逍遥学能 2015-03-14 13:24
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
【培优训练题】
1．（黑龙江初赛）化学上把同种元素组成的不同单质互称为同素导形体,例如白磷和红磷,下列各组物质互为同素异形体的是（ ）
A．CO和CO2 B．金刚石和石墨 C．冰和干冰 D．液氧和氧气
2．（全国复赛）一定量的木炭在盛有氮气和氧气混合气体的密闭容器中燃烧后生成CO和CO2，且测得反应后所得CO、CO2、N2的混合气体中碳元素的质量分数为24％，则其中氮气的质量分数可能为（ ）
A．10％ B．30％ C．50％ D．70％
3．（全国复赛）某同学为了探究木炭还原氧化铜所生成的气体产物是什么，提出了以下猜想：a.可能是二氧化碳；b.可能是一氧化碳。并设计如下图所示装置进行实验，预期的实验现象及结论如下：
① 若澄清的石灰水变浑浊，则气体为二氧化碳；
② 若澄清的石灰水不变浑浊，则气体为一氧化碳。
请你回答：
（1）该同学的猜想是否严谨？若不严谨，请作补充。
。
（2）请你对该实验装置予以评价。 。
【情景创新题】
4．（原创题）《日本工业新闻》报道了一条用炸药和碳粉炸出金刚石的消息，引起了许多人的兴趣，认为这种方法很新鲜。用爆炸法生产金刚石是日本工业技术院化学研究所发明的。因为在炸药爆炸的瞬间，可以产生40万个大气压的超高压和5000℃的超高温。按以往用石墨在2000℃加2万个大气压就能“压”出金刚石的情况，爆炸时产生的超高压和超高温条件应该说完全可以“压”出金刚石。科研人员把装有炸药和碳粉的钢制敞口容器，沉入到一个直径8 、深约5 的混凝土制成的水槽内。这样在爆炸时，其中的碳粉就基本上处于缺氧的条件下（深水中当然也有少量的氧，但微不足道），不会使碳燃烧成二氧化碳或一氧化碳。操作员一按电钮，只听水槽内轰的一声闷响，爆炸就算完成了。然后，将容器里的水取出来静置，让炸出的金刚石自然沉淀。请同学们结合上述材料回答下列有关问题：
（1）下列叙述不属于金刚石用途的是 。
A．用来裁玻璃 B．琢磨成璀璨夺目的钻石
C．润滑剂 D．用作钻探机钻头
（2）日本科研人员用来制金刚石的原料是 （填“碳粉”或“石墨”），所发生的变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。
（3）我们知道单质碳在高温下极易与氧气反应生成CO2或CO，不可能制出金刚石，请根据上述资料说说科研人员是怎样克服这一问题的。 。
（4）中国科学技术大学化学家在440℃和高压下，利用金属钠与二氧化碳作用得到了金刚石和碳酸钠，且金刚石的颗粒有望达到宝石级大小，它将给天然金刚石开采业带来极大挑战。请写出这一反应化学方程式 。
参考答案
1．B 解析：CO和CO2虽然组成元素相同，但它们不是单质；冰和干冰组成元素不同，且均是化合物，不是单质；液氧和氧气虽然是同种元素组成单质，但它们是同一种物质，只是状态不同而已。
2．B 解析：假设混合气体是CO2和N2，则说明24%的碳元素均来自CO2，求得混合气体中二氧化碳的质量分数为：24% ÷ 1244 ×100%=88%，推知氮气的质量分数为12%；假设混合气体是CO和N2，则说明24%的碳元素均来自CO，求得混合气体中二氧化碳的质量分数为：24%÷1228×100%=56%，推知氮气的质量分数为44%。因混合气体是CO、CO2、N2三种物质组成的，故混合气体中氮气质量分数应该在12% ~ 44%之间。
3．（1）不严谨 还可能是二氧化碳和一氧化碳的混合气体
（2）该装置的缺陷是：若产生的气体中有一氧化碳，则会造成空气污染
解析：本题对生成气体只作出两种猜想，遗漏了生成气体还可能是一氧化碳和二氧化碳混合气这一猜想，导致题给装置无法验证CO存在，再有从环保角度思考，该装置对反应产生的有毒的CO气体，没有作燃烧处理，会对环境造成影响。
4．（1）C （2）碳粉 化学 （3）使碳粉在缺氧条件下合成金刚石
（4）4Na+3CO2 =====440℃高压C（金刚石）+2Na2CO3
解析：金刚石最大用途体现在它的硬度大，可用作钻探机钻头和裁玻璃，又因其璀璨夺目常温下性质稳定常用作装饰品钻石；根据资料可知日本科研人员用来制金刚石的原料是碳粉，因碳粉和金刚石的结构（既碳原子排列方式）不同，它们属于两种不同碳单质，因此用碳粉制造金刚石变化属于化学变化。问题（3）科研人员是在缺氧条件将碳粉“炸”成金刚石的，因没有氧气，碳粉无法变成CO或CO2。问题（4）该反应的反应物是钠和二氧化碳，生成物是金刚石（碳）和碳酸钠，并根据化学方程式书写步骤完成书写和配平。
课题2 二氧化碳制取的研究
【培优训练题】
1．（黄冈初赛）已知碳酸氢钙[Ca(HCO3)2 ]易溶于水，受热易分解，分解反应的化学方程式为：Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓+ CO2↑+ H2O。
现要用实验方法证明上述反应的产物。请回答有关问题：
（1）写出分解碳酸氢钙所需的主要仪器名称：___________________________。
（2）在实验中，有人提出必须先检验分解产物碳酸钙，再检验二氧化碳，你认为该建议是否正确？
（3）简述如何用实验方法证明分解产物中有二氧化碳？
（4）简述如何用实验方法证明分解产物中有碳酸钙？
2．（大庆市初赛）为了测定某石灰石矿样的纯度（其中所含杂质不与酸反应），某同学按如下流程进行实验：
用盐酸溶解矿样→干燥所得气体→用NaOH溶液吸收气体→根据NaOH溶液的增重计算矿样的纯度
实验过程中所取矿样的质量为10.0 g。实验装置如下图所示：
（1）A为溶解矿样的装置，若已准备了长颈漏斗、双孔橡皮塞、导气管，为完成溶解至少需要的实验仪器是 。
（2）A中发生反应的化学方程式 。
（3）B中所盛试剂是 。
（4）根据上述装置进行实验，下列情况会使实验结果产生偏差的是_______（填序号）。
①实验开始前，A、B装置及导管内残留有少量空气
②进入C装置的气体中还混有少量HCl气体
③气体通过速度过快，二氧化碳来不及被NaOH溶液全部吸收
④实验结束时，系统内还残留有少量二氧化碳气体
（5）将插入溶液的管子下端改成具有多孔的球泡（图中的D），有得于提高实验的准确度，其理由是_____________________________________________________________________。
（6）改进实验装置并进行正确的操作，可以正确测定出矿样的纯度。若此时C装置在实验后其质量增加了3.6 g，则该矿样的纯度为_________%。
【情景创新题】
3．（原创题）克娄巴特拉七世是托勒密王朝的末代女王，是历史上有名的艳后。父亲死后，她与兄弟共同统治富饶的埃及。公元前48年，她在罗马统帅恺撒的帮助下，击败兄弟而独霸王位，将价值连城的王冠戴在自己的头上。王冠上镶有一颗珍珠是当时世界上最大的珍珠，名叫“埃及的眼泪”。
公元前44年，恺撒被人刺死，其部下安东尼举兵进攻埃及，克娄巴特拉七世无法抵抗安东尼的进攻，准备投降并以“埃及的眼泪”讨好安东尼。
可是，一件奇怪的事破坏了她的计划。欢迎安东尼的宴会开始前，一个侍女突然报告说，王妹的女佣偷去了“埃及的眼泪”并把它吞到肚里去了。女王想杀了女佣取出珍珠，但又怕被玷污的东西送人反而是一种亵渎。犹豫之时，王妹突然建议说：“让她喝醋，醋喝多了她就会泻个不停，一定会把珍珠泻下来。”于是女王令人一个劲地给女佣灌醋，女佣果真泻个不停，但始终没有见珍珠下来。
请根据题给材料完成下列探究：
[猜想与假设] 你认为“珍珠”主要成分可能是 ，理由是 。
[实验设计] 若证明你的猜想正确，设计实验如下：取一个小玻璃杯，放入少量珍珠粉末，然后加入一些醋精（主要成分是醋酸CH3COOH），立即用蘸有澄清石灰水玻璃片盖住。
[实验现象] 你观察到现象是 。
[实验结论] 根据实验现象推出你的猜想正确。已知CaCO3+2HCl===CaCl2+H2O+CO2↑，请你写出碳酸钙与醋酸反应化学方程式 。
[反思与应用] 医疗上，可以用珍珠粉治疗胃酸（主要成份是盐酸）过多症，原理是 。
参考答案
1．（1）铁架台（含铁夹）、酒精灯、大试管、带单孔塞的导气管
（2）不正确
（3）将产生的气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊，证明分解产物中有二氧化碳。
（4）待碳酸氢钙受热分解的大试管冷却，向其中加入水，振荡，有不溶于水的白色固体存在，在不溶于水的固体中加入稀盐酸，固体全部溶解，且产生能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体，由此证明碳酸氢钙分解产物中有碳酸钙。
解析：根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，因此实验室一般用澄清石灰水检验二氧化碳气体；依据实验室制取二氧化碳反应原理，证明碳酸钙一般用稀盐酸和澄清石灰水，根据观察石灰水变化确定碳酸钙是否存在。
2．（1）锥形瓶
（2）CaCO3 + 2HCl === CaCl2 + H2O + CO2↑
（3）浓H2SO4
（4）①②③④
（5）可增大气体与溶液的接触面积，使气体充分被吸收
（6）81.8
解析：依据实验制取二氧化碳实验装置可知，该反应的反应容器是锥形瓶；浓硫酸具有吸水性，因此B装置盛有浓硫酸干燥A中产生CO2；多孔的球泡可以增大气体与液体接触面积，便于气体充分被吸收；C装置增加的质量为3.6 g，即为碳酸钙和盐酸反应生成二氧化碳质量，抓住CO2质量求出矿石中碳酸钙质量，进而求出矿石样品中碳酸钙质量分数。
3．[猜想与假设] 碳酸钙 碳酸钙能与酸反应导致珍珠溶解了
[实验现象] 珍珠粉逐渐减少，且表面冒出气泡；澄清石灰水变浑浊
[实验结论] CaCO3+2CH3COOH===Ca(CH3COO)2+ H2O+CO2↑
[反思与应用] 珍珠中含有大量的碳酸钙，能与胃液中盐酸反应，减少胃液中盐酸含量，缓解病症
课题3 二氧化碳和一氧化碳
【培优训练题】
1．（河南初赛）下列说法正确的是（ ）
A．用煤炉取暖时，在炉子上放一盆水可以防止一氧化碳中毒
B．干冰灭火器灭火只是利用了二氧化碳的化学性质
C．H2CO3、CO、CH4、C四种物质中，碳元素的化合价从是由高到底顺序排列的
D．相同质量的Na2CO3、CaCO3分别与足量盐酸反应，CaCO3反应后生成的CO2质量多
2．（全国初赛）二氧化碳是导致温室效应的主要气体，同时，它也是一种宝贵的碳氧资源，
在地球上它的含量比天然气、石油和煤的总和还多数倍。
（1）以CO2和NH3合成尿素CO(NH2)2是固定和利用CO2的成功范例，写出经以上途径合成尿素的化学方程式 。若按上述方法生产1000万吨尿素，可固定的CO2将达 万吨。
（2）英国《自然》杂志在2005年报道，目前海洋表层海水中溶解的CaCO3[ 20℃ S(CaCO3) =0.0013 g/100 g H2O ] 处于饱和状态，海洋吸收大气中的CO2可以减弱温室效应，但却使海水中碳酸钙浓度降低，该变化的化学方程式为 CaCO3 + H2O + CO2 === Ca(HCO3)2。海水中CaCO3浓度降低会造成 。
【情景创新题】
3．（原创题）每年 3月23日晚8时30分至9时30分，“地球一小时”如约而至，全国数十个城市、数亿人参与其中，力诺瑞特也第三次参与全球互联，与全球4000多座城市共享“熄灯一小时”的美丽黑暗。2012年3月23日晚上20点30分，凯德中国旗下的凯德置地、凯德商用、雅诗阁中国和凯德惠居（中国）分布在全国37个城市的80家物业将同时熄灯10小时。凯德中国一直致力于绿色环保事业，今年更是加大了参与力度，旗下参与物业数量比去年增加33%，从去年的60个物业扩展到80个物业以表达公司始终坚持“为了明天，共筑绿色”的环保理念和决心。
请根据材料回答下列问题：
（1）近年来大气中二氧化碳含量不断上升的主要原因是 ，自然界中消耗二氧化碳的主要途径是 。
（2）下列做法不符合减少二氧化碳排放的是 （填序号）。
①改造或淘汰高能耗、高污染产业
②大力发展火力发电
③研制和开发新能源替代传统能源
④优化建筑设计，增强室内自然采光，减少照明用电
（3）下列说法与提倡这个活动的主要目的不相符的是 。
①节约能源 ②减少温室气体排放
③欣赏城市夜景 ④关注全球气候
（4）地球温度持续升高，假若你是地球，你最担忧的是 。
（5）请你说出从自身做起减少“温室效应”的一种做法： 。
参考答案
1．D 解析：选项A中CO难溶于水；选项B二氧化碳灭火既利用化学性质（不燃烧，也不支持燃烧），又利用物理性质（密度比空气大）；选项C中CH4中碳元素化合价为-4，而C中碳元素化合价为0。
2．（1）CO2 + 2 NH3=====(一定条件)CO(NH2)2 + H2O 733.3
（2）某些海洋钙质生物（如珊瑚）难于形成外骨架（由碳酸钙构成）
解析：抓住反应前后原子个数、元素种类不变书写反应方程式，抓住反应方程式利用生成尿素质量，计算参加反应CO2质量；CO2与水反应生成碳酸，碳酸显酸性能溶解海水中碳酸钙，而海洋生物骨骼中含有大量碳酸钙，这样会造成海洋生物难以形成外骨架。
3．（1）含碳矿物燃料的燃烧 植物的光合作用（或海水的吸收）
（2）②
（3）③
（4）冰川融化陆地大量被淹没，土地沙漠化植物无法生长，人类无法生存（符合题意即可）
（5）植树造林、种花种草（或不使用一次性木筷，减少使用面巾纸等合理答案）
解析：问题（3）“节能减排、低碳生活”正成为国民共识，而世界自然基金会发起“地球一小时”活动正是实现这一共识践行者；问题（4）主要考查温室效应危害：全球变暖，导致两极冰川融化，海平面上升，淹没沿海城市等。
第六单元 碳和碳的氧化物综合训练
【培优训练题】
1．（河北初赛）已知在同温同压下,气体的体积与其分子数目成正比。现有1体积空气与1体积二氧化碳的混合气体，将其置于一密闭容器内，在一定条件下使其中的氧气全部转化为二氧化碳，则反应后容器中二氧化碳的体积分数为（ ）
A．25% B．50% C．75% D．60%
2．（黑龙江初赛）现有CO2、O2、CO的混合气体9 L，在密闭容器中点爆炸后，恢复到原来温度和压强时，气体体积变为8 L，再将气体通过NaOH溶液，体积减少5 L。已知同温同压下，气体体积比等于其分子个数比。则原混合气体中CO2、O2、CO的体积比可能是（ ）
A．3∶1∶5B．5∶1∶3C．1∶3∶5 D．5∶3∶1
3．（原创题）按九年级化学教材（人教版）第111页图6-9的装置（如下图），取一定量的木炭和CuO的混合粉末进行实验，实验前经反复检查该装置各部分的气密性，验明不漏气。
在实验前后分别对两个试管里的物质进行了称量，某次实验数据如下：
反应前的质量/g反应后的质量/g反应前后的质量差/g
试管+固体混合物69.865.8△1=_________
试管+石灰水118.8122.6△2=_________
（1）计算反应前后物质的质量的差值，并填在上表中的空白处。
△1和△2的关系在理论上应当是：△1________（填“＜” “＞”或“＝”）△2。
（2）本次实验的实验结果与理论结果是否相符？其原因可能是什么？（请举出两种可能的原因）
【情景创新题】
4．下面是某研究性学习小组展示的关于《温室效应研究》课题的部分资料及图片：
•温室气体还有哪些？
•人类的哪些活动造成大气温室气体增多？
•怎样才能减少大气中的温室气体，从而减缓地球的温室效应？什么是温室效应？
温室效应是怎么来的？
温室效应是由于大气中的大量二氧化碳、氟氯烃、甲烷、二氧化氮等温室气体（其中主要是CO2），像玻璃罩一样，紧紧地罩在我们的上空，使太阳照射在地球上的热量无法逸散，从而使气候圈增温的现象。
目前，产生温室效应主要同由于现代工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气以及森林大火等等这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
请回答下列问题：
（1）图②装置研究产生温室应的气体的化学式是_______，该小组需要定时观测并记录的数据是______________________________________________________________________。
（2）该小组用图③装置来进行CO2产生温室效应的模拟研究，在左侧集气瓶中盛放CO2气体，右侧集气瓶中盛放_______（填气体名称）。设计意图：希望实验时，能观察到食用油a侧液面高度_______（填“低于” “等于”或“高于”）b侧液面高度，以此证明CO2是产生温室效应的气体。
参考答案
1．D 解析：氧气约占空气体积的15，即1体积空气中氧气占0.2体积，根据C+O2===(高温)CO2可知，0.2体积氧气完全转化为CO2体积也是0.2体积，则反应后容器内二氧化碳体积分数为1+0.21+1×100%=60%。
2．A 解析：由CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O可知，减少5 L是CO2，推知混合气体中CO2体积小于5 L，故B、D错误；剩余3 L气体可能是氧气，也可能是CO，若剩余3 L是O2，则原混合气体中氧气体积大于3 L，若剩余3 L是CO，则原混合气体中CO体积大于3 L，推知A正确。
3．（1）4 3.8 =
（2）不相符。其原因可能是：①生成的CO2未被全部吸收而逸出（或石灰水的量不足）；②木炭跟CuO反应时有CO生成。
解析：试管内反应前后减少的质量就是反应生成的CO2质量，因此石灰水中增加质量应该与试管内固体减少质量相等。试管内固体减少质量为69.8 g-65.8 g=4 g；石灰水中增加质量为122.6 g-118.8 g=3.8 g，则两者质量不相等，其原因是石灰水量太少，或生成二氧化碳没有完全被石灰水吸收，或石灰水变质，或木炭与CuO反应生成了CO等合理答案。
4．（1）CH4 盛放甲烷和空气的锥形瓶中温度计显示的温度
（2）空气 低于
解析：为了证明二氧化碳、甲烷等是产生温室效应的气体，应在相同的条件下做对比实验，通过测定温度的变化或通过气体体积的变化来实现。