第三章自然界中的元素第一讲碳的多样性一、选择题1．碳是自然界的基本构成元素之一，在自然界中，不停地转化、循环，构成了生机盎然的物质世界，如图为自然界中碳的循环图。下列有关分析不合理的是( )A．过程①中还可能有另外的含碳物质产生B．碳元素在自然界中的循环主要是通过CO2的生成和消耗来实现的C．加速过程②将有利于社会的可持续发展D．只有使图中所示的各转化的总体保持基本平衡，才能维持大气中CO2的含量相对稳定解析 首先读懂图，看清楚过程①、②表示的意义，再提取所学知识逐项验证。腐生生物在微生物作用下分解，不但能生成CO2，也会生成其他含碳物质，如CH4等，A项正确；据图示可知，碳元素在自然界中的循环主要是通过CO2的生成和消耗来实现的，B项正确；加速化石燃料的开发利用不利于社会的可持续发展，C项不正确；只有CO2的释放和消耗保持基本平衡，才能维持大气中CO2的含量相对稳定。答案 C2．C60的发现导致了一门新兴学科——球碳化学的兴起。C60指由60个碳原子结合在一起形成的C60分子所组成的物质，C60分子与现代足球非常相似，故C60又叫足球烯。目前已证明，C60与金属钾作用得到一种物质K3C60，其在低温下具有超导性能。下列说法中，不正确的是( )A．C60是一种含碳化合物B．C60是碳元素的一种单质C．K3C60是一种新型的化合物D．在C60和K3C60中，碳元素分别以游离态和化合态存在解析 C60是单质。8\n答案 A3．实验室用石灰石和盐酸制取CO2时，最佳的除杂试剂和方法是( )A．水、浓H2SO4洗气B．饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4洗气C．饱和NaHCO3溶液、浓H2SO4洗气D．NaOH溶液，浓H2SO4洗气解析 实验室用石灰石和盐酸制取的CO2中含有HCl和水蒸气，一般用饱和NaHCO3溶液吸收HCl，再用浓硫酸吸收水蒸气。答案 C4．有关Na2CO3和NaHCO3的下列叙述中错误的是（）A.相同质量的NaHCO3和Na2CO3与足量盐酸反应，Na2CO3产生的CO2少B.将石灰水加入NaHCO3溶液中不产生沉淀，加入Na2CO3溶液中产生白色沉淀C.向Na2CO3饱和溶液中通入足量CO2气体会出现浑浊D.Na2CO3中含少量NaHCO3，可用加热的方法除去答案 B5．将CO2通入100mL某浓度的石灰水中，所得沉淀质量与通入CO2体积(标准状况)的关系如图所示，则石灰水浓度为( ) A．0.03mol·L－1B．0.015mol·L－1C．0.025mol·L－1D．0.0125mol·L－1解析 当生成的CaCO3沉淀恰好溶解时，消耗CO256mL，此时恰好发生反应：Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2n[Ca(OH)2]＝×＝0.00125mol，[Ca(OH)2]＝＝0.0125mol·L－1。答案 D6．将空气缓慢通过如图所示装置后，在试管中收集到少量稀有气体。空气在通过a～d装置时，依次除去的气体是( )8\nA．O2、N2、H2O、CO2 B．CO2、H2O、O2、N2C．H2O、CO2、N2、O2D．N2、O2、CO2、H2O解析 空气通过不同试剂除去的气体依次为CO2、H2O、O2、N2，余下稀有气体。答案 B7．下列实验方案中，不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是（）A.取a克混合物充分加热，减重b克B.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b克固体C.取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克D.取a克混合物与足量Ba（OH）2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b克固体答案 C8．将一定体积的CO2通入VLNaOH溶液中，已知NaOH完全反应。若在反应后的溶液中加入足量石灰水，得到ag沉淀；若在反应后的溶液中加入足量CaCl2溶液，得到bg沉淀，则下列说法正确的是( )A．参加反应的CO2体积为0.224aLB．用上述数据不能确定NaOH溶液的物质的量浓度C．若a＝b，则CO2与NaOH溶液反应的产物盐只有Na2CO3D．b可能等于a、小于a或大于a解析 A项，题目未告知是否是标准状况，故CO2物质的量不可求；B项，根据bg可求n(Na2CO3)，再利用(a－b)g可求出n(NaHCO3)，故n(NaOH)可求；D项，b只能小于或等于a。答案 C二、非选择题9．现有A、B、C、D四种化合物都含钾元素，A、B、C和足量的盐酸反应后，均可生成D；若将固体C加热后可生成A和无色无味的气体E，该气体能使澄清石灰水变浑浊；若在A溶液中通入足量E，可生成C；若B与C的溶液混合可生成A。请回答下列问题。(1)推断A、B、C、D的化学式：A：____________；B：____________；C：____________；D：____________。(2)A溶液中通入足量E反应的离子方程式为____________________________________________________________________________________________________________。8\n(3)B溶液与C溶液反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________。解析 该题的突破口是C加热后生成A和E，E能使澄清石灰水变浑浊，再结合B与C反应生成A，可推出各物质。答案 (1)K2CO3 KOH KHCO3 KCl(2)CO32－＋CO2＋H2O===2HCO3－(3)OH－＋HCO3－===H2O＋CO32－10．Na2CO3是一种重要的化工原料，某学生甲拟在实验室中测Na2CO3的纯度。他利用图1中给出的仪器设计了图2所示的装置(装置图中所用塞子均未画出；杂质不参与反应)，其中M内盛有Na2CO3样品10.0g，分液漏斗内盛有稀硫酸，N内盛有碱石灰固体。他利用碱石灰的增重来求算Na2CO3的纯度。图1图2(1)学生乙认为，按学生甲设计的装置进行实验，存在明显缺陷，其中导致测定结果偏低的是_______________________________________________________。(2)学生乙对学生甲设计的实验装置进行了改进(如图3)。实验室中可供选择的药品：Zn粒、浓H2SO4、稀H2SO4、NaOH溶液、碱石灰、CaCO3、水。图3请回答下列问题：①B、D虚线框内是否需要添加装置，若需要，在相应虚线框内画出装置图(并注明药品)；若不需要，在相应虚线框内打“×”；②A装置中分液漏斗内液体为__________，U形管内药品为________；装置F的作用为________________________________________________________________________；③如果B、D内部不设计任何装置而直接连通A、C、E，则实验结果将________(填“偏高”、“偏低”或“无影响”)；8\n④如果实验后E装置质量增重3.96g，则该Na2CO3样品的纯度为________。解析 (1)M中H2SO4与Na2CO3反应产生的CO2不能完全进入N装置，还有部分残留在M及导气管中，可在M之前加一产生H2的装置，利用生成的H2将产生的CO2全部赶至N装置中。(2)进入B中的气体有H2、H2O(g)，因此B中不需要添加装置，D中需浓H2SO4进行干燥，否则E中碱石灰会增重偏多，导致结果偏高，F则是防止空气中的CO2和水蒸气被碱石灰吸收。n(CO2)＝n(Na2CO3)＝＝0.09mol，m(Na2CO3)＝0.09mol×106g·mol－1＝9.54g，w(Na2CO3)＝×100%＝95.4%。答案 (1)反应产生的CO2气体没有被碱石灰完全吸收(2)①B中：×D中：②稀H2SO4 Zn粒 防止空气中的CO2和水蒸气被E中碱石灰吸收③偏高 ④95.4%11．某天然碱(纯净物)可看作是由CO2和NaOH反应后的产物所组成，其化学式为xNa2CO3·yNaHCO3·zH2O。某化学兴趣小组为确定x、y、z的值进行如下实验：称取3.32g天然碱样品于装置Ⅰ或装置Ⅱ中加热至300℃，恒重后停止加热；过滤沉淀，洗涤、烘干、称重。(1)按照上述实验过程，该化学兴趣小组至少使用________次天平。(2)将天然碱样品加热，冷却至室温，称量其质量为b1g，再次加热并冷却至室温称量其8\n质量为b2g，且b1－b2＝0.3，接下来的操作应当是________。(3)你认为选择________(填“装置Ⅰ”或“装置Ⅱ”)进行实验为佳。选择的理由是________________________________________________________________________。(4)有一学生在加热过程中对剩余固体进行多次称重(处理数据时已经减去仪器质量)，并描出如下曲线：①写出t1→t2反应的化学方程式：___________________________________________。②通过上述曲线确定天然碱样品的化学式：_____________________________________。解析 本题用实验的方法确定CO2与NaOH的物质的量，进而确定反应物的化学式。第(1)问应称五次质量，分别是称样品的质量、样品和试管的总质量、加热后的质量、再加热后的质量、过滤后沉淀的质量。第(2)问，只有当两者之间的差值小于0.1g时，才认为失水结束，所以还要继续加热。(3)选装置Ⅱ，因为Ⅰ中会有部分CO2滞留在试管和导管中，从而影响测量结果；而装置Ⅱ，生成的CO2可以用右侧的空气推动进入澄清石灰水中。第(4)题从图象分析知两次减小质量，第1次应是失水，第2次是NaHCO3的分解。分析出水的质量为3.32－2.96＝0.36(g)，NaHCO3的质量(利用差量法)为(2.96－2.65)×2×84/62＝0.84(g)，Na2CO3的质量为3.32－0.36－0.84＝2.12(g)，其物质的量比值为n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)∶n(H2O)＝2∶1∶2，化学式为2Na2CO3·NaHCO3·2H2O。答案 (1)5(2)继续加热(3)装置Ⅱ 选用装置Ⅰ会有少量CO2仍留在试管中，造成的误差大(4)①2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑(或xNa2CO3·yNaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑)②2Na2CO3·NaHCO3·2H2O12．(1)有关研究表明CO28\n在大气中含量增大，导致地球表面的温度升高，即温室效应。①为了控制温室效应，各国科学家提出了不少方法和设想。有人设想将CO2分子液化或制成干冰，封存于地下或海底，以减小大气中CO2的浓度。为使CO2液化，可采用的措施是________。A．减压、升温B．增压、升温C．减压、降温D．增压、降温快速、有效地减缓大气中的CO2，可采用的生态学措施是____________。A．使用天然气等燃料B．控制全球人口增长C．植树造林，保护森林D．立即停止煤和石油的燃烧(2)将一定体积的CO2通入到一定浓度的NaOH溶液中，为了测定其溶液的成分，向该溶液中逐滴加入1mol·L－1的盐酸。所加入盐酸的体积与产生CO2气体的体积(标准状况)的关系如图所示。①写出OA段所发生反应的离子方程式_________________________________________________________________________________________________________________。②当加入35mL盐酸时，产生CO2的体积为____________mL(标准状况)。③溶液中所含的物质有____________________________________________________，其物质的量之比为________________________________________________________。解析 (1)①气态CO2变为液态或固态，需要减小分子间距离，加压、降温都可达到这一目的。②树木生长过程中的光合作用消耗CO2，如果大量植树，则消耗CO2的量是巨大的。(2)由图像所消耗的盐酸及产生的V(CO2)可知，此溶液的溶质是NaOH、Na2CO3。OA段H＋先与OH－反应生成H2O，后又与CO32－反应生成HCO3－。AB段发生反应H＋＋HCO3－===CO2↑＋H2O，当加入35mL盐酸时，消耗的n(H＋)＝(35－25)mL×10－3L·mL－1×1mol·L－1＝0.01mol，则V(CO2)＝224mL。由CO32－＋H＋===HCO3－，H＋＋HCO3－===CO2↑＋H2O，则n(CO32－)＝nAB(H＋)＝(45－25)mL×10－3L·mL－1×1mol·L－1＝0.02mol，n(OH－)＝[25－(45－25)]mL×10－3L·mL－1×1mol·L－1＝0.005mol，所以8\nn(NaOH)∶n(Na2CO3)＝n(OH－)∶n(CO32－)＝0.005∶0.02＝1∶4。答案 (1)D C (2)①H＋＋OH－===H2O；CO32－＋H＋===HCO3－ ②224 ③NaOH、Na2CO3 1∶48
