2020版新一线高考化学（鲁科版）一轮复习教学案：第1部分第3章第1节碳的多样性



第1节　碳的多样性
考纲定位
核心素养
1.了解碳元素单质及其重要化合物的制备方法，掌握其主要性质及其应用。
2.了解常见碳元素单质及其重要化合物对环境的影响。
1.宏观辨识——认识碳及其化合物的性质和应用。
2.微观探析——能从碳单质的结构理解碳单质的多样性，从碳原子结构理解其性质。
3.科学探究——科学领悟Na2CO3、NaHCO3的性质探究方案，并设计实验探究方案。
4.社会责任——了解CO2对环境的影响，养成简约适度，绿色低碳的生活习惯。
考点一| 碳单质及其氧化物

1．多种多样的碳单质
(1)同素异形体：由同一种元素组成的性质不同的几种单质，互称同素异形体。
(2)碳的三种常见同素异形体

碳的同素异形体的物理性质及用途。

(3)碳的化学性质

2．碳的氧化物
(1)一氧化碳
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水，有毒。
②化学性质
a．可燃性：2CO＋O22CO2；
b．还原性：与Fe2O3反应Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
(2)二氧化碳
①物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，可溶于水。
②化学性质


③实验室制取原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O。
④用途：化工原料、灭火剂。干冰用作制冷剂、人工降雨。

1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)金刚石和石墨互为同位素。(　　)
(2)用活性炭除去冰箱异味，没有发生化学变化。(　　)
(3)通过水除去CO中的CO2。(　　)
(4)通过灼热CuO除去H2中的CO。(　　)
(5)使澄清石灰水变浑浊的氧化物一定为CO2。(　　)
(6)将CO2通入NaOH溶液中，一定得到Na2CO3。(　　)
(7)用CO2鉴别Na[Al(OH)4]溶液和CH3COONa溶液。(　　)
(8)实验室中可用石灰石和稀硫酸反应制备CO2气体。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)√　(8)×
2．写出除去下列气体中混有的杂质(括号内为杂质)可采取的方法。
(1)CO(CO2)：____________________________________________。
(2)CO2(CO)：____________________________________________。
(3)CO2(O2)：_____________________________________________。
(4)CO2(SO2)：____________________________________________。
(5)CO2(HCl)：____________________________________________。
答案：(1)通过盛有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶　(2)通过盛放灼热CuO的硬质玻璃管　(3)通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管　(4)通过盛有饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4 溶液的洗气瓶　(5)通过盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶

考法1　碳及其氧化物的性质及实验探究
1．用四种溶液分别进行实验，表中“操作及现象”与“溶液”对应关系错误的是(　　)
选项
操作及现象
溶液
A
通入CO2，溶液不变浑浊
BaCl2溶液
B
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失
Na2SiO3
溶液
C
通入CO2，溶液变浑浊，再加入品红溶液，红色退去
Ca(ClO)2
溶液
D
通入CO2，溶液变浑浊，继续通CO2至过量，浑浊消失，再加入足量的NaOH溶液，又变浑浊
Ca(OH)2
溶液
B　[CO2通入Na2SiO3溶液中，先生成沉淀H2SiO3，继续通CO2，H2SiO3不反应，不溶解。]
2．(2019·信阳模拟)为检验二氧化碳气体中是否混有一氧化碳，某课外兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置：

根据装置回答问题：
(1)A装置的作用是________________________________________。
(2)实验后通过________处理尾气，发生反应的化学方程式为____________________________________________________________。
(3)若实验时观察到_________________________________________
________________________________________________________，
则证明原气体中一定含有一氧化碳。
解析：(1)除去混合气体中的CO2时，可先将混合气体通入盛有浓NaOH溶液的洗气瓶中，故A装置的作用是吸收CO2，以排除对后续实验的干扰。
(2)CO有毒，故将CO点燃生成CO2才能排放到空气中。
(3)CO还原CuO使黑色粉末变成红色，反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊，故可利用这些现象来证明原气体中一定含有CO。
答案：(1)吸收CO2
(2)点燃　2CO＋O22CO2
(3)B中无明显现象，装置C中黑色粉末变成光亮的红色，D中澄清石灰水变浑浊
[思维建模]　检验CO2中CO是否存在的思维模板

各装置的作用是：
A——除去混合气体中的CO2气体
B——检验混合气体中CO2是否除尽
C——CO还原CuO：CO＋CuOCu＋CO2
D——验证CO的氧化产物CO2
E——除去尾气中的CO2气体
F——除去尾气中的CO气体，防止污染环境
确定混合气体中含有CO气体的实验现象是：
C中的物质由黑色变成光亮的红色，B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊。
考法2　CO2与碱反应的产物判断
3．在标准状况下，将4.48 L CO2通入100 mL 3 mol·L－1的NaOH溶液中，溶液中的溶质为________，其物质的量之比为________。
解析：n(CO2)＝0.2 mol，n(NaOH)＝0.3 mol，n(CO2)∶n(NaOH)＝2∶3，可发生反应
2CO2＋3NaOH===Na2CO3＋NaHCO3＋H2O
答案：Na2CO3、NaHCO3　1∶1
4．往100 mL NaOH溶液中通入CO2，充分反应后，在减压和较低温度下，小心将溶液蒸干，得白色固体M。通入CO2的体积V(CO2)/mL(标准状况下，下同)与M的质量W/g的关系如图所示。

(1)A点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。
(2)C点时，白色固体M的化学式为________，通入CO2的体积为________mL。
(3)推算B点时M的组成____________(用化学式表示)及通入CO2气体的体积为________mL。
解析：首先NaOH转化为Na2CO3，继续通CO2又转化为NaHCO3，结合图形得出：A点M为Na2CO3，V(CO2)＝1 120 mL；C点M为NaHCO3，V(CO2)＝2 240 mL；B点为Na2CO3和NaHCO3的混合物，由守恒法求出V(CO2)＝1 792 mL。
答案：(1)Na2CO3　1 120　(2)NaHCO3　2 240
(3)Na2CO3和NaHCO3　1 792
[思维建模]　数轴法判断CO2与强碱(OH－)反应的产物
当n(OH－)∶n(CO2)的值不同时产物如下：

考点二| 钠的碳酸盐——碳酸钠和碳酸氢钠

1．Na2CO3与NaHCO3的物理性质比较
名称
碳酸钠
碳酸氢钠
化学式
Na2CO3
NaHCO3
俗名
纯碱或苏打
小苏打
颜色、状态
白色粉末
细小白色晶体
水溶性
易溶于水
水中易溶，比Na2CO3的溶解度小
提醒：因NaHCO3的溶解度较小，将CO2通入饱和Na2CO3溶液时，开始无明显现象，后有沉淀析出。
2．Na2CO3与NaHCO3的化学性质比较
(1)热稳定性
①Na2CO3性质稳定，受热难分解。
②NaHCO3性质不稳定，受热易分解，化学方程式为
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。
(2)与酸(足量盐酸)反应(填写化学方程式)
①Na2CO3：Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O。
②NaHCO3：NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O。
(3)与碱液反应(将下列化学方程式补充完整)
①与NaOH溶液
②与石灰水(足量)

(4)与盐(如CaCl2)溶液反应(写出离子方程式)
①Na2CO3：CO＋Ca2＋===CaCO3↓；
②NaHCO3：与CaCl2不反应。
3．Na2CO3与NaHCO3的相互转化
Na2CO3NaHCO3
[深度归纳]　(1)Na2CO3和NaHCO3的鉴别方法

(2)侯氏制碱的原理
把二氧化碳通入氨的氯化钠饱和溶液中，使溶解度较小的碳酸氢钠从溶液中析出；过滤得到碳酸氢钠晶体，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠。其化学方程式为
①NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
②2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)向饱和Na2CO3溶液中通入CO2，有晶体析出。(　　)
(2)Na2CO3·10H2O在干燥的空气中可风化变成Na2CO3粉末。(　　)
(3)NaHCO3与Na2CO3溶液可用Ba(OH)2溶液鉴别。(　　)
(4)用热的烧碱溶液洗去油污，因为Na2CO3可直接与油污反应。(　　)
(5)NaHCO3溶液中加少量Ba(OH)2溶液：HCO＋Ba2＋＋OH－===BaCO3↓＋H2O。(　　)
(6)用酚酞溶液可鉴别饱和食盐水和饱和碳酸钠溶液。(　　)
(7)Na与H2反应可生成NaH，NaH与H2O反应时，NaH作还原剂。
(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√

考法1　Na2CO3与NaHCO3的性质与鉴别
1．(2019·石家庄模拟)下列关于Na2CO3和NaHCO3的比较中，说法不正确的是(　　)
A．NaHCO3固体受热容易分解，而Na2CO3固体受热不容易分解
B．等物质的量的Na2CO3和NaHCO3分别与足量的盐酸反应，前者消耗盐酸的物质的量比后者多
C．向等体积等物质的量浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中分别滴加2滴酚酞溶液，前者颜色比后者深
D．Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式相同
D　[Na2CO3溶液和NaHCO3溶液分别与Ba(OH)2溶液反应的离子方程式不相同，Na2CO3与Ba(OH)2溶液：CO＋Ba2＋===BaCO3↓，NaHCO3与Ba(OH)2溶液反应，当NaHCO3少量时：HCO＋OH－＋
Ba2＋===BaCO3↓＋H2O；当NaHCO3过量时：2HCO＋Ba2＋＋2OH－===BaCO3↓＋CO＋2H2O。]
2．为除去括号内的杂质，所选用的试剂或方法不正确的是(　　)
A．Na2CO3溶液(NaHCO3)，选用适量的NaOH溶液
B．NaHCO3溶液(Na2CO3)，应通入过量的CO2气体
C．Na2O2粉末(Na2O)，将混合物在氧气中加热
D．Na2CO3溶液(Na2SO4)，加入适量Ba(OH)2溶液，过滤
D　[Ba(OH)2与Na2CO3和Na2SO4均发生化学反应生成白色沉淀，不符合除杂的要求。]
考法2　测定纯碱纯度的实验探究
3．制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。
(1)方案一：用下图所示方法和步骤进行实验：

①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。
②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为________。
(2)方案二：利用下图所示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：

a．按图连接装置，并检查气密性；
b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4 g；
c．准确称得6.0 g纯碱样品放入容器Ⅱ中；
d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；
e．打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6 g。
①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。
②装置A中试剂X应选用________。
③E装置的作用是________________________________________。
④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品Na2CO3的质量分数为________(结果保留小数点后一位)。
解析：(1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②经过计算，样品中Na2CO3质量分数的计算式为×100%。
(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6 g－83.4 g＝2.2 g，设消耗碳酸钠的质量为x，
Na2CO3～CO2
106　　　44
x　　 　2.2 g
解得x＝5.3 g
纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝×100%≈88.3%。
答案：(1)①过滤　称量
②×100%
(2)①偏小　②NaOH溶液　③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中　④88.3%
[思维建模]　测定纯碱纯度的两种常用方法
气体法
发生反应Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑，依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的纯度
沉淀法
发生反应Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl，依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的纯度
专项突破(8)　Na2CO3、NaHCO3的定量计算与图像分析
1．Na2CO3、NaHCO3与酸反应的定量比较
(1)速率：相同条件下，NaHCO3与盐酸反应放出CO2的速率比Na2CO3与盐酸反应快。
(2)耗酸量：等质量或等物质的量的Na2CO3与NaHCO3均为前者耗酸量多。
(3)CO2生成量比较：
①等物质的量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应，产生CO2的量相等。
②等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的盐酸反应，NaHCO3产生的CO2多。
③等物质的量的HCl与足量的Na2CO3、NaHCO3分别反应，NaHCO3产生的CO2多。
2．Na2CO3、NaHCO3、NaOH及其混合物与盐酸反应的图像分析
向某溶液(Na2CO3或NaHCO3或NaOH)中逐滴加入盐酸，消耗HCl的物质的量与产生CO2的物质的量的关系如图所示：

(1)若OA＝0，则溶液中所含溶液为NaHCO3，涉及反应的离子方程式为HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；
(2)若OA＝AB，则溶液中溶质为Na2CO3，涉及的离子反应为OA：CO＋
H＋===HCO，AB：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O；
(3)若OA＜AB，则溶液中溶质为Na2CO3和NaHCO3，涉及的离子反应同(2)；
(4)若OA＞AB，则溶液中溶质为NaOH、Na2CO3，涉及的离子反应为OA：OH－＋H＋===H2O，CO＋H＋===HCO，AB：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。
[典例导航]
(2019·岳阳模拟)向NaOH和Na2CO3混合溶液中滴加0.1 mol·L－1稀盐酸，CO2的生成量与加入盐酸的体积(V)的关系如图所示。下列判断正确的是(　　)

A．在0～a范围内，只发生中和反应
B．ab段发生反应的离子方程式为CO＋2H＋===CO2↑＋H2O
C．a＝0.3
D．原混合溶液中NaOH与Na2CO3的物质的量之比为1∶2
[思路点拨]　H＋与OH－、CO、HCO的先后顺序为OH－＞CO＞HCO
⇒
⇒
C　[在0～a范围内，先发生中和反应，后发生CO与H＋生成HCO的反应，A错误；ab段发生反应的离子方程式为HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，B错误；因为a～0.4范围内发生的反应是H＋＋HCO===CO2↑＋H2O，n(CO2)＝0.01 mol，n(H＋)＝n(CO2)＝0.01 mol，所以a＝0.3，C正确；由碳元素守恒可知溶液中n(CO)＝n(CO2)＝0.01 mol，在0～a范围内，生成0.01 mol HCO消耗盐酸0.1 L，与NaOH反应消耗盐酸0.2 L，n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝2∶1，D错误。]

1．(2019·淮北模拟)有关NaHCO3和Na2CO3的性质，下列叙述错误的是(　　)
A．等质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，在相同条件下Na2CO3产生的CO2体积小
B．等物质的量的两种盐与同浓度盐酸完全反应，所消耗盐酸的体积Na2CO3是NaHCO3的2倍
C．1 mol Na2CO3和NaHCO3的混合物与足量稀硫酸充分反应，生成的CO2为1 mol
D．向200 mL 0.1 mol·L－1 Na2CO3溶液中逐滴加入200 Ml
0.1 mol·L－1的稀盐酸并不断振荡，生成的CO2为0.01 mol
D　[D项，反应原理为CO＋H＋===HCO，HCO＋H＋===CO2↑＋H2O，故不会生成CO2。]
2．向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体，充分反应后，再向所得溶液中逐滴加入0.2 mol·L－1 的盐酸，产生CO2的体积与所加盐酸体积之间关系如图所示。

下列判断正确的是(　　)
A．原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1
B．在标准状况下通入CO2的体积为448 mL
C．所得溶液的溶质成分的物质的量之比为
n(NaOH)∶n(Na2CO3)＝1∶3
D．所得溶液的溶质成分的物质的量之比为
n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝1∶1
A　[当向100 mL NaOH溶液中通入一定量的CO2气体时，反应有两种可能情况：2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O或NaOH＋CO2===NaHCO3，再加入盐酸100 mL时，无论溶液中溶质是NaOH、NaHCO3还是Na2CO3，最终都会生成NaCl，因n(Na＋)＝n(Cl－)，所以n(NaOH)＝n(HCl)＝0.02 mol，NaOH和盐酸的体积相同，那么浓度也相同，即原NaOH溶液的浓度为0.2 mol·L－1，A项正确；盐酸由25 mL滴至100 mL时，发生的反应为NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O，消耗盐酸0.015 mol，生成CO2 0.015 mol，即在标准状况下通入CO2的体积为336 mL，B项错误；设所得溶液中的Na2CO3为x mol，NaHCO3为y mol，根据原子守恒：2x mol＋y mol＝0.02 mol，x mol＋y mol＝0.015 mol，解得x＝0.005，y＝0.01，所得溶液的溶质成分的物质的量之比为n(NaHCO3)∶n(Na2CO3)＝2∶1，C、D项错误。]
课堂反馈　真题体验
[一题串知，落实考法]
(2015·全国卷Ⅰ，T26改编)草酸(乙二酸)存在于自然界的植物中，其K1＝5.4×10－2，K2＝5.4×10－5。草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水。草酸晶体(H2C2O4·2H2O)无色，熔点为101 ℃，易溶于水，受热脱水、升华，170 ℃以上分解。

回答下列问题：
(1)甲组同学按照如图所示的装置，通过实验检验草酸晶体的分解产物。装置C中可观察到的现象是__________________________________
____________________________________________________________，
反应的离子方程式为______________________________________，
说明分解产物中含有__________。装置B的主要作用是
________________________________________________________
_______________________________________________________。
[考查CO2的检验和主要性质]
(2)乙组同学认为草酸晶体分解产物中还有CO，为进行验证，选用甲组实验中的装置A、B和下图所示的部分装置(可以重复选用)进行实验。


①乙组同学的实验装置中，依次连接的合理顺序为A、B、__________ ______。装置H反应管中盛有的物质是________。
②能证明草酸晶体分解产物中有CO的现象是________________
________________________________________________________。
[考查CO的检验与性质]
(3)若上图中的装置C中的澄清石灰水改为水玻璃，则装置C中的现象是______________________________________________________，
反应的离子方程式为____________________________________，
此现象说明H2SiO3比H2CO3的酸性________。
[考查H2CO3和H2SiO3的酸性强弱]
(4)若把上图中装置C中的澄清石灰水改为饱和Na2CO3溶液，则装置C中的现象是______________________________________________，
反应的离子方程式为______________________________________。
[考查Na2CO3的性质]
答案：(1)有气泡逸出、澄清石灰水变浑浊
CO2＋Ca2＋＋2OH－===CaCO3↓＋H2O　CO2　冷凝(水蒸气、草酸等)，防止草酸进入装置C反应生成沉淀，干扰CO2的检验
(2)①F、D、G、H、D、I　CuO　②H中黑色粉末变为红色，其前的D中澄清石灰水无现象，其后的D中澄清石灰水变浑浊
(3)C中溶液产生白色沉淀或变浑浊，且有气泡逸出
CO2＋SiO＋H2O===H2SiO3↓＋CO　弱
(4)白色沉淀或变浑浊，有气泡逸出
2Na＋＋CO＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓
[真题体验，感悟考向]
1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)(2018·全国卷Ⅲ)泡沫灭火器可用于一般的起火，也适用于电器起火。
(　　)
(2)(2018·全国卷Ⅱ)碳酸钠可用于去除餐具的油污。(　　)
(3)(2018·全国卷Ⅱ)碳酸钡可用于胃肠X射线造影检查。(　　)
(4)(2017·全国卷Ⅱ)用乙酸浸泡水壶中的水垢，可将其清除，说明乙酸的酸性小于碳酸的酸性。(　　)
(5)(2017·全国卷Ⅲ)燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
2．(2016·全国卷Ⅱ，T7)下列有关燃料的说法错误的是(　　)
A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一
B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染
C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染
D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一
B　[A项中，燃料燃烧产生的CO2是造成温室效应的主要气体之一，正确；B项中，化石燃料完全燃烧时产生的气体有CO2、SO2等，会造成大气污染，错误；C项中，液化石油气的主要成分是丙烷等含碳原子数目较少的烃，燃油的主要成分是含碳原子数目较多的烃，液化石油气燃烧更充分，可减少大气污染，正确；D项中，燃料不完全燃烧产生的CO是造成大气污染的主要污染物之一。]
3．(2018·全国卷Ⅱ，T28节选)某小组为探究K3[Fe(C2O4)3]·3H2O(三草酸合铁酸钾)的热分解产物，按如图所示装置进行实验。

(1)通入氮气的目的是______________________________________。
(2)实验中观察到装置B、F中澄清石灰水均变浑浊，装置E中固体变为红色，由此判断热分解产物中一定含有________、________。
(3)为防止倒吸，停止实验时应进行的操作是____________________
_______________________________________________________。
答案：(1)隔绝空气、使反应产生的气体全部进入后续装置
(2)CO2　CO
(3)先熄灭装置A、E的酒精灯，冷却后停止通入氮气