Question

碳与碳的化合物在工农业生产及日常生活中有广泛的用途．
（1）图是碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数是

 

，碳元素在元素周期表中位于第

 

周期．
（2）古代用墨书写或绘制的字画虽年久仍不变色，原因是墨中主要成分碳在常温下具有

 

性．图是木炭还原氧化铜的实验，大试管中的反应体现了碳的还原性，单质碳的还原性可以用于冶金工业．①酒精灯加灯罩的目的

 

；②刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是

 

；

③继续加热，观察到石灰水逐渐变浑浊，黑色粉末中出现红色物质．请你写出带点部分的化学方程式：

 

．
④停止加热时，应先将导管从试管②中撤出，待试管①冷却后再把试管里的粉末倒出．这样操作的原因是
A

 

；
B

 

．
（3）二氧化碳能参与光合作用完成大气中的“碳循环”，但是大气中二氧化碳的含量不断上升，会使全球变暖，从而导致

 

．蔬菜大棚用作气肥的二氧化碳，可用多种方法制得，例如可以用稀硫酸与碳酸氢铵（NH₄HCO₃）反应制得，反应后生成硫酸铵、水和二氧化碳，这一反应的化学方程式是

 

．
（4）研究发现：物质的结构决定性质，物质的性质决定用途．如：一氧化碳也能还原氧化铜，也有还原性．从化学反应前后碳元素化合价的变化特点分析，一氧化碳和碳都具有还原性的原因是

 

．

Answer 1

分析：根据原子的结构示意图可以判断原子的最外层电子数，电子层数表示该元素所处的周期；常温下碳的化学性质不活泼，我国古代用墨书写、绘制的字画，可以多年保存而不褪色，埋在地下的电线杆烧焦等，就是利用碳单质在常温下的稳定性．碳有较强的还原性，能夺取金属氧化物如CuO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等中的氧生成金属和使澄清的石灰水变浑浊的气体二氧化碳，常用于冶金工业．二氧化碳是温室气体之一，有利有弊，还能做为气体肥料用在农业中；由同类元素组成的一氧化碳却有毒性，而且也跟碳单质一样具有还原性，其根本原因就是碳单质和一氧化碳中碳元素的化合价都为中间价态，都能够夺取金属氧化物中的氧而变为+4价的碳．

解答：解：（1）由碳原子的结构示意图可知，碳原子的最外层电子数4，因为电子层数就表示该元素所处的周期，所以碳元素位于第二周期，故答案为：4，二．
（2）常温下碳的化学性质不活泼，我国古代用墨书写、绘制的字画，可以多年保存而不褪色，就是利用碳单质在常温下的稳定性．碳另一个化学性质就是有较强的还原性，能夺取金属氧化物如CuO、Fe₂O₃、Fe₃O₄等中的氧生成金属和使澄清的石灰水变浑浊的气体二氧化碳，由于反应须在高温条件下进行，因此实验过程中，酒精灯加灯罩，其目的就是使火焰集中，提高温度．实验开始，反应不能立即进行，试管中的空气受热膨胀排出，故开始时排出的气体不能使澄清的石灰水变浑浊，随着反应的进行，碳与氧化铜在高温下反应，生成二氧化碳，化学方程式为：C+2CuO

高温  .

2Cu+CO₂，Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；实验结束时应先将导管从石灰水中取出，防止溶液倒吸炸裂试管，然后冷却后再将大试管中的粉末倒出，防止还原生成的铜被空气中的氧气重新氧化．
以本题答案：稳定性；①使火焰集中并提高温度；②开始排出的气体是空气；
③Ca（OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；④防止石灰水倒流导致试管①破裂；防止生成的铜被氧化．
（3）二氧化碳是温室气体之一，大量排放导致温室效应，但二氧化碳还能做为气体肥料用在农业中，
所以本题答案为：温室效应；H₂SO₄+2NH₄HCO₃=（NH₄）₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑．
（4）碳单质中，碳元素的化合价为0价，一氧化碳中碳元素的化合价为+2价，在二氧化碳中碳元素的化合价为+4价，
所以本题答案为：碳元素的化合价小于+4．

点评：本题综合考查碳和碳的化合物的有关性质，碳单质的可燃性和还原性是碳的重要化学性质，而碳单质跟氧化铜和二氧化碳的反应则是难点，要解答此情境题必须对碳单质的化学性质：（1）稳定性；（2）可燃性；（3）还原性及其化学反应原理有比较深的理解，综合性较强．