Question

碳與碳的化合物在工農業生產及日常生活中有廣泛的用途．
（1）圖是碳原子結構示意圖，碳原子的最外層電子數是

 

，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驗，大試管中的反應體現了碳的還原性，單質碳的還原性可以用于冶金工業．①酒精燈加燈罩的目的

 

；②剛開始預熱，試管②中立即產生氣泡，但石灰水不變渾濁，原因是

 

；

③繼續加熱，觀察到石灰水逐漸變渾濁，黑色粉末中出現紅色物質．請你寫出帶點部分的化學方程式：

 

．
④停止加熱時，應先將導管從試管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”，但是大氣中二氧化碳的含量不斷上升，會使全球變暖，從而導致

 

．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）反應制得，反應后生成硫酸銨、水和二氧化碳，這一反應的化學方程式是

 

．
（4）研究發現：物質的結構決定性質，物質的性質決定用途．如：一氧化碳也能還原氧化銅，也有還原性．從化學反應前后碳元素化合價的變化特點分析，一氧化碳和碳都具有還原性的原因是

 

．

Answer 1

分析：根據原子的結構示意圖可以判斷原子的最外層電子數，電子層數表示該元素所處的周期；常溫下碳的化學性質不活潑，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，就是利用碳單質在常溫下的穩定性．碳有較強的還原性，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．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業中；由同類元素組成的一氧化碳卻有毒性，而且也跟碳單質一樣具有還原性，其根本原因就是碳單質和一氧化碳中碳元素的化合價都為中間價態，都能夠奪取金屬氧化物中的氧而變為+4價的碳．

解答：解：（1）由碳原子的結構示意圖可知，碳原子的最外層電子數4，因為電子層數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）常溫下碳的化學性質不活潑，我國古代用墨書寫、繪制的字畫，可以多年保存而不褪色，就是利用碳單質在常溫下的穩定性．碳另一個化學性質就是有較強的還原性，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，由于反應須在高溫條件下進行，因此實驗過程中，酒精燈加燈罩，其目的就是使火焰集中，提高溫度．實驗開始，反應不能立即進行，試管中的空氣受熱膨脹排出，故開始時排出的氣體不能使澄清的石灰水變渾濁，隨著反應的進行，碳與氧化銅在高溫下反應，生成二氧化碳，化學方程式為：C+2CuO

高溫  .

2Cu+CO₂，Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；實驗結束時應先將導管從石灰水中取出，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，大量排放導致溫室效應，但二氧化碳還能做為氣體肥料用在農業中，
所以本題答案為：溫室效應；H₂SO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑．
（4）碳單質中，碳元素的化合價為0價，一氧化碳中碳元素的化合價為+2價，在二氧化碳中碳元素的化合價為+4價，
所以本題答案為：碳元素的化合價小于+4．

點評：本題綜合考查碳和碳的化合物的有關性質，碳單質的可燃性和還原性是碳的重要化學性質，而碳單質跟氧化銅和二氧化碳的反應則是難點，要解答此情境題必須對碳單質的化學性質：（1）穩定性；（2）可燃性；（3）還原性及其化學反應原理有比較深的理解，綜合性較強．