高中化學(xué)魯科版第三章自然界中的元素 第一節(jié)

第2課時(shí)碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1．了解碳及其化合物間的轉(zhuǎn)換。2．了解高爐煉鐵涉及的主要化學(xué)反應(yīng)。3．了解碳的氧化物的性質(zhì)。eq\x(知)eq\x(識(shí))eq\x(清)eq\x(單)一、自然界中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1．轉(zhuǎn)化示意圖(1)植物通過(guò)光合作用吸收空氣中的CO2，形成葡萄糖，并釋放出O2，葡萄糖再轉(zhuǎn)化為淀粉。(2)空氣中的CO2有很大一部分被海水吸收，溶于水中的CO2逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}。這些碳酸鹽又與空氣中的二氧化碳和水反應(yīng)，生成碳酸氫鹽溶于水歸入大海。2．溶洞及鐘乳石的形成原理(模擬實(shí)驗(yàn))。寫(xiě)出有關(guān)反應(yīng)方程式：溶洞的形成：CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2鐘乳石的形成：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋H2O＋CO2↑二、生產(chǎn)和生活中碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化1．高爐煉鐵。(1)原料：焦炭和鐵礦石(赤鐵礦主要成分是Fe2O3)。(2)過(guò)程(實(shí)際起還原作用的是CO)。①CO的產(chǎn)生。相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2；C＋CO2eq\o(=,\s\up7(高溫))2CO②鐵礦石被還原。相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2；Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(高溫))3Fe＋4CO2；FeO＋COeq\o(=,\s\up7(高溫))Fe＋CO2。焦炭在高爐煉鐵過(guò)程中有什么作用？答案：燃燒提供能量，生成還原劑CO，使CO將Fe2O3還原為Fe單質(zhì)。2．C、CO、CO2的轉(zhuǎn)化關(guān)系。用化學(xué)方程式表示為：①2C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO(不完全燃燒)；②2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO2③C＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))CO2(完全燃燒)；④CO2_＋Ceq\o(=,\s\up7(高溫))2CO。3．水垢的形成。(1)水垢主要成分含有CaCO3；(2)形成過(guò)程的化學(xué)方程式：Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O。4．碳在無(wú)機(jī)物和有機(jī)物間的轉(zhuǎn)化。1828年，德國(guó)化學(xué)家維勒用無(wú)機(jī)化合物氰酸銨(NH4CNO)首次合成了有機(jī)化合物尿素[分子式為CO(NH2)2]，開(kāi)創(chuàng)了以含碳無(wú)機(jī)化合物合成有機(jī)化合物的先河。eq\x(活)eq\x(學(xué))eq\x(活)eq\x(用)1．CO2是造成“溫室效應(yīng)”的主要?dú)怏w，對(duì)于在自然界中的轉(zhuǎn)化，下列說(shuō)法不正確的是(C)A．大氣中的CO2能被海洋溶解一部分B．CO2主要是植物的光合作用消耗，因此植樹(shù)造林能有效減弱“溫室效應(yīng)”C．加熱碳酸氫鈣溶液會(huì)變渾濁，加熱碳酸氫鈉溶液也會(huì)變渾濁D．鐘乳石、石筍是由于CaCO3和Ca(HCO3)2的相互轉(zhuǎn)化形成的解析：CO2氣體在水中的溶解度不大，但海洋中的水可溶解一部分CO2氣體，正常條件下CO2“收支平衡”，自然界中的CO2就會(huì)保持不變，否則就會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)；Ca(HCO3)2不穩(wěn)定，其溶液加熱會(huì)分解，而NaHCO3固體受熱分解，在溶液中不分解。2．下列物質(zhì)中碳元素只有氧化性的是(D)A．CH4B．CC．COD．CO2解析：碳元素處于最高價(jià)態(tài)時(shí)只有氧化性。3．高爐煉鐵3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。反應(yīng)中：CO做還原劑、Fe2O3被還原、Fe是還原產(chǎn)物。若噸Fe2O3參加反應(yīng)。生成Fe的質(zhì)量為噸，同時(shí)產(chǎn)生×105L的CO2氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。eq\x(水)eq\x(平)eq\x(測(cè))eq\x(試)1．對(duì)于碳及其化合物間轉(zhuǎn)化的說(shuō)法中，正確的是(B)A．大氣中CO2含量的劇增，對(duì)自然界中碳及其化合物間的平衡沒(méi)有影響B(tài)．木炭燃燒過(guò)程中，發(fā)生著碳單質(zhì)、CO和CO2之間的轉(zhuǎn)化C．碳的氧化物間的相互轉(zhuǎn)化不屬于氧化還原反應(yīng)D．含碳的無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物之間存在著嚴(yán)格的界限，無(wú)機(jī)化合物不能合成有機(jī)化合物2．將CO2通入下列溶液中直至過(guò)量，最終一定生成沉淀的是(B)A．Ca(ClO)2溶液B．飽和Na2CO3溶液C．CaCl2溶液D．Ca(OH)2溶液解析：A、D兩項(xiàng)中先產(chǎn)生CaCO3沉淀，CO2過(guò)量時(shí)沉淀又溶解；C項(xiàng)中不產(chǎn)生沉淀；而B(niǎo)項(xiàng)中生成NaHCO3，其溶解度小于Na2CO3，以晶體形式析出。3．要除去二氧化碳?xì)怏w中的一氧化碳，常用的方法是(D)A．通過(guò)澄清的石灰水B．通過(guò)灼熱的炭層C．通過(guò)水D．通過(guò)灼熱的氧化銅粉末解析：一氧化碳與二氧化碳性質(zhì)的不同是它有還原性，要除去一氧化碳應(yīng)選擇具有氧化性的物質(zhì)把它反應(yīng)掉，氧化銅具有一定的氧化性，故可用于除CO2中含有的CO。4．(雙選)按下圖示裝置持續(xù)通入氣體X，并在支管口P處點(diǎn)燃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果使澄清石灰水變渾濁，則X、Y可能是(AC)A．H2和NaHCO3B．CO和Na2CO3C．CO和CuOD．H2和Fe2O3解析：由題意可知，澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明有CO2生成，并且X氣體或X與Y加熱后生成的氣體能夠燃燒，符合條件的有A、C兩項(xiàng)。5．標(biāo)準(zhǔn)狀況下將LCO2通入1Lmol·L－1NaOH溶液中，當(dāng)CO2與NaOH完全反應(yīng)時(shí)，則下列說(shuō)法正確的是(D)A．溶液中只有一種陰離子(OH－除外)B．溶液中溶質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶2C．反應(yīng)后有CO2逸出D．反應(yīng)后的溶液還可以吸收部分CO2解析：n(CO2)＝mol，n(NaOH)＝mol因eq\f(1,2)＜eq\f(n（CO2）,n（NaOH）)＝eq\f(2,3)＜1，故反應(yīng)后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，則還可以吸收部分CO2。所以A、C錯(cuò)，D正確。由碳元素和鈉元素守恒得：eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n（Na2CO3）＋n（NaHCO3）＝mol，,2n（Na2CO3）＋n（NaHCO3）＝mol，))解得eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(n（Na2CO3）＝mol，,n（NaHCO3）＝mol，))B錯(cuò)。6．某無(wú)色混合氣體可能含有CO2、CO、H2O(水蒸氣)、H2中的一種或幾種，依次進(jìn)行如下連續(xù)處理(假定每步處理均反應(yīng)完全)：①通過(guò)足量堿石灰時(shí)，氣體體積變??；②通過(guò)熾熱的氧化銅時(shí)，固體變?yōu)榧t色；③通過(guò)白色硫酸銅粉末時(shí)，粉末變?yōu)樗{(lán)色；④通過(guò)澄清的石灰水時(shí)，溶液變得渾濁。由此可以確定原混合氣體中(D)A．一定含有CO2、H2O，至少含有H2、CO中的一種B．一定含有H2O、CO，至少含有CO2、H2中的一種C．一定含有CO、CO2，至少含有H2O、H2中的一種D．一定含有CO、H2，至少含有H2O、CO2中的一種解析：由題中①通過(guò)堿石灰時(shí)，氣體體積變小知混合氣中至少有H2O、CO2中的一種；由②知必有還原性氣體CO、H2的一種；由③通過(guò)白色硫酸銅粉末時(shí)，粉末變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明有水生成，可知原混合氣體中必有H2；由④通過(guò)澄清的石灰水時(shí)，溶液變得渾濁，說(shuō)明有CO2生成，可知原混合氣體中必有CO。7.如圖所示為煉鐵實(shí)驗(yàn)裝置，按下列要求回答問(wèn)題：(1)寫(xiě)出有標(biāo)號(hào)的儀器名稱(chēng)：①________，②________。(2)在A裝置的硬質(zhì)玻璃管中觀(guān)察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；B裝置中觀(guān)察到的現(xiàn)象是____________________________________________________________________；裝置C處氣體燃燒時(shí)產(chǎn)生________色火焰。(3)寫(xiě)出B、C兩部分所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：B________________________________________________________________________。C________________________________________________________________________。解析：煉鐵中的主要原理為3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2，反應(yīng)物CO過(guò)量，通過(guò)點(diǎn)燃將尾氣中的CO處理掉。答案：(1)鐵架臺(tái)酒精燈(2)紅棕色粉末變黑澄清石灰水變渾濁淡藍(lán)(3)CO2＋Ca(OH)2=CaCO3↓＋H2O2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO28．(1)圖瓦盧是由多個(gè)珊瑚礁形成的島國(guó)，由于大氣中CO2含量的劇增，大量珊瑚礁(主要成分是碳酸鈣)被海水侵蝕，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________(用化學(xué)方程式表示)。(2)葉圣陶先生的《記金華的雙龍洞》是一篇描寫(xiě)溶洞的好文章，里面有很多的名言佳句，其中溶洞和鐘乳石的形成涉及的化學(xué)反應(yīng)有________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)為了控制溫室效應(yīng)，各國(guó)科學(xué)家提出了不少方法和設(shè)想。科學(xué)家致力于二氧化碳組合轉(zhuǎn)化方面的技術(shù)研究，把過(guò)多的二氧化碳轉(zhuǎn)化為對(duì)人類(lèi)有益的物質(zhì)。如將二氧化碳和氫氣以1∶4的比例混合，通入反應(yīng)器，在適當(dāng)?shù)臈l件下反應(yīng)，可獲得一種重要的能源，請(qǐng)完成下列化學(xué)方程式：CO2＋4H2=________＋2H2O。(4)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，用“汽水”(一種能釋放CO2的弱酸性溶液)澆灌植物能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。原因是它能________。①加強(qiáng)呼吸作用②加強(qiáng)光合作用③改良?jí)A性土壤、調(diào)節(jié)pH④加強(qiáng)植物蒸騰作用A．①②B．②③C．③④D．②③④(5)快速、有效地減緩大氣中CO2大量增加的生態(tài)學(xué)措施是________。A．使用天然氣等燃料B．控制全球人口增長(zhǎng)C．植樹(shù)造林、保護(hù)森林D．立即減少煤和石油的燃燒解析：(1)CO2微溶于水，溶于水后會(huì)與CaCO3反應(yīng)導(dǎo)致CaCO3溶解，從而使大量珊瑚礁溶解。(2)巖石中的碳酸鈣受CO2與水的作用生成碳酸氫鈣從而形成溶洞；溶有碳酸氫鈣的水在滴落過(guò)程中，受溫度、壓強(qiáng)的影響從而形成碳酸鈣沉淀，即鐘乳石。(3)從原子守恒的角度去分析，1molCO2與4molH2反應(yīng)時(shí)，生成了2molH2O，生成的另一種物質(zhì)中必有1molC和4molH，此物質(zhì)為CH4。(4)植物通過(guò)呼吸作用放出CO2，其蒸騰作用與外界溫度及水分有關(guān)，與CO2的濃度無(wú)關(guān)；植物的光合作用需要吸收CO2，CO2在潮濕土壤中生成H2CO3，H2CO3電離出的H＋可以改良?jí)A性土壤，調(diào)節(jié)pH，促進(jìn)植物對(duì)Ca2＋、Mg2＋的吸收，所以用“汽水”澆灌植物能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。(5)對(duì)能源的消耗增大，不可能立即減少煤和石油的燃燒；使用天然氣等燃料也會(huì)產(chǎn)生CO2，只有綠色植物的光合作用會(huì)吸收大量的CO2，是一種有效的生態(tài)學(xué)措施。答案：(1)CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2(2)CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2eq\o(=,\s\up7(△))CaCO3↓＋CO2↑＋H2O(3)CH4(4)B(5)Ceq\x(素)eq\x(能)eq\x(提)eq\x(高)9．用足量的CO還原g某種氧化物，將生成的氣體通入足量澄清石灰水中，得到60g沉淀，則氧化物是(B)A．FeOB．Fe2O3C．CuOD．Cu2O解析：因?yàn)榈玫降某恋硎荂aCO3，故生成的n(CO2)＝n(CaCO3)＝mol，故在g氧化物中含有氧元素g，含有金屬的質(zhì)量為g，故在該金屬氧化物中金屬與氧的質(zhì)量之比為7∶3，符合此比例的只有B選項(xiàng)。10．將一定體積的CO2通入到一定濃度的NaOH溶液中，為了測(cè)定其溶液的成分，向該溶液中逐滴加入1mol/L鹽酸。所加入鹽酸的體積與產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的關(guān)系如圖所示。(1)寫(xiě)出OA段所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)當(dāng)加入35mL鹽酸時(shí)，所產(chǎn)生的二氧化碳的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)是________mL。(3)溶液中所含的物質(zhì)有________，其物質(zhì)的量之比為_(kāi)_______。解析：由圖中所消耗的鹽酸的體積及產(chǎn)生的V(CO2)可知，此溶液的溶質(zhì)是NaOH、Na2CO3。OA段H＋先與OH－反應(yīng)生成H2O，再與COeq\o\al(2－,3)反應(yīng)生成HCOeq\o\al(－,3)。AB段發(fā)生反應(yīng)H＋＋HCOeq\o\al(－,3)=CO2↑＋H2O。35mL時(shí)產(chǎn)生的n(CO2)＝n(H＋)＝(35－25)×10－3L×1mol·L－1＝mol，則V(CO2)＝224mL。由H＋＋COeq\