碳单质及化合物

　　碳：

　　①元素符号：C

　　②原子结构示意图：

　　③电子式：

　　④周期表中位置：第二周期ⅣA族

　　⑤含量与存在：在地壳中的含量为0．087％，在自然界中既有游离态，又有化合态

　　⑥同素异形体：金刚石、石墨、C60、活性炭

　　碳（活性炭）：

　　①金刚石：纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体，硬度大，熔点高，不导电，不溶于水

　　石墨：深灰色的鳞片状固体，硬度小，质软，有滑腻感，熔点高，具有导电性

　　活性炭：黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，疏松多孔，有吸附性

　　②碳的化学性质：

　　a.稳定性：在常温下碳的化学性质稳定，点燃或高温的条件下能发生化学反应

　　b.可燃性：氧气充足的条件下：C+O₂CO2 氧气不充分的条件下：2C+O₂2CO

　　c.还原性：

　　木炭还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO₂↑

　　焦炭还原氧化铁：3C+2Fe₂O₃4Fe+3CO₂↑

　　焦炭还原四氧化三铁：2C+Fe₃O₄3Fe+2CO₂↑

　　木炭与二氧化碳的反应：C+CO₂CO

　　二氧化碳：

　　①物理性质：常温下，二氧化碳是一种无色无味的气体，密度比空气大，能溶于水。固态的二氧化碳叫做干冰。

　　②化学性质：

　　a.一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸，因此当我们进入干枯的深井，深洞或久未开启的菜窖时，应先做一个灯火实验，以防止二氧化碳浓度过高而造成危险

　　b.二氧化碳和水反应生成碳酸，使紫色石蕊试液变红：CO₂+H₂O===H₂CO₃，碳酸不稳定，很容易分解成水和二氧化碳，所以红色石蕊试液又变回紫色：

H₂CO₃===H₂O+CO₂↑

　　c.二氧化碳和石灰水反应：Ca(OH)₂+CO₂====CaCO₃↓+H₂O

　　d.二氧化碳可促进植物的光合作用：6CO₂+6H₂OC₆H1₂O₆+6O₂

　　③用途：

　　a.二氧化碳不支持燃烧，不能燃烧，比空气重，可用于灭火

　　b.干冰升华时吸收大量的热，可用它做制冷剂或人工降雨

　　c.工业制纯碱和尿素，是一种重要的化工原料 d.植物光合作用，绿色植物吸收太阳能，利用二氧化碳和水，合成有机物放出氧气。

　　一氧化碳：

　　①物理性质：通常状况下，是一种没有颜色，气味的气体，比空气略轻难溶于水。

　　②化学性质

　　a.可燃性：2CO+O₂2CO₂

　　b.还原性：一氧化碳还原氧化铜：CO+CuOCu+CO₂ 一氧化碳还原氧化铁：3CO+Fe₂O₃2Fe+3CO₂ 一氧化碳还原四氧化三铁：4CO+Fe₃O₄3Fe+4CO₂

　　c.毒性：一氧化碳能与人体血液中的血红蛋白结合，使血红蛋白失去运输氧气的能力，造成机体缺氧。冬天用煤火取暖，如排气不良，就会发生煤气中毒，就CO中毒。CO重要来源是汽车尾气和煤，石油等含碳燃料的不完全燃烧。

　　③用途：用作燃料，冶炼金属。 ④碳酸：弱酸，不稳定，易分解H₂CO₃==CO₂↑+H₂O

　　碳酸盐：

　　1.正盐与酸式盐的比较

　　2．酸式盐性质的一般规律

　　(1)在水中的溶解性：一般地，相同温度下，难溶性正盐的溶解度小于其酸式盐，可(易)溶性正盐的溶解度大于其酸式盐。如CaCO₃，难溶于水，Ca(HCO₃)₂易溶于水；Na₂CO₃易溶于水，NaHCO₃的溶解度比 Na₂CO₃的小。

　　(2)与酸或碱反应：强酸的酸式盐只与碱反应而不与酸反应；弱酸的酸式盐与足量强碱反应生成正盐，与足量强酸反应生成弱酸。

　　(3)热稳定性：一般地，热稳定性的大小顺序为正盐>酸式盐(盐的阳离子相同，成盐的酸相同)。

　　3．碳酸钙在自然界中存在广泛，是岩石的主要成分之一。不溶于水，但溶于酸。大理石、石灰石的主要成分是CaCO₃，它们既是重要的化工原料，又是重要的建筑材料。其用途图示如下：

　　CO₂气体与溶液的反应规律:

　　1．向某溶液中不断通入CO₂气体至过量时，现象是“先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解”

　　(1)向澄清石灰水中不断通入CO₂气体的反应为：

　　Ca(OH)₂+CO₂==CaCO₃↓+H₂O

　　CaCO₃+CO₃+H₃O==Ca(HCO₃)₂

　　(2)向氧氧化钡溶液中不断通入CO₂气体的反应为：

　　Ba(OH)₂+CO₂==BaCO₃↓+H₂O

　　BaCO₃+CO₂+H₂O==Ba(HCO₃)₂

　　(3)向漂白粉溶液中不断通入CO₂气体的反应为：

　　Ca(ClO)₂+CO₂+H₂O==CaCO₃↓+2HClO

　　CaCO₃+CO₂+H₂O==Ca(HCO₃)₂

　　2．向某溶液中不断通入CO₂气体至过量时，现象为“产生白色沉淀或浑浊，沉淀或浑浊不消失”

　　(1)在NaAlO2溶液中不断通入CO₂气体至过量时，反应为：

　　2AlO₂-+CO₂(少量)+3H₂O==2Al(OH)₃↓ +CO₃^2-

　　2AlO₂^-+CO₂(过量)+2H₂O==Al(OH)₃↓ +HCO₃^-

　　(2)向Na₂SiO₃溶液中不断通入CO₂气体至过量时，反应为：

　　SiO₃^2-+CO₂+H₂O==H₂SiO₃↓+CO₃^2-

　　SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O==H₂SiO₃↓+2HCO₃^-

　　(3)向饱和Na₂CO₃溶液中不断通入CO₂气体，反应为：

　　2Na⁺+CO₃^2-+CO₂+H₂O==2NaHCO₃↓

　　3．CO₂与NaOH溶液反应后，溶液中溶质的判断将CO₂气体逐渐通入NaOH溶液中，先后发生化学反应：

　　①CO₂+2NaOH==Na₂CO₃+H₂O

　　②CO₂+Na₂CO₃+H₂O==2NaHCO₃

　　向一定量的NaOH溶液中通入CO₂气体后，溶液中溶质的成分要根据NaOH与CO₂的物质的量之比进行讨论。

　　当时，发生反应①和②，溶液中的溶质为NaHCO₃；

　　当时，发生反应①，溶液中的溶质为 Na₂CO₃和NaOH；

　　当时，发生反应①，溶液中的溶质为Na₂CO₃；

　　当时，发生反应①和②，溶液中为Na₂CO₃和NaHCO₃

　　碳酸氢盐与碱反应的规律及CO₃^2- HCO₃^-的鉴别方法:

　　1．酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断

　　如Ca(HCO₃)₂溶液中滴加NaOH溶液：

　　Ca(HCO₃)₂+NaOH==CaCO₃↓+NaHCO₃+ H₂O(NaOH少量)

　　Ca(HCO₂)₂+2NaOH==CaCO₃↓+Na₂CO₃+ 2H₂O(NaOH过量)

　　2．CO₃^2-和HCO₃^-的鉴别

　　(1)利用正盐和酸式盐的溶解性可区别CO₃^2-和HCO₃^-，如分别和BaCl₂溶液反应，生成的BaCO₃不溶，生成的Ba(HCO₃)₂易溶；

　　(2)利用与H⁺反应产生CO₂的快慢检验CO₃^2-或HCO₃^-

　　碳族元素：

　　1．在元素周期表中的位置及结构碳旌死素位于第ⅣA族，包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)五种元素。最外层皆有4个电子，这种结构不易得电子也不易失电子，易形成共价键，难形成离子键。

　　2．主要化合价碳族元素的化合价主要有+2和+4，C、Si、Ge、Sn的+4价化合物较稳定，而Pb的+2价化合物较稳定。

　　3．氢化物、最高价氧化物及其对应的水化物

　　氢化物：

　　最高价氧化物：RO₂；

　　最高价氧化物对应的水化物为H₂RO₃、 H₄RO₄或R（OH）₄

　　4．碳族元素的金属性与非金属性的递变规律由C至Pb，核电荷数逐渐增多，原子半径逐渐增大，原子核对最外层电子的吸引能力逐渐减小，失电子能力逐渐增强，得电子能力逐渐减弱，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强。由碳族元素形成的单质中，碳、硅为非金属，但硅有金属光泽；锗、锡、铅为金属。