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专题 03 碳和碳的氧化物
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知识01 碳单质的性质 方法01 二氧化碳的实验室制取
知识02 二氧化碳的性质和用途 方法02 气体制取的一般思路
知识03 一氧化碳的性质 方法03 气体的鉴别和除杂
知识 01 碳单质的性质
一、常见碳的单质
1.碳单质的物理性质比较
石墨C 金刚石C C
60
碳单质
碳原子构成 碳原子构成 C 60 分子构成
微观结构
深灰色的有金属光泽不透明的细 无色透明的、正八面体
鳞片状固体，耐高温，质地较 形状的固体。天然存在
物理性质
软，有滑腻感，有良好的导电 的最硬的物质。
性。
作电极或电刷、石墨炸弹、制铅 制装饰品(钻石)、制钻 用于超导、催化、
用途 笔芯、做坩埚，作机械高温润滑 头、切割大理石、玻璃 材料科学等领域
剂
金刚石和石墨物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同
性质差异
2.无定形碳
①木 炭：有疏松多孔结构，具有吸附性，用于除去食品和工业产品里的色素，
作冰箱去味剂等。
②活性炭：活性炭的吸附性比木炭强。用于防毒面具滤毒罐中过滤毒气，
制糖工业中白糖脱色，用于净水器、冰箱除味剂，环保活性炭包等。
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③焦 炭：用于冶炼金属。
④炭 黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。
二、碳单质的化学性质
1.常温下化学性质不活泼
2.可燃性（作燃料）
氧气充足，碳完全燃烧 氧气不足，碳不完全燃烧
反应物
点燃 点燃
C + O CO 2C + O 2CO
2 2 2
质量比 3 ： 8 3 ： 4
反应物相同时，若反应物的用量不同，则生成物不同
结论
3.还原性
** 错误的表达式 **火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
实验 ** 错误的表达式 **实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸
注意 裂热的试管。
事项 ** 错误的表达式 **待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又
被氧化。
实验装置及现象结论
** 错误的表达式 **黑色粉末逐渐变成光亮的红
色；
** 错误的表达式 **澄清石灰水变浑浊。
结论：生成了红色的铜和二氧化碳
化学方程式C + 2CuO 2Cu+CO ↑
2
三、氧化还原反应
1.分析
CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应
C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应
2.碳与二氧化碳反应：C + CO 2CO（吸热反应）
2
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【例1】（2023·湖北武汉·统考中考真题）石墨、活性炭和木炭在生产生活中有着广泛的应用。
回答下列问题：
（1）石墨的用途可以是______。
A．用于制铅笔芯B．用作电极 C．用于切割大理石
（2）活性炭作冰箱除味剂，是利用其 （填“物理”或“化学”）性质。
（3）木炭可用作燃料。木炭完全燃烧的化学方程式为 。
【答案】（1）AB
（2）物理
（3）
【详解】（1）A、石墨具有滑腻感，且为深灰色，可用于制铅笔芯，故选项正确；
B、石墨具有导电性，可用作电极，故选项正确；
C、石墨很软，不能用于切割大理石，故选项错误；
故选：AB；
（2）活性炭作冰箱除味剂，不需要通过化学变化表现出来，是利用其物理性质；
（3）碳和氧气在点燃条件下生成二氧化碳，反应的化学方程式为： 。
知识 02 二氧化碳的性质和用途
一、物理性质：无色，无味的气体，密度比空气大，能溶于水。
二、化学性质
1.证明二氧化碳的密度大于空气且不燃烧也不支持燃烧
实 验 现 象
将水倒入装满CO2的软塑料瓶，旋紧瓶
将CO2倒入装有高、低燃着蜡 塞，振荡，软塑料瓶变瘪。
烛的烧杯中，下面的蜡烛比上
分析：二氧化碳溶于水使瓶内气压变小，
面的先熄灭。
大气压使瓶子变瘪。
化学性质：①二氧化碳不能燃烧； 物理性质：二氧化碳能溶于水
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②二氧化碳不支持燃烧；
物理性质：密度比空气的大。
2.证明二氧化碳与水反应（资料：紫色石蕊试液遇酸性溶液变红）
实验
** 错误的表达 ** 错误的表 ** 错误的表达 ** 错误的表达式
** 错误的表达式
操作
式 **干燥的石 达式 **把干 式 **把用水湿 **取出实验** 错误
**干燥的石蕊小
蕊 燥的小花放进 润的石蕊小花放 的表达式 **中小花
花上喷水
小花上喷稀醋酸 CO2气体中 入CO2气体 用吹风机烘干
现象 变红 不变红 不变红 变红 红色变为紫色
二氧化碳与水反
稀醋酸能使石蕊 水不能使石蕊变 二氧化碳不能
分析 应生成酸性物质 碳酸不稳定分解
变红 红 使石蕊变红
使石蕊变红
碳酸分解生成
CO 不显酸性，CO 与水反应生成了酸性物质使紫色石蕊试液变成红色
2 2
结论 二氧化碳和水
化学方程式：CO+H O=HCO
2 2 2 3
HCO=H O+CO↑
2 3 2 2
3.证明二氧化碳与澄清石灰水反应
操作：将二氧化碳通入澄清石灰水；现象：澄清石灰水变浑浊：
化学反应方程式：CO +Ca(OH) = CaCO ↓+H O（用于检验二氧化碳气体）
2 2 3 2
二、二氧化碳的用途
CO2的用途 依据的性质
** 错误的表达式 **干冰（固体二氧化碳）
作制冷剂，用于食品冷藏、制造舞台雾景、 干冰升华吸热（物理变化）
人工降雨。
①二氧化碳不能燃烧，②不支持燃烧，
** 错误的表达式 **灭火
③密度比空气的大
CO 是光合作用的原料，能促进光合作用
2
** 错误的表达式 **温室肥料（气肥），可
以增大农作物的产量
** 错误的表达式 **制汽水饮料（碳酸饮
CO 能溶于水；且与水反应生成碳酸
2
料）
** 错误的表达式 **化工原料，制纯碱、尿 能与多种物质反应
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素等
【例2】（2023·广东珠海·一模）课外实验：“叶脉书签”(如图)的制作过程是将洗干净的树叶放在一定浓
度的氢氧化钠溶液中煮沸，再加以处理，除去表皮和叶肉，只余清晰的叶脉，就能得到“叶脉书签”。实
验小组同学对该制作过程及氢氧化钠的性质进行了研究。
I.探究制作“叶脉书签”的最佳条件
【查阅资料】氢氧化钠溶液有腐蚀性。
【进行实验】实验1：相同煮沸时间内，将洗干净的树叶放在不同浓度的氢氧化钠溶液里，处理后叶片变
化如表。
NaOH溶液浓度 1% 5% 10%
留有很多叶
叶片变化 留有较多叶肉 残留很少叶肉
肉
实验2：在10%的氢氧化钠溶液里，将洗干净的树叶进行不同时间的煮沸，处理后叶片变化如表。
煮沸时间 5min 15min 20min
叶片变化 留有较多叶肉 残留很少叶肉 叶片卷起来，叶肉与叶脉不易分离
【解释与结论】
（1）实验1的实验目的是 。
（2）实验小组同学选择了10%的氢氧化钠溶液制作“叶脉书签”，原因是 。
（3）通过实验2可知，制作“叶脉书签”的最佳煮沸时间是_______(填字母序号)。
A．5min B．15min C．20min
II.探究氢氧化钠的性质
【查阅资料】a.氢氧化钠与氢氧化钙化学性质相似。
b.稀盐酸与碳酸钠(Na CO)反应的化学方程式为：2HCl+Na CO═2NaCl+H O+CO↑。
2 3 2 3 2 2
c.通常状况下，1体积的水约能溶解1体积二氧化碳。
【猜想与假设】
（4）氢氧化钠能与二氧化碳发生反应，其化学方程式为： 。
【进行实验】
实验步骤 实验现象
① 无明显变化
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甲同学发现实验步骤①中无明显变化，产生疑问：两种物质是否发生了化学反应？在老师的帮助下，通过
对比实验步骤②③证明NaOH与二氧化碳发生了反应。
实验步骤 实验现象
② A中有大量气泡产生，B中_______。
③ 无明显变化
【解释与结论】
（5）步骤②中通过B中 的现象，可知稀盐酸加入到步骤①所得溶液中有二氧化碳产生。
（6）实验③的目的是排除 的干扰。
（7）乙同学认为用软塑料瓶也可以验证氢氧化钠与二氧化碳的反应，需要对比的实验装置有_______(填字
母序号)。
A． B． C．
【答案】（1）探究制作“叶脉书签”的最佳氢氧化钠溶液浓度
（2）氢氧化钠溶液浓度为10%时，叶片上残留叶肉很少
（3）B
（4）
（5）澄清石灰水变浑浊
（6）水/H O
2
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（7）AB
【详解】（1）实验1中氢氧化钠溶液的浓度不同，其它因素相同，故目的是：探究制作“叶脉书签”的最
佳氢氧化钠溶液浓度；
（2）实验小组同学选择了10%的氢氧化钠溶液制作“叶脉书签”，是因为氢氧化钠溶液浓度为10%时，
叶片上残留叶肉很少，较适合制成“叶脉书签”；
（3）由实验2可知，在10%的氢氧化钠溶液里，煮沸时间为15min时，残留很少叶肉，比较适合制成“叶
脉书签”，故最佳煮沸时间是15min。
故选B；
（4）氢氧化钠与氢氧化钙化学性质相似，故二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，该反应的化学方
程式为： ；
（5）二氧化碳能与氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，故步骤②中通过B中澄清石灰水变浑浊的现象，可知
稀盐酸加入到步骤①所得溶液中有二氧化碳产生；
（6）氢氧化钠溶液中含水，水也能与二氧化碳反应，故实验③的目的是排除水的干扰；
（7）氢氧化钠溶液中本身含水，二氧化碳能溶于水，且能与水反应，导致装置内气体减少，压强减小，
导致软塑料瓶变瘪，故要想验证氢氧化钠与二氧化碳的反应，应排除水的干扰，根据控制变量法，除了一
个加入氢氧化钠溶液，一个加入水，其它因素相同，即氢氧化钠溶液和蒸馏水的体积应相同，故需要对比
的实验装置有AB。
知识 03 一氧化碳的性质
一、产生途径（举例）：碳的不完全燃烧2C+O2 2CO。
二、.化学性质：
1.毒性
2.可燃性：2CO+ O 2CO，注意点燃前先检验气体的纯度（验纯）。
2 2
现象：纯净的CO安静的燃烧，产生蓝色火焰，用内壁涂有澄清石灰水的烧杯罩在火焰上方，澄清石灰水
变变浑浊，CO+Ca(OH) = CaCO↓+H O
2 2 3 2
3.还原性
装置及说明 现象及注意事项
A处的现象是：黑色粉末逐渐变成光亮的红色。
CuO+CO Cu+CO
2
B处的现象是：澄清石灰水变浑浊。
Ca(OH) + CO = CaCO↓+ H O
2 2 3 2
C处的现象是：气体燃烧，发出蓝色火焰。
2CO+ O 2CO
2 2
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（1）澄清石灰水的目的是检验二氧化碳的 【注意】
生成 ** 错误的表达式 **先通一氧化碳后加热的原因
（2）右侧酒精灯的作用是点燃尾气，防止 是：排出装置内的空气，防止加热一氧化碳与空气
污染空气 的混合气体发生爆炸。
其它尾气处理的方法 ** 错误的表达式 **实验结束后先停止加热继续通
** 错误的表达式 **用气球收集 ** 错误的 入CO至玻璃管冷却的原因是防止热的铜遇到空气又
表达式 **用排水法收集 被氧化。
★CO和CO 的化学性质有很大差异的原因是：分子的构成不同。
2
【例3】木炭或燃气在氧气不足的情况下燃烧，容易产生CO气体，下列关于CO气体的叙述不正确的是（
）
A．CO气体可以用作燃料
B．在相对密闭的环境里，CO气体容易使人发生中毒
C．将CO和O 的混合气体通入NaOH溶液中，会生成NaCO 和HO
2 2 3 2
D．高温下，CO气体可与Fe O 等含铁氧化物反应生成Fe和CO
2 3 2
【答案】C
【分析】根据一氧化碳的物理性质（无色、无味、难溶于水等），化学性质（具有毒性、可燃性、还原性
等）进行分析解答。
【详解】A、CO具有可燃性，CO和O 反应生成CO，放出热量，所以CO气体可以用作燃料，此选项说
2 2
法正确，不符合题意；
B、CO能和人体内的血红蛋白结合，导致人体内缺氧，使人中毒，此选项说法正确，不符合题意；
C、CO和O 都难溶于水，所以将CO和O 的混合气体通入NaOH溶液中不会发生反应，此选项说法错误，
2 2
符合题意；
D、CO具有还原性，在高温的条件下，CO能把Fe O 里面的铁还原出来，生成Fe和CO，此选项说法正
2 3 2
确，不符合题意；
故选：C。
方法 1 二氧化碳的实验室制取
一、工业制二氧化碳
煅烧石灰石：CaCO CaO+CO ↑。
3 2
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二、实验室制二氧化碳
（1）药品：块状石灰石（或大理石）和稀盐酸（均为混合物）
（2）反应原理：CaCO +2HCl===CaCl +H O+CO ↑
3 2 2 2
（3）检验方法：
将制得的气体通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊 ， 则证明是二氧化碳。
（4）验满方法：
用燃着的木条，放在集气瓶口，木条熄灭，证明二氧化碳气体已经收集满。
【例4】（江苏淮安·校考一模）课外小组同学利用下图所示装置制取二氧化碳，并对其性质进行研究。
友情提示：使用分液漏斗时，可通过开启、关闭活塞控制液体的流入，同时防止装置漏气。
（1）若打开止水夹K，关闭止水夹K，从长颈漏斗向装置C中加入足量的稀盐酸，C中发生反应的化学
1 2
方程式为： 。通过分析A中的现象可证明CO 具有的性质是 。B中盛放的试剂是 。
2
（2）若打开止水夹K、K，关闭K、K，从长颈漏斗向装置C中加入足量的稀盐酸，当观察到 现
2 4 1 3
象时，证明E中CO 已集满．关闭止水夹K、K，打开K，从分液漏斗向E中加入适量的氢氧化钠溶液．
2 2 4 3
该实验中，能证明CO 与NaOH确实发生了化学反应的现象是 。二氧化碳与氢氧化钠反应的化学方
2
程式为： 。
【答案】 CaCO +2HCl═CaCl +H O+CO↑ 二氧化碳能与水反应 浓硫酸 F中石灰水变浑
3 2 2 2
浊 E中有气泡冒出 CO+2NaOH=Na CO+H O
2 2 3 2
【详解】（1）石灰石的主要成分是碳酸钙，和盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，方程式是
CaCO +2HCl═CaCl +H O+CO↑；二氧化碳能与水反应生成碳酸，碳酸可使石蕊变红，则A中会观察到湿
3 2 2 2
润的湿润试纸变红，而干燥的试纸不变色，从而说明二氧化碳能与水反应；要证明二氧化碳和水反应，A
中用的是一半湿润一半干燥的石蕊小花进行对比，则进入的二氧化碳应是干燥的，避免水蒸气的干扰，所
以B中应放浓硫酸对气体加以干燥；
（2）二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，E装置是用向上排空气法收集，所以若F中澄清的石灰水变浑浊，
说明E中二氧化碳已收集满；关闭止水夹K、K，打开K，随着二氧化碳的增多，则D中的稀盐酸会进
2 4 3
入E装置，二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠，而碳酸钠和盐酸反应生成二氧化碳，与氢氧化钠反应生
成氯化钠和水，所以从分液漏斗向E中加入适量的氢氧化钠溶液，若观察到气泡冒出，则说明二氧化碳和
氢氧化钠确实发生了反应生成碳酸钠。
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方法 2 气体制取的一般思路
一、发生装置
1.选择依据：反应物的状态（固、液、气）；反应条件（是否加热）。
固固加热型 固液常温型
长颈漏斗可随时 注射器可控制加
分液漏斗可控制加
试管口略 适合制取 适合制取 添加液体药品， 入液体的速率，
入液体的速率，从
向下倾斜 少量气体 大量气体 注意下端管口液 从而控制反应速
而控制反应速率
封 率
2.改进装置
块状大理石和稀盐酸制二氧化碳的装置改进，可实现固液的分离和接触，从而控制反应的开始和停止
开始：打开弹簧夹，液体从长颈漏 开始：打开弹簧
开始：打开 开始：将布袋 开始：将试管
斗流下，淹没过石灰石，反应开 夹，液体淹没固
弹簧夹 子浸入溶液中 浸入液体中
始； 体
停止：夹紧弹簧夹，液体由于气体
停止：关闭弹簧
压强回流回长颈漏斗，液体液面低 停止： 停止：提起布 停止：提起试
夹，液体压入左
于 关闭弹簧夹 袋子离开液面 管离开液面
侧
隔板固液分离，反应停止
二、收集装置
选择依据：气体的溶解性；气体的密度。
排水集气法 向上排空气法 向下排空气法
适合气体溶解度小 适合密度比空气大 适合密度比空气小
不与水反应的气体 不与空气反应的气体 不与空气反应的气体
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注意事项：导管口出现连续均匀 注意事项：导管伸入集气瓶
注意事项：导管伸入集气瓶底
的气泡时开始收集；集气瓶口有 底部，以保证排尽集气瓶中
部，以保证排尽集气瓶中空气
大量气泡往外冒时气体收集满 空气。
①所有气体从短管进
②V =V
排出的水 气体
为防止气体溶解在水中，水面放 气体进入集气瓶后出现在装 气体进入集气瓶后出现在装置
一层植物油隔绝二者；集气瓶上 置下端，气体的验满在另一 上端，气体的验满在另一侧出
端若有空气，不影响收集的气体 侧出气口 气口
的体积数据，但是要影响气体的
纯度
【例5】已知：相同条件下，氨气（NH ）的密度比空气小，极易溶于水，其水溶液称为氨水，氨气有刺
3
激性气味，不能排放到空气中。某同学对其制备与性质进行了如下探究：
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氨气制取：固体NH Cl与足量消石灰固体混合加热可以制取氨气。
4
（1）选择的发生装置是 ，收集装置是 （选填大写字母）。
（2）结合选择的装置完成氨气的制取、收集并吸收氨气制取氨水，按气流顺序各装置的接口从左到右依
次为 （用小写字母a、b、c、d表示）。
（3）充分反应后冷却，将残余固体转移到烧杯中，加水溶解，还需要的玻璃仪器是 。
【答案】 C E acbd 玻璃棒
【详解】（1）氯化铵和氢氧化钙混合加热反应生成氯化钙、水和氨气，用氯化铵和氢氧化钙反应制取氨
气，选择固体加热型装置，由于有水的生成，所以试管口应略向下倾斜，防止冷凝水回流至热的试管底部
使试管炸裂；相同条件下，氨气的密度比空气小，极易溶于水，收集氨气选择向下排空气法，选择多功能
瓶收集，应从短导管通入，故填：C，E。
（2）氨气的制取装置选择C、收集装置选择E，由于氨气的密度比空气小，气体从短导管通入，吸收氨气
制取氨水选择G，按气流顺序各装置的接口从左到右依次为acbd；故填：acbd。
（3）溶解过程中，为加速溶解，需要用玻璃棒不断搅拌，故填：玻璃棒。
【点睛】本题考查的是气体的发生和收集装置的选择和连接，发生装置的选择根据反应物的状态和反应条
件，收集装置的选择根据气体的溶解性和密度，特别是选择多功能瓶收集时，注意密度大的气体从长导管
通入，密度小的气体从短导管通入。
方法 3 气体的 鉴别和除杂
一、鉴别：二氧化碳和一氧化碳
鉴别方法 现象及结论
通入澄清石灰水 能使澄清石灰水变浑浊的是CO，无明显现象的是CO
2
分别点燃 在空气中能燃烧的是CO，不能燃烧的是CO
2
通入紫色石蕊溶液 能使紫色石蕊溶液变红的是CO，无明显现象的是CO
2
还原金属氧化铜 通入灼热的氧化铜中，使黑色粉末变红的是CO，没有明显现象的是CO
2
二、除杂：括号外为主要物质，括号内为杂质。
CO [CO ] 通入足量的石灰水（或氢氧化钠溶液）吸收
2
CO [CO ] 通过灼热的氧化铜
2
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CaO [CaCO ]只能煅烧（不可加盐酸）
3
三、实验室制取二氧化碳气体除杂和净化
盐酸具有挥发性，故制得的CO 气体中可能混
2
有少量的HCl气体，一般可用饱和碳酸氢钠溶
液除去CO 中的HCl气体。气体经过饱和碳酸
2
氢钠溶液后，会有水蒸气混入，浓硫酸有吸水
性，可用浓硫酸除去水蒸气，进行干燥。
【例6】下列实验操作不能达到实验目的是（ ）
选项 实验目的 实验操作
A 鉴别氧气 带火星的木条，复燃
B 鉴别氢气 点燃，火焰上方罩一干燥烧杯，内壁有水雾
鉴别一氧化
C 通入水中，不溶解
碳
鉴别二氧化
D 通入澄清石灰水，变浑浊
碳
A．A B．B C．C D．D
【答案】C
【详解】A、氧气具有助燃性，用带火星的木条伸入集气瓶中，观察其是否复燃可以鉴别氧气，不符合题
意；
B、氢气燃烧生成水，若点燃后在火焰上方罩一干燥烧杯，出现水雾则可证明产物有水，可以鉴别氢气，
不符合题意；
C、不溶于水的气体有很多，如氮气，氢气等，因此不能鉴别一氧化碳，符合题意；
D、澄清石灰水中含有氢氧化钙，二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，因此可以通过观察澄清石灰
水是否变浑浊来鉴别二氧化碳，不符合题意。
故选C。
14
