20182018學年魯科版必修1 第3章第1節(jié) 碳的多樣性（第2課時） 學案

1、第2課時碳及其化合物間的轉化 細讀教材記主干一、自然界中碳及其化合物間的轉化1轉化示意圖2溶洞及鐘乳石的形成原理(模擬實驗)寫出有關反應方程式：溶洞的形成：CaCO3CO2H2O=Ca(HCO3)2。鐘乳石的形成：Ca(HCO3)2CaCO3H2OCO2。二、生產(chǎn)和生活中碳及其化合物間的轉化1高爐煉鐵(1)原料：焦炭和鐵礦石。(2)鐵礦石被還原：3COFe2O32Fe3CO2。2C、CO、CO2的轉化關系用化學方程式表示為：2CO22CO(不完全燃燒)；2COO22CO2；CO2CO2(完全燃燒)；CO2C2CO。3碳在無機物和有機物間的轉化1828年，德國化學家維勒用無機物氰酸銨(NH4CN

2、O)首次合成了有機物尿素分子式為CO(NH2)2，開創(chuàng)了以含碳無機化合物合成有機化合物的先河。重點剖析1CO2與堿反應的原理CO2為酸性氧化物，能與堿反應生成鹽和水。CO2與堿反應時產(chǎn)物與二者的相對量有關，當堿足量時生成碳酸鹽，當CO2足量時，生成碳酸氫鹽。如與NaOH溶液反應：CO2不足時：CO22NaOH=Na2CO3H2O；CO2足量時：CO2NaOH=NaHCO3。2CO2與NaOH反應產(chǎn)物的判斷(1)根據(jù)CO2與NaOH反應用量判斷反應情況生成物12NaOH過量，只發(fā)生反應(余NaOH)Na2CO312CO2與NaOH恰好按反應Na2CO31兩個反應均有Na2CO311恰好發(fā)生反應N

3、aHCO311只發(fā)生反應CO2剩余，NaHCO3其上述轉化關系可用數(shù)軸表示為： (2)根據(jù)向溶液中滴加鹽酸的實驗現(xiàn)象確定產(chǎn)物將CO2通入NaOH溶液中，充分反應后再向溶液中滴加鹽酸，設產(chǎn)生的氣體體積與加入鹽酸的體積的關系如圖所示，則依據(jù)a與b的關系可以判斷溶液的組成并計算各組分的物質的量。(1)若a0，溶質只有NaHCO3；(2)若ab，溶質只有Na2CO3；(3)若a>b，溶液為NaOH和Na2CO3(NaOH只消耗HCl，不產(chǎn)生氣體)；(4)若0<a<b，溶質為Na2CO3和NaHCO3。解決此類問題時，常結合守恒關系來求解。3根據(jù)產(chǎn)物的量確定產(chǎn)物成分若已知溶液蒸干后所得

4、固體質量，可采用極值法，假設固體全部是Na2CO3或NaHCO3，即CO2與NaOH全部轉化為Na2CO3或NaHCO3，將已知條件與計算所得結果比較，即可確定其成分。根據(jù)固體質量和碳原子(或鈉原子)守恒建立方程。特別提醒過量CO2與NaOH溶液和Ca(OH)2溶液反應的實質相同，都是CO2OH=HCO，而少量CO2與兩者反應的離子方程式不同：NaOH：CO22OH=COH2O，Ca(OH)2：CO22OHCa2=CaCO3H2O。典例印證例題1在標準狀況下，0.672 L CO2通入含1.6 g NaOH的溶液中，反應后得到Na2CO3和NaHCO3的混合物2.74 g，則混合物中Na2CO

5、3和NaHCO3的物質的量之比為()A11B12C21D23解析NaOH與CO2反應時，隨著二者相對量的不同，產(chǎn)物會有所不同，解答此類題目時可依據(jù)兩個守恒：鈉守恒和碳守恒。n(NaOH)0.04 mol，n(CO2)0.03 mol，假設混合物中Na2CO3和NaHCO3的物質的量分別為x和y，根據(jù)鈉元素守恒得：2xy0.04 mol；根據(jù)碳元素守恒得：xy0.03 mol；解得：x0.01 mol，y0.02 mol，所以n(Na2CO3)n(NaHCO3)12。答案BCO2與堿反應的有關計算，常采用守恒法，一般考慮碳原子和鈉原子的守恒關系列方程解，可省去寫方程式的步驟，簡化計算。1向100

6、 mL 3 mol·L1的NaOH溶液中緩慢通入一定量的CO2，充分反應，測得最后溶液的pH>7。(1)如果此時溶液的溶質是單一成分，可能是_。(2)如果反應后溶液中有兩種溶質，然后逐滴緩慢滴加1 mo1·L1的鹽酸，所得氣體(不考慮溶解于水)的體積與所加鹽酸的體積關系如圖所示。開始滴加鹽酸時，無氣體產(chǎn)生，寫出OA段發(fā)生反應的離子方程式：_。產(chǎn)生的CO2在標準狀況下的體積為_mL。B點時，反應所得溶液中溶質的物質的量濃度是_mo1·L1(溶液體積的變化忽略不計)。解析：(1)CO2和NaOH反應的產(chǎn)物要根據(jù)二者的量的相對多少來確定，如果是單一成分，則為Na2

7、CO3或NaHCO3。(2)OA段消耗的HCl多于AB段消耗的HCl，故反應后的溶質為Na2CO3和NaOH，OA段發(fā)生反應：NaOHHCl=NaClH2O，Na2CO3HCl=NaHCO3NaCl。AB段發(fā)生反應：NaHCO3HCl=NaClH2OCO2。n(CO2)nAB(H)0.1 mol，V(CO2)2 240 mL。B點恰好完全反應，溶質為NaCl，根據(jù)Na原子守恒，n(NaCl)n(NaOH)0.3 mol，c(NaCl)0.75 mol·L1。答案：(1)Na2CO3或NaHCO3(2)OHH=H2O，COH=HCO2 2400.75重點剖析實現(xiàn)上述六個轉化的反應有：與

8、過量酸反應：CO2H=H2OCO2；特別提醒(1)與稀鹽酸反應生成無色無味且使澄清石灰水變渾濁氣體的離子可是CO或HCO。(2) (3)H2OCOHCOH2OCO2。典例印證例題2現(xiàn)有A、B、C、D四種化合物都含鉀元素，A、B、C和足量的鹽酸反應后，均可生成D；若將固體C加熱后可生成A和無色無毒的氣體E，該氣體能使澄清石灰水變渾濁；若在A溶液中通入足量E，可生成C；若B與C的溶液混合可生成A。請回答下列問題。(1)推斷A、B、C、D的化學式A_；B_；C_；D_。(2)A溶液中通入足量E反應的離子方程式為：_。(3)B溶液與C溶液反應的離子方程式為：_。(4)僅憑有氣體E生成，能否斷定A、C的

9、組成？_。解析氣體E無色無味且能使澄清石灰水變渾濁，為CO2，C為KHCO3，A為K2CO3；B與KHCO3溶液混合可生成K2CO3，B為KOH，A、B、C和足量的鹽酸反應后，均可生成D，D為KCl。HCO和CO都可與鹽酸反應生成CO2氣體，所以不能僅憑有CO2氣體生成，斷定哪個是K2CO3，哪個是KHCO3。答案(1)K2CO3KOHKHCO3KCl(2)COCO2H2O=2HCO(3)OHHCO=H2OCO(4)不能推斷題的解題關鍵是找出推斷的突破口，該題的突破口是“氣體E能使澄清石灰水變渾濁”，可知E是CO2，再分析其他條件，可推出其他物質。2下列敘述中正確的是()A向含有CaCO3沉淀

10、的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3飽和溶液，又有CaCO3沉淀生成B向Na2CO3溶液中逐滴加入等物質的量的稀鹽酸，生成的CO2與原Na2CO3的物質的量之比為12C等質量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽酸反應，在同溫同壓下，生成的CO2體積相同D向Na2CO3飽和溶液中通入CO2，有NaHCO3結晶析出解析：選DCaCO3與CO2、H2O反應生成Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2與NaHCO3不反應，A錯誤；向Na2CO3溶液中逐滴加入等物質的量的稀鹽酸，只發(fā)生反應：COH=HCO，無氣體放出，B錯誤；根據(jù)反應方程式可知，84 g NaHCO3與106 g

11、 Na2CO3生成的CO2相同，C錯誤；D中發(fā)生了反應：Na2CO3H2OCO2=2NaHCO3，由于生成的NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，所以NaHCO3結晶析出。題組碳及其化合物間的轉化1判斷正誤(1)高爐煉鐵過程中，碳元素只顯示還原性。()(2)所有物質都不能在CO2中燃燒。()(3)CO、CO2均屬于溫室氣體。()(4)用醋酸除水垢的離子方程式為2CH3COOHCaCO3=Ca22CH3COOCO2H2O。()(5)在Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O中，碳元素既表現(xiàn)氧化性又表現(xiàn)還原性。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)(5)×

12、2下列有關碳及其化合物間的相互轉化屬于氧化還原反應的是()ANaHCO3NaOH=Na2CO3H2OBCO2Na2CO3H2O=2NaHCO3C3COFe2O32Fe3CO2DCa(HCO3)2CaCO3H2OCO2解析：選C反應前后元素化合價發(fā)生變化的反應為氧化還原反應。3CO2是造成“溫室效應”的主要氣體，對于在自然界中的轉化，下列說法正確的是_。(1)大氣中的CO2能被海洋溶解一部分。(2)自然界中同時存在產(chǎn)生CO2和消耗CO2的過程。(3)CO2主要是植物的光合作用消耗，因此植樹造林能有效減弱“溫室效應”。(4)加熱碳酸氫鈣溶液會變渾濁，加熱碳酸氫鈉溶液也會變渾濁。(5)鐘乳石、石筍是

13、由于CaCO3和Ca(HCO3)2的相互轉化形成的。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，自然界中同時存在產(chǎn)生CO2和消耗CO2的過程，正常條件下CO2“收支平衡”，自然界中的CO2就會保持不變，否則就會產(chǎn)生溫室效應；Ca(HCO3)2不穩(wěn)定，其溶液加熱會分解，而NaHCO3固體受熱分解，在溶液中不分解。答案：(1)(2)(3)(5)一、選擇題1下列各組物質中的兩種物質作用時，反應物用量的改變對生成物沒有影響的是()AC和O2BCO2和Ca(OH)2CNa2CO3和鹽酸 DNa2O2和CO2解析：選DA項，2CO2(不足)點燃,2CO，CO2(足量)點燃,CO

14、2；B項，Ca(OH)2CO2(少量)=CaCO3H2O，Ca(OH)22CO2(足量)=Ca(HCO3)2；C項，Na2CO3HCl(少量)=NaClNaHCO3，Na2CO32HCl(足量)=2NaClCO2H2O。2下列反應的離子方程式正確的是()ANa2CO3溶液與石灰乳：Ca2CO=CaCO3BNaHCO3溶液與NaOH溶液：HCOOH=COH2OCNaOH溶液中通入足量CO2：CO22OH=COH2ODNa2CO3溶液中滴加少量鹽酸：CO2H=CO2H2O解析：選BA項，Ca(OH)2應寫成化學式，不能拆開；C項，NaOH與足量CO2反應，應生成HCO；D項，CO與少量H反應，生成

15、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氣體后，得到8 g白色沉淀，則通入CO2氣體的體積在標準狀況下為()A一定是2.24 LB一定小于2.24 LC一定大于2.24 LD可能小于2.24 L，也可能大于2.24 L解析：選D往Ca(OH)2溶液中通入CO2氣體，可能發(fā)生兩個反應：CO2Ca(OH)2=CaCO3H2O，當CO2過量時：CaCO3H2OCO2=Ca(HCO3)2，由題目可知所給Ca(OH)2的物質的量nCa(OH)20.1 mol，理論上最多可制得碳酸鈣10 g，消耗CO2 2.24 L。而現(xiàn)在只制得碳酸鈣8 g，則可能有兩種情況：一種

16、是CO2的量少了，只發(fā)生第一個反應，另一種情況是CO2稍過量，一部分參與了第二個反應。4不能用來鑒別Na2CO3和NaHCO3兩種白色固體的實驗操作是()A分別在這兩種物質的溶液中，加入少量澄清石灰水B分別加熱這兩種固體，將生成的氣體通入澄清石灰水中C分別在這兩種物質的溶液中，加入少量氯化鈣溶液D分別在這兩種物質的等濃度的溶液中，加入少量的稀鹽酸解析：選AA項，Na2CO3Ca(OH)2=CaCO32NaOH；依題意知NaHCO3過量，則2NaHCO3Ca(OH)2=CaCO3Na2CO32H2O，均產(chǎn)生白色沉淀，無法區(qū)分兩者。B項，加熱兩固體時，NaHCO3受熱分解產(chǎn)生CO2，Na2CO3無

17、變化，可用加熱來區(qū)分兩者。C項，向兩物質的溶液中加CaCl2，Na2CO3與CaCl2反應生成沉淀，NaHCO3與CaCl2不反應。D項，在等濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液中加少量的鹽酸，NaHCO3溶液中先有氣體產(chǎn)生。5可以說明溶液中大量存在CO的理由是()A加入AgNO3溶液有白色沉淀產(chǎn)生B加入鹽酸有無色無味氣體產(chǎn)生C加入MgCl2時有白色沉淀產(chǎn)生，再加稀鹽酸沉淀全部溶解，且產(chǎn)生可以使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體D加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀產(chǎn)生，再加稀鹽酸，反應現(xiàn)象如選項C所述解析：選CA項不可說明，與AgNO3作用生成白色沉淀的還有Cl等；B項不可說明，與鹽酸作用產(chǎn)生無色無

18、味氣體的還有NaHCO3等；D項，不可說明，NaHCO3等物質亦會有此現(xiàn)象。6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溶液中發(fā)生的反應可以分為以下幾個階段：產(chǎn)生沉淀階段：CO22OHCa2=CaCO3H2O；無沉淀產(chǎn)生階段：CO22OH=COH2O，COCO2H2O=2HCO；沉淀溶解階段：CO2CaCO3H2O=Ca22HCO。7標準狀況下將4.48 L CO2通入1 L 0.3 mol·L1NaOH溶液中，當CO2與NaOH完全反應時，則下列說法正確的是()A溶

19、液中只有一種陰離子(OH除外)B溶液中溶質的物質的量之比為12C反應后有CO2逸出D反應后的溶液還可以吸收部分CO2解析：選Dn(CO2)0.2 mol，n(NaOH)0.3 mol。因1，故反應后溶液中含有Na2CO3和NaHCO3，則還可以吸收部分CO2。所以A、C錯，D正確。由碳元素和鈉元素守恒得：解得B錯誤。8CO2通入下列溶液中，不可能產(chǎn)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，A不反應。二、非選擇題9實驗室中氫氧化鈉溶液在空氣中放置，因密封不好會變質，有關反應

20、的離子方程式為_；為了檢驗一瓶氫氧化鈉溶液是否已變質，可取少量該溶液向其中加入_，若_，則說明燒堿溶液已經(jīng)變質。為了除去燒堿溶液中的雜質，應加入適量的_，并進行過濾。解析：空氣中含少量CO2，與NaOH反應：2NaOHCO2=Na2CO3H2O，檢驗NaOH溶液是否變質，實質是鑒定CO的存在；除去NaOH溶液中的Na2CO3時，實質是除CO，且注意不要引入雜質離子。答案：2OHCO2=COH2O氯化鈣溶液(其他合理答案也可)有白色沉淀生成氫氧化鈣溶液10有一種黑色固體A在氧氣中充分燃燒生成氣體B。向充有B的集氣瓶中加入少量澄清石灰水，出現(xiàn)白色沉淀C，振蕩后沉淀消失得溶液D。把D分成兩份，一份中

21、加入稀鹽酸，又生成氣體B，另一份中加入過量NaOH溶液又生成C。回答：(1)則A、B、C、D的名稱分別為_、_、_、_。(2)寫出有關反應的離子方程式：BC_。CD_。DB_。DC_。解析：澄清石灰水中通入CO2生成沉淀C，則C為CaCO3，繼續(xù)通入CO2，沉淀消失得D溶液，則D為Ca(HCO3)2。答案：(1)碳二氧化碳碳酸鈣碳酸氫鈣(2)CO2Ca22OH=CaCO3H2OCaCO3CO2H2O=Ca22HCOHCOH=CO2H2OCa22HCO2OH=CaCO3CO2H2O11有一混合物的水溶液，只可能含有以下離子中的幾種：K、H、Ba2、Mg2、CO、SO，現(xiàn)取兩份該溶液各100 mL

22、進行如下實驗：第一份加入足量NaHCO3溶液后，收集到氣體 0.03 mol。第二份加入足量Ba(NO3)2溶液充分反應后過濾干燥，得沉淀4.66 g。根據(jù)上述實驗回答：(1)原溶液中一定不存在的離子是_。(2)原溶液中可能存在的離子是_。(3)中發(fā)生反應的離子方程式為_。(4)經(jīng)計算，原溶液中一定存在的陰離子的物質的量濃度為_。解析：(1)根據(jù)現(xiàn)象知，該溶液中一定存在與碳酸氫根離子反應生成氣體的H，一定不存在與H反應的碳酸根離子；所以溶液中存在的陰離子為硫酸根離子，一定不存在與硫酸根離子反應的Ba2；(2)根據(jù)實驗現(xiàn)象無法確定溶液中是否含有K、Mg2；(3)碳酸氫根離子能和酸反應生成二氧化碳

23、和水HCOH=CO2H2O；(4)設硫酸根的物質的量為xmol。Ba2SO=BaSO4 1 mol 233 g x mol 4.66 gx0.02，所以c0.2 mol·L1。答案：(1)CO、Ba2(2)K、Mg2(3)HCOH=CO2H2O(4)0.2 mol·L112某固體物質A受熱分解，生成B、C、D三種物質。B是一種鉀鹽，向B的水溶液中加入澄清石灰水，產(chǎn)生白色沉淀E；E溶于鹽酸放出無色無味氣體D；將D通入澄清石灰水中，先出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，然后又變澄清；C在常溫下是一種無色液體。(1)寫出A、B、E的化學式。A_，B_，E_。(2)寫出反應的化學方程式。A受熱分解：_。將D通入澄清石灰水中，先出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，然后又變澄清：_。(3)寫出反應的離子方程式。向B的水溶液中加入澄清石灰水，產(chǎn)生白色沉淀E：_；E溶于鹽酸放出無色無味的氣體D：_。解析：無色無味能使澄