初中化学 06 碳与碳的化合物：二氧化碳、一氧化碳、碳酸盐

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碳的单质

金刚石：

物理性质：无色透明、正八面体形状的固体，是自然界中最硬的物质，具有很高的熔点和沸点，不导电。

用途：由于其硬度大，常用于制作钻探机的钻头、切割玻璃的刀具等；还可用于制作钻石饰品，因其具有独特的光泽和美观性。

石墨：

物理性质：深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体，质软，有滑腻感，具有良好的导电性和导热性。

用途：石墨质软，可用于制作铅笔芯；其良好的导电性使它可用于制作电极；此外，还可作为润滑剂用于一些机械部件之间，减少摩擦。

\(C_{60}\)：

结构特点：由\(60\)个碳原子构成的分子，形似足球，也被称为足球烯。

性质及用途：它具有一些特殊的物理和化学性质，如在一定条件下能与金属发生反应等，在材料科学、超导研究等领域有潜在的应用价值，例如可作为新型超导材料的研究对象，有望在未来的电子设备等方面得到应用。

碳的化学性质

稳定性：在常温下，碳的化学性质不活泼。如古代用墨汁书写或绘制的字画，虽经历漫长时间，但仍能保存至今，这是因为碳在常温下不易与空气中的氧气、水等物质发生化学反应。

可燃性：

当碳在氧气中充分燃烧时，生成二氧化碳，化学方程式为：\(C + O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}CO_{2}\)。

当氧气不足时，碳燃烧不充分，生成一氧化碳，化学方程式为：\(2C + O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2CO\)。

还原性：碳能与某些氧化物发生反应，夺取氧化物中的氧，使氧化物被还原。例如，碳还原氧化铜的反应，化学方程式为：\(C + 2CuO\stackrel{高温}{=\!=\!=}2Cu + CO_{2}\uparrow\)。在该反应中，碳得到氧，发生氧化反应，是还原剂；氧化铜失去氧，发生还原反应，是氧化剂。此外，碳还能还原氧化铁等其他金属氧化物。

碳及其化合物的相互转化

碳在氧气中充分燃烧或与氧化铜等金属氧化物反应可转化为二氧化碳；二氧化碳与碳在高温下反应可转化为一氧化碳，即\(CO_{2}+ C\stackrel{高温}{=\!=\!=}2CO\)。

二氧化碳与水反应生成碳酸；碳酸分解又可生成二氧化碳和水。

一氧化碳燃烧或还原金属氧化物可转化为二氧化碳；二氧化碳与氢氧化钙等碱溶液反应可生成碳酸盐，碳酸盐与酸反应又可生成二氧化碳。

碳与碳的化合物在初中化学中是一个重要的知识体系，它们的性质、用途以及相互转化关系等内容，对于理解化学变化、物质的多样性以及化学与生活的联系等方面都具有重要意义。

碳的氧化物

碳的氧化物主要有二氧化碳和一氧化碳。

二氧化碳（\(CO_{2}\)）

二氧化碳的物理性质

无色无味的气体，密度比空气大，在标准状况下，其密度约为\(1.977g/L\)。

能溶于水，在通常状况下，1体积的水约能溶解1体积的二氧化碳。

固态二氧化碳称为干冰，干冰易升华，升华时吸收大量的热，使周围环境温度降低。

二氧化碳的化学性质

不支持燃烧和不可燃性：一般情况下，二氧化碳不能燃烧，也不支持燃烧，因此可用于灭火。例如，二氧化碳灭火器就是利用二氧化碳来隔绝空气，从而达到灭火的目的。

与水反应：二氧化碳能与水反应生成碳酸，化学方程式为\(H_{2}O + CO_{2}\rightleftharpoons H_{2}CO_{3}\)。碳酸不稳定，受热或在常温下容易分解，化学方程式为\(H_{2}CO_{3}\rightleftharpoons H_{2}O + CO_{2}\uparrow\)。

与碱反应：二氧化碳能与碱溶液反应生成碳酸盐和水。例如，二氧化碳通入澄清石灰水中，会使澄清石灰水变浑浊，这是因为发生了反应\(Ca(OH)_{2}+ CO_{2}=\!=\!=CaCO_{3}\downarrow + H_{2}O\)；当继续通入二氧化碳时，沉淀会逐渐溶解，因为碳酸钙与二氧化碳、水继续反应生成了可溶于水的碳酸氢钙，化学方程式为\(CaCO_{3}+ H_{2}O + CO_{2}=\!=\!=Ca(HCO_{3})_{2}\)。

氧化性：在高温条件下，二氧化碳具有氧化性。例如，二氧化碳与碳反应生成一氧化碳，化学方程式为\(CO_{2}+ C\stackrel{高温}{=\!=\!=}2CO\)，在这个反应中，二氧化碳提供氧，表现出氧化性。

二氧化碳的用途

灭火：由于二氧化碳不支持燃烧且密度比空气大，可覆盖在燃烧物表面，隔绝空气，从而达到灭火的效果，常用于扑灭图书、档案、贵重设备、精密仪器等的初起火灾。

制冷剂：干冰升华时吸收大量的热，可使周围温度迅速降低，因此可用于人工降雨、制造舞台云雾效果等，还可作为制冷剂用于食品的冷藏保鲜等。

化工原料：二氧化碳是一种重要的化工原料，可用于生产碳酸饮料、尿素、甲醇等化工产品。

气体肥料：二氧化碳是植物光合作用的原料之一，适当增加二氧化碳的浓度，可以提高农作物的光合作用效率，从而提高农作物的产量，因此在农业生产中可作为气体肥料使用。

一氧化碳（\(CO\)）

一氧化碳的物理性质

无色无味的有毒气体，密度比空气略小，在标准状况下，其密度约为\(1.250g/L\)。

难溶于水，在通常状况下，1体积的水仅能溶解约\(0.02\)体积的一氧化碳。

一氧化碳的化学性质

可燃性：一氧化碳具有可燃性，能在空气中燃烧，生成二氧化碳，化学方程式为\(2CO + O_{2}\stackrel{点燃}{=\!=\!=}2CO_{2}\)。一氧化碳燃烧时放出大量的热，因此它是煤气的主要成分之一，可作为燃料使用，但使用时要注意防止一氧化碳中毒。

还原性：一氧化碳具有较强的还原性，能与许多金属氧化物反应，将金属氧化物还原为金属。例如，一氧化碳还原氧化铜的反应，化学方程式为\(CO + CuO\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}Cu + CO_{2}\)；一氧化碳还原氧化铁的反应，化学方程式为\(3CO + Fe_{2}O_{3}\stackrel{高温}{=\!=\!=}2Fe + 3CO_{2}\)。在工业上，一氧化碳常用于炼铁等金属冶炼过程。

毒性：一氧化碳极易与血液中的血红蛋白结合，形成碳氧血红蛋白，使血红蛋白失去与氧气结合的能力，从而导致人体组织器官缺氧，严重时会危及生命。一氧化碳中毒的症状包括头痛、头晕、恶心、呕吐、乏力等，甚至会导致昏迷和死亡。

碳的氧化物在性质、用途和对环境及人体健康的影响等方面都有很大的差异，在学习和应用中需要特别注意它们的特点和相关的安全问题。