二氧化碳和一氧化碳

二氧化碳和一氧化碳

【主要内容】碳的氧化物

碳的化合物种类繁多，尤其是有机化合物在国民经济的发展中起着非常重要的作用。而碳的氧化物（CO和CO2）不仅与日常生活密切相关，同时也是初中化学元素化合物知识中非常重要的一部分，碳和碳的氧化物是以后学习许多化学反应的基础，初中化学的许多反应都与碳和碳的氧化物有关。

一、二氧化碳

1．二氧化碳的物理性质

在通常情况下，二氧化碳是无色无味气体，相同条件下密度比空气大，能溶于水，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳，增大压强还会溶解得更多。生产汽水等碳酸型饮料就是利用了二氧化碳的这一性质。

很多实验在证明二氧化碳的物理性质的同时也能体现出二氧化碳的化学性质。如图倾倒CO2的实验，根据现象“烧杯底下的蜡烛先熄灭”，可以验证“在相同条件下，CO2的密度比空气大，且CO2一般不能燃烧，也不支持燃烧”的这一性质。

CO2的溶解性实验：如图所示，在收集满CO2的空塑料矿泉水瓶里加入适量的蒸馏水，振荡，塑料瓶子变瘪，可以证明CO2能溶于水。再加入紫色石蕊溶液，溶液变红，加热后又变成紫色，证明CO2溶于水的同时能与水反应：H2O+CO2＝H2CO3；H2CO3＝H2O+CO2↑

根据教材实验的设计：（Ⅰ）向干燥的紫色石蕊小花（纸花）喷稀醋酸；（Ⅱ）向干燥的紫色石蕊小花喷水；（Ⅲ）直接把干燥的紫色石蕊小花放入干燥的二氧化碳中；（Ⅳ）将干燥的紫色石蕊小花喷水后放入二氧化碳中；（Ⅴ）将（Ⅳ）中小花取出后小心加热。通过观察实验现象，可以得出以下结论： （1）石蕊是一种酸碱指示剂，遇酸变成红色。

（2）水不能使紫色石蕊变成红色，干燥的二氧化碳也不能使紫色石蕊变成红色。

（3）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变成红色。

（4）碳酸不稳定，容易分解成二氧化碳和水。

2．二氧化碳的化学性质

（1）一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，不供给呼吸。

（2）二氧化碳跟水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊溶液变红色。

CO2+H2O＝H2CO3（紫变红）

碳酸不稳定，很容易分解成水和二氧化碳，所以红色石蕊又变成紫色，

H2CO3＝H2O+CO2↑（红变紫）

（3）二氧化碳跟石灰水反应：CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O（澄清石灰水变浑浊），实验室中常用这一反应原理来检验一种气体是否是二氧化碳。

3．二氧化碳的用途：

二氧化碳不支持燃烧，不能燃烧，且比空气重，将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面，可使物体跟空气隔绝而停止燃烧，因此二氧化碳可用于灭火，是常用的灭火剂。

在食品工业上，生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。

固态的二氧化碳即“干冰”，主要用作致冷剂，或用飞机在高空喷撒“干冰”，可以使空气中水蒸气冷凝，形成人工降雨。

用于贮藏粮食、水果、蔬菜。用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用，可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长，避免变质和有害健康的过氧化物产生，并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分。二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。用二氧化碳通入大米仓库24 小时，能使99%的虫子死亡。

二氧化碳用于工业制纯碱和尿素，促进植物的光合作用，用作气体肥料等。

4．温室效应

大气中的二氧化碳气体能像温室的玻璃或塑料薄膜那样，使地面吸收的太阳光的热量不易散失，从而使全球变暖，这种现象叫温室效应。

温室效应的危害性后果是：①冰川融化和海平面上升。事实上，冰川融化已经开始，发展下去，海面将升高，一些沿海城市将被海水淹没；②频繁、严重的旱灾；③更多更厉害的沙尘暴；④更频繁更厉害的飓风；⑤更频繁更严重的森林火灾；⑥野生动物濒临灭绝。

能产生温室效应的气体不只是二氧化碳，还有甲烷、氟里昂等气体。

二、一氧化碳 1．一氧化碳的物理性质

在通常状况下，一氧化碳的是无色、无味气体，难溶于水。在相同条件下，一氧化碳的密度略小于空气。

根据一氧化碳的物理性质，在实验室应用排水集气法收集。不能用向下排空气法收集，因为CO密度与空气的密度很接近，很难通过排空气法来收集。

2．一氧化碳的化学性质

（1）可燃性

一氧化碳能燃烧，发出蓝色火焰，放出大量的热，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的无色气体。

2CO+O22CO2

（2）一氧化碳的还原性

一氧化碳不仅有可燃性，还具有还原性。原因是它能夺取含氧化合物中的氧，使其还原。如：

CO+CuOCO2+Cu，可以用如图所示装置完成实验：（由于CO有毒，在实验过程中，对未反应的CO 一定要进行尾气处理）。

3．一氧化碳的毒性和对空气的污染

一氧化碳有剧毒！一氧化碳被人吸进肺中，极易跟血液中的血红蛋白结合。一氧化碳跟血红蛋白的结合能力比氧气大200倍～300倍，且结合后很难分离，极易造成机体急性缺氧。当一氧化碳在空气中浓度为0.02%时，人在2 ～3 小时后就会出现头晕恶心的症状；浓度达0.08%时，2小时即昏迷；浓度再高，将危及生命。

4．一氧化碳的用途

一氧化碳可作气体燃料和用来冶炼金属，工业上利用一氧化碳的还原性，在炼铁厂把铁矿石还原成铁：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

【例题解析】

1．有A、B、C、D、E、F、G等7种实验装置，根据装置图回答下列问题（装置用序号表示）：

A B C D E F G

（1）实验室制取二氧化碳应选用的发生装置是____________，收集二氧化碳时，可选用的装置是____________。若在实验室收集较纯净的氧气应选择的装置是____________。

（2）如装置F所示，点燃两支短蜡烛，然后沿烧杯内壁倾倒二氧化碳时，F中看到的实验现象是______________________；证明CO2具有______________的性质。

（3）某同学选用G装置进行实验，看到与上一步实验F中完全相同的实验现象，他由此得出与上一步实验完全相同的结论。你认为此结论是否合理（答“合理”或“不合理”）____________。

【分析】(1)本题主要考查的是气体的实验室制法和二氧化碳的性质。（2）A所用装置是固体加热制气体的装置，B所用装置是固液反应不需要加热的产生气体的装置，可以用于过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气；稀硫酸和锌粒制氢气以及用于稀盐酸和石灰石制二氧化碳；二氧化碳气体能溶于水且与水反应，不能用C装置排水法收集，只能用装置E向上排空气法收集密度大于空气的二氧化碳气体；氧气不易溶于水且不与水反应，收集较纯净的氧气应选择C装置。（3）选用G装置进行实验，直接将气体通入烧杯底部，不论气体密度比空气大还是小，气体都会从下向上散逸，产生相同的现象，因此不能证明二氧化碳的密度大于空气，故不合理。

本题答案：

（1）B ； E ； C

（2）蜡烛由下而上依次熄灭；相同条件下密度大于空气，一般情况下不能燃烧且不支持燃烧

（3）不合理

2．化学兴趣小组的同学们在实验室发现一些黑色粉末，是做“木炭还原氧化铜”的实验时剩余的药品，于是对其成分进行探究。

【猜想与实验设计】小红猜测：黑色粉末是CuO。她设计了如下图所示的实验装置。

【实验步骤】取适量该粉末放入玻璃管中，打开K通入CO，排尽空气后加热。

【实验现象】

现 象

A装置 黑色粉末逐渐变成红色

B装置 澄清石灰水变浑浊

【实验结论】该黑色粉末是CuO。B装置中反应的化学方程式为_____________________。

【评价与反思】

（1）小芸认为该实验装置存在安全隐患，需要改进的是_________________________；

小芸还认为小红的实验结论是有欠缺的，她认为该黑色粉末的成分是___________，理由是_________。

（2）小红经过反思，改进了实验并确认了黑色粉末的成分。请填写下表。

实验步骤 实验现象 实验结论

【分析】本题的考查侧重于实验方案的评价和反思。

首先是对装置的安全进行评价：因为实验使用了有毒气体一氧化碳，因此必须考虑残余一氧化碳的处理，所以应该增加尾气处理装置，如可以在尾气出口增加一个燃着的酒精灯。

其次是对实验结论的评价与反思：小红所检验的黑色固体来自于“木炭还原氧化铜”，因此黑色粉末还有可能是木炭。小红的实验“黑色粉末变红”可以证明所检验的黑色固体中确实有氧化铜，但是并不能确定有木炭。解决方案：1.可以直接加热黑色粉末，将产生的气体通过澄清石灰水检验，如果还能产生二氧化碳就说明黑色粉末中存在木炭。2.还可以进行定量实验，可以先称量黑色粉末的质量，然后将黑色粉末在空气中灼烧，因为如果黑色粉末中有木炭就会和空气中的氧气发生反应，而氧化铜质量不会改变，如果粉末质量减轻就可以判断黑色粉末中有木炭，若质量不变则黑色粉末是氧化铜。

本题答案：【实验结论】Ca(OH)2＋CO2 = CaCO3↓＋H2O （1）增加尾气处理装置； 一定含氧化铜；也可能是混有木炭粉的氧化铜

含有木炭粉的氧化铜也能出现同样的实验现象

（2）

实验步骤

实验现象

实验结论

①关闭K，②取适量该粉末放入玻璃管中，③加热。 若A中黑色粉末变红，B中的澄清石灰水变浑浊。 该黑色粉末是木炭粉和氧化铜的混合物。

若A、B中均无明显现象。 该黑色粉末是氧化铜。

其他方法，例如：实验步骤①取少量黑色粉末称重，②置于在空气中充分加热冷却后再称重，

实验现象和实验结论：若质量减少则该黑色粉末是木炭粉和氧化铜的混合物；若质量不变则该黑色粉末是氧化铜。