第13講　碳、硅及無機(jī)非金屬材料

　考點(diǎn)一　碳及其重要化合物

[知識梳理]
一、碳單質(zhì)
1．存在形式：金剛石、石墨、無定形碳、足球烯等，它們互為同素異形體。
2．主要化學(xué)性質(zhì)——還原性
(1)燃燒：C＋O2CO2。


二、碳的氧化物——CO和CO2
1．一氧化碳的性質(zhì)及應(yīng)用
(1)物理性質(zhì)：無色、無味的氣體，難溶于水，能使人中毒的原因是一氧化碳與人體內(nèi)血紅蛋白相結(jié)合，人體因缺氧而中毒。
(2)化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用(寫出有關(guān)化學(xué)方程式)
①可燃性：2CO＋O22CO2，可做燃料。
②還原性：CO還原Fe2O3的反應(yīng)為3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，可用于冶煉金屬。
2．二氧化碳的性質(zhì)
(1)物理性質(zhì)：無色、無味的氣體，能溶于水，固態(tài)CO2俗稱干冰。
(2)化學(xué)性質(zhì)：與H2O、Na2O、Ca(OH)2(足量、澄清)、Mg反應(yīng)的化學(xué)方程式分別為CO2＋H2OH2CO3，Na2O＋CO2===Na2CO3，CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，2Mg＋CO22MgO＋C。
3．CO2在自然界中的循環(huán)
(1)CO2的主要來源：大量含碳燃料的燃燒。
(2)自然界消耗CO2的主要反應(yīng)
①溶于江水、海水中：CO2＋H2OH2CO3。
②光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為O2和有機(jī)物：6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2。
③巖石的風(fēng)化：CaCO3＋H2O＋CO2===Ca(HCO3)2。
三、碳酸(H2CO3)
碳酸是弱酸、不穩(wěn)定，只能在水中存在。H2CO3在水中與CO2共存，因此常把CO2＋H2O當(dāng)碳酸用。
四、碳酸的酸式鹽和正鹽的比較
1．在水中的溶解性
(1)含K＋、Na＋、NH的碳酸的正鹽易溶于水，其余一般難溶于水；碳酸的酸式鹽均能溶于水。
(2)一般來說，在相同溫度下，碳酸的難溶性正鹽溶解度小于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Ca(HCO3)2>CaCO3；碳酸的可溶性正鹽溶解度大于其酸式鹽溶解度，如溶解度：Na2CO3>NaHCO3。
2．熱穩(wěn)定性
一般來說，熱穩(wěn)定性順序?yàn)樘妓岬恼}>碳酸的酸式鹽>碳酸，如穩(wěn)定性：Na2CO3>NaHCO3>H2CO3；碳酸的可溶性正鹽>碳酸的難溶性正鹽，如CaCO3高溫下易分解，而K2CO3不易分解。
3．水溶液的酸堿性
相同溫度下，物質(zhì)的量濃度相同時(shí)，碳酸的正鹽溶液的pH大于其酸式鹽溶液的pH，如pH：Na2CO3溶液>NaHCO3溶液。
五、草酸(H2C2O4)、草酸鹽的性質(zhì)
1．草酸(H2C2O4)的性質(zhì)
H2C2O4是二元弱酸；有較強(qiáng)的還原性，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O；H2C2O4不穩(wěn)定，固體受熱易分解：H2C2O4H2O＋CO↑＋CO2↑。
2．草酸鹽的性質(zhì)
(1)(NH4)2C2O4易溶于水，微溶于乙醇，加熱易分解，由氨水與草酸溶液作用而成。
(2)CaC2O4難溶于水和醋酸，能溶于鹽酸和硝酸；灼燒時(shí)轉(zhuǎn)變成氧化鈣。
(3)草酸鎂、草酸亞鐵等微溶于水，可由對應(yīng)的可溶性金屬鹽與草酸銨在水溶液中反應(yīng)而得，加熱分解可得到對應(yīng)金屬氧化物。

[自主檢測]
判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)。
(1)(2019·高考全國卷Ⅲ，7C)活性炭具有除異味和殺菌作用。(　　)
(2)(2019·高考全國卷Ⅱ，11B)澄清的石灰水久置后出現(xiàn)白色固體：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O。(　　)
(3)(2018·高考全國卷Ⅲ，10B)用標(biāo)準(zhǔn)HCl溶液滴定NaHCO3溶液來測定其濃度，選擇酚酞為指示劑。(　　)
(4)(2018·高考全國卷Ⅰ，7D改編)含Li＋的濾液含Li沉淀，可用硫酸鈉代替碳酸鈉。(　　)
(5)[2017·高考全國卷Ⅱ，26(4)改編]草酸鈣沉淀經(jīng)稀H2SO4處理后，用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，通過測定草酸的量可間接獲知鈣的含量，滴定反應(yīng)為2MnO＋5H2C2O4＋6H＋===2Mn2＋＋10CO2↑＋8H2O。(　　)
(6)(2017·高考天津卷)將固體加熱至恒重可除去NaHCO3固體中的Na2CO3。(　　)
(7)12C、13C、14C是碳的三種同素異形體。(　　)
(8)金剛石和石墨由相同的元素組成，因此它們具有相同的性質(zhì)。(　　)
(9)石墨轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)屬于氧化還原反應(yīng)。(　　)
(10)向Ca(ClO)2溶液中通入CO2氣體，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失。(　　)
(11)向CaCl2溶液中通入CO2，無明顯現(xiàn)象，若先通入NH3再通入CO2，溶液會變渾濁。(　　)
(12)向飽和NaCl的氨水溶液中通入過量CO2氣體，有晶體析出。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)√　(11)√　(12)√

演練一　碳及其化合物的性質(zhì)及對環(huán)境的影響
1．化學(xué)與社會、科學(xué)、技術(shù)、環(huán)境密切相關(guān)。下列說法不正確的是(　　)
A．T-碳是一種新型三維碳結(jié)構(gòu)晶體，與C60互為同素異形體
B．推廣利用CO2合成聚碳酸酯可降解塑料符合低碳經(jīng)濟(jì)理念
C．將金屬鈦、鋁混合后在空氣中熔化可制得強(qiáng)度較大的鈦鋁合金材料
D．為汽車安裝尾氣催化轉(zhuǎn)化裝置，可將尾氣中的部分CO和NO轉(zhuǎn)化為無毒氣體
解析：選C。B項(xiàng)，利用CO2合成聚碳酸酯類可降解塑料，實(shí)現(xiàn)“碳”的循環(huán)利用，減少二氧化碳的排放，故B正確；C項(xiàng)，在空氣中加熱熔化，金屬易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，所以不能直接在空氣中制備鈦鋁合金，故C錯(cuò)誤。
2．用四種溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，下表中溶液與操作及現(xiàn)象對應(yīng)關(guān)系錯(cuò)誤的是(　　)

選項(xiàng)
溶液
操作及現(xiàn)象
A
飽和Na2CO3
溶液　　　
通入CO2，溶液變渾濁
B
Na2SiO3溶液
通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失
C
Ca(ClO)2溶液
通入CO2，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，紅色褪去
D
澄清石灰水
通入CO2，溶液變渾濁，繼續(xù)通入CO2至過量，渾濁消失，再加入足量NaOH溶液，又變渾濁
解析：選B。A項(xiàng)，由于Na2CO3的溶解度大于NaHCO3的溶解度，在飽和Na2CO3溶液中發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓，因而會析出NaHCO3晶體；B項(xiàng)，發(fā)生反應(yīng)：CO2＋Na2SiO3＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓，CO2＋Na2CO3＋H2O===2NaHCO3，H2SiO3與CO2不反應(yīng)，渾濁不會消失；C項(xiàng)，發(fā)生反應(yīng)：CO2＋Ca(ClO)2＋H2O===CaCO3↓＋2HClO，溶液變渾濁，再加入品紅溶液，品紅被HClO氧化而褪色；D項(xiàng)，首先發(fā)生反應(yīng)：CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O，繼續(xù)通入CO2至過量，生成可溶于水的Ca(HCO3)2，再加入足量的NaOH溶液，發(fā)生反應(yīng)：2NaOH＋Ca(HCO3)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O，溶液又變渾濁。
3．碳和碳的氧化物是生活中的常見物質(zhì)，回答下列問題：
(1)下列有關(guān)說法正確的是________(填字母)。
a．利用二氧化碳制造全降解塑料，可以減緩二氧化碳對環(huán)境的影響
b．金剛石、石墨、C60的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)卻有很大差異
c．木炭、一氧化碳在一定條件下都能還原氧化銅
d．大氣中二氧化碳的消耗途徑主要是綠色植物的光合作用
(2)吸煙對人體有害，燃著的香煙產(chǎn)生的煙氣中含有一種能與血液中的血紅蛋白結(jié)合的有毒氣體，它是________(填化學(xué)式)。
(3)影視舞臺上經(jīng)常看到云霧繚繞，使人如入仙境的景象，產(chǎn)生這一景象可用的物質(zhì)是________(填物質(zhì)名稱)。
(4)為減少二氧化碳對環(huán)境的影響，可將二氧化碳與氫氣在300℃、200kPa、催化劑的條件下，反應(yīng)生成一種清潔燃料甲醇(CH3OH)和水，其反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________。
答案：(1)abcd　(2)CO　(3)干冰　(4)CO2＋3H2CH3OH＋H2O
演練二　CO2通入堿溶液中反應(yīng)產(chǎn)物的定量分析
4．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將3.36LCO2氣體通入200mL1.00mol·L－1NaOH溶液中，充分反應(yīng)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)＝＝0.15mol，
n(NaOH)＝0.2L×1.00mol·L－1＝0.20mol，
由于1

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