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2017-2018学年高一化学必修1教学案：第3章第1节第2课时碳及其化合物间的转化含解析精品

发布时间：2019-04-10 13:43:19 来源：文档文库

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第2课时　碳及其化合物间的转化

细读教材记主干

一、自然界中碳及其化合物间的转化

1．转化示意图

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2．溶洞及钟乳石的形成原理(模拟实验)

写出有关反应方程式：

溶洞的形成：CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2。

钟乳石的形成：Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑。

二、生产和生活中碳及其化合物间的转化

1．高炉炼铁

(1)原料：焦炭和铁矿石。

(2)铁矿石被还原：3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2↑。

2．C、CO、CO2的转化关系

用化学方程式表示为：

①2C＋O22CO(不完全燃烧)；

②2CO＋O22CO2；

③C＋O2CO2(完全燃烧)；

④CO2＋C2CO。

3．碳在无机物和有机物间的转化

1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵(NH4CNO)首次合成了有机物尿素[分子式为CO(NH2)2]，开创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。

word/media/image13_1.png

[重点剖析]

1．CO2与碱反应的原理

CO2为酸性氧化物，能与碱反应生成盐和水。

CO2与碱反应时产物与二者的相对量有关，当碱足量时生成碳酸盐，当CO2足量时，生成碳酸氢盐。如与NaOH溶液反应：

①CO2不足时：CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O；

②CO2足量时：CO2＋NaOH===NaHCO3。

2．CO2与NaOH反应产物的判断

(1)根据CO2与NaOH反应用量判断

其上述转化关系可用数轴表示为：

(2)根据向溶液中滴加盐酸的实验现象确定产物

将CO2通入NaOH溶液中，充分反应后再向溶液中滴加盐酸，设产生的气体体积与加入盐酸的体积的关系如图所示，则依据a与b的关系可以判断溶液的组成并计算各组分的物质的量。

(1)若a＝0，溶质只有NaHCO3；

(2)若a＝b，溶质只有Na2CO3；

(3)若a>b，溶液为NaOH和Na2CO3(NaOH只消耗HCl，不产生气体)；

(4)若0<a<b，溶质为Na2CO3和NaHCO3。

解决此类问题时，常结合守恒关系来求解。

3．根据产物的量确定产物成分

若已知溶液蒸干后所得固体质量，可采用极值法，假设固体全部是Na2CO3或NaHCO3，即CO2与NaOH全部转化为Na2CO3或NaHCO3，将已知条件与计算所得结果比较，即可确定其成分。根据固体质量和碳原子(或钠原子)守恒建立方程。

[特别提醒]

过量CO2与NaOH溶液和Ca(OH)2溶液反应的实质相同，都是CO2＋OH－===HCO，而少量CO2与两者反应的离子方程式不同：

NaOH：CO2＋2OH－===CO＋H2O，

Ca(OH)2：CO2＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O。

[典例印证]

[例题1]　在标准状况下，0.672 L CO2通入含1.6 g NaOH的溶液中，反应后得到Na2CO3和NaHCO3的混合物2.74 g，则混合物中Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比为(　　)

A．1∶1　　　B．1∶2　　　C．2∶1　　　D．2∶3

[解析]　NaOH与CO2反应时，随着二者相对量的不同，产物会有所不同，解答此类题目时可依据两个守恒：钠守恒和碳守恒。n(NaOH)＝＝0.04 mol，n(CO2)＝＝0.03 mol，假设混合物中Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为x和y，

根据钠元素守恒得：2x＋y＝0.04 mol；

根据碳元素守恒得：x＋y＝0.03 mol；

解得：x＝0.01 mol，y＝0.02 mol，

所以n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)＝1∶2。

[答案]　B

CO2与碱反应的有关计算，常采用守恒法，一般考虑碳原子和钠原子的守恒关系列方程解，可省去写方程式的步骤，简化计算。

1．向100 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液中缓慢通入一定量的CO2，充分反应，测得最后溶液的pH>7。

(1)如果此时溶液的溶质是单一成分，可能是______。

(2)如果反应后溶液中有两种溶质，然后逐滴缓慢滴加1 mo1·L－1的盐酸，所得气体(不考虑溶解于水)的体积与所加盐酸的体积关系如图所示。

①开始滴加盐酸时，无气体产生，写出OA段发生反应的离子方程式：_____________。

②产生的CO2在标准状况下的体积为________mL。

③B点时，反应所得溶液中溶质的物质的量浓度是________mo1·L－1(溶液体积的变化忽略不计)。

解析：(1)CO2和NaOH反应的产物要根据二者的量的相对多少来确定，如果是单一成分，则为Na2CO3或NaHCO3。(2)①OA段消耗的HCl多于AB段消耗的HCl，故反应后的溶质为Na2CO3和NaOH，OA段发生反应：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋HCl===NaHCO3＋NaCl。

AB段发生反应：NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑。

②n(CO2)＝nAB(H＋)＝0.1 mol，V(CO2)＝2 240 mL。

③B点恰好完全反应，溶质为NaCl，根据Na原子守恒，n(NaCl)＝n(NaOH)＝0.3 mol，c(NaCl)＝0.75 mol·L－1。

答案：(1)Na2CO3或NaHCO3　(2)①OH－＋H－===H2O，CO＋H＋===HCO　②2 240　③0.75

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[重点剖析]

实现上述六个转化的反应有：

①

②与过量酸反应：CO＋2H＋===H2O＋CO2↑；

③

④

⑤

⑥

[特别提醒]　

(1)与稀盐酸反应生成无色无味且使澄清石灰水变浑浊气体的离子可是CO或HCO。

(2) word/media/image37_1.pngword/media/image38_1.png

(3)H2O＋COHCOH2O＋CO2。

[典例印证]

[例题2]　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和无色无毒的气体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：_________。

(4)仅凭有气体E生成，能否断定A、C的组成？________。

[解析]　气体E无色无味且能使澄清石灰水变浑浊，为CO2，C为KHCO3，A为K2CO3；B与KHCO3溶液混合可生成K2CO3，B为KOH，A、B、C和足量的盐酸反应后，均可生成D，D为KCl。HCO和CO都可与盐酸反应生成CO2气体，所以不能仅凭有CO2气体生成，断定哪个是K2CO3，哪个是KHCO3。

[答案]　(1)K2CO3　KOH　KHCO3　KCl

(2)CO＋CO2＋H2O===2HCO

(3)OH－＋HCO===H2O＋CO　(4)不能

推断题的解题关键是找出推断的突破口，该题的突破口是“气体E能使澄清石灰水变浑浊”，可知E是CO2，再分析其他条件，可推出其他物质。

2．下列叙述中正确的是(　　)

A．向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成

B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1∶2

C．等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同

D．向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出

解析：选D　CaCO3与CO2、H2O反应生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2与NaHCO3不反应，A错误；向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，只发生反应：CO＋H＋===HCO，无气体放出，B错误；根据反应方程式可知，84 g NaHCO3与106 g Na2CO3生成的CO2相同，C错误；D中发生了反应：Na2CO3＋H2O＋CO2===2NaHCO3，由于生成的NaHCO3的溶解度

小于Na2CO3，所以NaHCO3结晶析出。

题组　碳及其化合物间的转化

1．判断正误

(1)高炉炼铁过程中，碳元素只显示还原性。(　　)

(2)所有物质都不能在CO2中燃烧。(　　)

(3)CO、CO2均属于温室气体。(　　)

(4)用醋酸除水垢的离子方程式为2CH3COOH＋CaCO3===Ca2＋＋2CH3COO－＋CO2↑＋H2O。(　　)

(5)在Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O中，碳元素既表现氧化性又表现还原性。(　　)

答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×

2．下列有关碳及其化合物间的相互转化属于氧化还原反应的是(　　)

A．NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O

B．CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3

C．3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2

D．Ca(HCO3)2CaCO3＋H2O＋CO2↑

解析：选C　反应前后元素化合价发生变化的反应为氧化还原反应。

3．CO2是造成“温室效应”的主要气体，对于在自然界中的转化，下列说法正确的是________。

(1)大气中的CO2能被海洋溶解一部分。

(2)自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程。

(3)CO2主要是植物的光合作用消耗，因此植树造林能有效减弱“温室效应”。

(4)加热碳酸氢钙溶液会变浑浊，加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊。

(5)钟乳石、石笋是由于CaCO3和Ca(HCO3)2的相互转化形成的。

解析：CO2气体在水中的溶解度不大，但海洋中的水可溶解一部分CO2气体，自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程，正常条件下CO2“收支平衡”，自然界中的CO2就会保持不变，否则就会产生温室效应；Ca(HCO3)2不稳定，其溶液加热会分解，而NaHCO3固体受热分解，在溶液中不分解。

答案：(1)(2)(3)(5)

一、选择题

1．下列各组物质中的两种物质作用时，反应物用量的改变对生成物没有影响的是(　　)

A．C和O2　　　　　　　　B．CO2和Ca(OH)2

C．Na2CO3和盐酸 D．Na2O2和CO2

解析：选D　A项，2C＋O2(不足)点燃,2CO，C＋O2(足量)点燃,CO2；B项，Ca(OH)2＋CO2(少量)===CaCO3↓＋H2O，Ca(OH)2＋2CO2(足量)===Ca(HCO3)2；C项，Na2CO3＋HCl(少量)===NaCl＋NaHCO3，Na2CO3＋2HCl(足量)===2NaCl＋CO2↑＋H2O。

2．下列反应的离子方程式正确的是(　　)

A．Na2CO3溶液与石灰乳：Ca2＋＋CO===CaCO3↓

B．NaHCO3溶液与NaOH溶液：HCO＋OH－===CO＋H2O

C．NaOH溶液中通入足量CO2：

CO2＋2OH－===CO＋H2O

D．Na2CO3溶液中滴加少量盐酸：

CO＋2H＋===CO2↑＋H2O

解析：选B　A项，Ca(OH)2应写成化学式，不能拆开；C项，NaOH与足量CO2反应，应生成HCO；D项，CO与少量H＋反应，生成HCO，不放出CO2。

3．在含有7.4 g Ca(OH)2的澄清石灰水中通入CO2气体后，得到8 g白色沉淀，则通入CO2气体的体积在标准状况下为(　　)

A．一定是2.24 L

B．一定小于2.24 L

C．一定大于2.24 L

D．可能小于2.24 L，也可能大于2.24 L

解析：选D　往Ca(OH)2溶液中通入CO2气体，可能发生两个反应：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，当CO2过量时：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2，由题目可知所给Ca(OH)2的物质的量n[Ca(OH)2]＝＝0.1 mol，理论上最多可制得碳酸钙10 g，消耗CO2 2.24 L。而现在只制得碳酸钙8 g，则可能有两种情况：一种是CO2的量少了，只发生第一个反应，另一种情况是CO2稍过量，一部分参与了第二个反应。

4．不能用来鉴别Na2CO3和NaHCO3两种白色固体的实验操作是(　　)

A．分别在这两种物质的溶液中，加入少量澄清石灰水

B．分别加热这两种固体，将生成的气体通入澄清石灰水中

C．分别在这两种物质的溶液中，加入少量氯化钙溶液

D．分别在这两种物质的等浓度的溶液中，加入少量的稀盐酸

解析：选A　A项，Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOH；依题意知NaHCO3过量，则2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，均产生白色沉淀，无法区分两者。B项，加热两固体时，NaHCO3受热分解产生CO2，Na2CO3无变化，可用加热来区分两者。C项，向两物质的溶液中加CaCl2，Na2CO3与CaCl2反应生成沉淀，NaHCO3与CaCl2不反应。D项，在等浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中加少量的盐酸，NaHCO3溶液中先有气体产生。

5．可以说明溶液中大量存在CO的理由是(　　)

A．加入AgNO3溶液有白色沉淀产生

B．加入盐酸有无色无味气体产生

C．加入MgCl2时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀全部溶解，且产生可以使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体

D．加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸，反应现象如选项C所述

解析：选C　A项不可说明，与AgNO3作用生成白色沉淀的还有Cl－等；B项不可说明，与盐酸作用产生无色无味气体的还有NaHCO3等；D项，不可说明，NaHCO3等物质亦会有此现象。

6．将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2体积(V)的关系正确的是(　　)

解析：选D　CO2通入KOH和Ca(OH)2溶液中发生的反应可以分为以下几个阶段：

产生沉淀阶段：

CO2＋2OH－＋Ca2＋===CaCO3↓＋H2O；

无沉淀产生阶段：

CO2＋2OH－===CO＋H2O，

CO＋CO2＋H2O===2HCO；

沉淀溶解阶段：

CO2＋CaCO3＋H2O===Ca2＋＋2HCO。

7．标准状况下将4.48 L CO2通入1 L 0.3 mol·L－1NaOH溶液中，当CO2与NaOH完全反应时，则下列说法正确的是(　　)

A．溶液中只有一种阴离子(OH－除外)

B．溶液中溶质的物质的量之比为1∶2

C．反应后有CO2逸出

D．反应后的溶液还可以吸收部分CO2

解析：选D　n(CO2)＝0.2 mol，n(NaOH)＝0.3 mol。因＜＝＜1，故反应后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，则还可以吸收部分CO2。

所以A、C错，D正确。由碳元素和钠元素守恒得：

解得B错误。

8．CO2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是(　　)

A．CaCl2溶液 B．Ca(OH)2溶液

C．Ba(OH)2溶液 D．Ca(ClO)2溶液

解析：选A　B中生成CaCO3，C中生成BaCO3，D中生成CaCO3，A不反应。

二、非选择题

9．实验室中氢氧化钠溶液在空气中放置，因密封不好会变质，有关反应的离子方程式为_______________；

为了检验一瓶氢氧化钠溶液是否已变质，可取少量该溶液向其中加入______，若________________，则说明烧碱溶液已经变质。为了除去烧碱溶液中的杂质，应加入适量的________，并进行过滤。

解析：空气中含少量CO2，与NaOH反应：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O，检验NaOH溶液是否变质，实质是鉴定CO的存在；除去NaOH溶液中的Na2CO3时，实质是除CO，且注意不要引入杂质离子。

答案：2OH－＋CO2===CO＋H2O　氯化钙溶液(其他合理答案也可)　有白色沉淀生成　氢氧化钙溶液

10．有一种黑色固体A在氧气中充分燃烧生成气体B。向充有B的集气瓶中加入少量澄清石灰水，出现白色沉淀C，振荡后沉淀消失得溶液D。把D分成两份，一份中加入稀盐酸，又生成气体B，另一份中加入过量NaOH溶液又生成C。回答：

(1)则A、B、C、D的名称分别为________、________、__________、__________。

(2)写出有关反应的离子方程式：

B→C_________。

C→D_________。

D→B___________。

D→C___________。

解析：澄清石灰水中通入CO2生成沉淀C，则C为CaCO3，继续通入CO2，沉淀消失得D溶液，则D为Ca(HCO3)2。　

答案：(1)碳　二氧化碳　碳酸钙　碳酸氢钙

(2)CO2＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋H2O

CaCO3＋CO2＋H2O===Ca2＋＋2HCO

HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

Ca2＋＋2HCO＋2OH－===CaCO3↓＋CO＋2H2O

11．有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的几种：K＋、H＋、Ba2＋、Mg2＋、CO、SO，现取两份该溶液各100 mL进行如下实验：

①第一份加入足量NaHCO3溶液后，收集到气体 0.03 mol。

②第二份加入足量Ba(NO3)2溶液充分反应后过滤干燥，得沉淀4.66 g。

根据上述实验回答：

(1)原溶液中一定不存在的离子是________。

(2)原溶液中可能存在的离子是________。

(3)①中发生反应的离子方程式为__________。

(4)经计算，原溶液中一定存在的阴离子的物质的量浓度为________。

解析：(1)根据①现象知，该溶液中一定存在与碳酸氢根离子反应生成气体的H＋，一定不存在与H＋反应的碳酸根离子；所以溶液中存在的阴离子为硫酸根离子，一定不存在与硫酸根离子反应的Ba2＋；(2)根据实验现象无法确定溶液中是否含有K＋、Mg2＋；(3)碳酸氢根离子能和酸反应生成二氧化碳和水HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；

(4)设硫酸根的物质的量为xmol。　

Ba2＋　＋　SO===BaSO4 ↓

1 mol 233 g

x mol 4.66 g

x＝0.02，所以c＝＝0.2 mol·L－1。

答案：(1)CO、Ba2＋

(2)K＋、Mg2＋

(3)HCO＋H＋===CO2↑＋H2O

(4)0.2 mol·L－1

12．某固体物质A受热分解，生成B、C、D三种物质。B是一种钾盐，向B的水溶液中加入澄清石灰水，产生白色沉淀E；E溶于盐酸放出无色无味气体D；将D通入澄清石灰水中，先出现浑浊现象，然后又变澄清；C在常温下是一种无色液体。

(1)写出A、B、E的化学式。

A________，B________，E________。

(2)写出反应的化学方程式。

①A受热分解：__________________。

②将D通入澄清石灰水中，先出现浑浊现象，然后又变澄清：___________。

(3)写出反应的离子方程式。

①向B的水溶液中加入澄清石灰水，产生白色沉淀E：___________；

②E溶于盐酸放出无色无味的气体D：_________________。

解析：无色无味能使澄清石灰水出现浑浊的气体D是CO2，白色沉淀E为CaCO3，钾盐B为K2CO3，受热分解能生成K2CO3和CO2的A为KHCO3，C为H2O。

答案：(1)KHCO3　K2CO3　CaCO3

(2)①2KHCO3word/media/image54_1.pngK2CO3＋CO2↑＋H2O

②CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O

CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2

(3)①CO＋Ca2＋===CaCO3↓

②CaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2O

13．将一定体积的CO2通入到一定浓度的NaOH溶液中，为了测定其溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1 mol·L－1盐酸。所加入盐酸的体积与产生二氧化碳气体体积(标准状况)的关系如图所示。

(1)写出OA段所发生反应的离子方程式：_____________。

(2)当加入35 mL盐酸时，所产生的二氧化碳的体积(标准状况)是________mL。

(3)溶液中所含的物质有________________，其物质的量之比为________________。

解析：由图像所消耗的盐酸的体积及产生的V(CO2)可知，此溶液的溶质是NaOH、Na2CO3。OA段H＋先与OH－反应生成H2O，再与CO反应生成HCO。AB段发生反应H＋＋HCO===CO2↑＋H2O。35 mL时产生的n(CO2)＝n(H＋)＝(35－25) mL×10－3 L·mL－1×1 mol·L－1＝0.01 mol，