Question

碳與碳的化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有廣泛的用途．
（1）圖是碳原子結(jié)構(gòu)示意圖，碳原子的最外層電子數(shù)是

 

，碳元素在元素周期表中位于第

 

周期．
（2）古代用墨書寫或繪制的字畫雖年久仍不變色，原因是墨中主要成分碳在常溫下具有

 

性．圖是木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)，大試管中的反應(yīng)體現(xiàn)了碳的還原性，單質(zhì)碳的還原性可以用于冶金工業(yè)．①酒精燈加燈罩的目的

 

；②剛開始預(yù)熱，試管②中立即產(chǎn)生氣泡，但石灰水不變渾濁，原因是

 

；

③繼續(xù)加熱，觀察到石灰水逐漸變渾濁，黑色粉末中出現(xiàn)紅色物質(zhì)．請(qǐng)你寫出帶點(diǎn)部分的化學(xué)方程式：

 

．
④停止加熱時(shí)，應(yīng)先將導(dǎo)管從試管②中撤出，待試管①冷卻后再把試管里的粉末倒出．這樣操作的原因是
A

 

；
B

 

．
（3）二氧化碳能參與光合作用完成大氣中的“碳循環(huán)”，但是大氣中二氧化碳的含量不斷上升，會(huì)使全球變暖，從而導(dǎo)致

 

．蔬菜大棚用作氣肥的二氧化碳，可用多種方法制得，例如可以用稀硫酸與碳酸氫銨（NH₄HCO₃）反應(yīng)制得，反應(yīng)后生成硫酸銨、水和二氧化碳，這一反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
（4）研究發(fā)現(xiàn)：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，物質(zhì)的性質(zhì)決定用途．如：一氧化碳也能還原氧化銅，也有還原性．從化學(xué)反應(yīng)前后碳元素化合價(jià)的變化特點(diǎn)分析，一氧化碳和碳都具有還原性的原因是

 

．

Answer 1

分析：根據(jù)原子的結(jié)構(gòu)示意圖可以判斷原子的最外層電子數(shù)，電子層數(shù)表示該元素所處的周期；常溫下碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑，我國古代用墨書寫、繪制的字畫，可以多年保存而不褪色，埋在地下的電線桿燒焦等，就是利用碳單質(zhì)在常溫下的穩(wěn)定性．碳有較強(qiáng)的還原性，能奪取金屬氧化物如CuO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等中的氧生成金屬和使澄清的石灰水變渾濁的氣體二氧化碳，常用于冶金工業(yè)．二氧化碳是溫室氣體之一，有利有弊，還能做為氣體肥料用在農(nóng)業(yè)中；由同類元素組成的一氧化碳卻有毒性，而且也跟碳單質(zhì)一樣具有還原性，其根本原因就是碳單質(zhì)和一氧化碳中碳元素的化合價(jià)都為中間價(jià)態(tài)，都能夠奪取金屬氧化物中的氧而變?yōu)?4價(jià)的碳．

解答：解：（1）由碳原子的結(jié)構(gòu)示意圖可知，碳原子的最外層電子數(shù)4，因?yàn)殡娮訉訑?shù)就表示該元素所處的周期，所以碳元素位于第二周期，故答案為：4，二．
（2）常溫下碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑，我國古代用墨書寫、繪制的字畫，可以多年保存而不褪色，就是利用碳單質(zhì)在常溫下的穩(wěn)定性．碳另一個(gè)化學(xué)性質(zhì)就是有較強(qiáng)的還原性，能奪取金屬氧化物如CuO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等中的氧生成金屬和使澄清的石灰水變渾濁的氣體二氧化碳，由于反應(yīng)須在高溫條件下進(jìn)行，因此實(shí)驗(yàn)過程中，酒精燈加燈罩，其目的就是使火焰集中，提高溫度．實(shí)驗(yàn)開始，反應(yīng)不能立即進(jìn)行，試管中的空氣受熱膨脹排出，故開始時(shí)排出的氣體不能使澄清的石灰水變渾濁，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，碳與氧化銅在高溫下反應(yīng)，生成二氧化碳，化學(xué)方程式為：C+2CuO

高溫  .

2Cu+CO₂，Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)應(yīng)先將導(dǎo)管從石灰水中取出，防止溶液倒吸炸裂試管，然后冷卻后再將大試管中的粉末倒出，防止還原生成的銅被空氣中的氧氣重新氧化．
以本題答案：穩(wěn)定性；①使火焰集中并提高溫度；②開始排出的氣體是空氣；
③Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；④防止石灰水倒流導(dǎo)致試管①破裂；防止生成的銅被氧化．
（3）二氧化碳是溫室氣體之一，大量排放導(dǎo)致溫室效應(yīng)，但二氧化碳還能做為氣體肥料用在農(nóng)業(yè)中，
所以本題答案為：溫室效應(yīng)；H₂SO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑．
（4）碳單質(zhì)中，碳元素的化合價(jià)為0價(jià)，一氧化碳中碳元素的化合價(jià)為+2價(jià)，在二氧化碳中碳元素的化合價(jià)為+4價(jià)，
所以本題答案為：碳元素的化合價(jià)小于+4．

點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查碳和碳的化合物的有關(guān)性質(zhì)，碳單質(zhì)的可燃性和還原性是碳的重要化學(xué)性質(zhì)，而碳單質(zhì)跟氧化銅和二氧化碳的反應(yīng)則是難點(diǎn)，要解答此情境題必須對(duì)碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)：（1）穩(wěn)定性；（2）可燃性；（3）還原性及其化學(xué)反應(yīng)原理有比較深的理解，綜合性較強(qiáng)．