第2課時碳及其化合物間的轉化課標要求1了解碳單質、一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、碳酸氫鹽之間的轉化，從而進一步了解它們的性質。2能夠解釋與含碳物質有關的現象和解決簡單的問題。, 1溶洞形成涉及反應的化學方程式：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2；Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O。2高爐煉鐵的原料：鐵礦石、焦炭、空氣。3高爐煉鐵中碳的轉化：CO2CO2，CCO22CO，FexOyyCOxFeyCO2。4水垢的主要成分：CaCO3、Mg(OH)2。5碳及其化合物的轉化：CCO 1CO2的產生和消耗2溶洞及鐘乳石、石筍的形成(模擬溶洞形成的實驗)(1)溶洞形成的化學方程式為CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。(2)鐘乳石、石筍形成的化學方程式為Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O。1將少量CO2通入NaOH溶液中的離子方程式如何書寫？提示：CO22OH=COH2O。2將足量CO2通入少量NaOH溶液中，所得溶液中溶質的成分是什么？提示：Na、HCO。2022年高中化學魯科版必修1教學案：第3章 第1節(jié) 第2課時 碳及其化合物間的轉化CO2與堿反應時，產物與二者的量有關，當堿過量時，生成碳酸鹽；當CO2過量時，生成碳酸氫鹽。現以CO2與NaOH溶液反應為例，歸納如下：NaOH過量時：CO22NaOH=Na2CO3H2ONaOH不足時：CO2NaOH=NaHCO3(1)當1時，發(fā)生反應，所得產物為NaHCO3。(2)當2時，發(fā)生反應，所得產物為Na2CO3和H2O。(3)當1<<2時，發(fā)生反應和，所得產物為Na2CO3、NaHCO3和H2O。上述關系可用數軸表示如下：1CO2通入下列溶液中，不可能產生沉淀的是()ACaCl2溶液BCa(OH)2溶液CBa(OH)2溶液 DCa(ClO)2溶液解析：選AB中生成CaCO3，C中生成BaCO3，D中生成CaCO3，CO2與CaCl2溶液不反應。2用1 L 1.0 mol·L1 NaOH溶液吸收0.8 mol CO2，所得溶液中CO與HCO的物質的量濃度之比約是()A13 B12C23 D32解析：選A根據碳原子守恒可得n(CO)n(HCO)0.8 mol，根據鈉離子守恒可得2n(CO)n(HCO)1 mol，n(CO)0.2 mol，n(HCO)0.6 mol，同一溶液中，濃度之比即為物質的量之比，為13。 1高爐煉鐵(1)原料：焦炭和鐵礦石(主要成分是Fe2O3)。(2)過程CO的產生：CO2CO2、CCO22CO。鐵礦石被還原：Fe2O33CO2Fe3CO2。特別提醒金屬氧化物與CO反應時符合通式：MxOyyCOxMyCO2。2木炭的燃燒C、CO、CO2的轉化關系為用化學方程式表示為2CO22CO(不完全燃燒)；2COO22CO2；CO2CO2(完全燃燒)；CCO22CO。特別提醒(1)CO是一種無色無味有毒的氣體，具有還原性和可燃性，屬于不成鹽氧化物。(2)CO2是一種無色無味氣體，具有弱氧化性，屬于酸性氧化物。3水垢(1)成分：CaCO3、Mg(OH)2。(2)形成過程反應的化學方程式：Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O，Mg(HCO3)2MgCO3H2OCO2；MgCO3H2OMg(OH)2CO2。特別提醒(1)H2CO3的酸性比CH3COOH弱，所以生活中可以用醋酸除水垢。(2)溶解性：Ca(HCO3)2CaCO3，MgCO3Mg(OH)2。4碳在無機物和有機物之間的轉化1828年，德國化學家維勒用無機化合物氰酸銨(NH4CNO)合成出有機化合物尿素CO(NH2)2，突破了無機化合物與有機化合物之間的界限。1判斷正誤。(1)高爐煉鐵過程中，碳元素只顯示還原性()(2)CO、CO2均屬于溫室氣體()(3)用醋酸除水垢的離子方程式為2CH3COOHCaCO3=Ca22CH3COOCO2H2O()(4)在Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O中，碳元素既表現氧化性又表現還原性()答案：(1)×(2)×(3)(4)×2如圖所示的實驗裝置用來分離CO2和CO氣體并干燥。圖中a為活塞，b為分液漏斗的活塞，通過Y形管和止水夾c、d接兩球膽，現裝置內的空氣已排盡。為使實驗成功，甲、乙、丙分別盛入的溶液是()A飽和NaHCO3溶液、12 mol·L1鹽酸、濃H2SO4B飽和Na2CO3溶液、2 mol·L1H2SO4、飽和NaOH溶液C飽和NaOH溶液、2 mol·L1H2SO4、濃H2SO4D18.4 mol·L1H2SO4、飽和NaOH溶液、濃H2SO4解析：選C依據CO2、CO的性質可以判斷，必須先將CO2吸收，收集CO后再將CO2釋放出來。C項中飽和NaOH溶液吸收CO2生成Na2CO3溶液，濃H2SO4干燥CO氣體，打開a、c，關閉b、d，可收集CO氣體，然后關閉a、c，排盡裝置中殘余的CO后，打開b、d，Na2CO3溶液與稀H2SO4反應釋放出CO2，并收集CO2氣體。 1轉化關系圖示2上圖所示轉化反應的化學方程式2CO2(少量)2COCO2(足量)CO2CO22Mg2MgOC2COO22CO2、yCOFexOyxFeyCO2CO2C2COCO22OH=COH2OCO2H=CO2H2OCOCO2H2O=2HCOHCOOH=COH2O、2NaHCO3Na2CO3CO2H2OHCOH=CO2H2O、Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2OCO2OH=HCO、COCO2H2O=2HCO1某無色混合氣體可能含有CO2、CO、H2O(水蒸氣)、H2中的一種或幾種，依次進行如下連續(xù)處理(假定每步處理均反應完全)：通過堿石灰時，氣體體積減小；通過熾熱的氧化銅時，固體變成紅色；通過白色硫酸銅粉末時，粉末變成藍色；通過澄清石灰水時，溶液變成渾濁。由此可以確定原混合氣體中()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：選D由知至少含有H2O或CO2中的一種。結合可知，一定含有CO和H2。2A、B、C、D、E五種物質的轉化關系如圖所示。已知A為二元堿，微溶于水且溶解度隨溫度升高而降低。(1)寫出各物質的化學式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)寫出下列兩個變化的離子方程式：BD_。BE_。解析：解答框圖推斷題的關鍵是明確“題眼”，然后圍繞題眼展開推斷。如本題中的“題眼”是：A為溶解度隨溫度升高而降低的二元堿，只能是Ca(OH)2。A為Ca(OH)2，Ca(OH)2與過量CO2反應生成B，B為Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2受熱分解成C，C為CaCO3，CaCO3與鹽酸反應生成D，D為CaCl2。答案：(1)Ca(OH)2Ca(HCO3)2CaCO3CaCl2Na2CO3(2)HCOH=CO2H2OCa22HCO2OH=CaCO3CO2H2O三級訓練·節(jié)節(jié)過關1下列關于一氧化碳的用途源于一氧化碳的還原性的是()作燃料跟氫氣合成甲醇(CH3OH)和水蒸氣反應制H2與灼熱的Fe3O4反應A只有 B只有C只有 D只有解析：選DOO2，CO表現還原性；OH3OH，CO表現氧化性，H2表現還原性；COH2OCO2H2，CO表現還原性；Fe3O44CO3Fe4CO2，CO表現還原性。2欲除去氧氣中混有的二氧化碳氣體，可選用的方法是()A將氣體通入足量的水中B將氣體通過灼熱的木炭C將氣體通入足量的澄清石灰水中D將氣體通過灼熱的銅解析：選CA項CO2在水中溶解度不大，不正確；B項CO2C2CO，除去CO2但又引入CO，不正確；C項CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，正確；D項CO2與Cu不反應，且2CuO22CuO，不正確。3將過量的CO2分別通入BaCl2 溶液；Ca(OH)2溶液；飽和Na2CO3溶液。最終溶液中有沉淀析出的是()A BC D解析：選D根據酸與鹽反應的規(guī)律知，CO2通入BaCl2溶液，不發(fā)生反應，無明顯現象；CO2通入Ca(OH)2溶液至過量，發(fā)生反應：Ca(OH)2CO2=CaCO3H2O，CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，最終生成Ca(HCO3)2而無沉淀產生；過量CO2通入飽和Na2CO3溶液中：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，生成的NaHCO3的溶解度比Na2CO3的溶解度小而結晶析出。4向0.1 mol·L1 NaOH溶液中通入過量CO2后，溶液中存在的主要離子是()ANa、CO BNa、HCOCHCO、CO DNa、OH解析：選B向NaOH溶液中通入過量的CO2，發(fā)生的反應為NaOHCO2=NaHCO3，因此通入過量CO2后溶液中的溶質主要是NaHCO3，主要離子為Na、HCO。5如圖所示為煉鐵實驗裝置，按下列要求回答問題：(1)寫出有標號的儀器名稱：_，_。(2)在A裝置的硬質玻璃管中觀察到的現象是_；B裝置中觀察到的現象是_；裝置C處氣體燃燒時產生_色火焰。(3)寫出B、C兩部分所發(fā)生反應的化學方程式：B_。C_。解析：煉鐵中的主要反應為3COFe2O32Fe3CO2，反應物CO過量，通過點燃將尾氣中的CO處理掉。答案：(1)鐵架臺酒精燈(2)紅棕色粉末變黑澄清石灰水變渾濁淡藍(3)CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O2COO22CO21以下屬于自然界中碳及其化合物間轉化過程的是()植物通過光合作用吸收二氧化碳形成葡萄糖以無機化合物氰酸銨(NH4CNO)與氨水為原料合成尿素CO(NH2)2鐘乳石、石筍的形成石油、天然氣等化石燃料的形成AB只有C只有 D只有解析：選D以無機物合成有機物屬于人工合成過程，即為生產和生活中碳及其化合物間的轉化過程。2下列能與人體血液中血紅蛋白結合的有毒氣體是()A氯氣 B氮氣C一氧化碳 D甲烷解析：選C一氧化碳為有毒氣體。3要除去二氧化碳氣體中的一氧化碳，常用的方法是()A通過澄清的石灰水B通過灼熱的炭層C通過水D通過灼熱的氧化銅粉末解析：選D一氧化碳具有還原性，二氧化碳不具有還原性，要除去一氧化碳應選擇具有氧化性的物質通過反應使其轉化，氧化銅具有氧化性，可將CO2中的CO轉化為CO2。4高爐煉鐵中，主要發(fā)生如下反應：CO2點燃,CO2CCO2高溫,2CO3COFe2O3高溫,2Fe3CO2CaCO3高溫,CaOCO2CaOSiO2高溫,CaSiO3其中既屬于化合反應又屬于氧化還原反應的有()A1個 B2個C3個 D4個解析：選B反應屬于氧化還原反應，反應屬于非氧化還原反應；反應既屬于化合反應又屬于氧化還原反應。5向飽和石灰水中不斷通入二氧化碳(如圖所示)，其溶液導電性的變化是()A由弱變強 B由強變弱C由強變弱，再變強 D由弱變強，再變弱解析：選C溶液中發(fā)生反應的離子方程式是Ca22OHCO2=CaCO3H2O，CaCO3CO2H2O=Ca22HCO。開始產生沉淀，離子濃度減小，導電性變弱；繼續(xù)通二氧化碳，沉淀溶解生成Ca2和HCO，離子濃度增大，導電性增強。6下列反應的離子方程式中，正確的是()ANa2CO3溶液與Ba(OH)2溶液反應：COBa2=BaCO3B少量NaOH溶液與Ca(HCO3)2溶液反應：HCOOH=COH2OCNaHCO3溶液與鹽酸反應：NaHCO3H=NaCO2H2ODNaHCO3溶液與CaCl2溶液反應：COCa2=CaCO3解析：選AB項，應為Ca2HCOOH=CaCO3H2O；C項，應為HCOH=CO2H2O；D項，不反應。7氣體X與赤熱的炭反應得到一種無色氣體Y，Y和灼熱的氧化鐵反應又得到X和鐵，則X和Y依次是()ACO、CO2 BH2O(g)、H2CO2、CO DCO2、CO解析：選DY能將Fe2O3還原為Fe，則Y具有還原性，又知Y是炭與氣體X反應生成的，故Y為CO，X為CO2。8下列現象可以說明溶液中有大量CO存在的是()A加入AgNO3溶液有白色沉淀生成B加入鹽酸產生無色無味氣體C加入氯化鈣溶液時有白色沉淀生成，且加入稀鹽酸產生可使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體D加入氫氧化鋇溶液有白色沉淀生成，再加入稀鹽酸沉淀溶解，且產生可使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體解析：選CA項，溶液中含Cl時加入AgNO3溶液也產生白色沉淀；B項，溶液中可能含有HCO；C項，反應原理為Ca2CO=CaCO3 ，CaCO32H=Ca2CO2H2O，CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O；D項，若溶液中含HCO也能產生該現象。9(1)通常用小蘇打的飽和溶液除去CO2中的HCl，反應的離子方程式為_，不能用Na2CO3飽和溶液的原因是_(用離子方程式表示)。寫出NaHCO3與NaOH反應的離子方程式：_。(2)如圖為一定量Ca(OH)2飽和溶液中通入CO2后，產生CaCO3白色沉淀的質量與通入CO2體積之間的關系曲線。試回答：AB段發(fā)生反應的化學方程式是_。OA段曲線和AB段曲線所消耗的CO2的體積之比是_。B處溶液中存在的濃度較大的兩種離子是_(填離子符號)。將B處生成的溶液煮沸，可見到的現象是_。解析：(1)小蘇打與CO2不反應，能與鹽酸反應；Na2CO3飽和溶液能與CO2反應。(2)OA段發(fā)生反應：CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，AB段發(fā)生反應：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。B處溶液中的溶質是Ca(HCO3)2，受熱分解生成CaCO3沉淀。答案：(1)HCOH=CO2H2OCOCO2H2O=2HCOHCOOH=COH2O(2)CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)211Ca2、HCO產生白色沉淀10A、B、C、D、E都是含碳元素的物質，它們之間的轉化關系如下：C和D在高溫下反應生成B；E和氫氧化鈉溶液反應生成A和水；B和氧氣反應生成C；在氫氧化鈉溶液中通入C生成A，繼續(xù)通入C，則有E生成。(1)試寫出下列物質的化學式：A_；B_；C_；D_；E_。(2)反應的化學方程式是_，該反應在_(填名稱)工業(yè)上提供反應所需的還原劑。解析：該題中的轉化關系可表示為CDB，ENaOHA水，BO2C，C(少量)NaOHA，C(過量)NaOHE。結合碳的化合物間轉化關系可推知A為Na2CO3，B為CO，C為CO2，D為C，E為NaHCO3。答案：(1)Na2CO3COCO2CNaHCO3(2)CO2C2CO高爐煉鐵1將Ca(HCO3)2加熱分解產生的混合氣體通過足量的Na2O2，最后得到的氣體是()ACO2 BH2OCN2 DO2解析：選DCa(HCO3) CaCO3CO2H2O,2Na2O22H2O=4NaOHO2，2Na2O22CO2=2Na2CO3O2。2某實驗工作者欲使1.6 g Fe2O3完全還原為Fe，則他實驗前應準備的CO的體積(換算為標準狀況)()A為672 mL B為336 mLC大于672 mL D小于672 mL解析：選CFe2O3的物質的量為0.01 mol，根據反應3COFe2O32Fe3CO2可知，0.01 mol Fe2O3消耗 0.03 mol CO，其在標準狀況下的體積為0.03 mol×22.4 L·mol10.672 L672 mL。實驗前后還需消耗一部分CO，故準備的CO的體積大于672 mL。3“碳捕捉技術”是指通過一定的方法將工業(yè)生產中產生的CO2分離出來并利用。如可利用NaOH溶液來“捕捉”CO2，其基本過程如圖所示(部分條件及物質未標出)。下列有關該方法的敘述中不正確的是()A能耗大是該方法的一大缺點B整個過程中，只有一種物質可以循環(huán)利用C“反應分離”環(huán)節(jié)中，分離物質的基本操作是過濾D該方法可減少碳排放，捕捉到的CO2還可用來制備甲醇等產品解析：選B可以依據如下反應流程進行分析：碳酸鈣高溫分解時，需要吸收大量的熱，所以該方法的缺點是能耗大，A項正確；整個過程中，CaO和NaOH兩種物質可以循環(huán)利用，B項錯誤；“反應分離”環(huán)節(jié)中分離的是NaOH溶液和碳酸鈣沉淀的混合物，只需過濾即可，C項正確；該方法吸收了CO2，并且對重新收集到的CO2進行利用，制備甲醇等化工產品，可減少碳排放，符合“低碳經濟”原則。4將足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物質的量(n)和通入CO2體積(V)的關系正確的是()解析：選DCO2通入KOH和Ca(OH)2的混合溶液中發(fā)生的反應可以分為以下幾個階段。產生沉淀階段：CO22OHCa2=CaCO3H2O；無沉淀產生階段：CO22OH=COH2O，COCO2H2O=2HCO；沉淀溶解階段：CO2CaCO3H2O=Ca22HCO。5由氣體甲開始，可發(fā)生如下四個變化：甲氣體乙氣體丙氣體乙氣體丁固體，則甲、乙、丙、丁分別為()ACO2、CO、O2、CaO BO2、CO、CO2、CaCO3CO2、CO2、CO、CaCO3 DCO、CO2、O2、Ca(OH)2解析：選C將各項物質代入，結合反應過程進行判斷，只有C項符合題意。6適量CO2通入含0.8 g NaOH的堿溶液中，將所得的溶液在減壓、低溫下蒸干后得到1.37 g固體物質，則該固體物質的成分是()ANa2CO3 BNaHCO3CNa2CO3、NaHCO3 DNa2CO3、NaOH解析：選Cn(NaOH)0.8 g/40 g·mol10.02 mol。若CO2與NaOH恰好完全反應生成Na2CO3，則m(Na2CO3)×0.02 mol×106 g·mol11.06 g；若CO2與NaOH恰好完全反應生成NaHCO3，則m(NaHCO3)0.02 mol×84 g·mol11.68 g，因1.06<1.37<1.68，故固體物質是Na2CO3和NaHCO3的混合物。7用足量的CO還原4.64 g某鐵氧化物，把生成的CO2全部通入到過量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后質量為8.0 g，則此鐵氧化物的化學式是()AFeO BFe2O3CFe3O4 DFe5O7解析：選C設此鐵氧化物的化學式為FexOy，根據原子守恒，FexOyyOyCOyCO2yCaCO3 16y100y m(O)1.28 g 8.0 g所以m(Fe)4.64 g1.28 g3.36 gxy34，則此鐵氧化物的化學式為Fe3O4。8為探究CO2與過量的NaOH溶液確實發(fā)生了化學反應，甲、乙、丙三位同學設計了下列三種實驗裝置，如下圖所示，請回答下列問題：(1)請寫出CO2與過量的NaOH溶液發(fā)生反應的離子方程式：_。(2)選擇任意一種實驗裝置，簡述預計出現的實驗現象，并解釋產生該實驗現象的原因。你選擇的實驗裝置是_，實驗現象是_，產生該實驗現象的原因是_。(3)甲、乙、丙三位同學設計的三個方案中，有一個方案在實際操作中可行性和安全性均存在問題，該方案是_(填“甲”“乙”或“丙”)。(4)請設計一個實驗檢驗生成的產物中是否含有Na2CO3(簡述所有試劑、實驗現象和結論)：_。解析：(1)CO2與過量的NaOH溶液發(fā)生反應的化學方程式為CO22NaOH=Na2CO3H2O，將此方程式改寫為離子方程式即可；(2)甲、乙、丙三個實驗均是利用CO2與NaOH反應后，導致裝置內壓強減小，而發(fā)生一系列現象；(3)NaOH溶液具有腐蝕性，若用甲裝置，操作不當可能會腐蝕手指；(4)證明產物中是否含有Na2CO3，利用CO與Ba2反應產生沉淀。答案：(1)CO22OH=COH2O(2)甲試管內液面上升，燒杯內的液面下降二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應，使試管內氣體壓強減小，液體被壓入試管中(或乙氣球脹大二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應，使錐形瓶內氣體壓強減小，大氣壓使氣球脹大或丙燒杯內的水流入錐形瓶中二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應，使錐形瓶內氣體壓強減小，大氣壓將液體壓入錐形瓶)(3)甲(4)取少量反應后的溶液于試管中，滴加氯化鋇溶液，若有白色沉淀生成，可證明有Na2CO3存在(其他合理答案也可)9將一定體積的CO2通入到一定濃度的NaOH溶液中，為了測定溶液的成分，向該溶液中逐滴加入1 mol·L1的鹽酸。所加入鹽酸的體積與產生二氧化碳氣體體積(標準狀況)的關系如圖所示。(1)寫出OA段所發(fā)生反應的離子方程式：_。(2)當加入35 mL鹽酸時，所產生的CO2的體積(標準狀況)是_ mL。(3)溶液中所含的物質有_，其物質的量之比為_。解析：由圖像所消耗的鹽酸的體積及產生的CO2的體積可知，此溶液的溶質是NaOH、Na2CO3。OA段H先與OH反應生成H2O，再與CO反應生成HCO。AB段發(fā)生反應HHCO=CO2H2O。35 mL時產生的n(CO2)n(H)(3525)mL×103L·mL1×1 mol·L10.01 mol，則V(CO2)224 mL。由HCO=HCO，HCOH=H2OCO2，則n(CO)nAB(H)(4525) mL×103 L·mL1×1 mol·L10.02 mol，n(OH)25(4525) mL×103 L·mL1×1 mol·L10.005 mol，所以n(NaOH)n(Na2CO3)n(OH)n(CO)0.005 mol0.02 mol14。答案：(1)HOH=H2O，COH=HCO(2)224(3)NaOH、Na2CO314