新编鲁科版化学必修1 第三章 自然界中的元素 第1节 碳的多样性 第2课时

新编化学精品资料第第 2 2 课时课时碳及其化合物间的转化碳及其化合物间的转化1 1了解碳及其化合物间的转换。了解碳及其化合物间的转换。2 2了解高炉炼铁涉及的主要化学反应。了解高炉炼铁涉及的主要化学反应。3 3了解碳的氧化物的性质。了解碳的氧化物的性质。知知识识清清单单一、自然界中碳及其化合物间的转化一、自然界中碳及其化合物间的转化1 1转化示意图转化示意图(1)(1)植物通过植物通过光合作用光合作用吸收空气中的吸收空气中的 COCO2 2，形成形成葡萄糖葡萄糖，并释放出并释放出 O O2 2，葡萄糖葡萄糖再转化为淀再转化为淀粉。粉。(2)(2)空气中的空气中的 COCO2 2有很大一部分被海水吸收有很大一部分被海水吸收， 溶于水中的溶于水中的 COCO2 2逐渐转变为逐渐转变为碳酸盐碳酸盐。 这些这些碳酸碳酸盐盐又与空气中的二氧化碳和水反应又与空气中的二氧化碳和水反应，生成生成碳酸氢盐碳酸氢盐溶于水归入大海。溶于水归入大海。2 2溶洞及钟乳石的形成原理溶洞及钟乳石的形成原理( (模模拟实验拟实验) )。写出有关反应方程式：写出有关反应方程式：溶洞的形成：溶洞的形成：CaCOCaCO3 3COCO2 2H H2 2O O=Ca=Ca(HCO(HCO3 3) )2 2钟乳石的形成：钟乳石的形成：Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2= =CaCOCaCO3 3H H2 2O OCOCO2 2二、生产和生活中碳及其化合物间的转化二、生产和生活中碳及其化合物间的转化1 1高炉炼铁。高炉炼铁。(1)(1)原料：原料：焦炭焦炭和和铁矿石铁矿石( (赤铁矿主要成分是赤铁矿主要成分是 FeFe2 2O O3 3) )。(2)(2)过程过程( (实际起还原作用的是实际起还原作用的是 COCO) )。COCO 的产生。的产生。相关反应的化学方程式为相关反应的化学方程式为 C CO O2 2= =点燃点燃COCO2 2；C CCOCO2 2= =高温高温2CO2CO铁矿石被还原。铁矿石被还原。相关反应的化学方程式为相关反应的化学方程式为 FeFe2 2O O3 33CO3CO= =高温高温2Fe2Fe3CO3CO2 2；FeFe3 3O O4 44CO4CO= =高温高温3Fe3Fe4CO4CO2 2；FeOFeOCOCO= =高温高温FeFeCOCO2 2。焦炭在高炉炼铁过程中有什么作用？焦炭在高炉炼铁过程中有什么作用？答案：燃烧提供能量答案：燃烧提供能量，生成还原剂生成还原剂 COCO，使使 COCO 将将 FeFe2 2O O3 3还原为还原为 FeFe 单质。单质。2 2C C、COCO、COCO2 2的转化关系。的转化关系。用化学方程式表示为：用化学方程式表示为：2C2CO O2 2= =点燃点燃2CO2CO( (不完全燃烧不完全燃烧) )；2CO2COO O2 2= =点燃点燃2CO2CO2 2C CO O2 2= =点燃点燃COCO2 2( (完全燃烧完全燃烧) )；COCO2 2_ _C C= =高温高温2CO2CO。3 3水垢的形成。水垢的形成。(1)(1)水垢主要成分含有水垢主要成分含有 CaCOCaCO3 3；(2)(2)形成过程的化学方程式：形成过程的化学方程式：Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2= =CaCOCaCO3 3COCO2 2H H2 2O O。4 4碳在无机物和有机物间的转化。碳在无机物和有机物间的转化。18281828 年年，德国化学家德国化学家维勒维勒用无机化合物氰酸铵用无机化合物氰酸铵( (NHNH4 4CNOCNO) )首次合成了有机化合物首次合成了有机化合物尿素尿素，开开创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。活活学学活活用用1 1 COCO2 2是造成是造成“温室效应温室效应”的主要气体的主要气体， 对于在自然界中的转化对于在自然界中的转化， 下列说法不正确的是下列说法不正确的是(C)(C)A A大气中的大气中的 COCO2 2能被海洋溶解一部分能被海洋溶解一部分B BCOCO2 2主要是主要是植物的光合作用消耗，因此植树造林能有效减弱植物的光合作用消耗，因此植树造林能有效减弱“温室效应温室效应”C C加热碳酸氢钙溶液会变浑浊加热碳酸氢钙溶液会变浑浊，加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊D D钟乳石、石笋是由于钟乳石、石笋是由于 CaCOCaCO3 3和和 Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2的相互转化形成的的相互转化形成的解析：解析：COCO2 2气体在水中的溶解度不大气体在水中的溶解度不大，但海洋中的水可溶解一部分但海洋中的水可溶解一部分 COCO2 2气体气体，正常条件正常条件下下COCO2 2“收支平衡收支平衡”，自然界中的自然界中的 COCO2 2就会保持不变就会保持不变，否则就会产生温室效应否则就会产生温室效应；CaCa(HCO(HCO3 3) )2 2不稳定不稳定，其溶液加热会分解其溶液加热会分解，而而 NaHCONaHCO3 3固体固体受热分解受热分解，在溶液中不分解。，在溶液中不分解。2 2下列物质中碳元素只有氧化性的是下列物质中碳元素只有氧化性的是(D)(D)A ACHCH4 4B BC CC CCOCOD DCOCO2 2解析：碳元素处于最高价态时只有氧化性。解析：碳元素处于最高价态时只有氧化性。3 3高炉炼铁高炉炼铁 3CO3COFeFe2 2O O3 3= =高温高温2Fe2Fe3CO3CO2 2。反应中反应中：COCO 做做还原剂还原剂、FeFe2 2O O3 3被被还原还原、FeFe 是是还原还原产物产物。 若若 1.61.6 吨吨 FeFe2 2O O3 3参加反应参加反应。 生成生成 FeFe 的质量为的质量为 1.121.12 吨吨， 同时产生同时产生 6.726.7210105 5L L 的的 COCO2 2气体气体( (标标准状况准状况) )。水水平平测测试试1 1对于碳及其化合物间转化的说法中对于碳及其化合物间转化的说法中，正确的是正确的是(B)(B)A A大气中大气中 COCO2 2含量的剧增含量的剧增，对自然界中碳及其化合物间的平衡没有影响对自然界中碳及其化合物间的平衡没有影响B B木炭燃烧过程中木炭燃烧过程中，发生着碳单质、发生着碳单质、COCO 和和 COCO2 2之间的转化之间的转化C C碳的氧化物间的相互转化不属于氧化还原反应碳的氧化物间的相互转化不属于氧化还原反应D D含碳的无机化合物和有机化合物之间存在着严格的界限含碳的无机化合物和有机化合物之间存在着严格的界限，无机化合物不能合成有机化无机化合物不能合成有机化合物合物2 2将将 COCO2 2通入下列溶液中直至过量通入下列溶液中直至过量，最终一定生成沉淀的是最终一定生成沉淀的是(B)(B)A ACaCa(ClO)(ClO)2 2溶液溶液B B饱和饱和 NaNa2 2COCO3 3溶液溶液C CCaClCaCl2 2溶液溶液D DCa(OH)Ca(OH)2 2溶液溶液解析：解析：A A、D D 两项中先产生两项中先产生 CaCOCaCO3 3沉淀沉淀，COCO2 2过量时沉淀又溶解；过量时沉淀又溶解；C C 项中不产生沉淀；而项中不产生沉淀；而 B B项中生成项中生成 NaHCONaHCO3 3，其溶解度小于其溶解度小于 NaNa2 2COCO3 3，以晶体形式析出。以晶体形式析出。3 3要除去二氧化碳气体中的一氧化碳要除去二氧化碳气体中的一氧化碳，常用的方法是常用的方法是(D)(D)A A通过澄清的石灰水通过澄清的石灰水B B通过灼热的炭层通过灼热的炭层C C通过水通过水D D通过灼热的氧化铜粉末通过灼热的氧化铜粉末解析：一氧化碳与二氧化碳性质的不同是它有还原性解析：一氧化碳与二氧化碳性质的不同是它有还原性，要除去一氧化碳应选择具有氧化要除去一氧化碳应选择具有氧化性的物质把它反应掉性的物质把它反应掉，氧化铜具有一定的氧化性氧化铜具有一定的氧化性，故可用于除故可用于除 COCO2 2中含有的中含有的 COCO。4 4( (双选双选) )按下图示装置持续通入气体按下图示装置持续通入气体 X X，并在支管口并在支管口 P P 处点燃处点燃，实验结果使澄清石灰水实验结果使澄清石灰水变浑浊变浑浊，则则 X X、Y Y 可能可能是是(AC)(AC)A AH H2 2和和 NaHCONaHCO3 3B BCOCO 和和 NaNa2 2COCO3 3C CCOCO 和和 CuOCuOD DH H2 2和和 FeFe2 2O O3 3解析：由题意可知解析：由题意可知，澄清石灰水变浑浊澄清石灰水变浑浊，说明有说明有 COCO2 2生成生成，并且并且 X X 气体或气体或 X X 与与 Y Y 加热后加热后生成的气体能够燃烧生成的气体能够燃烧，符合条件的有符合条件的有 A A、C C 两项。两项。5 5标准状况下将标准状况下将 4.484.48 L L COCO2 2通入通入 1 1 L L 0.30.3 molmolL L1 1NaOHNaOH 溶液中溶液中，当，当 COCO2 2与与 NaOHNaOH 完全反完全反应时应时，则下列说法正确的是则下列说法正确的是(D)(D)A A溶液中只有一种阴离子溶液中只有一种阴离子(OH(OH除外除外) )B B溶液中溶质的物质的量之比为溶液中溶质的物质的量之比为 1 12 2C C反应后有反应后有 COCO2 2逸出逸出D D反应后的溶液还可以吸收部分反应后的溶液还可以吸收部分 COCO2 2解析：解析：n n(CO(CO2 2) )0.20.2 molmol，n n(NaOH)(NaOH)0.30.3 molmol因因1 12 2n n（COCO2 2）n n（NaOHNaOH）2 23 31 1，故反应后溶液中含有故反应后溶液中含有 NaNa2 2COCO3 3和和 NaHCONaHCO3 3，则还可以吸收部分则还可以吸收部分 COCO2 2。所以所以 A A、C C 错错，D D 正确。由碳元素和钠元素守恒得：正确。由碳元素和钠元素守恒得：n n（NaNa2 2COCO3 3）n n（NaHCONaHCO3 3）0.20.2 molmol，2 2n n（NaNa2 2COCO3 3） n n（NaHCONaHCO3 3） 0.30.3 molmol，解得解得n n（NaNa2 2COCO3 3） 0.10.1 molmol，n n（NaHCONaHCO3 3）0.10.1 molmol，B B 错。错。6 6某无色混合气体可能含有某无色混合气体可能含有 COCO2 2、COCO、H H2 2O O( (水蒸气水蒸气) )、H H2 2中的一种或几种中的一种或几种，依次进行如下依次进行如下连续处理连续处理( (假定每步处理均反应完全假定每步处理均反应完全) )：通过足量碱石灰时通过足量碱石灰时，气体体积变小；气体体积变小；通过炽热的通过炽热的氧化铜时氧化铜时，固体变为红色；固体变为红色；通过白色硫酸铜粉末时通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色；粉末变为蓝色；通过澄清的石灰水通过澄清的石灰水时时，溶液变得浑浊。由此可以确定原混合气体中溶液变得浑浊。由此可以确定原混合气体中(D)(D)A A一定含有一定含有 COCO2 2、H H2 2O O，至少含有至少含有 H H2 2、COCO 中的一种中的一种B B一定含有一定含有 H H2 2O O、COCO，至少含有至少含有 COCO2 2、H H2 2中的一种中的一种C C一定含有一定含有 COCO、COCO2 2，至少含有至少含有 H H2 2O O、H H2 2中的一种中的一种D D一定含有一定含有 COCO、H H2 2，至少含有至少含有 H H2 2O O、COCO2 2中的一种中的一种解析：由题中解析：由题中通过碱石灰时通过碱石灰时，气体体积变小知混合气中至少有气体体积变小知混合气中至少有 H H2 2O O、COCO2 2中的一种；由中的一种；由知必有还原性气体知必有还原性气体 COCO、H H2 2的一种；由的一种；由通过白色硫酸铜粉末时通过白色硫酸铜粉末时，粉末变为蓝色粉末变为蓝色，说明有水说明有水生成生成，可知原混合气体中必有可知原混合气体中必有 H H2 2；由由通过澄清的石灰水时通过澄清的石灰水时，溶液变得浑浊溶液变得浑浊，说明有说明有 COCO2 2生成生成，可知原混合气体中必有可知原混合气体中必有 COCO。7.7. 如图所示为炼铁实验装置如图所示为炼铁实验装置，按下列要求回答问题：按下列要求回答问题：(1)(1)写出有标号的仪器名称：写出有标号的仪器名称：_，_。(2)(2)在在A A装置的硬质玻璃管中观察到的现象是装置的硬质玻璃管中观察到的现象是_ _；B B装置中观察到的现象是装置中观察到的现象是_；装置；装置 C C 处气处气体燃烧时产生体燃烧时产生_色火焰。色火焰。(3)(3)写出写出 B B、C C 两部分所发生反应的化学方程式：两部分所发生反应的化学方程式：B_B_。C_C_。解析解析：炼铁中的主要原理为炼铁中的主要原理为 3CO3COFeFe2 2O O3 3= =高温高温2Fe2Fe3CO3CO2 2，反应物反应物 COCO 过量过量，通过点燃将尾气通过点燃将尾气中的中的 COCO 处理掉。处理掉。答案：答案：(1)(1)铁架台铁架台酒精灯酒精灯(2)(2)红棕色红棕色粉末变黑粉末变黑澄清石灰水变浑浊澄清石灰水变浑浊淡蓝淡蓝( (3)CO3)CO2 2Ca(OH)Ca(OH)2 2=CaCO=CaCO3 3H H2 2O O2CO2COO O2 2= =点燃点燃2CO2CO2 28 8(1)(1)图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国，由于大气中由于大气中 COCO2 2含量的剧增含量的剧增，大量珊瑚礁大量珊瑚礁( (主主要成分是碳酸钙要成分是碳酸钙) )被海水侵蚀被海水侵蚀，其原因是其原因是_(_(用用化学方程式表示化学方程式表示) )。(2)(2)叶圣陶先生的叶圣陶先生的 记金华的双龙洞记金华的双龙洞 是一篇描写溶洞的好文章是一篇描写溶洞的好文章， 里面有很多的名言佳句里面有很多的名言佳句，其中溶洞和钟乳石的形成涉及的化学反应有其中溶洞和钟乳石的形成涉及的化学反应有_。(3)(3)为了控制温室效应为了控制温室效应，各国科学家提出了不少方法和设想各国科学家提出了不少方法和设想。科学家致力于二氧化碳组合科学家致力于二氧化碳组合转化方面的技术研究转化方面的技术研究，把过多的二氧化碳转化为对人类有益的物质。如将二氧化碳和氢气把过多的二氧化碳转化为对人类有益的物质。如将二氧化碳和氢气以以1 14 4 的比例混合的比例混合，通入反应器通入反应器，在适当的条件下反应在适当的条件下反应，可获得一种重要的能源可获得一种重要的能源，请完成下列请完成下列化学方程式：化学方程式：COCO2 24H4H2 2= =_2H2H2 2O O。(4)(4)科学家科学家研究发现，用研究发现，用“汽水汽水”( (一种能释放一种能释放 COCO2 2的弱酸性溶液的弱酸性溶液) )浇灌植物能促进植物的浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能生长。原因是它能_。加强呼吸作用加强呼吸作用加强光合作用加强光合作用改良碱性土壤、调节改良碱性土壤、调节 pHpH加强植物蒸腾作用加强植物蒸腾作用A AB BC CD D(5)(5)快速、有效地减缓大气中快速、有效地减缓大气中 COCO2 2大量增加的生态学措施是大量增加的生态学措施是_。A A使用天然气等燃料使用天然气等燃料B B控制全球人口增长控制全球人口增长C C植树造林、保护森林植树造林、保护森林D D立即减少煤和石油的燃烧立即减少煤和石油的燃烧解析：解析：(1)CO(1)CO2 2微溶于水微溶于水，溶于水后会与溶于水后会与 CaCOCaCO3 3反应导致反应导致 CaCOCaCO3 3溶解溶解，从而使大量珊瑚礁溶从而使大量珊瑚礁溶解。解。(2)(2)岩石中的碳酸钙受岩石中的碳酸钙受 COCO2 2与水的作用生成碳酸氢钙从而形成溶洞；溶有碳酸氢钙的水在与水的作用生成碳酸氢钙从而形成溶洞；溶有碳酸氢钙的水在滴落过程中滴落过程中，受温度、压强的影响从而形成碳酸钙沉淀受温度、压强的影响从而形成碳酸钙沉淀，即钟乳石。即钟乳石。(3)(3)从原子守恒的角度去分析从原子守恒的角度去分析，1 1 molmol COCO2 2与与 4 4 molmol H H2 2反应时反应时，生成了生成了 2 2 molmol H H2 2O O，生成的生成的另一种物质中必有另一种物质中必有 1 1 molmol C C 和和 4 4 molmol H H，此此物质为物质为 CHCH4 4。(4)(4)植物通过呼吸作用放出植物通过呼吸作用放出 COCO2 2，其蒸腾作用与外界温度及水分有关其蒸腾作用与外界温度及水分有关，与与 COCO2 2的浓度无关的浓度无关；植物的光合作用需要吸收植物的光合作用需要吸收 COCO2 2，COCO2 2在潮湿土壤中生成在潮湿土壤中生成 H H2 2COCO3 3，H H2 2COCO3 3电离出的电离出的 H H可以改良碱性土可以改良碱性土壤壤，调节调节 pHpH，促进植物对促进植物对 CaCa2 2、MgMg2 2的吸收的吸收，所以用所以用“汽水汽水”浇灌植物能促进植物的生长。浇灌植物能促进植物的生长。(5)(5)对能源的消耗增大对能源的消耗增大，不可能立即减少煤和石油的燃烧；使用天然气等燃料也会产不可能立即减少煤和石油的燃烧；使用天然气等燃料也会产生生COCO2 2，只有绿色植物的光合作用会吸收大量的只有绿色植物的光合作用会吸收大量的 COCO2 2，是一是一种有效的生态学措施。种有效的生态学措施。答案：答案：(1)CaCO(1)CaCO3 3COCO2 2H H2 2O O=Ca=Ca(HCO(HCO3 3) )2 2(2)CaCO(2)CaCO3 3COCO2 2H H2 2O O=Ca=Ca(HCO(HCO3 3) )2 2，CaCa(HCO(HCO3 3) )2 2= =CaCOCaCO3 3COCO2 2H H2 2O O(3)CH(3)CH4 4(4)B(4)B(5)C(5)C素素能能提提高高9 9用足量的用足量的 COCO 还原还原 32.032.0 g g 某种氧化物某种氧化物，将生成的气体通入足量澄清石灰水中将生成的气体通入足量澄清石灰水中，得到得到 6060g g 沉淀沉淀，则氧化物是则氧化物是(B)(B)A AFeOFeOB BFeFe2 2O O3 3C CCuOCuOD DCuCu2 2O O解析：因为得到的沉淀是解析：因为得到的沉淀是 CaCOCaCO3 3，故生成的故生成的n n(CO(CO2 2) )n n(CaCO(CaCO3 3) )0.60.6 molmol，故在故在 32.032.0 g g 氧氧化物中含有氧元素化物中含有氧元素 9.69.6 g g，含有金属的质量为含有金属的质量为 22.422.4 g g，故在该金属氧化物中金故在该金属氧化物中金属与氧的质量属与氧的质量之比为之比为 7 73 3，符合此比例的只有符合此比例的只有 B B 选项。选项。1010将一定体积的将一定体积的 COCO2 2通入到一定浓度的通入到一定浓度的 NaOHNaOH 溶液中溶液中，为了测定其溶液的成分为了测定其溶液的成分，向该溶向该溶液中逐滴加入液中逐滴加入 1 1 mol/Lmol/L 盐酸。所加入盐酸的体积与产生二氧化碳气体体积盐酸。所加入盐酸的体积与产生二氧化碳气体体积( (标准状况标准状况) )的关系的关系如图所示。如图所示。(1)(1)写出写出O OA A段所发生反应的离子方程式：段所发生反应的离子方程式：_。(2)(2)当加入当加入 3535 mLmL 盐酸时盐酸时，所产生的二氧化碳的体积所产生的二氧化碳的体积( (标准状况标准状况) )是是_mL_mL。(3)(3)溶液中所含的物质有溶液中所含的物质有_，其物质的量之比为其物质的量之比为_。解析：由图中所消耗的盐酸的体积及产生的解析：由图中所消耗的盐酸的体积及产生的V V(CO(CO2 2) )可知可知，此溶液的溶质是此溶液的溶质是 NaOHNaOH、NaNa2 2COCO3 3。O OA A 段段 H H先与先与 OHOH反应生成反应生成 H H2 2O O，再与再与 COCO2 23 3反应生成反应生成 HCOHCO3 3。ABAB 段发生反应段发生反应 H HHCOHCO3 3=CO=CO2 2H H2 2O O。3535 mLmL 时产生的时产生的n n(CO(CO2 2) )n n(H(H) )(35(3525)25)10103 3L L1 1 molmolL L1 10.010.01 molmol，则则V V(CO(CO2 2) )224224 mLmL。由由 H HCOCO2 23 3=HCO=HCO3 3，HCOHCO3 3H H=H=H2 2O OCOCO2 2，则则n n(CO(CO2 23 3) )n nABAB(H(H) )(45(4525)25)10103 3L L1 1 molmol L L1 10.020.02 molmol，n n(OH(OH) )10103 3L L1 1 molmol L L1 10.0050.005 molmol， 所所以以n n(NaOH)(NaOH)n n(Na(Na2 2COCO3 3) )n n( (OHOH) )n n(CO(CO2 23 3) )0.0050.005 molmol0.020.02 molmol1 14 4。答案：答案：(1)H(1)HOHOH=H=H2 2O O，COCO2 23 3H H=HCO=HCO3 3(2)224(2)224(3)NaOH(3)NaOH、NaNa2 2COCO3 31 14 4