6.1金刚石、石墨和C60-2023-2024学年九年级化学人教版上册

金刚石、石墨和C60 碳的单质 1 2 单质碳的化学性质 1 金刚石、石墨和C60 我们知道，丰富多彩的物质世界是由元素组成的。例如，氧气是由氧元素组成的，氢气是由氢元素组成的，水是由氢、氧两种元素组成的。不同的元素组成不同的物质。那么，在物质世界中，有没有同一种元素组成不同物质的例子呢？ 研究表明，透明的金刚石、灰黑色的石墨和足球状的C都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的原子排列方式不同，因此它们的性质存在着明显差异。 C 2 碳的单质--金刚石 纯净的金刚石是无色透明的固体。天然采集到的金刚石经过仔细研磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品——钻石。 金刚石可用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻探机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。根据金刚石的用途可以推测金刚石一定很硬。事实上，它是天然存在的最硬的物质。 3 碳的单质--石墨 石墨是一种灰黑色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨很软，有滑腻感。此外，石墨还具有优良的导电性能。 在日常生活和工农业生产中，我们常常要用到木炭、焦炭、活性炭和炭黑等，这些物质的主要成分也是碳单质，而它们的结构则与石墨类似。 4 碳的单质--石墨 木炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。可以利用木炭的这个性质来吸附一些食品和工业产品里的色素，也可以用它来吸附有异味的物质。活性炭的吸附作用比木炭的还要强，防毒面具里的滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的，制糖工业中也利用活性炭来脱色以制白糖。随着社会的发展，活性炭的应用范围不断扩大，如城市污水、工业废水和饮用水在深度净化处理时都要用到活性炭，人们还利用活性炭来吸附装修产生的对人体有害的气体，等等。 5 碳的单质--C60 科学家发现，除金刚石、石墨外，还有一类以单质形式存在的碳。其中，发现较早并已在研究中取得重要进展的是C60。 每个C60分子是由60个碳原子构成的。C60分子形似足球，这种足球结构的C60分子很稳定。 C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界。C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。目前，人类对C的研究正在不断深入。我国的科研机构在C的制备和分离、C60的超导性、C60的结构等方面的研究已取得不少成就，在国际上产生了重要影响。 6 单质碳的化学性质 我国古代书法家、画家用墨（用炭黑等制成）书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢？ 在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光照射或与空气、水分接触,都不容易起变化。如果温度升高,碳的活泼性又如何呢？ 7 单质碳的化学性质--碳与氧气的反应 你还记得木炭在氧气中燃烧的现象吗？当木炭充分燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，同时放出大量的热。 当碳燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，同时放出热。 8 单质碳的化学性质--碳与某些氧化物的反应 【实验】把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管。用酒精灯（可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）加热混合物几分钟。然后先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。 9 单质碳的化学性质--碳与某些氧化物的反应 木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳。 在这个反应里，氧化铜失去氧而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性。碳的还原性可用于冶金工业。例如，焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。 此外，在高温条件下，碳还能使二氧化碳转变成一氧化碳。 10 回顾总结 “碳”和“炭”的区别：“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。 金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种不同的单质。所以，在一定条件下，将石墨转化为金刚石的变化是化学变化。 C60分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，这种足球结构的碳分子很稳定。 金刚石、石墨、C60性质不同的原因：碳原子的排列方式不同。 木炭、活性炭具有吸附性（物理性质）。活性炭的吸附性更强。 11 回顾总结 金刚石、石墨的物理性质和用途 化学式 颜色 形状 硬度 导电性 导热性 润滑性 熔点 用途 金刚石 C 无色透明 正八面体 最硬 无 无 无 高 划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制装饰品等 石墨 深灰色、有金属光泽、不透明 细鳞片状 最软之一 优良 良好 良好 电极、铅笔芯、润滑剂等 12 回顾总结 金刚石是天然存在的最硬的物质。 无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，没有固定形状。 常见的无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。 颜色、状态 制法 用途 木炭 灰黑色的多孔性固体 木材隔绝空气加强热 燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金