mol，n(CO)0.2 mol，n(HCO)0.6 mol，同一溶液中，浓度之比即为物质的量之比，为13。 1高炉炼铁(1)原料：焦炭和铁矿石(主要成分是Fe2O3)。(2)过程CO的产生：CO2CO2、CCO22CO。铁矿石被还原：Fe2O33CO2Fe3CO2。特别提醒金属氧化物与CO反应时符合通式：MxOyyCOxMyCO2。2木炭的燃烧C、CO、CO2的转化关系为用化学方程式表示为2CO22CO(不完全燃烧)；2COO22CO2；CO2CO2(完全燃烧)；CCO22CO。特别提醒(1)CO是一种无色无味有毒的气体，具有还原性和可燃性，属于不成盐氧化物。(2)CO2是一种无色无味气体，具有弱氧化性，属于酸性氧化物。3水垢(1)成分：CaCO3、Mg(OH)2。(2)形成过程反应的化学方程式：Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O，Mg(HCO3)2MgCO3H2OCO2；MgCO3H2OMg(OH)2CO2。特别提醒(1)H2CO3的酸性比CH3COOH弱，所以生活中可以用醋酸除水垢。(2)溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3，MgCO3Mg(OH)2。4碳在无机物和有机物之间的转化1828年，德国化学家维勒用无机化合物氰酸铵(NH4CNO)合成出有机化合物尿素CO(NH2)2，突破了无机化合物与有机化合物之间的界限。1判断正误。(1)高炉炼铁过程中，碳元素只显示还原性()(2)CO、CO2均属于温室气体()(3)用醋酸除水垢的离子方程式为2CH3COOHCaCO3=Ca22CH3COOCO2H2O()(4)在Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O中，碳元素既表现氧化性又表现还原性()答案：(1)(2)(3)(4)2如图所示的实验装置用来分离CO2和CO气体并干燥。图中a为活塞，b为分液漏斗的活塞，通过Y形管和止水夹c、d接两球胆，现装置内的空气已排尽。为使实验成功，甲、乙、丙分别盛入的溶液是()A饱和NaHCO3溶液、12 molL1盐酸、浓H2SO4B饱和Na2CO3溶液、2 molL1H2SO4、饱和NaOH溶液C饱和NaOH溶液、2 molL1H2SO4、浓H2SO4D18.4 molL1H2SO4、饱和NaOH溶液、浓H2SO4解析：选C依据CO2、CO的性质可以判断，必须先将CO2吸收，收集CO后再将CO2释放出来。C项中饱和NaOH溶液吸收CO2生成Na2CO3溶液，浓H2SO4干燥CO气体，打开a、c，关闭b、d，可收集CO气体，然后关闭a、c，排尽装置中残余的CO后，打开b、d，Na2CO3溶液与稀H2SO4反应释放出CO2，并收集CO2气体。 1转化关系图示2上图所示转化反应的化学方程式2CO2(少量)2COCO2(足量)CO2CO22Mg2MgOC2COO22CO2、yCOFexOyxFeyCO2CO2C2COCO22OH=COH2OCO2H=CO2H2OCOCO2H2O=2HCOHCOOH=COH2O、2NaHCO3Na2CO3CO2H2OHCOH=CO2H2O、Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2OCO2OH=HCO、COCO2H2O=2HCO1某无色混合气体可能含有CO2、CO、H2O(水蒸气)、H2中的一种或几种，依次进行如下连续处理(假定每步处理均反应完全)：通过碱石灰时，气体体积减小；通过炽热的氧化铜时，固体变成红色；通过白色硫酸铜粉末时，粉末变成蓝色；通过澄清石灰水时，溶液变成浑浊。由此可以确定原混合气体中()A一定含有CO2、H2O，至少含有H2、CO中的一种B一定含有H2O、CO，至少含有CO2、H2中的一种C一定含有CO、CO2，至少含有H2O、H2中的一种D一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一种解析：选D由知至少含有H2O或CO2中的一种。结合可知，一定含有CO和H2。2A、B、C、D、E五种物质的转化关系如图所示。已知A为二元碱，微溶于水且溶解度随温度升高而降低。(1)写出各物质的化学式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)写出下列两个变化的离子方程式：BD_。BE_。解析：解答框图推断题的关键是明确“题眼”，然后围绕题眼展开推断。如本题中的“题眼”是：A为溶解度随温度升高而降低的二元碱，只能是Ca(OH)2。A为Ca(OH)2，Ca(OH)2与过量CO2反应生成B，B为Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2受热分解成C，C为CaCO3，CaCO3与盐酸反应生成D，D为CaCl2。答案：(1)Ca(OH)2Ca(HCO3)2CaCO3CaCl2Na2CO3(2)HCOH=CO2H2OCa22HCO2OH=CaCO3CO2H2O三级训练节节过关1下列关于一氧化碳的用途源于一氧化碳的还原性的是()作燃料跟氢气合成甲醇(CH3OH)和水蒸气反应制H2与灼热的Fe3O4反应A只有 B只有C只有 D只有解析：选DOO2，CO表现还原性；OH3OH，CO表现氧化性，H2表现还原性；COH2OCO2H2，CO表现还原性；Fe3O44CO3Fe4CO2，CO表现还原性。2欲除去氧气中混有的二氧化碳气体，可选用的方法是()A将气体通入足量的水中B将气体通过灼热的木炭C将气体通入足量的澄清石灰水中D将气体通过灼热的铜解析：选CA项CO2在水中溶解度不大，不正确；B项CO2C2CO，除去CO2但又引入CO，不正确；C项CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，正确；D项CO2与Cu不反应，且2CuO22CuO，不正确。3将过量的CO2分别通入BaCl2 溶液；Ca(OH)2溶液；饱和Na2CO3溶液。最终溶液中有沉淀析出的是()A BC D解析：选D根据酸与盐反应的规律知，CO2通入BaCl2溶液，不发生反应，无明显现象；CO2通入Ca(OH)2溶液至过量，发生反应：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最终生成Ca(HCO3)2而无沉淀产生；过量CO2通入饱和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小而结晶析出。4向0.1 molL1 NaOH溶液中通入过量CO2后，溶液中存在的主要离子是()ANa、CO BNa、HCOCHCO、CO DNa、OH解析：选B向NaOH溶液中通入过量的CO2，发生的反应为NaOHCO2=NaHCO3，因此通入过量CO2后溶液中的溶质主要是NaHCO3，主要离子为Na、HCO。5如图所示为炼铁实验装置，按下列要求回答问题：(1)写出有标号的仪器名称：_，_。(2)在A装置的硬质玻璃管中观察到的现象是_；B装置中观察到的现象是_；装置C处气体燃烧时产生_色火焰。(3)写出B、C两部分所发生反应的化学方程式：B_。C_。解析：炼铁中的主要反应为3COFe2O32Fe3CO2，反应物CO过量，通过点燃将尾气中的CO处理掉。答案：(1)铁架台酒精灯(2)红棕色粉末变黑澄清石灰水变浑浊淡蓝(3)CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O2COO22CO21以下属于自然界中碳及其化合物间转化过程的是()植物通过光合作用吸收二氧化碳形成葡萄糖以无机化合物氰酸铵(NH4CNO)与氨水为原料合成尿素CO(NH2)2钟乳石、石笋的形成石油、天然气等化石燃料的形成AB只有C只有 D只有解析：选D以无机物合成有机物属于人工合成过程，即为生产和生活中碳及其化合物间的转化过程。2下列能与人体血液中血红蛋白结合的有毒气体是()A氯气 B氮气C一氧化碳 D甲烷解析：选C一氧化碳为有毒气体。3要除去二氧化碳气体中的一氧化碳，常用的方法是()A通过澄清的石灰水B通过灼热的炭层C通过水D通过灼热的氧化铜粉末解析：选D一氧化碳具有还原性，二氧化碳不具有还原性，要除去一氧化碳应选择具有氧化性的物质通过反应使其转化，氧化铜具有氧化性，可将CO2中的CO转化为CO2。4高炉炼铁中，主要发生如下反应：CO2点燃,CO2CCO2高温,2CO3COFe2O3高温,2Fe3CO2CaCO3高温,CaOCO2CaOSiO2高温,CaSiO3其中既属于化合反应又属于氧化还原反应的有()A1个 B2个C3个 D4个解析：选B反应属于氧化还原反应，反应属于非氧化还原反应；反应既属于化合反应又属于氧化还原反应。5向饱和石灰水中不断通入二氧化碳(如图所示)，其溶液导电性的变化是()A由弱变强 B由强变弱C由强变弱，再变强 D由弱变强，再变弱解析：选C溶液中发生反应的离子方程式是Ca22OHCO2=CaCO3H2O，CaCO3CO2H2O=Ca22HCO。开始产生沉淀，离子浓度减小，导电性变弱；继续通二氧化碳，沉淀溶解生成Ca2和HCO，离子浓度增大，导电性增强。6下列反应的离子方程式中，正确的是()ANa2CO3溶液与Ba(OH)2溶液反应：COBa2=BaCO3B少量NaOH溶液与Ca(HCO3)2溶液反应：HCOOH=COH2OCNaHCO3溶液与盐酸反应：NaHCO3H=NaCO2H2ODNaHCO3溶液与CaCl2溶液反应：COCa2=CaCO3解析：选AB项，应为Ca2HCOOH=CaCO3H2O；C项，应为HCOH=CO2H2O；D项，不反应。7气体X与赤热的炭反应得到一种无色气体Y，Y和灼热的氧化铁反应又得到X和铁，则X和Y依次是()ACO、CO2 BH2O(g)、H2CO2、CO DCO2、CO解析：选DY能将Fe2O3还原为Fe，则Y具有还原性，又知Y是炭与气体X反应生成的，故Y为CO，X为CO2。8下列现象可以说明溶液中有大量CO存在的是()A加入AgNO3溶液有白色沉淀生成B加入盐酸产生无色无味气体C加入氯化钙溶液时有白色沉淀生成，且加入稀盐酸产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D加入氢氧化钡溶液有白色沉淀生成，再加入稀盐酸沉淀溶解，且产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体解析：选CA项，溶液中含Cl时加入AgNO3溶液也产生白色沉淀；B项，溶液中可能含有HCO；C项，反应原理为Ca2CO=CaCO3 ，CaCO32H=Ca2CO2H2O，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O；D项，若溶液中含HCO也能产生该现象。9(1)通常用小苏打的饱和溶液除去CO2中的HCl，反应的离子方程式为_，不能用Na2CO3饱和溶液的原因是_(用离子方程式表示)。写出NaHCO3与NaOH反应的离子方程式：_。(2)如图为一定量Ca(OH)2饱和溶液中通入CO2后，产生CaCO3白色沉淀的质量与通入CO2体积之间的关系曲线。试回答：AB段发生反应的化学方程式是_。OA段曲线和AB段曲线所消耗的CO2的体积之比是_。B处溶液中存在的浓度较大的两种离子是_(填离子符号)。将B处生成的溶液煮沸，可见到的现象是_。解析：(1)小苏打与CO2不反应，能与盐酸反应；Na2CO3饱和溶液能与CO2反应。(2)OA段发生反应：CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，AB段发生反应：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。B处溶液中的溶质是Ca(HCO3)2，受热分解生成CaCO3沉淀。答案：(1)HCOH=CO2H2OCOCO2H2O=2HCOHCOOH=COH2O(2)CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)211Ca2、HCO产生白色沉淀10A、B、C、D、E都是含碳元素的物质，它们之间的转化关系如下：C和D在高温下反应生成B；E和氢氧化钠溶液反应生成A和水；B和氧气反应生成C；在氢氧化钠溶液中通入C生成A，继续通入C，则有E生成。(1)试写出下列物质的化学式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)反应的化学方程式是_，该反应在_(填名称)工业上提供反应所需的还原剂。解析：该题中的转化关系可表示为CDB，ENaOHA水，BO2C，C(少量)NaOHA，C(过量)NaOHE。结合碳的化合物间转化关系可推知A为Na2CO3，B为CO，C为CO2，D为C，E为NaHCO3。答案：(1)Na2CO3COCO2CNaHCO3(2)CO2C2CO高炉炼铁1将Ca(HCO3)2加热分解产生的混合气体通过足量的Na2O2，最后得到的气体是()ACO2 BH2OCN2 DO2解析：选DCa(HCO3) CaCO3CO2H2O,2Na2O22H2O=4NaOHO2，2Na2O22CO2=2Na2CO3O2。2某实验工作者欲使1.6 g Fe2O3完全还原为Fe，则他实验前应准备的CO的体积(换算为标准状况)()A为672 mL B为336 mLC大于672 mL D小于672 mL解析：选CFe2O3的物质的量为0.01 mol，根据反应3COFe2O32Fe3CO2可知，0.01 mol Fe2O3消耗 0.03 mol CO，其在标准状况下的体积为0.03 mol22.4 Lmol10.672 L672 mL。实验前后还需消耗一部分CO，故准备的CO的体积大于672 mL。3“碳捕捉技术”是指通过一定的方法将工业生产中产生的CO2分离出来并利用。如可利用NaOH溶液来“捕捉”CO2，其基本过程如图所示(部分条件及物质未标出)。下列有关该方法的叙述中不正确的是()A能耗大是该方法的一大缺点B整个过程中，只有一种物质可以循环利用C“反应分离”环节中，分离物质的基本操作是过滤D该方法可减少碳排放，捕捉到的CO2还可用来制备甲醇等产品解析：选B可以依据如下反应流程进行分析：碳酸钙高温分解时，需要吸收大量的热，所以该方法的缺点是能耗大，A项正确；整个过程中，CaO和NaOH两种物质可以循环利用，B项错误；“反应分离”环节中分离的是NaOH溶液和碳酸钙沉淀的混合物，只需过滤即可，C项正确；该方法吸收了CO2，并且对重新收集到的CO2进行利用，制备甲醇等化工产品，可减少碳排放，符合“低碳经济”原则。4将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是()解析：选DCO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中发生的反应可以分为以下几个阶段。产生沉淀阶段：CO22OHCa2=CaCO3H2O；无沉淀产生阶段：CO22OH=COH2O，COCO2H2O=2HCO；沉淀溶解阶段：CO2CaCO3H2O=Ca22HCO。5由气体甲开始，可发生如下四个变化：甲气体乙气体丙气体乙气体丁固体，则甲、乙、丙、丁分别为()ACO2、CO、O2、CaO BO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3 DCO、CO2、O2、Ca(OH)2解析：选C将各项物质代入，结合反应过程进行判断，只有C项符合题意。6适量CO2通入含0.8 g NaOH的碱溶液中，将所得的溶液在减压、低温下蒸干后得到1.37 g固体物质，则该固体物质的成分是()ANa2CO3 BNaHCO3CNa2CO3、NaHCO3 DNa2CO3、NaOH解析：选Cn(NaOH)0.8 g/40 gmol10.02 mol。若CO2与NaOH恰好完全反应生成Na2CO3，则m(Na2CO3)0.02 mol106 gmol11.06 g；若CO2与NaOH恰好完全反应生成NaHCO3，则m(NaHCO3)0.02 mol84 gmol11.68 g，因1.061.371.68，故固体物质是Na2CO3和NaHCO3的混合物。7用足量的CO还原4.64 g某铁氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0 g，则此铁氧化物的化学式是()AFeO BFe2O3CFe3O4 DFe5O7解析：选C设此铁氧化物的化学式为FexOy，根据原子守恒，FexOyyOyCOyCO2yCaCO3 16y100y m(O)1.28 g 8.0 g所以m(Fe)4.64 g1.28 g3.36 gxy34，则此铁氧化物的化学式为Fe3O4。8为探究CO2与过量的NaOH溶液确实发生了化学反应，甲、乙、丙三位同学设计了下列三种实验装置，如下图所示，请回答下列问题：(1)请写出CO2与过量的NaOH溶液发生反应的离子方程式：_。(2)选择任意一种实验装置，简述预计出现的实验现象，并解释产生该实验现象的原因。你选择的实验装置是_，实验现象是_，产生该实验现象的原因是_。(3)甲、乙、丙三位同学设计的三个方案中，有一个方案在实际操作中可行性和安全性均存在问题，该方案是_(填“甲”“乙”或“丙”)。(4)请设计一个实验检验生成的产物中是否含有Na2CO3(简述所有试剂、实验现象和结论)：_。解析：(1)CO2与过量的NaOH溶液发生反应的化学方程式为CO22NaOH=Na2CO3H2O，将此方程式改写为离子方程式即可；(2)甲、乙、丙三个实验均是利用CO2与NaOH反应后，导致装置内压强减小，而发生一系列现象；(3)NaOH溶液具有腐蚀性，若用甲装置，操作不当可能会腐蚀手指；(4)证明产物中是否含有Na2CO3，利用CO与Ba2反应产生沉淀。答案：(1)CO22OH=COH2O(2)甲试管内液面上升，烧杯内的液面下降二氧化碳和氢氧化钠溶液反应，使试管内气体压强减小，液体被压入试管中(或乙气球胀大二氧化碳和氢氧化钠溶液反应，使锥形瓶内气体压强减小，大气压使气球胀大或丙烧杯内的水流入锥形瓶中二氧化碳和氢氧化钠溶液反应，使锥形瓶内气体压强减小，大气压将液体压入锥形瓶)(3)甲(4)取少量反应后的溶液于试管中，滴加氯化钡溶液，若有白色沉淀生成，可证明有Na2CO3存在(其他合理答案也可)9将一定体积的CO2通入到一定浓度的NaOH溶液中，为了测定溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1 molL1的盐酸。所加入盐酸的体积与产生二氧化碳气体体积(标准状况)的关系如图所示。(1)写出OA段所发生反应的离子方程式：_。(2)当加入35 mL盐酸时，所产生的CO2的体积(标准状况)是_ mL。(3)溶液中所含的物质有_，其物质的量之比为_。解析：由图像所消耗的盐酸的体积及产生的CO2的体积可知，此溶液的溶质是NaOH、Na2CO3。OA段H先与OH反应生成H2O，再与CO反应生成HCO。AB段发生反应HHCO=CO2H2O。35 mL时产生的n(CO2)n(H)(3525)mL103LmL11 molL10.01 mol，则V(CO2)224 mL。由HCO=HCO，HCOH=H2OCO2，则n(CO)nAB(H)(4525) mL103 LmL11 molL10.02 mol，n(OH)25(4525) mL103 LmL11 molL10.005 mol，所以n(NaOH)n(Na2CO3)n(OH)n(CO)0.005 mol0.02 mol14。答案：(1)HOH=H2O，COH=HCO(2)224(3)NaOH、Na2CO314