初三化学自招初三化学竞赛碳和碳的化合物.docx
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初三化学自招初三化学竞赛碳和碳的化合物
碳和碳的化合物
一、碳单质
1.碳的同素异形体:
名称
金刚石
石墨
足球烯(C60)
外观
无色透明,正八面体形状的晶体
深灰色,金属光泽,不透明的细鳞片状的固体
形状似足球,
有金属光泽
结构
导电性
不导电
导电
不导电
硬度
天然最硬的物质
质软
质脆
导热性
不导热
良好
不导热
用途
钻头、剃刀、装饰品
电极、铅笔芯、润滑剂
制备新材料
注意:
(1)同样由碳原子构成的单质,金刚石、石墨、足球烯性质却不同,根本原因是____________
_____________________,这体现了“结构决定性质”的化学特点。
(2)金刚石或木炭不导电,石墨却可以导电,其原因是_________________________________。
2.碳的其他同素异形体:
(1)木炭、焦炭、活性炭和炭黑等。
木炭、活性炭具有多孔的结构,具有吸附能力,可以用来吸收色素和异味。
(2)石墨烯:
由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料(左下图)。
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性,被认为是一种未来革命性的材料。
英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因成功分离出石墨烯共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
(3)碳纳米管:
由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管(右上图)组成。
层与层之间保持固定的距离,约0.34nm,直径一般为2~20nm。
碳纳米管重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。
但它也有害处,如某些碳纳米管具有类致癌作用。
3.碳单质的化学性质:
(1)稳定性:
常温下性质稳定。
(2)可燃性,可作燃料:
完全燃烧反应:
___________________________;不完全燃烧反应:
_______________________。
(3)还原性,可冶炼金属:
C+CuO反应的方程式为:
______________;C+Fe2O3反应的方程式为:
___________________。
C+CO2反应的方程式为:
________________________________。
C+H2O反应的方程式为:
________________________(制水煤气的反应)。
二、碳的氧化物:
CO2、CO
1.CO2的物理性质:
无色、无味的气体,可溶于水(1:
1),密度比空气大,无毒,不可燃,可以用来灭火。
固态的CO2叫干冰,可用作制冷剂、人工降雨。
2.CO2的化学性质:
(1)CO2+H2O反应的方程式为:
___________________________________________。
将CO2通入紫色的石蕊溶液中,观察到现象是_________________________。
变红
(2)少量CO2与澄清石灰水反应方程式为:
___________________________________。
过量CO2与澄清石灰水反应方程式为:
_______________________________________________。
少量CO2与氢氧化钠溶液反应方程式为:
_____________________________。
少量CO2与氢氧化钡溶液反应方程式为:
_____________________________。
(3)CO2与灼热的碳反应方程式为:
______________________。
该反应是吸热反应。
(4)Mg在CO2中的燃烧反应为:
_____________________________。
可见,N2、CO2不支持燃烧不是绝对的,我们要辩证、开放地看待问题。
3.实验室制CO2:
(1)实验原理:
_________________________________。
a.不能用H2SO4与CaCO3反应的原因是:
生成的CaSO4微溶于水,会覆盖在CaCO3表面,阻止反应的进行。
b.不能用浓盐酸与CaCO3反应的原因是:
浓盐酸易挥发成氯化氢气体混入生成的CO2中。
c.不能用Na2CO3与稀盐酸反应的原因是:
Na2CO3易溶于水,与盐酸反应速率快,不利收集。
(2)气体的制备一般需要5个装置,分别是:
________装置→________装置→________装置→________装置→______________装置。
按照这一顺序分别说出实验室制备氧气所需装置:
a.发生装置:
CO2的发生装置应选__________。
ABCDEF
b.除杂装置:
____________________。
c.干燥装置:
干燥CO2应选__________。
A.浓硫酸B.碱石灰C.无水CaCl2D.P2O5
d.收集装置:
CO2的收集装置应选__________。
e.尾气处理装置:
______________________。
综上,实验室制CO2的装置图如下:
4.CO2的工业制法:
煅烧石灰石,反应为:
________________________。
5.CO的物理性质:
_____色,____味的气体,密度比空气_____,_____溶于水。
CO有剧毒,能与血液中的血红蛋白结合,使血红蛋白不能和氧分子结合,导致人体缺氧中毒而死亡。
6.CO的化学性质:
(1)可燃性:
CO的燃烧反应为:
______________________。
(2)还原性,可冶炼金属:
CO+CuO反应的方程式为:
______________;CO+Fe2O3反应的方程式为:
_________________。
7.CO还原CuO的实验:
ABCD
(1)装置A中发生的反应为:
HCOOH
CO↑+H2O(不要求掌握)。
(2)实验现象:
___________________、______________________。
(3)装置D的作用是______________________,可用___________替代装置D。
注意:
CO还原CuO反应开始时,必须做到__________
A.先通CO,再点燃B处酒精灯B.先点燃B处酒精灯,再通CO
理由是排净装置内的空气,防止加热空气和一氧化碳的混合气体引起爆炸。
CO还原CuO反应结束时,必须做到__________
A.先停止通CO,再熄灭B处酒精灯B.先熄灭B处酒精灯,再停止通CO
理由是防止灼热的铜重新被空气中的氧气氧化。
8.CO和CO2的鉴别:
(1)澄清石灰水:
将气体分别通入澄清石灰水中,能使澄清石灰水变浑浊的是CO2,无现象的是CO。
(2)点燃法:
将气体分别在空气中点燃,能燃烧的是CO,不能燃烧的是CO2。
(3)通入紫色石蕊溶液法:
将气体分别通入紫色石蕊溶液中,能使石蕊溶液变红的是CO2,无现象的是CO。
(4)还原CuO法:
将气体分别通入灼热的CuO中,出现黑色粉末变红现象的是CO,无现象的是CO2。
9.CO和CO2互为杂质时的除杂方法:
(1)CO中混有CO2:
①通过足量氢氧化钠溶液;②通过灼热的炭粉。
(2)CO2中混有CO:
通过足量灼热的氧化铜。
(3)煤炉里燃烧过程中发生的化学反应:
三、碳酸及碳酸盐:
H2CO3、Na2CO3、NaHCO3、CaCO3
1.碳酸(H2CO3):
具有弱酸性,受热不稳定,加热时反应为:
_____________________。
2.碳酸钠与碳酸氢钠的对比:
物质
Na2CO3
NaHCO3
俗名
颜色、状态
水溶性
易溶于水
溶于水,但溶解度比Na2CO3小
热稳定性
与CO2反应
与HCl、CH3COOH反应
与NaOH
反应
与CaCl2
溶液反应
主要用途
①用于玻璃、制皂、造纸等,
②制烧碱。
①用作制糕点的发酵粉,②用于泡沫灭火器,③治疗胃酸过多。
3.Na2CO3溶液与HCl溶液反应时,溶液滴加顺序不同,实验现象也不同:
(1)将HCl溶液逐滴加入到Na2CO3溶液,现象是__________________________,涉及的反应为:
_________________________________________。
(2)将Na2CO3溶液逐滴加入到HCl溶液,现象是__________________________,涉及的反应为:
_________________________________________。
4.碳酸钙(CaCO3):
难溶于水的白色固体。
(1)CaCO3+HCl反应的方程式为:
________________________________。
CaCO3+CH3COOH反应的方程式为:
________________________。
(2)CaCO3+CO2反应的方程式为:
________________________________。
(3)CaCO3高温分解的反应方程式为:
________________________________。
四、含碳有机物:
酒精(CH3CH2OH)、醋酸(CH3COOH)、甲烷(CH4)
1.酒精:
也叫乙醇,酒精的分子式为C2H6O,结构简式为CH3CH2OH。
酒精是一种无色透明,有特殊香味的液体,与水互溶,密度比水小。
可用作燃料、饮料、溶剂等。
75%的酒精水溶液是消毒酒精。
(1)可燃性:
_____________________________________________。
(2)粮食酿酒:
___________________________________________。
2.醋酸:
也叫乙酸,醋酸的分子式为C2H4O2,结构简式为CH3COOH。
醋酸是一种无色液体,有
刺激性气味,易溶于水和酒精,密度比水略大(1.05g/L)。
醋酸凝固时呈冰状晶体,所以纯净的醋酸又名冰醋酸。
3.甲烷(CH4):
无色、无味的气体,极难溶于水,密度比空气小。
甲烷俗名叫沼气,天然气的主要成分是甲烷。
甲烷的燃烧反应为:
_________________________。
碳及其化合物的相互转化:
例1.(碳及其化合物的性质)
1.1.某气体可能含有H2、CO2、CO、HCl中的一种或几种,把该气体依次通过澄清石灰水、饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸、灼热的氧化铜、无水硫酸铜、澄清石灰水,观察到的现象是:
前面的一瓶澄清石灰水无明显变化,灼热的氧化铜变红色,无水硫酸铜变蓝(无水硫酸铜遇水变蓝),后面的一瓶澄清石灰水变浑浊,下列关于该气体说法不正确的是(B)
A.一定含有H2B.一定含有CO
C.可能含有HClD.可能含有CO2
解:
将某气体依此通过各种试剂之后,观察到前面一瓶澄清石灰水无明显变化,说明该气体中不含有二氧化碳或者氢氧化钙与氯化氢气体反应,没有与二氧化碳反应;再将气体通过饱和碳酸氢钠溶液,可以吸收氯化氢气体,因为碳酸氢钠能和氯化氢反应生成氯化钠、水和二氧化碳;再通过浓硫酸,浓硫酸具有吸水性,可以吸收气体中的水蒸气;通过灼热的氧化铜,观察到氧化铜变红色,说明有还原性的气体与之发生了反应,还原性的气体可能是氢气、一氧化碳,氢气能和氧化铜反应生成水和铜,一氧化碳能和氧化铜反应生成二氧化碳和铜;无水硫酸铜变蓝,说明有水,则可以说明气体中含有氢气;后面的一瓶澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳,但是无法确定二氧化碳是氯化氢和碳酸氢钠反应生成的还是一氧化碳和氧化铜反应生成的。
故选B。
1.2.向四只盛有一定量NaOH溶液的烧杯中通入不同量的CO2气体,再在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量,并将溶液加热,产生的CO2气体与HCl物质的量的关系如图所示(忽略CO2的溶解和HCl的挥发):
则下列分析都正确的组合是(A)
①Ⅰ图对应溶液中的溶质为NaHCO3
②Ⅱ图对应溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,且二者的物质的量之比为1∶1
③Ⅲ图对应溶液中的溶质为NaOH和Na2CO3,且二者的物质的量之比为1∶1
④Ⅳ图对应溶液中的溶质为Na2CO3
A.①② B.①③ C.②④ D.②③
A [图像Ⅰ中从O点即开始产生CO2气体,对应溶液中的溶质为NaHCO3,①正确;图像Ⅱ中Oa段消耗HCl的量小于ab段消耗HCl的量,对应的溶液中的溶质为Na2CO3和NaHCO3,且二者的物质的量之比
=
=
,②正确;图像Ⅲ中,Oa段消耗HCl的量等于ab段消耗HCl的量,对应溶液中的溶质为Na2CO3,③不正确;图像Ⅳ中,Oa段消耗HCl的量大于ab段消耗HCl的量,对应溶液中的溶质为Na2CO3、NaOH,且二者的物质的量之比
=
=
,④不正确。
例2.(碳和碳的化合物的相关实验)
2.铜元素有多种氧化物,如CuO、Cu2O。
现称取14.4g仅含Cu、O两种元素的固体样品,采用如下实验装置(夹持装置省略)。
测得实验前后装置B增重4.4g。
下列说法正确的是( B)
A.装置B的作用是吸收反应生成的H2O和CO2
B.实验开始前应先关闭K2,打开K1,让CO通一段时间
C.根据实验数据进行计算,可以确定该固体为Cu2O
D.若缺少装置C,则实验所得Cu、O个数比偏高
解:
A、该反应没有生成水,故A说法错误;学=科网
B、由于一氧化碳是具有可燃性的气体,实验开始前应先关闭K2,打开K1,让CO通一段时间,排除玻璃管中空气,防止加热时发生爆炸,故B正确。
C、由题意可知装置B增重4.4g,是吸收二氧化碳的质量,由质量守恒定律可知,铜的氧化物中氧元素的质量是:
4.4g××100%×=1.6g,所以铜原子与氧原子的个数比是:
:
=,则固体组成为①Cu2O,②Cu、CuO③Cu2O、Cu、CuO三种可能,不可以确定该固体为Cu2O,故C错误;
D、若缺少装置C,装置B增重的质量偏大,则实验所得Cu、O个数比偏低,故D错误。
例3.(碳和碳的化合物的相关计算)
3.某气体中含C、O两种元素,且质量比是3∶7,则该气体的组成不可能是()
A.CO和CO2的混合气体B.CO和O2的混合气体
C.CO2和O2的混合气体D.CO、CO2和O2的混合气体
变式训练:
1.如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图,下列说法正确的是(B )
A.这四种物质相互转化是物理变化
B.这四种物质碳原子的排列方式不同
C.这四种物质都很软,可做润滑剂
D.这四种物质具有相似的物理性质和化学性质
2.观察如图所示的两个实验,下列说法中不正确的是( B)
A.实验一中下层蜡烛先熄灭,说明二氧化碳的密度比空气大,且不支持燃烧
B.实验二中高的蜡烛先熄灭,由此得到启发:
从着火的高层楼房中逃生,身子应成站立姿势跑出
C.扑灭电器、图书档案等火灾适宜用液态二氧化碳灭火器
D.由实验二得到启发:
炒菜时油锅着火,应立即盖上锅盖
解:
A、实验一中下层蜡烛先熄灭,说明二氧化碳的密度比空气大,不能燃烧也不支持燃烧,故A正确;
B、高的蜡烛先熄灭,低的蜡烛后熄灭,说明上面先缺氧,因此从着火的高层楼房中逃生,身子不应成站立姿势跑出,故B错误;
C、液态二氧化碳灭火器灭火后不留有痕迹,不会造成图书档案的损坏,可以用来扑灭图书,档案、精密仪器等火灾,故C正确;
D、炒菜时油锅着火,应立即盖上锅盖,隔绝氧气而灭火,故D正确。
故选B。
灭火的原理有:
与空气(或氧气)隔绝、降温到可燃物的着火点以下、清除可燃物。
3.下列不属于干冰用途的是( C)
A.制冷B.人工降雨C.作燃料D.灭火
4.如图所示,若关闭
阀打开
阀,紫色小花(用石蕊溶液染成)变红;若关闭
阀打开
阀,紫色小花不变红。
则甲瓶中所盛的试剂可能是(C)
①浓硫酸;②浓氢氧化钠溶液;③饱和氯化钠溶液
A.只有①B.只有②C.①②D.①②③
5.如图所示,某同学为验证空气中含有少量二氧化碳,将大针筒内的空气一次性压入新制的澄清石灰水,发现石灰水没有变化。
据此,你认为该同学应该( C)
A.得出空气中没有二氧化碳的结论
B.得出空气中含有少量二氧化碳的结论
C.继续用大针筒向澄清石灰水压入空气
D.撤去大针筒,用嘴向澄清石灰水吹气
解:
A、验证性实验是已经知道实验结果的,当实验现象与已知的结果不相符时,应该思考实验过程中存在的问题,不能贸然得出空气中没有二氧化碳的结论,故选项说法错误。
B、实验中澄清石灰水没有变浑浊,不能得出空气中含有少量二氧化碳的结论,故选项说法错误。
C、验证性实验是已经知道实验结果的,当实验现象与已知的结果不相符时,应该思考实验过程中存在的问题;空气中二氧化碳的量太少,通少量空气现象不明显,为了使实验现象更明显,所以应该继续通空气,直到现象明显为止,故选项说法正确。
D、人体呼吸作用会产生较多的二氧化碳,违背实验目的(验证空气中含有少量二氧化碳),故选项说法错误。
6.利用生活中的废弃材料来做家庭小实验,其乐无穷。
小美同学设计了如图所示的装置(a、d为浸有紫色石蕊试液的湿润棉花,b、c为用紫色石蕊试液浸过的干燥棉花)来探究二氧化碳的制取和性质。
下列关于该实验装置的叙述不正确的是( C)
A.饮料瓶内液体可以是醋酸,塑料瓶中可装石灰石固体
B.利用该装置可验证二氧化碳的密度比空气大及二氧化碳能与水发生反应
C.反应开始后,浸有紫色石蕊试液的湿润棉花会变蓝
D.该装置的左半部也可用于制取氧气
7.取等质量的下列条件下的Ca(OH)2溶液,吸收CO2最多的是(B)
A.10℃的不饱和溶液B.10℃的饱和溶液
C.30℃的不饱和溶液D.30℃的饱和溶液
8.如下图实验装置中通入气体X。
若关闭活塞A,澄清石灰水变浑浊;若打开活塞A,澄清石灰水始终不变浑浊。
则气体X和洗气瓶内溶液Y分别可能是(D)
A
B
C
D
X
HCl
CO2
CO2
HCl
Y(足量)
NaOH
CaCO3
浓硫酸
Na2CO3
9.取三套如图1所示的相同的装置、连接好装置和压强传感靠。
气密性良好的烧瓶内均充满二氧化碳,三位同学同时分别用注射器向烧瓶中迅速注入等量的水、饱和石灰水和40%的氢氧化钠溶液,关闭活塞,一段时间后再振荡烧瓶。
观察传感器所示气压变化如图2示,下列说法正确的是( B)
A.曲线2代表加入的是水
B.AB段气压增大的原因之一是液体的添加使气体体积缩小
C.曲线1中CD段气压急速减小的原因可能是装置漏气
D.吸收CO2,用石灰水较合适
解:
石灰水由水和氢氧化钙组成,氢氧化钠由水和氢氧化钠组成,常温下,氢氧化钠的溶解度比氢氧化钙大,40%的氢氧化钠溶液比饱和石灰水溶液吸收的二氧化碳更多,所以吸收二氧化碳效果最好的是40%的氢氧化钠溶液。
曲线1是水、曲线2是饱和石灰水、曲线3是40%的氢氧化钠溶液;AB段压强增大是因为加入液体后瓶中的气体被压缩,气体体积缩小,压强增大;曲线
1中CD段气压急速减小是因为振荡烧瓶加速了反应。
故选B。
10.某无色气体可能含有H2、CO、CH4中的一种或几种,依次进行下列实验;①无色气体在氧气中充分燃烧;②燃烧生成的气体通过盛浓硫酸的洗气瓶,装置质量增加10.8g;③再将剩余气体通过盛NaOH溶液的洗气瓶,装置质量增加13.2g。
下列推断不正确的是(B)
A.该气体可能含有H2、CO、CH4B.该气体可能只含有CO和CH4
C.该气体可能只含有H2和COD.该气体可能只含有CH4
解:
根据题中浓硫酸洗气瓶增重10.8g,氢氧化钠溶液洗气瓶增重13.2g,m(H2O)=10.8g,m(CO2)=13.2g,可推出原气体中m©=
,m(H)=
,故原气体中碳、氢原子个数比=
,原气体的组成可能是①CH4;②CO、H2;③CO、H2、CH4。
CO和CH4的混合物的碳、氢原子个数比大于1:
4,推断不正确,故B符合题意;
11.如图是汽车尾气催化转换器将尾气中有毒气体转变为无毒气体的微观示意图,其中不同的圆球代表不同原子。
下列说法错误的是(D)
A.此反应中有单质生成B.原子在化学变化中是不可分的
C.
极易与人体血液中的血红蛋白结合D.参加反应的
与
个数比为2:
3
解:
A、生成物分子中有同种原子构成的单质分子,因此反应中有单质生成;故A说法正确;
B、变化前后构成分子的原子种类、个数都没有改变,可判断原子在化学变化中是不可分的;故B说法正确;
C、
为一氧化碳,一氧化碳有毒,极易与人体血液中的血红蛋白结合,故B说法正确;;
D、反应前后都有1个构成相同的化合物的分子,说明该分子未参加反应,因此,参加反应的两种分子的个数比为1:
1;故D说法错误;
故选:
D。
12.现有
的
溶液和
的稀盐酸:
(1)将
溶液逐滴滴入稀盐酸中;
(2)将稀盐酸逐滴滴入
溶液中。
两操作的现象及结果为
A.现象相同,所得气体的体积相等B.现象相同,所得气体的体积不等
C.现象不同,所得气体的体积相等D.现象不同,所得气体的体积不等
13.草酸亚铁晶体(FeC2O4·2H2O)受热分解的化学方程式为:
FeC2O4·2H2O
FeO+CO↑+CO2↑+2H2O
通过如图装置验证该反应得到的气体产物,其说法错误的是(C)
A.①中固体无水硫酸铜变蓝,可验证原气体产物中有水蒸气
B.②中固体由黑色变红色,可验证原气体产物中有一氧化碳
C.③中石灰水变浑浊,可验证原气体产物中有二氧化碳
D.③中尾气可点燃,可验证原气体产物中有一氧化碳
解:
A、水能使无水硫酸铜变蓝色,故A正确;
B、②中固体由黑色变红色,即氧化铜和一氧化碳发生还原反应生成铜,故B正确;
C、③中澄清石灰水变浑浊无法确定是一氧化碳和氧化铜反应生成的二氧化碳引起的还是原混合气体中的二氧化碳引起的,故C错误;
D、一氧化碳具有可燃性,③中尾气可点燃,可验证原气体产物中有一氧化碳,故D正确。
故选C。
14.甲、乙是某同学设计的两套制取二氧化碳的发生装置,对两套装置分析正确的是( B)
A.此时甲装置中的止水夹M处于打开状态
B.甲装置气体导出过程中容器内压强大于外界压强
C.甲装置不具有启普发生器的功能
D.乙装置N处添加止水夹可以与甲装置具有相同功能
解:
A、此时甲装置中的止水夹M处于打开状态错误,是关闭状态;故选项错误;
B、甲装置气体导出过程中,容器内压强大于外界压强,故选项正确;
C、甲装置不具有启普发生器的功能错误,可以控制反应的发生和停止;故选项错误;
D、乙装置N处添加止水夹可以与甲装置具有相同功能错误,因为固液不能分离;故选项错误;
15.下列装置用于实验室制取CO2,不能随开随用、随关随停的装置是( B)
A.
B.
C.
D.
【解析】实验室制取二氧化碳常选用石灰石和稀盐酸或大理石和稀盐酸反应制取,常温下石灰石与稀盐酸或大理石和稀盐酸只要接触即可反应产生二氧化碳。
A装置只要打开止水夹两种反应物即可接触,当关闭止水夹试管内的气体就会将酸从试管底部的小孔压入烧杯,两种反应物分离反应停止,同样CD也一样;但B固体放在大试管中酸放在小试管中,酸和固体不能分离。
16.已知当空气中混入氢气的体积达到总体积的4%—74.2%时点燃就会发生爆炸,下面列出了氢气混入空气时所占的不同体积分数,如按理论计算爆炸最猛烈的可能是(B)
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- 初三化学 竞赛 化合物