2019版高考化学一轮复习 第3章 自然界中的元素 第1节 碳的多样性学案 鲁科版.doc

第1节碳的多样性1了解碳元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。2了解碳元素单质及其重要化合物对环境的影响。3以上各部分知识的综合应用。碳的单质及氧化物知识梳理1多种多样的碳单质(1)同素异形体：由同一种元素组成的性质不同的几种单质。(2)碳单质主要有金刚石、石墨、C60等同素异形体。金刚石石墨结构空间网状结构层状结构物理性质熔点高、硬度大熔点高、质软，有滑腻感用途用作切割刀具等用作电极、铅笔芯等(3)碳单质的化学性质碳在参与化学反应时，一般表现还原性。碳2一氧化碳和二氧化碳物质一氧化碳二氧化碳物理性质无色、无味，常温下为气体，不溶于水无色、无味，常温下为气体，微溶于水，密度比空气大化学性质与水反应不反应CO2H2OH2CO3与单质反应2COO22CO22MgCO22MgOC与碱反应(如NaOH)不反应CO2少量：CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2过量：CO2NaOH=NaHCO3与碱性氧化物反应如与Fe2O3反应：3COFe2O32Fe3CO2如与Na2O反应：Na2OCO2=Na2CO3与盐反应一般不反应如Ca(ClO)2CO2(不足)H2O=CaCO32HClO、Na2SiO32H2O2CO2(足量)=H2SiO32NaHCO3用途还原剂制饮料、碳酸盐自我检测1判断正误，正确的打“”，错误的打“”(1)用活性炭去除冰箱中的异味，没有发生化学反应。()(2)12C、13C、14C是碳的三种同素异形体。()(3)12 g石墨烯(单层石墨)中含有六元环的个数为05NA(NA为阿伏加德罗常数的值)。()(4)多孔碳可用做氢氧燃料电池的电极材料。()(5)若X为C、Y为CO、Z为CO2，则不能满足如图一步转化关系。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)2写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法：(1)CO(CO2)：_；(2)CO2(CO)：_；(3)CO2(O2)：_；(4)CO2(SO2)：_；(5)CO2(HCl)：_。答案：(1)通过盛有浓NaOH溶液的洗气瓶(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管(4)通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液(5)通过饱和NaHCO3溶液往100 mL的NaOH溶液中通入CO2充分反应后，在减压和较低温度下，小心地将溶液蒸干，得到白色固体M。通入的CO2的体积V(标准状况)与M的质量W的关系如图所示。回答下列问题：(1)A点时，白色固体M的化学式为_，通入的CO2的体积为_mL。(2)C点时，白色固体M的化学式为_，通入的CO2的体积为_mL。(3)B点时M的组成成分为_(用化学式表示)，通入的CO2的体积为_mL。(4)该NaOH溶液的物质的量浓度为_。解析向NaOH溶液中逐渐通入CO2至过量，发生的反应依次为CO22NaOH=Na2CO3H2O、CO2H2ONa2CO3=2NaHCO3。从图可知NaOH的质量为4 g，n(NaOH)01 mol，c(NaOH)1 molL1。(1)NaOH完全转化为Na2CO3时，m(Na2CO3)53 g，故A点时白色固体M为Na2CO3，V(CO2)224 Lmol1112 L1 120 mL。(2)NaOH完全转化为NaHCO3时，m(NaHCO3)84 g，故C点时白色固体M为NaHCO3，V(CO2)01 mol224 Lmol1224 L2 240 mL。(3)因B点时M质量为716 g(5371684)，故B点时M为Na2CO3和NaHCO3的混合物。设B点时Na2CO3的物质的量为x，NaHCO3的物质的量为y，则有，解得，所以V(CO2)(002006)mol224 Lmol11792 L1 792 mL。答案(1)Na2CO31 120(2)NaHCO32 240(3)Na2CO3、NaHCO31 792(4)1 molL1CO2与NaOH溶液反应的规律(1)反应原理2NaOHCO2(少量)=Na2CO3H2ONaOHCO2(过量)=NaHCO3Na2CO3CO2H2O=2NaHCO3(2)反应后溶质成分的判断 题组一碳的氧化物对环境的影响1(2016高考全国卷，7，6分)下列有关燃料的说法错误的是()A燃料燃烧产物CO2是温室气体之一B化石燃料完全燃烧不会造成大气污染C以液化石油气代替燃油可减少大气污染D燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一解析：选B。燃料燃烧产生的CO2是导致温室效应的主要气体之一，A项正确；化石燃料完全燃烧生成的SO2属于大气污染物，B项错误；液化石油气含碳量比燃油低，用液化石油气代替燃油能减少大气污染，C项正确；CO是大气污染物之一，D项正确。2(2016高考江苏卷)大气中CO2含量的增加会加剧“温室效应”。下列活动会导致大气中CO2含量增加的是()A燃烧煤炭供热B利用风力发电C增加植被面积 D节约用水用电解析：选A。A项，煤炭燃烧会放出CO2，正确；风力发电、节约用水用电、增加植被面积，都会减少大气中CO2的含量。 题组二二氧化碳与碱或盐溶液的反应规律3标准状况下，将336 L CO2气体通入200 mL 100 molL1 NaOH溶液中，充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO) 的比值为(不考虑CO、HCO的水解)()A11 B12C21 D13解析：选B。n(CO2)015 mol，n(NaOH)02 L100 molL102 mol，由于1”或“”填空。(1)热稳定性：NaHCO3_Na2CO3。(2)与同浓度盐酸反应的剧烈程度：NaHCO3_Na2CO3。(3)相同温度时，在水中的溶解度：NaHCO3_Na2CO3。(4)等物质的量浓度溶液的pH：NaHCO3_Na2CO3。答案：(1)(3)(4)020 mol 时有气体产生；若将碳酸钠溶液滴入到盐酸中，发生反应：Na2CO32HCl=2NaClH2OCO2，则当n(HCl)040 mol时两者都有气体产生，但体积相同，故当020 moln(HCl)040 mol时才符合题意，因此10 molL1c(HCl)20 molL1，只有B符合。课后达标检测学生用书P255(单独成册)一、选择题1(教材改编题)下列环境问题与二氧化碳的排放有关的是()A酸雨B雾霾C温室效应 D赤潮解析：选C。酸雨SO2、NOx的排放，雾霾化石燃料的大量燃烧，温室效应CO2的排放，赤潮N、P营养素的排放。2(2018亳州模拟)下列物质不属于同素异形体的是()A金刚石和石墨 B水晶和石英C红磷和白磷 D氧气和臭氧解析：选B。水晶和石英的主要成分均为SiO2，SiO2为化合物，同素异形体是指由同一种元素组成性质不同的单质。3下列关于碳和碳的化合物的说法不正确的是()A过多CO2排放会导致“温室效应”，应提倡“低碳生活”B一氧化碳易与血液中的血红蛋白结合C金刚石和石墨都是碳单质，但原子排列方式不同，物理性质差别很大D石墨转变为金刚石的反应属于氧化还原反应解析：选D。A项，二氧化碳是一种温室气体；B项，一氧化碳有毒，容易与血红蛋白结合；C项，金刚石是空间立体网状结构，硬度大、熔点高，石墨是层状结构，每一层是平面网状结构，质软，可导电，二者物理性质差别较大；D项，二者的转化属于化学反应，但反应中没有元素化合价的改变，不属于氧化还原反应。4(2018渭南模拟)下列各物质以不同比例混合后，只能生成一种含钠化合物的是()A碳酸钠，盐酸 B氢氧化钠，二氧化碳C碳酸氢钠，石灰水 D过氧化钠，二氧化碳解析：选D。A项，Na2CO3HCl(少量)=NaHCO3NaCl、Na2CO32HCl(足量)=2NaClCO2H2O；B项，2NaOHCO2(少量)=Na2CO3H2O、NaOHCO2(足量)=NaHCO3；C项，NaHCO3Ca(OH)2(足量)=CaCO3NaOHH2O、2NaHCO3Ca(OH)2(少量)=CaCO3Na2CO32H2O。5有甲、乙两个完全相同的装置，分别在它们的侧管中装入106 g Na2CO3和084 g NaHCO3，试管中各有10 mL相同浓度的盐酸(如图)，若实验时同时将两个侧管中的物质全部倒入各自的试管中(忽略溶液体积变化)，则下列叙述正确的是()A甲装置气球的膨胀速率快B若最终两气球的体积相同，则一定有c(HCl)2 molL1C若最终两气球的体积不同，则一定有c(HCl)1 molL1D最终两装置溶液中Na、Cl的物质的量均相同解析：选B。n(Na2CO3)n(NaHCO3)001 mol，将这两种固体分别加入盐酸中，Na2CO3与HCl反应分步进行，首先发生反应：Na2CO3HCl=NaClNaHCO3，然后发生反应：NaHCO3HCl=NaClH2OCO2；NaHCO3与HCl发生反应：NaHCO3HCl=NaClH2OCO2，乙装置气球的膨胀速率快；若最终两气球的体积不同，则应有c(HCl)2 molL1；若体积相同，则应有c(HCl)2 molL1；最终两装置溶液中Na的物质的量不相同，甲中n(Na)是乙中的2倍。6近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是()石墨烯：从石墨中分离出来，是最薄、最坚硬的纳米材料石墨炔：平面网状结构的全碳分子，具有优良的化学稳定性纳米碳管：具有优良的场发射性能，制作阴极显像管、储氢材料A石墨烯具有良好的导电性B上述三种物质与金刚石互为同素异形体C石墨炔孔径略大于H2分子的直径，可作H2的提纯薄膜D上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同解析：选D。A项，石墨烯是一种新发现的材料，它的物理性质是拉力好、导电性和导热性好、硬度大、熔点高等；B项，同种元素的不同单质互称同素异形体；C项，碳原子半径大于氢原子，则石墨炔孔径大于H2分子的直径，可以容纳H2分子；D项，碳与浓硫酸反应产物均为二氧化碳、二氧化硫和水。7将空气缓慢通过如图所示装置后，在试管中收集到少量稀有气体。空气在通过ad装置时，依次除去的气体是()AO2、N2、H2O、CO2 BCO2、H2O、O2、N2CH2O、CO2、N2、O2 DN2、O2、CO2、H2O解析：选B。空气通过不同试剂除去的气体依次为CO2、H2O、O2、N2，余下稀有气体。8如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是()Aa通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰Bb通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰Ca通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉Db通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉解析：选C。侯氏制碱法的原理是向饱和的NaCl溶液中先通入NH3，然后通入CO2，利用生成的碳酸氢钠溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大，所以先通NH3，但为了防倒吸，所以a通入NH3，然后b通入CO2，考虑NH3的尾气处理所以c中放蘸稀硫酸的脱脂棉，即C选项正确。9下列实验方案中，不能准确测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是()A取a克混合物充分加热，减重b克B取a克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b克固体C取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克D取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b克固体解析：选C。NaHCO3受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，所以通过加热分解利用差量法即可计算出Na2CO3的质量分数，A正确；Na2CO3和NaHCO3均可与盐酸反应生成水、二氧化碳和氯化钠，所以b 克固体是氯化钠，利用守恒法可计算出Na2CO3的质量分数，B正确；混合物与足量稀硫酸充分反应，会生成水和二氧化碳，所以逸出的气体是二氧化碳，但会混有水蒸气，即碱石灰增加的质量不是二氧化碳的质量，因此选项C不能准确测出混合物中Na2CO3的质量分数；Na2CO3和NaHCO3都与Ba(OH)2反应，反应的离子方程式为COBa2=BaCO3、HCOOHBa2=H2OBaCO3，因此最后得到的固体是BaCO3，所以可以计算出Na2CO3的质量分数，D正确。二、非选择题10现有A、B、C、D四种化合物都含钾元素，A、B、C和足量的盐酸反应后，均可生成D；若将固体C加热后可生成A和无色无味的气体E，该气体能使澄清石灰水变浑浊；若在A溶液中通入足量E，可生成C；若B与C的溶液混合可生成A。请回答下列问题。(1)推断A、B、C、D的化学式：A_；B_；C_；D_。(2)A溶液中通入足量E反应的离子方程式为_。(3)B溶液与C溶液反应的离子方程式为_。解析：该题的突破口是C加热后生成A和E，E能使澄清石灰水变浑浊，再结合B与C反应生成A，可推出各物质。答案：(1)K2CO3KOHKHCO3KCl(2)COCO2H2O=2HCO(3)OHHCO=H2OCO11如图实验装置用于验证某些物质的性质。在试管A中装入足量的固体NaHCO3，D为固定蚊香的硬纸片。试回答下列问题：(1)在A试管内发生反应的化学方程式是_。(2)B装置的作用是_。(3)在双球干燥管内发生反应的化学方程式为_。(4)双球干燥管内观察到的实验现象是_。(5)若将干燥管内的Na2O2换成Na2O，则双球干燥管内观察到的实验现象是_。解析：NaHCO3受热发生分解反应产生的CO2经浓硫酸干燥后，与双球干燥管中Na2O2发生反应：2CO22Na2O2=2Na2CO3O2，淡黄色的Na2O2固体逐渐变为白色粉末，同时由于O2的产生，使点燃的蚊香燃烧更加剧烈；若换为Na2O，则只发生反应CO2Na2O=Na2CO3，点燃的蚊香逐渐熄灭。答案：(1)2NaHCO3Na2CO3H2OCO2(2)吸收气体中的水蒸气(干燥CO2)(3)2Na2O22CO2=2Na2CO3O2(4)淡黄色的固体逐渐转变为白色粉末，点燃的蚊香燃烧更加剧烈(5)点燃的蚊香逐渐熄灭12化学兴趣小组的同学为测定某Na2CO3和NaCl的固体混合物样品中Na2CO3的质量分数进行了以下实验，请你参与并完成对有关问题的解答。(1)甲同学用图1所示装置测定CO2的质量。实验时稀硫酸是与样品中的_(填“Na2CO3”或“NaCl”)发生反应，仪器b的名称是_，洗气瓶c中盛装的是浓硫酸，其作用是_。(2)乙同学用图2所示装置，取一定质量的样品(m g)和足量稀硫酸反应进行实验，完成样品中Na2CO3质量分数的测定。实验前，检查该装置气密性的方法是先打开活塞a，由b注入水至其下端玻璃管中形成一段水柱，再将针筒活塞向内推压，若b下端玻璃管中的_，则装置气密性良好。在实验完成时，能直接测得的数据是CO2的_(填“体积”或“质量”)。(3)丙同学用下图所示方法和步骤进行实验：操作涉及的实验名称有_、洗涤；操作涉及的实验名称有干燥、_。丙同学测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为_。解析：(1)NaCl不与稀硫酸反应，Na2CO3与稀硫酸反应。仪器b的名称是分液漏斗。浓硫酸的作用是除去CO2中的水蒸气(或干燥CO2气体)。(2)将针筒活塞向内推压，增大了容器中的压强，故若b下端玻璃管中的液面上升，则装置气密性良好。CO2是气体，用针筒直接测得的数据是CO2的体积。(3)通过操作得到沉淀，故操作涉及实验名称有过滤、洗涤。要知道固体的质量需要称重。经过计算，样品中Na2CO3质量分数的计算式为。答案：(1)Na2CO3分液漏斗除去CO2中的水蒸气(或干燥CO2气体)(2)液面上升体积(3)过滤称量13(2016高考全国卷)过氧化钙微溶于水，溶于酸，可用作分析试剂、医用防腐剂、消毒剂。以下是一种制备过氧化钙的实验方法。回答下列问题：(一)碳酸钙的制备(1)步骤加入氨水的目的是_。小火煮沸的作用是使沉淀颗粒长大，有利于_。(2)如图是某学生的过滤操作示意图，其操作不规范的是_(填标号)。a漏斗末端颈尖未紧靠烧杯壁b玻璃棒用作引流c将滤纸湿润，使其紧贴漏斗壁d滤纸边缘高出漏斗e用玻璃棒在漏斗中轻轻搅动以加快过滤速度(二)过氧化钙的制备CaCO3滤液白色结晶(3)步骤的具体操作为逐滴加入稀盐酸，至溶液中尚存有少量固体，此时溶液呈_性(填“酸”“碱”或“中”)。将溶液煮沸，趁热过滤。将溶液煮沸的作用是_。(4)步骤中反应的化学方程式为_，该反应需要在冰浴下进行，原因是_。(5)将过滤得到的白色结晶依次使用蒸馏水、乙醇洗涤，使用乙醇洗涤的目的是_。(6)制备过氧化钙的另一种方法是将石灰石煅烧后，直接加入双氧水反应，过滤后可得到过氧化钙产品。该工艺方法的优点是_，产品的缺点是_。解析：(1)含有少量铁的氧化物的石灰石与盐酸反应后得到CaCl2和含铁的盐的混合溶液，加入H2O2的目的是将Fe2氧化为Fe3，便于沉降铁元素，加入氨水调节溶液pH使Fe3生成Fe(OH)3沉淀。根据题目信息可知，小火煮沸能使Fe(OH)3沉淀颗粒长大，Fe(OH)3沉淀颗粒长大有利于过滤时尽可能除去铁元素。(2)过滤操作过程中，漏斗末端颈尖应紧靠烧杯内壁，玻璃棒应紧靠三层滤纸处，用玻璃棒引流时烧杯应紧靠玻璃棒，滤纸应紧贴漏斗内壁，滤纸边缘应低于漏斗边缘，液体液面应低于滤纸边缘，不能搅拌液体，故选项a、d、e符合题意。(3)加入盐酸至溶液中尚存有少量固体(CaCO3)，说明盐酸不足，但产生的CO2溶解在水中形成H2CO3，此时溶液呈酸性。CO2在溶液中存在会影响产品的纯度，CO2属于挥发性气体，加热能使其从溶液中逸出。(4)CaCl2与H2O2发生复分解反应生成CaO2：CaCl2H2O2=CaO22HCl，HCl再与NH3H2O反应生成NH4Cl和H2O，总反应为CaCl2H2O22NH3H2O=CaO22NH4Cl2H2O。H2O2受热易分解，所以反应需在冰浴中进行。(5)结晶用蒸馏水洗涤后吸附有H2O，结晶不溶于CH3CH2OH，而H2O溶于CH3CH2OH，所以用CH3CH2OH洗涤可除去结晶表面的水分。(6)石灰石煅烧后的CaO直接与H2O2反应得到CaO2，其优点在于工艺简单、操作方便。由于所得CaO中杂质较多，得到的CaO2纯度较低。答案：(1)调节溶液pH使Fe(OH)3沉淀过滤分离(2)ade(3)酸除去溶液中的CO2(4)CaCl22NH3H2OH2O26H2O=CaO28H2O2NH4Cl(或CaCl22NH3H2OH2O2=CaO22NH4Cl2H2O)温度过高时双氧水易分解(5)去除结晶表面水分(6)工艺简单、操作方便纯度较低