2019版高考化學一輪復習 第3章 自然界中的元素 第1節(jié) 碳的多樣性學案 魯科版.doc
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第1節(jié) 碳的多樣性 1．了解碳元素單質及其重要化合物的制備方法，掌握其主要性質及其應用。 2．了解碳元素單質及其重要化合物對環(huán)境的影響。 3．以上各部分知識的綜合應用。 碳的單質及氧化物 [知識梳理] 1．多種多樣的碳單質 (1)同素異形體：由同一種元素組成的性質不同的幾種單質。 (2)碳單質主要有金剛石、石墨、C60等同素異形體。 金剛石 石墨 結構 空間網(wǎng)狀結構 層狀結構 物理性質 熔點高、硬度大 熔點高、質軟，有滑膩感 用途 用作切割刀具等 用作電極、鉛筆芯等 (3)碳單質的化學性質 碳在參與化學反應時，一般表現(xiàn)還原性。 碳 2．一氧化碳和二氧化碳 物質 一氧化碳 二氧化碳 物理 性質 無色、無味，常溫下為氣體，不溶于水 無色、無味，常溫下為氣體，微溶于水，密度比空氣大 化學性質 與水反應 不反應 CO2＋H2OH2CO3 與單質反應 2CO＋O22CO2 2Mg＋CO22MgO＋C 與堿反應(如NaOH) 不反應 CO2少量：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、 CO2過量：CO2＋NaOH===NaHCO3 與堿性氧化物反應 如與Fe2O3反應：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2 如與Na2O反應：Na2O＋CO2===Na2CO3 與鹽反應 一般不反應 如Ca(ClO)2＋CO2(不足)＋H2O===CaCO3↓＋2HClO、Na2SiO3＋2H2O＋2CO2(足量)=== H2SiO3↓＋2NaHCO3 用途 還原劑 制飲料、碳酸鹽 [自我檢測] 1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“” (1)用活性炭去除冰箱中的異味，沒有發(fā)生化學反應。( ) (2)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體。( ) (3)12 g石墨烯(單層石墨)中含有六元環(huán)的個數(shù)為0．5NA(NA為阿伏加德羅常數(shù)的值)。( ) (4)多孔碳可用做氫氧燃料電池的電極材料。( ) (5)若X為C、Y為CO、Z為CO2，則不能滿足如圖一步轉化關系。( ) 答案：(1)√ (2) (3)√ (4)√ (5) 2．寫出除去下列氣體中混有的雜質(括號內為雜質)可采取的方法： (1)CO(CO2)：________________________________________________________________； (2)CO2(CO)：________________________________________________________________； (3)CO2(O2)：________________________________________________________________； (4)CO2(SO2)：_______________________________________________________________； (5)CO2(HCl)：______________________________________________________________。 答案：(1)通過盛有濃NaOH溶液的洗氣瓶 (2)通過盛放灼熱CuO的硬質玻璃管 (3)通過盛放灼熱銅網(wǎng)的硬質玻璃管 (4)通過飽和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶液 (5)通過飽和NaHCO3溶液 往100 mL的NaOH溶液中通入CO2充分反應后，在減壓和較低溫度下，小心地將溶液蒸干，得到白色固體M。通入的CO2的體積V(標準狀況)與M的質量W的關系如圖所示。 回答下列問題： (1)A點時，白色固體M的化學式為________，通入的CO2的體積為________mL。 (2)C點時，白色固體M的化學式為________，通入的CO2的體積為________mL。 (3)B點時M的組成成分為________________(用化學式表示)，通入的CO2的體積為________mL。 (4)該NaOH溶液的物質的量濃度為________。 [解析] 向NaOH溶液中逐漸通入CO2至過量，發(fā)生的反應依次為CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O、CO2＋H2O＋Na2CO3===2NaHCO3。從圖可知NaOH的質量為4 g，n(NaOH)＝＝0．1 mol，c(NaOH)＝＝1 molL－1。(1)NaOH完全轉化為Na2CO3時，m(Na2CO3)＝5．3 g，故A點時白色固體M為Na2CO3，V(CO2)＝22．4 Lmol－1＝1．12 L＝1 120 mL。(2)NaOH完全轉化為NaHCO3時，m(NaHCO3)＝8．4 g，故C點時白色固體M為NaHCO3，V(CO2)＝0．1 mol22．4 Lmol－1＝2．24 L＝2 240 mL。(3)因B點時M質量為7．16 g(5．3<7．16<8．4)，故B點時M為Na2CO3和NaHCO3的混合物。設B點時Na2CO3的物質的量為x，NaHCO3的物質的量為y，則有 ， 解得，所以V(CO2)＝(0．02＋0．06)mol22．4 Lmol－1＝1．792 L＝1 792 mL。 [答案] (1)Na2CO3 1 120 (2)NaHCO3 2 240 (3)Na2CO3、NaHCO3 1 792 (4)1 molL－1 CO2與NaOH溶液反應的規(guī)律 (1)反應原理 2NaOH＋CO2(少量)===Na2CO3＋H2O NaOH＋CO2(過量)===NaHCO3 Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3 (2)反應后溶質成分的判斷 題組一 碳的氧化物對環(huán)境的影響 1．(2016高考全國卷Ⅱ，7，6分)下列有關燃料的說法錯誤的是( ) A．燃料燃燒產物CO2是溫室氣體之一 B．化石燃料完全燃燒不會造成大氣污染 C．以液化石油氣代替燃油可減少大氣污染 D．燃料不完全燃燒排放的CO是大氣污染物之一 解析：選B。燃料燃燒產生的CO2是導致溫室效應的主要氣體之一，A項正確；化石燃料完全燃燒生成的SO2屬于大氣污染物，B項錯誤；液化石油氣含碳量比燃油低，用液化石油氣代替燃油能減少大氣污染，C項正確；CO是大氣污染物之一，D項正確。 2．(2016高考江蘇卷)大氣中CO2含量的增加會加劇“溫室效應”。下列活動會導致大氣中CO2含量增加的是( ) A．燃燒煤炭供熱 B．利用風力發(fā)電 C．增加植被面積 D．節(jié)約用水用電 解析：選A。A項，煤炭燃燒會放出CO2，正確；風力發(fā)電、節(jié)約用水用電、增加植被面積，都會減少大氣中CO2的含量。 題組二 二氧化碳與堿或鹽溶液的反應規(guī)律 3．標準狀況下，將3．36 L CO2氣體通入200 mL 1．00 molL－1 NaOH溶液中，充分反應后溶液中c(CO)與c(HCO) 的比值為(不考慮CO、HCO的水解)( ) A．1∶1 B．1∶2 C．2∶1 D．1∶3 解析：選B。n(CO2)＝＝0．15 mol， n(NaOH)＝0．2 L1．00 molL－1＝0．2 mol， 由于1<<2，故二者完全反應生成含Na2CO3和NaHCO3的混合溶液。 設n(Na2CO3)＝x，n(NaHCO3)＝y(tǒng) 則有 解得x＝0．05 mol，y＝0．1 mol，則c(CO)∶c(HCO)＝n(CO)∶n(HCO)＝0．05 mol∶0．1 mol＝1∶2。 4．用四種溶液進行實驗，下表中“操作及現(xiàn)象”與“溶液”對應關系中錯誤的是( ) 選項 操作及現(xiàn)象 溶液 A 通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁不消失 Na[Al(OH)4] 溶液 B 通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失 Na2SiO3 溶液 C 通入CO2，溶液變渾濁。再加入品紅溶液，紅色退去 Ca(ClO)2 溶液 D 通入CO2，溶液變渾濁。繼續(xù)通CO2至過量，渾濁消失。再加入足量NaOH溶液，又變渾濁 Ca(OH)2 溶液 解析：選B。向Na2SiO3溶液中通入CO2，溶液變渾濁，生成H2SiO3沉淀，再通入CO2沉淀不溶解。 “強酸制弱酸”原理的應用 較強酸＋較弱酸鹽→較弱酸＋較強酸鹽，由于H2CO3酸性大于H2SiO3、HClO、Al(OH)3，故能發(fā)生如下反應： CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓(或CO2＋Na2SiO3＋2H2O===H4SiO4↓＋Na2CO3)， CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO， CO2(過量)＋Na[Al(OH)4]===Al(OH)3↓＋NaHCO3， CO2(少量)＋2Na[Al(OH)4]===2Al(OH)3↓＋Na2CO3＋H2O。 Na2CO3(蘇打、純堿)與NaHCO3(小蘇打) [知識梳理] 1．性質(不特別注明的寫化學方程式) 2．轉化 Na2CO3NaHCO3 3．用途 (1)碳酸鈉：用于玻璃、肥皂、造紙、紡織等工業(yè)； (2)碳酸氫鈉：用于滅火器、治療胃酸過多、發(fā)酵粉。 (1)向飽和Na2CO3溶液中通入CO2時，可析出NaHCO3晶體；氨堿法制備NaHCO3原理：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NH4Cl＋NaHCO3↓。 (2)除去固體Na2CO3中少量NaHCO3的方法是加熱至固體質量不再變化；除去NaHCO3溶液中少量Na2CO3的方法是通入足量CO2；除去Na2CO3溶液中少量NaHCO3的方法是加入適量NaOH。 [自我檢測] 1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“” (1)泡沫滅火器原理是Al2(SO4)3與小蘇打反應。( ) (2)用灼燒法除去Na2CO3中混有的NaHCO3。( ) (3)NaHCO3溶液中加入稀鹽酸的離子方程式為CO＋2H＋===CO2↑＋H2O。( ) (4)向某溶液中加入稀鹽酸，產生的氣體能使澄清石灰水變渾濁，該溶液中一定含有CO。( ) (5)在酒精燈加熱條件下，Na2CO3、NaHCO3固體都會分解。( ) (6)向Na2CO3飽和溶液中通入CO2，會有NaHCO3晶體析出。( ) (7)蘇打是面包發(fā)酵粉的主要成分之一。( ) (8)用酚酞溶液可鑒別飽和食鹽水和飽和碳酸鈉溶液。( ) (9)可用Ca(OH)2鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種溶液。( ) (10)用熱的純堿溶液清洗炊具上的油污時，不涉及化學變化。( ) 答案：(1)√ (2)√ (3) (4) (5) (6)√ (7) (8)√ (9) (10) 2．用“>”或“<”填空。 (1)熱穩(wěn)定性：NaHCO3______Na2CO3。 (2)與同濃度鹽酸反應的劇烈程度：NaHCO3________Na2CO3?！? (3)相同溫度時，在水中的溶解度：NaHCO3________Na2CO3?！? (4)等物質的量濃度溶液的pH：NaHCO3________Na2CO3。 答案：(1)< (2)> (3)< (4)< Na2CO3、NaHCO3、NaOH與足量鹽酸反應的圖像如下： (1)向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積關系如圖1所示。 ①圖像特點：Oa段、ab段消耗鹽酸的體積相等。 ②反應的離子方程式： Oa段：____________________________________________________________________， ab段：____________________________________________________________________。 (2)向NaHCO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積關系如圖2所示。 ①圖像特點：從O點開始即產生CO2氣體。 ②反應的離子方程式：_____________________________________________________。 (3)向等物質的量的Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積關系如圖3所示。 ①圖像特點：Oa段消耗鹽酸的體積小于ab段消耗鹽酸的體積。 ②反應的離子方程式： Oa段：___________________________________________________________________， ab段：___________________________________________________________________。 (4)向等物質的量的NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積關系如圖4所示。 ①圖像特點：Oa段消耗鹽酸的體積大于ab段消耗鹽酸的體積。 ②反應的離子方程式： Oa段：_________________________________________________________________， ________________________________________________________________________； ab段：__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 [解析] 結合質子(H＋)的能力：CO＞HCO，故CO、HCO混合溶液中滴加鹽酸時，CO先與H＋反應生成HCO，待CO耗盡，HCO才與H＋反應生成CO2和H2O。 [答案] (1)CO＋H＋===HCO HCO＋H＋===H2O＋CO2↑ (2)HCO＋H＋===H2O＋CO2↑ (3)CO＋H＋===HCO HCO＋H＋===H2O＋CO2↑ (4)H＋＋OH－===H2O CO＋H＋===HCO HCO＋H＋===H2O＋CO2↑ 能否用互滴法鑒別Na2CO3溶液和鹽酸？說明理由。 答案：能。向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸時，依次發(fā)生反應：CO＋H＋===HCO、HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，現(xiàn)象：開始無氣泡產生，過一段時間產生氣泡；向鹽酸中逐滴加入Na2CO3溶液時，發(fā)生反應：CO＋2H＋===CO2↑＋H2O，現(xiàn)象：立即產生氣泡。 用數(shù)形結合思想理解Na2CO3、 NaHCO3與鹽酸的反應 (1)向Na2CO3溶液中逐滴加入鹽酸，第一步：CO轉化為HCO，無氣體產生；第二步：HCO與H＋反應產生CO2。消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積的關系如圖1所示； (2)向NaHCO3溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積的關系如圖2所示； (3)向NaOH、Na2CO3的混合溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積的關系如圖3所示(設NaOH、Na2CO3的物質的量之比x∶y＝1∶1，其他比例時的圖像略)； (4)向Na2CO3、NaHCO3的混合溶液中逐滴加入鹽酸，消耗鹽酸的體積與產生CO2的體積的關系如圖4所示(設Na2CO3、NaHCO3的物質的量之比m∶n＝1∶1，其他比例時的圖像略)。 題組一 Na2CO3和NaHCO3的鑒別與性質 1．(2018試題調研)下列方法不能用于鑒別Na2CO3和NaHCO3固體的是( ) A．分別加熱兩種固體，將放出的氣體通入澄清石灰水 B．分別取兩種固體溶于水，滴加Ba(OH)2溶液，觀察是否生成沉淀 C．分別取兩種固體各1 g于試管中，滴入幾滴水振蕩，用手觸摸試管底部 D．分別取等質量的固體與足量稀鹽酸充分反應，再將反應所得溶液分別經(jīng)加熱、蒸干、灼燒后稱重 解析：選B。A項，NaHCO3加熱分解生成CO2，CO2能使澄清石灰水變渾濁；Na2CO3加熱不分解，所以可以鑒別。B項，Na2CO3和Ba(OH)2溶液發(fā)生反應：Ba2＋＋CO===BaCO3↓，NaHCO3和Ba(OH)2溶液發(fā)生反應：Ba2＋＋2OH－＋2HCO===BaCO3↓＋2H2O＋CO，溶液均變渾濁，所以不能鑒別。C項，Na2CO3溶于水放出的熱量與 NaHCO3溶于水放出的熱量不同，所以可以鑒別。D項，Na2CO3和NaHCO3的摩爾質量不同，等質量時物質的量不同，最終得到的氯化鈉的質量也不同，所以可以鑒別。 2．有關NaHCO3和Na2CO3的性質，以下敘述錯誤的是( ) A．等質量的NaHCO3和Na2CO3與足量鹽酸反應，在相同條件下Na2CO3產生的CO2體積小 B．等物質的量的兩種鹽與同濃度鹽酸完全反應，所消耗鹽酸的體積Na2CO3是NaHCO3的兩倍 C．等質量的NaHCO3和Na2CO3與鹽酸完全反應，前者消耗鹽酸較多 D．等物質的量的NaHCO3和Na2CO3與足量鹽酸反應產生CO2一樣多 解析：選C。等質量的NaHCO3和Na2CO3的物質的量之比為n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝53∶42，據(jù)NaHCO3～HCl，Na2CO3～2HCl可知，二者消耗HCl的物質的量之比為53∶(422)＝53∶84，即Na2CO3消耗鹽酸較多。 鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉的方法 題組二 有關Na2CO3、NaHCO3的圖像分析和計算 3．將0．4 g NaOH和1．06 g Na2CO3混合并配成溶液，向溶液中滴加0．1 molL－1稀鹽酸。下列圖像能正確表示加入鹽酸的體積和生成CO2的物質的量的關系的是( ) 解析：選C。滴加鹽酸先發(fā)生反應OH－＋H＋===H2O，再發(fā)生反應CO＋H＋===HCO，最后發(fā)生反應HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；因n(OH－)＝n(CO)＝0．01 mol，故加入0．02 mol HCl后開始有氣體生成，故C正確。 4．120 mL含有0．20 mol碳酸鈉的溶液和200 mL鹽酸，不管將前者滴入后者，還是將后者滴入前者，都有氣體產生，但最終生成的氣體體積不同。則下列鹽酸的濃度合理的是( ) A．2．0 molL－1 B．1．5 molL－1 C．0．18 molL－1 D．0．24 molL－1 解析：選B。若將鹽酸滴入到碳酸鈉溶液中，先發(fā)生反應：Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，后發(fā)生反應：NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，則當n(HCl)>0．20 mol 時有氣體產生；若將碳酸鈉溶液滴入到鹽酸中，發(fā)生反應：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑，則當n(HCl)≥0．40 mol時兩者都有氣體產生，但體積相同，故當0．20 mol
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