高中化学第3章自然界中的元素第1节第2课时碳及其化合物间的转化学案鲁科版必修1碳及其化合物间的转化[核心素养发展目标] 1.了解碳元素在自然界及生产、生活中的转化。

2.能从原理上解释钟乳石、溶洞的形成，能用化学方程式表示高炉炼铁、木炭燃烧过程中的相关反应。

3.了解碳单质、碳的氧化物及碳酸盐的性质及转化关系。

4.通过了解CO2的排放对环境的影响，增强环保意识。

一、自然界中碳及其化合物间的转化1.自然界中碳及其化合物间的转化过程(1)动植物间碳的化合物间的转化植物的光合作用、植物和动物的呼吸过程以及动植物遗骸形成的化石燃料燃烧三方面碳的化合物间的转化。

(2)海水中碳的化合物间的转化空气中的二氧化碳一部分被海水吸收，溶于水的二氧化碳逐渐转变为碳酸盐沉积海底形成新的岩石。

这些碳酸盐又与空气中的二氧化碳和水反应，生成碳酸氢盐而溶于水中归于海洋。

(3)自然现象中的碳的转化火山把大量的二氧化碳喷发到大气中，地壳剧烈变化后，死亡的热带植物经过漫长的过程转化成煤。

2.实验探究——溶洞的形成原理实验操作实验现象澄清石灰水先变浑浊，后变澄清，加热时该溶液又变浑浊化学方程式①Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O；②CaCO3＋CO2＋H2O===Ca(HCO3)2；③Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2OCO 2、碳酸盐、碳酸氢盐之间的转化(1)少量CO 2与Ca(OH)2溶液(或NaOH 溶液)反应生成CaCO 3(或Na 2CO 3)，足量CO 2与Ca(OH)2溶液(或NaOH 溶液)反应生成Ca(HCO 3)2(或NaHCO 3)。

(2)碳酸正盐与CO 2、H 2O 反应生成酸式盐。

(3)稳定性Na 2CO 3＞CaCO 3＞NaHCO 3。

例1 CO 2通入下列溶液中，不可能产生沉淀的是( ) A.CaCl 2溶液 B.Ca(OH)2溶液 C.Ba(OH)2溶液 D.Ca(ClO)2溶液答案 A解析 A 项，因为碳酸的酸性比盐酸弱，不可能生成CaCO 3；B 项，二氧化碳少量则生成CaCO 3，二氧化碳过量则生成Ca(HCO 3)2；C 项，二氧化碳少量则生成BaCO 3，二氧化碳过量则生成Ba(HCO 3)2；D 项，因为碳酸的酸性比次氯酸强，二氧化碳少量时生成CaCO 3和HClO ，二氧化碳过量时生成Ca(HCO 3)2和HClO 。

思维启迪二氧化碳通入钙或钡的盐酸盐或硝酸盐溶液中不能生成碳酸钙，而通入过量的次氯酸钙溶液中生成白色沉淀。

假如CO 2与CaCl 2溶液反应CaCl 2＋CO 2＋H 2O===CaCO 3↓＋2HCl ，CaCO 3与HCl 反应，不能通过弱酸H 2CO 3制备强酸盐酸。

例2 用1L1.0mol·L －1NaOH 溶液吸收0.8molCO 2，所得溶液中的CO 2－3与HCO －3的物质的量浓度之比约是( ) A.1∶3 B.1∶2 C.2∶3 D.3∶2答案 A解析 因CO 2＋2NaOH===Na 2CO 3＋H 2O ，CO 2＋NaOH===NaHCO 3，设生成Na 2CO 3、NaHCO 3的物质的量分别为x ，y 。

即⎩⎪⎨⎪⎧2x ＋y ＝1.0mol (据Na ＋守恒)x ＋y ＝0.8mol (据C 原子守恒)解得⎩⎪⎨⎪⎧x ＝0.2moly ＝0.6mol ，因溶液体积相同，则溶液中CO 2－3与HCO －3的物质的量浓度之比即为其物质的量之比，即x ∶y ＝0.2∶0.6＝1∶3。

规律总结(1)CO 2与碱反应的原理CO 2与碱反应时产物与二者的相对量有关，当碱足量时生成碳酸盐，当CO 2足量时，生成碳酸氢盐。

如：①CO 2不足时：CO 2＋2NaOH===Na 2CO 3＋H 2O ②CO 2足量时：CO 2＋NaOH===NaHCO 3 (2)CO 2与NaOH 反应有关量和产物分析n (CO 2)n (NaOH )反应情况反应产物 <1∶2 NaOH 足量，只发生反应①(剩余NaOH)Na 2CO 3 ＝1∶2 恰好发生反应① Na 2CO 3 12<n (CO 2)n (NaOH )<1 ①②两个反应均有 NaHCO 3、Na 2CO 3 ＝1∶1 恰好发生反应② NaHCO 3 >1∶1只发生反应②，CO 2剩余NaHCO 3其上述转化关系可用数轴表示：二、生产和生活中碳及其化合物间的转化 1.高炉炼铁(1)主要原料：焦炭和铁矿石(主要成分是Fe 2O 3)。

(2)过程(实际起还原作用的是CO)：①还原剂的生成：C ＋O 2=====高温CO 2；CO 2＋C=====高温2CO 。

②铁矿石被还原：Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2。

2.木炭燃烧木炭在燃烧过程中，发生着碳单质、一氧化碳和二氧化碳之间的转化，具体转化的过程如图：写出各步反应的化学方程式：①2C＋O 2(不足)=====点燃2CO 或C ＋CO 2=====高温2CO ； ②2CO＋O 2=====点燃2CO 2； ③C＋O 2=====点燃CO 2； ④CO 2＋C=====高温2CO 。

3.水垢中CaCO 3的形成反应方程式：Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋H 2O ＋CO 2↑。

4.碳在无机物和有机物间的转化1828年，德国化学家维勒用无机物氰酸铵(NH 4CNO)首次合成了有机物尿素[分子式为CO(NH 2)2]，开创了以含碳无机化合物合成有机化合物的先河。

碳及其化合物间的转化有的属于单质、氧化物和盐之间的转化，有的属于盐与盐、氧化物与氧化物之间的转化，其转化关系为例3 某实验工作者欲使1.6gFe 2O 3完全还原为Fe ，则他实验前应准备的CO 的体积(标准状况下)为( ) A.672mL B.336mL C.>672mL D.<672mL答案 C解析 由方程式Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2可知，1.6gFe 2O 3完全还原需要标准状况下672mLCO ，但实际操作中需要先通入CO 排净装置中的空气，实验结束后再通入CO 直至Fe 冷却，故实验前准备的CO 应大于672mL 。

思维启迪CO 与金属氧化物在加热条件下还原出金属时，应先通入CO 排出装置内的空气，否则CO 和氧气在加热条件下反应发生爆炸。

例4 A 、B 、C 、D 、E 五种物质的转化关系如下图所示。

已知A 为二元碱，微溶于水且溶解度随温度升高而降低。

(1)写出各物质的化学式：A.__________________；B.__________________；C.__________________；D.__________________；E.__________________。

(2)写出下列两个反应的离子方程式：B―→D________________________________________________________________________，B―→E________________________________________________________________________。

答案(1)Ca(OH)2Ca(HCO3)2CaCO3CaCl2Na2CO3(2)HCO－3＋H＋===CO2↑＋H2OCa2＋＋2HCO－3＋2OH－===CaCO3↓＋CO2－3＋2H2O解析由题意知A为Ca(OH)2，Ca(OH)2与过量CO2反应，生成的B为Ca(HCO3)2，Ca(HCO3)2受热分解生成的C为CaCO3，CaCO3与盐酸反应生成的D为CaCl2。

规律总结(1)CO2、CO2－3、HCO－3之间相互转化时，反应产物与反应物之间的相对用量有关。

(2)HCO－3既能与酸反应，又能与碱反应，与酸反应生成CO2和H2O，与碱反应生成CO2－3和H2O。

1.判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)大气中的CO2能被海洋溶解一部分(√)(2)自然界中同时存在产生CO2和消耗CO2的过程(√)(3)BaCl2溶液中通入CO2产生白色沉淀(×)(4)植物光合作用主要消耗CO 2，因此植树造林能有效减弱“温室效应”(√) (5)加热碳酸氢钙溶液会变浑浊，加热碳酸氢钠溶液也会变浑浊(×) (6)高炉炼铁过程中，碳元素只显还原性(×)(7)钟乳石、石笋是由于CaCO 3和Ca(HCO 3)2的相互转化形成的(√) (8)CaCO 3是水垢的成分之一(√)(9)高炉炼铁原理中涉及的反应均为氧化还原反应(×) (10)CO 2是参与自然界中钟乳石、石笋形成的一种主要物质(√)(11)除去CO 2气体中混有的CO ，常采用的方法是通过灼热的CuO 粉末(√) 2.下列各变化中，在木炭燃烧时不可能发生的反应是( ) A.2C ＋O 2=====点燃2CO B.C ＋O 2=====点燃CO 2 C.CO 2＋C=====高温2CO D.CO 2=====△C ＋O 2 答案 D解析 二氧化碳比较稳定，加热条件下不分解。

3.以下属于自然界中碳及其化合物间转化过程的是( ) ①植物通过光合作用吸收二氧化碳形成葡萄糖②以无机化合物氰酸铵(NH 4CNO)为原料合成尿素[CO(NH 2)2] ③钟乳石、石笋的形成④石油、天然气等化石燃料的形成 A.①②③④ B.只有②③④ C.只有①②③ D.只有①③④答案 D解析 ①③④为自然界中碳及其化合物之间的转化过程，②属于生产和生活中碳及其化合物间的转化。

4.将Ca(HCO 3)2加热分解产生的混合气体通过足量的Na 2O 2，最后得到的气体是( ) A.CO 2B.H 2OC.N 2D.O 2 答案 D解析 根据题意，可发生下列反应：Ca(HCO 3)2=====△CaCO 3↓＋CO 2↑＋H 2O,2Na 2O 2＋2H 2O===4NaOH ＋O 2↑，2Na 2O 2＋2CO 2===2Na 2CO 3＋O 2，最终得到的气体是O 2。

5.下列各组物质中的两种物质反应时，反应物用量或反应条件的改变对反应产物没有影响的是( )A.C 和O 2B.Na 2CO 3和盐酸C.Na 和O 2D.NaHCO 3和NaOH答案 D解析 A 项，C ＋O 2(足量)=====点燃CO 2,2C ＋O 2(不足)=====点燃2CO ；B 项，Na 2CO 3＋HCl(少量)===NaCl ＋NaHCO 3，Na 2CO 3＋2HCl(足量)===2NaCl ＋CO 2↑＋H 2O ；C 项，4Na ＋O 2===2Na 2O,2Na ＋O 2=====△Na 2O 2；D 项，NaHCO 3＋NaOH===Na 2CO 3＋H 2O 。