图本章知识地图 + 山西中考考情
本章知识结构（一张图看懂）：
碳单质：金刚石（最硬）、石墨（软导电）、C60——碳原子排列方式不同
碳化学性质：常温稳定（古字画）；可燃性（充分/不充分）；还原性（还原 CuO、Fe2O3）
CO2 ┬─ 性质：密度比空气大、不燃不助燃、溶于水生成碳酸、使石灰水变浑
├─ 制法：大理石 + 稀盐酸（固液不加热）
└─ 用途：灭火、光合、气体肥料、干冰人工降雨
CO：可燃（蓝色火焰）、还原（还原 CuO）、剧毒（与血红蛋白结合）
环境：温室效应——CO2 过多导致全球变暖
贯穿主线：同是碳和氧的化合物，CO2 和 CO 因分子构成不同（差一个氧原子），性质截然不同。
山西近 5 年怎么考（2021–2025）
| 考点 | 出现频率 | 题型与分值 | 难度 |
|---|
| 碳单质性质与用途（金刚石/石墨/C60） | 每年必考 | 选择题，2 分 | ★（送分） |
| 碳的还原性（还原氧化铜） | 高频 | 实验/方程式，3–4 分 | ★★ |
| CO2 性质与检验（石灰水） | 每年必考 | 选择/填空，2–3 分 | ★★ |
| CO2 实验室制法 | 每年必考 | 实验大题，6–8 分 | ★★★ |
| CO 的性质与毒性 | 中频 | 选择/填空，2 分 | ★★ |
| 温室效应与低碳生活 | 中频 | 选择，2 分 | ★ |
给中等生的话：这章方程式多、实验多，看起来吓人，但其实是有规律的——碳家族所有反应都围绕"充分燃烧生成 CO2，不充分燃烧生成 CO"这一条主线。你把这条主线记住，再把 CO2 制法那套装置和步骤背熟，10 分里能稳拿 8 分。剩下的细节（为什么不用稀硫酸、为什么不用碳酸钠）下面我一个个给你讲透。
1碳的几种单质——同素异形现象
知识点 1.1 金刚石、石墨、C60：为什么性质差那么多？
讲透本源：金刚石、石墨、C60 都是由碳元素组成的单质，但它们的物理性质天差地别——金刚石是天然最硬的物质，石墨却软得能做铅笔芯，还能导电。原因只有一个：碳原子的排列方式不同。就像同样的积木，堆成金字塔和铺成地砖，用途完全不同。
| 单质 | 结构特点 | 主要物理性质 | 用途 |
|---|
| 金刚石 | 空间网状结构 | 无色透明、天然最硬、不导电 | 裁玻璃、钻探机钻头、装饰品 |
| 石墨 | 层状结构 | 深灰色、很软、滑腻、导电、熔点高 | 铅笔芯、电极、润滑剂 |
| C60 | 足球状分子 | 形似足球，超导、材料科学 | 超导材料、医学 |
| 木炭/活性炭 | 疏松多孔 | 吸附能力强 | 除味、脱色（活性炭） |
采分点：题目问"金刚石和石墨物理性质差异很大的原因"，标准答案是：碳原子的排列方式不同。不是碳原子结构不同、不是碳原子大小不同——它们都是碳元素组成的单质，化学性质相似。
2碳的化学性质——常温稳、高温活
知识点 2.1 常温下的稳定性——古字画为什么能保存千年
讲透本源：常温下碳的化学性质不活泼，不容易和氧气、水等发生反应。所以用墨（含碳）写的字、画的画，能历经千年不褪色。这就是古代字画保存至今的化学原理。
知识点 2.2 可燃性——充分燃烧 vs 不充分燃烧
讲透本源：碳在氧气充足时充分燃烧，生成 CO2；在氧气不充足时不充分燃烧，生成有毒的 CO。冬天用煤炉取暖，如果门窗紧闭、氧气不足，就容易生成 CO 造成煤气中毒。
充分燃烧（O2 充足）：C + O2 —点燃→ CO2 （放热多）
不充分燃烧（O2 不足）：2C + O2 —点燃→ 2CO （放热少、有毒）
知识点 2.3 还原性——碳还原氧化铜
讲透本源：在高温下，碳能"抢走"金属氧化物里的氧，把金属还原出来。这个性质叫还原性，是工业上冶炼金属的原理。
碳还原氧化铜：C + 2CuO —高温→ 2Cu + CO2↑
实验现象：黑色粉末（CuO）逐渐变成红色固体（Cu），生成的气体使澄清石灰水变浑浊。
碳还原氧化铁（工业炼铁原理）：3C + 2Fe2O3 —高温→ 4Fe + 3CO2↑
想一想：上面两个反应的条件为什么写"高温"而不是"加热"？（答：碳还原金属氧化物需要很高温度，酒精灯加网罩或用酒精喷灯；"加热"一般指 Δ，约 500℃ 以下。）
易错：CO2 后面要标 ↑（反应物 C、CuO 都是固体，生成 CO2 气体）；条件是"高温"不是"加热"。
3二氧化碳（CO2）——本章主角
知识点 3.1 物理性质：三句话
讲透本源：CO2 是无色无味气体，密度比空气大（所以可以用向上排空气法收集），能溶于水（汽水就是加压溶了 CO2）。固态 CO2 叫"干冰"，升华时吸收大量热，用于人工降雨、作制冷剂。
知识点 3.2 化学性质：三条必考
讲透本源：CO2 的化学性质主要有三条，每条都对应一个必考实验。
① 不燃烧、也不支持燃烧（所以能灭火）；密度比空气大，覆盖在可燃物上隔绝氧气。
② 与水反应生成碳酸：CO2 + H2O = H2CO3
碳酸能使紫色石蕊试液变红（注意：是碳酸使石蕊变红，不是 CO2 本身）。
碳酸不稳定，受热易分解：H2CO3 = H2O + CO2↑（所以变红的石蕊加热后又变回紫色）。
③ 与澄清石灰水反应（检验 CO2 的方法）：
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
现象：澄清石灰水变浑浊。
中等生最容易混：①使紫色石蕊变红的是碳酸（H2CO3），不是 CO2；②检验 CO2 用澄清石灰水，不能用燃着木条（N2 也能灭火）；③石灰水变浑浊是因为生成了 CaCO3 沉淀（↓）。
知识点 3.3 实验室制法：大理石 + 稀盐酸
讲透本源：实验室用大理石（或石灰石，主要成分 CaCO3）跟稀盐酸反应制 CO2。这是"固液不加热型"装置，和过氧化氢制氧气同一套。
反应原理：CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
发生装置：固液不加热型（长颈漏斗 + 锥形瓶，或分液漏斗）；
收集方法：向上排空气法（CO2 密度比空气大、能溶于水，不能用排水法）；
验满：将燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭，证明已满；
检验：倒入澄清石灰水，振荡，变浑浊则是 CO2。
三个"为什么不能"——山西卷特别爱考：
① 不能用稀硫酸：因为生成的 CaSO4 微溶于水，会附着在大理石表面，阻止反应继续进行；
② 不能用浓盐酸：浓盐酸易挥发，会使制得的 CO2 中混有 HCl 气体不纯；
③ 不能用碳酸钠（Na2CO3）：碳酸钠是粉末状，与盐酸反应太快，不便控制和收集。
知识点 3.4 二氧化碳的用途
讲透本源：性质决定用途——CO2 不燃不助燃 → 灭火；是光合作用原料 → 气体肥料；干冰升华吸热 → 人工降雨、制冷剂；溶于水 → 制汽水。
4一氧化碳（CO）与温室效应
知识点 4.1 一氧化碳：可燃、可还原、有毒
讲透本源：CO 是无色无味气体，密度比空气略小，难溶于水。它和 CO2 只差一个氧原子，性质却完全不同。
① 可燃性：2CO + O2 —点燃→ 2CO2（燃烧时发出蓝色火焰，是煤气主要成分）
② 还原性：CO + CuO —Δ→ Cu + CO2（用于工业冶炼金属）
现象：黑色 CuO 变成红色 Cu，生成的气体使澄清石灰水变浑浊。
③ 毒性：CO 极易与血液中的血红蛋白结合，使氧气不能很好地与血红蛋白结合，造成生物体内缺氧，严重时危及生命。
安全提示：冬天用煤炉取暖、用燃气热水器洗澡，一定要注意通风，防止 CO 中毒。CO 无色无味，中毒时往往不知不觉，这是最危险的。
知识点 4.2 CO2 与 CO 性质对比——为什么差一个氧原子差这么多？
| CO2 | CO |
|---|
| 可燃性 | 不燃烧、不支持燃烧 | 可燃（蓝色火焰） |
| 还原性 | 无（有氧化性） | 有（还原 CuO） |
| 毒性 | 无毒（温室气体） | 剧毒 |
| 与石灰水 | 变浑浊（检验方法） | 不反应 |
| 分子构成 | CO2（每个分子含 2 个 O） | CO（每个分子含 1 个 O） |
结论：分子构成不同，性质不同——这是"分子是保持物质化学性质的最小粒子"最好的例子。
知识点 4.3 温室效应与低碳生活
讲透本源：CO2 像温室的玻璃一样，让太阳光透过却阻挡地面辐射散热，使地球气温升高。过多燃烧化石燃料、乱砍滥伐，导致大气中 CO2 含量上升，全球变暖、冰川融化、海平面上升。低碳生活就是减少 CO2 排放：随手关灯、绿色出行、植树造林。
技做题技巧专题
技巧 ①：碳单质用途匹配题——抓"最"字
金刚石最硬→裁玻璃；石墨软+导电→铅笔芯、电极；活性炭多孔→吸附。看到"天然最硬的物质"立刻选金刚石。
技巧 ②：检验 CO2 唯一方法——澄清石灰水
题目问"如何检验一瓶气体是 CO2"，永远答"倒入澄清石灰水振荡，变浑浊"。不要答"燃着木条熄灭"——那是验满方法，而且 N2 也能灭火。
技巧 ③：实验室制 CO2 选药品——三不原则
不选稀硫酸（CaSO4 微溶阻止反应）、不选浓盐酸（挥发 HCl 不纯）、不选碳酸钠（反应太快）。正确答案永远是：大理石/石灰石 + 稀盐酸。
技巧 ④：CO 还原氧化铜实验——尾气处理
CO 有毒，实验最后要点燃尾气（或用气球收集），防止 CO 排放到空气中。这是实验题常考的环保得分点。
经验级总结：本章方程式必须写对四个：① C+2CuO=高温=2Cu+CO2↑；② CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O；③ CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；④ CO+CuO=Δ=Cu+CO2。条件和 ↑↓ 别漏，这四个写对，本章方程式分全拿。
真山西中考真题精讲（近 5 年精选）
2024 山西中考碳单质用途（2 分）
题目：下列物质的用途与其依据的性质不相符的是（ ）。
A. 金刚石用于裁玻璃——金刚石硬度大 B. 石墨用于制铅笔芯——石墨很软
C. 活性炭用于防毒面具——活性炭有吸附性 D. CO2 用于灭火——CO2 能溶于水
答案 D。CO2 用于灭火是因为它不燃烧、不支持燃烧且密度比空气大，不是因为能溶于水。
2025 山西中考CO2 性质与捕集（实验大题改编）
题目：向盛满 CO2 的软塑料瓶中加入适量 NaOH 溶液，立即旋紧瓶盖振荡，观察到塑料瓶变瘪，说明 NaOH 溶液能捕集 CO2。(1) 实验室制 CO2 的化学方程式为______；(2) 验满方法为______；(3) 干冰可用于人工降雨，原因是______。
答案：(1) CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑；(2) 将燃着木条放在集气瓶口，木条熄灭则已满；(3) 干冰升华吸热，使周围温度降低、水蒸气凝结成雨滴。
2023 山西中考CO 还原氧化铜（3 分）
题目：用 CO 还原 CuO 的实验中，(1) 反应方程式为______；(2) 实验现象是______；(3) 末尾点燃尾气的目的是______。
答案：(1) CO + CuO —Δ→ Cu + CO2；(2) 黑色粉末逐渐变红，生成使澄清石灰水变浑浊的气体；(3) 防止有毒的 CO 排放到空气中污染空气。
2022 山西中考CO2 与水反应（2 分）
题目：将 CO2 通入紫色石蕊试液，试液变红；加热后又变回紫色。下列说法正确的是（ ）。
A. CO2 使石蕊变红 B. 碳酸使石蕊变红，碳酸不稳定受热分解
C. 加热使石蕊分解 D. 变红是因为发生了物理变化
答案 B。CO2 + H2O = H2CO3，碳酸使石蕊变红；加热后 H2CO3 分解，CO2 逸出，石蕊变回紫色。
太原 2024 一模实验室制 CO2 药品选择（选择）
题目：实验室制 CO2，应选用的药品是（ ）。
A. 大理石和稀硫酸 B. 大理石和稀盐酸 C. 碳酸钠和稀盐酸 D. 石灰石和浓盐酸
答案 B。A 错——稀硫酸生成微溶 CaSO4 阻止反应；C 错——碳酸钠反应太快；D 错——浓盐酸挥发 HCl 使 CO2 不纯。
练分层练习（盖住答案先做）
基础必须全对（6 题）
1. 金刚石、石墨、C60 都是由______元素组成的单质，它们物理性质差异很大的原因是______。
2. 常温下碳的化学性质______，所以古字画能保存千年；碳在氧气充足时燃烧生成______，氧气不足时生成______。
3. 实验室制 CO2 的药品是______和______，化学方程式为______；收集方法用______，因为 CO2 密度比空气大且能溶于水。
4. 检验 CO2 用______，现象是______，化学方程式为______。
5. CO 燃烧时发出______色火焰，化学方程式为______；CO 有毒是因为它极易与血液中的______结合。
6. 干冰是固态的______，升华时______（吸热/放热），可用于人工降雨。
提高中档题主战场（4 题）
7. 写出下列化学方程式：①碳在高温下还原氧化铜；②CO 在加热条件下还原氧化铜；③CO2 通入水中；④碳酸受热分解。
8. 实验室制 CO2 时，为什么不能用稀硫酸代替稀盐酸？为什么不能用碳酸钠代替大理石？
9. 将 CO2 通入紫色石蕊试液，试液为什么变红？加热后为什么又变回紫色？用化学方程式解释。
10. 金刚石和石墨都是碳单质，下列说法正确的是（ ）。
A. 它们是同一种物质 B. 它们碳原子排列方式不同 C. 它们都很软 D. 它们都能导电
冲刺冲高分（2 题）
11. 某同学用 CO 还原 CuO，实验时先通 CO 再加热，结束时先停止加热继续通 CO 直到试管冷却。请解释这两步操作的原因。
12. 把一定质量的 CO2 通入足量澄清石灰水中，得到 10 g 白色沉淀。求参加反应的 CO2 质量。（C=12，O=16，Ca=40）
答练习答案与详解
1. 碳；碳原子的排列方式不同。
2. 不活泼（稳定）；CO2；CO。
3. 大理石（或石灰石）；稀盐酸；CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑；向上排空气法。
4. 澄清石灰水；澄清石灰水变浑浊；CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O。
5. 蓝；2CO + O2 =点燃= 2CO2；血红蛋白。
6. CO2；吸热。
7. ① C + 2CuO —高温→ 2Cu + CO2↑；② CO + CuO —Δ→ Cu + CO2；③ CO2 + H2O = H2CO3；④ H2CO3 = H2O + CO2↑。
8. 稀硫酸与 CaCO3 反应生成微溶的 CaSO4，附着在大理石表面阻止反应继续；碳酸钠是粉末，与盐酸反应太快，不便控制和收集。
9. CO2 与水反应生成碳酸：CO2 + H2O = H2CO3，碳酸使紫色石蕊变红；加热后碳酸分解：H2CO3 = H2O + CO2↑，CO2 逸出，溶液变回中性，石蕊恢复紫色。
10. B。金刚石和石墨是不同单质（碳原子排列不同）；金刚石最硬不导电，石墨很软能导电。
11. 先通 CO 再加热：排尽试管内空气，防止 CO 与空气混合加热发生爆炸；结束后继续通 CO 至冷却：防止生成的灼热铜被空气中的氧气重新氧化成 CuO。
12. 设参加反应的 CO2 质量为 x。
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
44 100
x 10 g
44/x = 100/10 g ⇒ x = 4.4 g。
答：参加反应的 CO2 为 4.4 g。
结本章总结 + 自检问题清单
全章要点（背下来）：
① 碳单质：金刚石最硬、石墨软导电、C60 足球状；物理性质差异大是因为碳原子排列方式不同；
② 碳化学性质：常温稳定、可燃（充分 CO2/不充分 CO）、还原（C+2CuO=高温=2Cu+CO2↑）；
③ CO2 性质：密度比空气大、不燃不助燃、溶于水成碳酸、使石灰水变浑；
④ 实验室制 CO2：大理石+稀盐酸；向上排空气法；燃着木条放瓶口验满；
⑤ 三不：不用稀硫酸（CaSO4 微溶）、不用浓盐酸（挥发 HCl）、不用碳酸钠（太快）；
⑥ CO：可燃蓝色火焰、还原 CuO、剧毒与血红蛋白结合；
⑦ 温室效应：CO2 过多导致全球变暖，低碳生活。
合上书写一遍——能答上才算真会
- 金刚石和石墨都是碳单质，为什么物理性质差那么多？
- 碳在氧气充足和不足时燃烧产物分别是什么？方程式怎么写？
- 碳还原氧化铜的方程式、条件、现象分别是什么？
- CO2 通入紫色石蕊试液为什么变红？加热后为什么又变回紫色？
- 检验 CO2 用什么试剂？写出化学方程式。
- 实验室制 CO2 用什么药品？为什么不用稀硫酸、不用浓盐酸、不用碳酸钠？
- CO2 用什么方法收集？怎么验满？怎么检验？
- CO 有哪三条化学性质？CO 为什么有毒？
- CO 还原 CuO 的方程式和现象是什么？尾气为什么要点燃？
- 什么是温室效应？举出两条低碳生活做法。