6.1 碳单质的多样性-2024-2025学年九年级化学人教版（2024）上册

6.1 碳单质的多样性 ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ 一．选择题（共15小题） 1．（2024•临川区二模）谷雨时节，雷雨骤降，祝诗妍同学发现清澈抚河水变成浑浊发黄，她利用化学所学水的净化知识将它净化成生活饮用水，其中用到活性炭，活性炭的主要作用是（　　） A．沉降 B．吸附 C．消毒 D．乳化 2．（2024•虹口区一模）与单质碳有关的说法正确的是（　　） A．所有的单质碳具有相同的性质 B．在空气中灼烧可除去氧化铜中的少量碳 C．可以通过溶解、过滤的方法分离氧化铜和碳 D．使用碳素墨水书写重要文档，主要是因为单质碳是黑色的 3．（2022秋•前郭县校级月考）下列碳单质的各种用途中，利用了化学性质的是（　　） A．金刚石制作钻头 B．石墨制作电极 C．碳冶炼金属 D．活性炭作冰箱除味剂 4．（2024•淮北二模）科学家将立方金刚石中的每个碳原子用一个由四个碳原子组成的正四面体结构单元取代，制成了用途更为广泛的“T﹣碳”（如图所示）。下列关于“T﹣碳”的说法中正确的是（　　） A．“T﹣碳”与金刚石是同一种物质 B．“T﹣碳”中碳原子静止不动 C．在一定条件下，“T﹣碳”可以还原氧化铜 D．在常温下，“T﹣碳”的化学性质活泼 5．（2024秋•章丘区期中）金刚石、石墨、木炭和C60都是由碳元素组成的，下列关于这四种物质叙述正确的是（　　） A．C60是一种化合物 B．在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳 C．碳原子的排列方式相同 D．一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化 6．（2024秋•高密市校级月考）高铁列车依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，从而维持高速运行。石墨可用于制造受电弓滑板，这一应用主要与石墨的下列性质无关的是（　　） A．滑腻感 B．还原性 C．导电性 D．熔点高 7．（2024•扬州模拟）下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是（　　） A．由图1可推测常温下碳的化学性质很活泼 B．由图2可知一个碳原子的质量为12.01g C．图3中三种物质完全燃烧后的产物相同 D．图3中石墨在一定条件下转化为金刚石，发生的是物理变化 8．（2024•临邑县一模）中考实行网上阅卷，考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡，2B铅笔芯的主要成分是（　　） A．木炭 B．石墨 C．焦炭 D．铅 9．（2023秋•龙华区校级期末）金刚石的下列用途，不是利用它的高硬度的是（　　） A． B． C． D． 10．（2024•雨城区校级一模）“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列说法正确的是（　　） A．“超级黑”是一种新型的化合物 B．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧 C．“超级黑”易溶于水 D．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 11．（2024•徐汇区二模）高温下碳和氧化铜可发生反应：C+2CuO2Cu+CO2↑，在该反应中碳表现出（　　） A．吸附性 B．稳定性 C．助燃性 D．还原性 12．（2023秋•湘西州期末）不同的碳单质有不同的性质和用途，下列有关其性质和用途的说法中，错误的是（　　） A．金刚石的硬度很大——用作钻头 B．C60的分子结构很稳定——制作铅笔芯 C．石墨的导电性优良——制作电极 D．活性炭的吸附作用强——除去异味 13．（2024•望城区模拟）碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是化学研究的重要内容。下列有关含碳物质的性质或用途错误的是（　　） A．璀璨夺目的钻石是由碳原子构成 B．金刚石和石墨的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同 C．制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖 D．铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的 14．（2024•东海县校级模拟）兴趣小组为了探究C与CuO反应生成的气体，设计如图装置进行实验： 步骤①先向波形管中通入N2一会儿，在戊处连接瘪气球，关闭甲处止水夹； 步骤②点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色； 步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯。 观察到乙、丁两处均有红色物质生成，丙处澄清石灰水变浑浊。下列说法错误的是（　　） A．通N2是为了排出氧气，避免干扰后续实验 B．步骤②与步骤③均加热丁处，是对照实验 C．从丙处现象推理C与CuO反应一定生成了CO2 D．从丁处现象推理C与CuO反应一定生成了CO 15．（2023秋•武侯区期末）将总质量为ag的木炭、氧化铜混合物装入如图1试管中并加热，充分反应。反应过程中，固体的总质量随反应时间的变化关系如图2所示。下列有关该实验的说法错误的是（　　） A．实验前，应将反应物进行烘干研磨 B．实验结束时，应先移去盛有澄清石灰水的试管 C．图2中，M点含有两种固体物质 D．实验中，产生气体的总质量为（a﹣b）g 二．填空题（共2小题） 16．（2024春•兴仁市校级月考）碳及其氧化物性质的应用。 （1）石墨和金刚石物理性质有较大差异的原因是 　 　；石墨在一定条件下可转变为金刚石，该变化属于 　 　（填“物理”或“化学”）变化。 （2）我国对石墨烯技术的研究居世界领先地位。石墨烯性能优良，用途独特，比如用作太阳能电池的电极，这主要是利用了它的 　 　性。 （3）向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里投入几小块烘烤过的木炭，红棕色消失，说明木炭具有 　 　能力，其原因是木炭具有 　 　的结构。 （4）模型认知是建立宏观与微观联系的思维方法。上图是三种碳单质的结构模型图，其中A是 　 　（填名称）的结构模型图，三种碳单质的化学性质相似，但物理性质却有很大差异，主要原因是 　 　。 17．（2024•永州一模）碳材料一直被认为是一种未来材料，甚至有的材料学家认为人类社会将由现今的“硅基电子时代”迈入到未来的“碳基电子时代”。 （1）目前世界上最轻固态材料“超轻气凝胶”，昵称为“碳海绵”，密度仅是空气的，其具有质轻、高弹性和超快超高的吸附性，是目前吸油力最强的材料，这属于其 　 　（选填“物理”或“化学”）性质。 （2）中国科学技术大学的俞书宏院士团队成功研制出一种兼具高度可压缩性和可拉伸性的超弹性全碳多孔材料——“碳弹簧”。碳元素能组成多种碳单质，它们的物理性质存在较大差异的原因是 　 　。 （3）碳化硅（SiC）具有独特的光学、电学及力学等性能，在众多战略行业具有重要的应用价值和广阔的应用前景。其制备过程中的主要反应是：SiO2+3CSiC+2X↑，则X的化学式为 　 　。 三．科学探究题（共1小题） 18．（2024•金山区一模）在探究木炭与氧化铜反应时，完成了如图1实验，请回答下列问题： ①实验时，发现澄清的石灰水变浑浊；实验结束后，应 　 　（选填“a”或“b”）。 a.先撤出导管，再熄灭酒精灯 b.先熄灭酒精灯，再撤出导管 ②通过阅读材料，发现当木炭较多、温度较高时，该反应产生的气体中可能含有CO和CO2，设计实验进行验证，实验装置如图2所示。 已知：碱石灰是NaOH和CaO的混合物，可以吸收CO2和水。 Ⅰ.实验前，需检查装置气密性；点燃酒精灯前，先打开K，通入N2一段时间，其作用为 　 　。 Ⅱ.B中所盛试剂为 　 　，其作用为检验二氧化碳。 Ⅲ.D中玻璃管内固体为CuO，E中的试剂为澄清的石灰水。若A装置产物中确有CO则应观察到的现象是：　 　。 Ⅳ.请指出上述实验中的一项缺陷：　 　。 ③查阅资料发现：C还原CuO生成的红色固体除了铜以外还可能含有氧化亚铜（Cu2O）。 已知：稀硫酸不能与铜发生反应，与Cu2O发生反应的化学方程式为Cu2O+H2SO4═Cu+CuSO4+H2O，CuSO4溶液为蓝色。请设计简单实验验证CuO和足量木炭反应后所得的红色固体中是否有Cu2O：　 　。 1．【答案】B 【分析】根据活性炭的性质及其用途来分析。 【解答】解：活性炭具有吸附性，可以吸附水中的色素和异味。 故选：B。 【点评】要想解答好这类题目，要理解和熟记碳单质的物理性质及用途等相关知识。 2．【答案】B 【分析】A、根据碳的单质的性质分析； B、根据除杂质题至少要满足两个条件：①加入的试剂只能与杂质反应，不能与原物质反应；②反应后不能引入新的杂质分析； C、根据氧化铜和碳都不溶分析； D、根据碳素墨水是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，进行分析判断。 【解答】解：A、碳的单质间物理性质差别较大，例如金刚石和石墨，故A错误； B、碳在空气中灼烧生成二氧化碳气体，能除去杂质且没有引入新的杂质，符合除杂原则，故B正确； C、氧化铜和碳都不溶，不能通过溶解、过滤的方法分离，故C错误； D、碳素墨水是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，用碳素墨水来书写档案，是因为在常温下碳的化学性质不活泼，故D错误； 故选：B。 【点评】在解此类题时，首先要将题中的知识认知透，然后结合学过的知识进行解答。 3．【答案】C 【分析】根据已有的碳的性质进行分析解答即可。 【解答】解：A、金刚石制作钻头，是利用金刚石的硬度大的物理性质，A错误； B、石墨制作电极是利用石墨导电的物理性质，B错误； C、碳冶炼金属是利用碳的化学性质，C正确； D、活性炭作冰箱除味剂是利用活性炭的吸附性的物理性质，D错误； 故选：C。 【点评】加强对物质性质和用途的关系的掌握是正确解答本题的关键。 4．【答案】C 【分析】根据微粒的性质和原子排列顺序不同，物质的物理性质不同进行解答。 【解答】解：A、因为它与金刚石中的碳原子排列方式不同，故不属于同一种物质，故说法错误； B、原子是不断运动的，故说法错误； C、碳单质具有还原性，在一定条件下可还原氧化铜，故说法正确； D、碳单质在常温下化学性质稳定，故说法错误。 故选：C。 【点评】本题考查几种碳单质的性质，属于基础题。需要强调的是结构不同，物质的性质也不同，这里的性质指的是物理性质，它们的化学性质是相同的。 5．【答案】B 【分析】本题考察的是碳元素组成的不同物质的性质；金刚石、石墨、木炭和C60都是由碳元素组成的单质，据此进行分析判断。 【解答】解：A.C60是由一种元素组成的纯净物，属于单质，而不是化合物，故A错误； B.因为它们都是由碳元素组成的，根据碳的化学性质，在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳，故B正确； C.这四种物质中碳原子的排列方式不同，这也是它们性质存在差异的原因，故C错误； D.石墨和金刚石是两种不同的物质，一定条件下，石墨转化成金刚石有新物质生成，是化学变化，故D错误； 故选：B。 【点评】本题难度简单，通过考察碳元素的不同同素异形体的性质及相互转化，加深了学生对同素异形体概念的理解，在解答这类问题时，需要明确同素异形体的定义和性质，以及物理变化和化学变化的区别，同时，也需要掌握质量守恒定律等基本原理在解题中的应用。 6．【答案】B 【分析】物质的性质决定物质的用途，用石墨制成的电刷，它是电车与架空电线的接触点，电车与架空电线的接触点由于高速摩擦，会产生高温，据此进行分析解答。 【解答】解：A、石墨具有滑腻感，因此用石墨制成的受电弓滑板能够减小与接触网的摩擦，故该选项说法正确，不符合题意； B、高铁动车的高速运行是依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，该过程中不涉及还原反应，因此石墨制成的受电弓滑板与还原性无关，故该选项说法错误，符合题意； C、受电弓滑板的主要用途是用于输电，因此石墨制成的电受电弓滑板与石墨的导电性有关，故该选项说法正确，不符合题意； D、高铁动车的高速运行是依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，因此石墨制成的受电弓滑板应该具有耐高温、熔点高的性质，故该选项说法正确，不符合题意； 故选：B。 【点评】本题难度不大，物质的性质决定物质的用途，掌握石墨的性质和用途是正确解答本题的关键。 7．【答案】C 【分析】A、根据碳的化学性质来分析； B、根据元素周期表的信息来分析； C、根据物质的组成与质量守恒定律来分析； D、根据是否生成新物质来分析。 【解答】解：A、由图1可知碳原子的最外层有4个电子，在化学反应中既不易得电子，也不易失电子，可推测常温下碳的化学性质不活泼，故A错误； B、由图2可知碳的相对原子质量为12.01，而不是一个碳原子的质量为12.01g，故B错误； C、图3中三种物质都是由碳元素组成的单质，由质量守恒定律可知，三种物质完全燃烧后的产物相同，故C正确； D、图3中石墨在一定条件下转化为金刚石，有新物质生成，发生的属于化学变化，故D错误。 故选：C。 【点评】本题考查了由碳元素组成的几种碳的单质以及原子结构示意图等的知识，应了解由于它们的原子排列方式不同，它们的性质存在着差异，加深了学生对结构决定性质的理解。 8．【答案】B 【分析】物质的性质决定物质的用途，由石墨质软，刻画时容易留下痕迹，常用作铅笔芯的材料，进行分析判断． 【解答】解：A、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含木炭，故选项错误。 B、石墨是天然存在的最软的物质之一，在纸张上划过时容易留下痕迹，可用来制作铅笔芯，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，故选项正确。 C、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含焦炭，故选项错误。 D、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含金属铅，故选项错误。 故选：B。 【点评】本题难度不大，物质的性质决定物质的用途，掌握常见碳单质的性质和用途是正确解答本题的关键． 9．【答案】C 【分析】根据已有的知识进行分析，金刚石硬度大，可以用于钻探机的钻头、用作轴承、用于切割玻璃，据此解答． 【解答】解：A、金刚石用作钻头，利用的是其硬度大的性质； B、金刚石用作轴承，利用的是其硬度大的性质； C、金刚石用作钻戒，利用的是其折光的性质； D、金刚石用作刻刀，利用的是其硬度大的性质； 故选：C。 【点评】本题考查了常见物质的用途，完成此题，可以依据其性质进行． 10．【答案】B 【分析】A、根据“超级黑”是碳元素形成的一种单质，进行分析判断。 B、根据碳单质具有可燃性，进行分析判断。 C、根据“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，，进行分析判断。 D、根据单质中元素的化合价，进行分析判断。 【解答】解：A、“超级黑”是用比头发细一万倍的碳纳米管所制造，是由碳元素一种元素组成的，一种新型的单质，故A错误。 B、碳单质具有可燃性，在一定条件下“超级黑”能够燃烧，故B正确。 C、“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，难溶于水，故C错误。 D、“超级黑”是碳元素形成的一种单质，碳元素的化合价为0，故D错误。 故选：B。 【点评】本题难度不大，理解“超级黑”是用比头发细一万倍的碳纳米管所制造，掌握碳单质的化学性质、化合价的确定、题中信息的应用等是正确解答本题的关键。 11．【答案】D 【分析】根据化学反应的原理来分析碳的性质。 【解答】解：在该反应中，碳夺取了氧化铜中的氧元素，使之转化为单质铜，体现了碳具有还原性， 故选：D。 【点评】此题考查碳的化学性质，关键是根据化学反应的原理来分析碳的性质解答。 12．【答案】B 【分析】物质的性质决定物质的用途，解题时根据物质的性质来分析解答。 【解答】解：A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用作钻头，故A正确； B、石墨质软呈深灰色，能在纸上留下灰黑色痕迹，可用于制作铅笔芯，制铅笔芯不能用C60，故B错误； C、石墨具有良好的导电性，可制作电极，故C正确； D、活性炭疏松多孔，具有较强的吸附性，能吸附色素和异味，可用来除去异味，故D正确； 故选：B。 【点评】本题难度不大，物质的性质决定物质的用途，了解常见化学物质的性质和用途是正确解答此类题的关键。 13．【答案】D 【分析】物质的性质决定物质的用途，解题时根据物质的性质来分析。 【解答】解：A、璀璨夺目的钻石是经过人工雕琢的金刚石，金刚石是由碳原子构成，选项说法正确； B、金刚石和石墨都是由碳原子直接构成的，二者的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同，选项说法正确； C、活性炭具有吸附性，制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖，选项说法正确； D、铅笔芯中不含铅，其主要成分是石墨，选项说法错误。 故选：D。 【点评】本题难度不大，掌握碳单质的结构、性质及其用途是解题的关键。 14．【答案】D 【分析】根据实验目的可知，先通入氮气，排净装置中的空气，先点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；证明氮气不能还原氧化铜；步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯，观察到乙、丁两处均有红色物质生成，丙处澄清石灰水变浑浊，说明木炭与氧化铜高温下反应生成二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳有毒，需要进行尾气处理，用气球来吸收，据此分析。 【解答】解：A.一氧化碳与氧气混合加热可能发生爆炸，铜与氧气加热条件下反应生成氧化铜，因此通N2是为了排出装置内的氧气，避免干扰后续实验，故正确； B.步骤②点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；说明氮气不能还原氧化铜；步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯，为了验证一氧化碳与氧化铜的反应，因此步骤②与步骤③均加热丁处，是为了排除氮气对实验的影响，属于对照实验，故正确； C.碳与氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳，乙处物质变红，丙处澄清石灰水变浑浊，所以从丙处现象能推理C与CuO反应一定生成了CO2，故正确； D.一氧化碳具有还原性，二氧化碳、氮气均没有还原性，因此丁处黑色物质变红，说明有单质铜产生，只能是一氧化碳气体与氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳；由于在高温条件下碳和二氧化碳反应也生成了一氧化碳，不能从丁处现象推理C与CuO反应一定生成了CO，故错误； 故选：D。 【点评】本题考查了碳的化学性质等相关知识，掌握碳与氧化铜反应的原理及实验装置中各步骤的作用是解答的关键。 15．【答案】C 【分析】A、实验前，应将反应物进行烘干研磨，除去杂质水。 B、实验结束时，应先移去盛有澄清石灰水的试管，以防止液体倒流炸裂试管。 C、图2中，M点含有3种固体物质，即碳、氧化铜和铜。 D、反应前后固体质量差即为反应生成的气体质量。 【解答】解：A、实验前，应将反应物进行烘干研磨，该选项正确。 B、实验结束时，应先移去盛有澄清石灰水的试管，以防止液体倒流炸裂试管，该选项正确。 C、图2中，M点含有3种固体物质，即碳、氧化铜和铜，该选项不正确。 D、实验中，产生气体的总质量为（a﹣b）g，该选项正确。 故选：C。 【点评】本题主要考查物质的性质，解答时要根据各种物质的性质，结合各方面条件进行分析、判断，从而得出正确的结论。 16．【答案】（1）碳原子的排列方式不同；化学； （2）导电； （3）吸附；疏松多孔； （4）金刚石；碳原子的排列方式不同。 【分析】（1）根据碳单质的结构与性质关系，以及是否生成新物质来分析； （2）根据石墨的性质与用途来分析； （3）根据木炭的结构与性质来分析； （4）根据碳单质的结构与性质来分析。 【解答】解：（1）石墨和金刚石物理性质有较大的差异是因为碳原子的排列方式不同，导致它们存在结构不同； 石墨在一定条件下可转化成金刚石，有新物质的生成，属于化学变化； （2）石墨烯具有导电性，可用作太阳能电池的电极； （3）向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里投入几小块烘烤过的木炭，红棕色消失，说明木炭具有吸附能力，可以吸附色素，是因为木炭具有疏松多孔的结构； （4）图A的碳原子的排列是空间网状结构，具有这种结构的单质名称是金刚石； 由图可知，三种碳单质都是由碳原子构成，故三者的化学性质相似，碳原子排列方式不同导致形成的结构不同，使它们的物理性质有很大差异。 【点评】本题难度不大，掌握物质的结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途等是解题的关键。 17．【答案】（1）物理；（2）碳原子的排列方式不同；（3）CO。 【分析】（1）根据物理性质和化学性质的区别进行分析； （2）根据碳元素能组成多种碳单质，原子排列方式不同进行分析； （3）根据质量守恒定律进行分析。 【解答】解：（1）纤维气凝胶具有高弹性、超强的吸附性，是目前吸油力最强的材料。高弹性和强吸附性过程中都没有新物质产生，属于物理变化，因此属于物理性质； （2）单质碳化学性质很相似，但是物理性质存在差异的原因是碳原子的排列方式不同； （3）根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和个数都不变，反应前有1个硅原子，2个氧原子，3个碳原子，反应后有1个硅原子，1个碳原子，故2X里面有2个碳原子和2个氧原子，故X为CO。 故答案为：（1）物理； （2）碳原子的排列方式不同； （3）CO。 【点评】解答本题关键是熟悉物理性质和化学性质的区别，碳元素组成的碳单质的原子排列方式不同，质量守恒定律的内容。 18．【答案】①a。 ②Ⅰ.排出装置中的空气，分子空气中的物质影响实验结果。 Ⅱ.澄清石灰水。 Ⅲ.D中黑色固体变红色，E中澄清石灰水变浑浊。 Ⅳ.没有处理尾气。 ③取适量红色固体于试管中，加入足量稀硫酸，如果无明显现象，说明固体中不含有氧化亚铜，如果固体部分溶解，溶液氧无色变蓝色，说明固体中含有氧化亚铜。 【分析】①为了防止液体倒流炸裂试管，实验结束后，应先撤出导管，再熄灭酒精灯。 ②高温条件下氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 加热时氧化铜和一氧化碳反应生成铜和二氧化碳。 ③稀硫酸不能和铜反应，和氧化亚铜反应生成硫酸铜、铜和水。 【解答】解：①实验时，发现澄清的石灰水变浑浊；实验结束后，应先撤出导管，再熄灭酒精灯，以防止液体倒流炸裂试管。 故答案为：a。 ②Ⅰ.实验前，需检查装置气密性；点燃酒精灯前，先打开K，通入N2一段时间，其作用为排出装置中的空气，分子空气中的物质影响实验结果。 故答案为：排出装置中的空气，分子空气中的物质影响实验结果。 Ⅱ.B中所盛试剂为澄清石灰水，其作用为检验二氧化碳。 故答案为：澄清石灰水。 Ⅲ.D中玻璃管内固体为CuO，E中的试剂为澄清的石灰水。若A装置产物中确有CO则应观察到的现象是：D中黑色固体变红色，E中澄清石灰水变浑浊。 故答案为：D中黑色固体变红色，E中澄清石灰水变浑浊。 Ⅳ.上述实验中的一项缺陷：没有处理尾气。 故答案为：没有处理尾气。 ③实验方案：取适量红色固体于试管中，加入足量稀硫酸，如果无明显现象，说明固体中不含有氧化亚铜，如果固体部分溶解，溶液氧无色变蓝色，说明固体中含有氧化亚铜。 故答案为：取适量红色固体于试管中，加入足量稀硫酸，如果无明显现象，说明固体中不含有氧化亚铜，如果固体部分溶解，溶液氧无色变蓝色，说明固体中含有氧化亚铜。 【点评】本题主要考查物质的性质，解答时要根据各种物质的性质，结合各方面条件进行分析、判断，从而得出正确的结论。 第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 6.1 碳单质的多样性 ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ 【题型1】碳单质的性质和用途 4 【题型2】碳的化学性质 8 【题型3】碳的还原性 11 1、 碳单质的性质和用途 碳单质的物理性质及用途主要是指金刚石和石墨的物理性质及用途： 木炭和活性炭：具有吸附性，可用作吸附剂。 二、碳单质的化学性质 1、常温下，碳的化学性质不活泼。碳原子的最外层电子数为 4，既不容易得电子，也不容易失电子，所以碳单质在常温下具有稳定性。 在较高温度下，碳能与许多物质发生化学反应。如与氧气、与金属氧化物反应。 2、与氧气反应； （1）碳完全燃烧时：氧气充足的情况下，碳燃烧生成二氧化碳，化学方程式为：C+O2CO2，此反应会放出大量的热。 （2）碳不完全燃烧时：氧气不充足时，碳燃烧生成一氧化碳，化学方程式为：2C+O22CO，同样会放出热量，但相对完全燃烧时较少。 3、与氧化物反应 三、碳的还原性 一、实验原理：木炭在高温条件下将氧化铜还原为铜， 化学方程式为：C+2CuO2Cu+CO2↑。 二、实验装置： 1、反应装置：一般使用酒精喷灯或普通酒精灯加网罩来提供高温环境。 2、气体收集和检验装置：用于收集和检验生成的二氧化碳气体，通常使用澄清石灰水。 三、实验药品： 木炭粉、氧化铜粉末。 四、实验步骤： 1、检查装置的气密性，确保装置不漏气。 2、将木炭粉和氧化铜粉末按一定比例混合均匀，放入硬质玻璃管中。 3、固定装置，先预热，然后集中加热反应物。 4、反应结束后，先撤离导管，再熄灭酒精灯，防止石灰水倒吸使试管炸裂。 5、待冷却后，取出反应后的固体，观察颜色变化。 五、实验现象： 1、黑色粉末逐渐变为红色，说明有铜生成。 2、澄清石灰水变浑浊，证明有二氧化碳生成。 六、注意事项： 1、反应条件为高温，要保证加热充分。 2、木炭和氧化铜的质量比要适当，一般为1：10左右。 3、实验结束后，要等装置冷却后再拆卸，防止烫伤。 1．关于碳单质的物理性质及用途，可以根据“结构性质用途”这个相互关系来互推巧记和理解． 2．虽然金刚石和石墨都是由碳元素组成的碳的单质，但是金刚石是天然存在的最硬的物质，而石墨却可以说是天然存在的最软的物质．它们的物理性质之所以相差这么大，是由于其中的碳原子的排列方式不同造成的． 3. 碳的化学性质在常温下温度，高温时不稳定，故描述时一定说清楚； 4. 单质碳具有还原性，不仅可以还原金属氧化物，还能还原非金属氧化物，如可以夺取二氧化碳中的氧生成一氧化碳。利用碳的还原性，它可以用来冶炼金属。 5. 虽然碳单质的物理性质有所不同，有的还相差很大，但是，由于它们都是由碳元素组成的单质，所以其化学性质是相似的。 【题型1】碳单质的性质和用途 （2024春•香坊区校级期中）下列物质的用途不正确的是（　　）例1 A．石墨做铅笔芯 B．焦炭用于防毒面罩 C．金刚石用来做玻璃刀 D．炭黑用于制造墨汁 【答案】B 【分析】物质性质决定物质的用途，解题时根据物质的性质来分析。 【解答】解：A、石墨质软，且是灰黑色，容易留下痕迹，可用于做铅笔芯，选项说法正确，不符合题意； B、活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，可以吸附有毒物质，故活性炭可用于防毒面罩，不是焦炭，选项说法不正确，符合题意； C、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来做玻璃刀，用于切割玻璃，选项说法正确，不符合题意； D、炭黑是黑色的粉末，可用于制造墨汁，选项说法正确，不符合题意。 故选：B。 【点评】本题考查了物质的用途，解题时根据物质的性质来分析解答即可。 ◄ 点拨 ► 1．关于碳单质的物理性质及用途，可以根据“结构性质用途”这个相互关系来互推巧记和理解． 2．虽然金刚石和石墨都是由碳元素组成的碳的单质，但是金刚石是天然存在的最硬的物质，而石墨却可以说是天然存在的最软的物质．它们的物理性质之所以相差这么大，是由于其中的碳原子的排列方式不同造成的． 3．金属光泽一般是金属的特性，可是石墨却具有金属光泽，但是它不是金属；这一点有特别注意． 4．至于木炭和活性炭的吸附性，还要注意活性炭的吸附作用比木炭的更强些，所以牵扯的安全方面的用作吸附剂时，一般都用活性炭．例如，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，还有自来水厂净水和净水器中也都是利用活性炭来吸附、过滤水中的不溶性和一些可溶性的杂质，以及除去臭味的。 【变式1】　（2024•无锡一模）下列碳单质的用途与其化学性质有关的是（　　） A．用石墨粉末作锁的润滑剂 B．用碳素笔书写档案材料 C．用活性炭作冰箱除味剂 D．用金刚石切割玻璃 【答案】B 【分析】根据碳单质的物理性质、化学性质、用途，进行分析判断。 【解答】解：A、用石墨粉作锁芯润滑剂，因为石墨质软且具有滑腻感，是利用了其物理性质，故选项错误。 B、用碳素笔书写档案文件，利用了碳单质常温下化学性质稳定，是利用了其化学性质，故选项正确。 C、用活性炭险冰箱的味，利用了活性炭的吸附性，是利用了其物理性质，故选项错误。 D、用金刚石切割玻璃，是利用了金刚石硬度大的性质，是利用了其物理性质，故选项错误。 故选：B。 【点评】本题难度不大，了解碳单质的物理性质、化学性质、用途是正确解答本题的关键。 【变式2】　（2024秋•利津县月考）金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如图所示。下列说法正确的是（　　） A．构成金刚石和石墨的原子大小不同 B．金刚石和石墨中原子排列方式不同 C．碳的单质都是黑色 D．金刚石和石墨都是碳单质，它们的相互转化是物理变化 【答案】B 【分析】根据金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，原子种类、原子大小均相同，但碳原子的排列方式不同，进行分析。 【解答】解：A、构成金刚石和石墨的碳原子大小相同，故A错误； B、金刚石和石墨中原子排列方式不同，金刚石是空间网状结构，石墨是层状结构，故B正确； C、碳的单质不一定都是黑色，金刚石是无色的，故C错误； D、金刚石和石墨都是碳单质，但它们的相互转化，有新的物质生成，是化学变化，故D错误； 故选：B。 【点评】本题主要考查碳单质的物理性质及用途等，注意完成此题，可以从题干中抽取有用的信息，结合已有的知识进行解题。 【变式3】　（2024秋•江夏区校级月考）石墨、活性炭和木炭在生产生活中有着广泛的应用。 回答下列问题： （1）石墨具有导电性，可以用来 　 　。 A.制铅笔芯 B.作电极 C.切割大理石 （2）活性炭可以吸附冰箱中的异味，是利用其 　 　（填“物理”或“化学”）性质。 （3）木炭可用作燃料。木炭在空气中完全燃烧的反应表达式为 　 　。（文字表达式或符号表达式均可，下同） 【答案】（1）B；（2）物理； （3）碳+氧气二氧化碳或C+O2CO2。 【分析】（1）根据石墨具有导电性，进行分析解答。 （2）根据物质的化学性质是指在化学变化中表现出来的性质，物质的物理性质是指不需要通过化学变化表现出来的性质，进行分析解答。 （3）根据木炭在空气中完全燃烧生成二氧化碳，进行分析解答。 【解答】解：（1）石墨具有导电性，可用来作电极。 （2）活性炭可以吸附冰箱中的异味，不需要发生化学变化就能表现出来，是利用了其物理性质。 （3）木炭在空气中完全燃烧生成二氧化碳，反应的文字表达式、符号表达式分别是碳+氧气二氧化碳、C+O2CO2。 【点评】本题难度不大，了解碳单质的物理性质、物质的性质和用途的关系等是正确解答本题的关键。 【题型2】碳的化学性质 （2023秋•辉县市期末）如图装置进行木炭还原氧化铜的实验。下列分析或结论正确的是（　　）例2 A．该化学反应前后各元素化合价均没有发生改变 B．固体粉末由红棕色逐渐变成黑色 C．澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成 D．实验结束时，要先熄灭酒精灯，再撤出石灰水中的导管 【答案】C 【分析】根据木炭具有还原性，与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，结合题意进行分析判断。 【解答】解：A、木炭具有还原性，与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，该化学反应前后碳元素、铜元素化合价均发生了改变，故选项说法错误。 B、木炭具有还原性，与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，固体粉末由黑色逐渐变成红色，故选项说法错误。 C、澄清石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成，故选项说法正确。 D、实验结束时，要先撤出石灰水中的导管，再熄灭酒精灯，以防止石灰水倒吸入试管中，故选项说法错误。 故选：C。 【点评】本题难度不大，了解木炭具有还原性、还原氧化铜的实验注意事项等是正确解答本题的关键。 ◄ 点拨 ► 1、碳在常温下化学性质不活泼。需要明确这一性质使得碳在常温下能长期保存而不易发生化学变化。 2、碳在高温条件下能与许多物质发生化学反应。解题时要注意区分不同温度下碳的化学性质差异。 【变式1】　（2024秋•山西期中）宋时期画家许道宁通过墨（主要成分为单质碳）的浓淡来表现雪景，他所画的《关山密雪图》保存至今而不褪色，这是因为在常温下单质碳（　　） A．化学性质稳定 B．具有还原性 C．导电、导热性好 D．吸附能力强 【答案】A 【分析】根据墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，进行分析解答。 【解答】解：北宋时期画家许道宁通过墨（主要成分为单质碳）的浓淡来表现雪景，他所画的《关山密雪图》保存至今而不褪色，是因为墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，在常温下碳的化学性质不活泼（即化学性质稳定），不易发生化学反应。 故选：A。 【点评】本题难度不大，明确常温下碳的化学性质稳定是正确解答本题的关键。 【变式2】　（2023秋•锦江区校级期末）工业上用石英砂、焦炭为原料制粗硅的化学方程式为SiO2+2CSi+2CO↑。下列有关说法错误的是（　　） A．反应中SiO2失去氧，发生氧化反应 B．反应前后，碳元素的化合价升高 C．在该反应里，焦炭具有还原性 D．参加反应的SiO2与C的质量比为5：2 【答案】A 【分析】A、根据氧化反应分析。 B、根据、在化合物中正负化合价代数和为零，进行分析判断。 C、根据碳夺取了二氧化硅中的氧，进行分析判断。 D、根据化学方程式，进行分析判断。 【解答】解：A、在该反应中，二氧化硅失去了氧，发生了还原反应，故错误； B、单质中元素的化合价为0，C中碳元素的化合价为0，根据“化合物中各元素化合价代数和为零”，CO中氧元素化合价为﹣2价，则其中碳元素的化合价为+2价，则反应前后，碳元素的化合价升高，故正确； C、在该反应中，焦炭夺取了二氧化硅中的氧，体现了焦炭的还原性，故正确； D、由方程式可知，参加反应的SiO2与C的质量比为（28+16×2）：（12×2）＝5：2，故正确。 故选：A。 【点评】在解此类题时，首先要将题中的知识认知透，然后结合学过的知识进行解答。 【变式3】　（2024秋•齐齐哈尔期中）通过学习化学，你会发现化学就在身边，运用化学知识回答下列问题： （1）把一根石墨电极用导线接入如图所示电路，接通电源后，灯泡发光。说明石墨具有什么性质？　 　 （2）竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆，还可以被加工成竹炭，用于去除冰箱、衣柜、汽车等内部环境中的异味，这是利用了竹炭的什么性质？　 　 （3）《富春山居图》是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而不变色的原因是什么？　 　 【答案】（1）导电性；（2）吸附性；（3）碳在常温下具有稳定性。 【分析】根据实验的现象分析碳单质的性质。 【解答】解：（1）把一根石墨电极用导线接入如图所示电路，接通电源后，灯泡发光。说明石墨具有导电性； （2）竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆，还可以被加工成竹炭，用于去除冰箱、衣柜、汽车等内部环境中的异味，这是利用了竹炭的吸附性； （3）《富春山居图）是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而不变色的原因是墨的主要成分是碳，碳在常温下具有稳定性。 【点评】本题主要考查物质的性质和用途，解答时应该理解物质的用途是由性质决定的，物质的性质是通过用途体现出来的。 【题型3】碳的还原性 （2024春•鸡西月考）用木炭还原氧化铜的实验如图所示：例3 （1）酒精灯加网罩的目的是 　 　。 （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，观察到试管①中的现象是 　。 （4）请写出试管①中发生反应的化学方程式是：　 　，该反应中木炭发生了 　 　反应（填“氧化”或“还原”）；表示反应停止的现象 　 　。 （5）该实验结束后，应先 　 　然后再 　 　。 【答案】（1）集中火焰、提高温度； （2）此时逸出的气体是试管内的空气，而非二氧化碳； （3）固体由黑色逐渐变红； （4）；氧化；②试管中导管口没有气泡冒出； （5）②试管中的导管移出水面；熄灭酒精灯。 【分析】根据碳与氧化铜高温下反应的原理、实验现象、操作步骤等相关知识进行分析。 【解答】解：（1）酒精灯火焰加上网罩后火焰会集中，从而提高了火焰的温度； （2）刚开始加热时试管内空气膨胀逸出，此时碳和氧化铜未反应，没有二氧化碳生成，所以会有气泡产生，但石灰水不会变浑浊； （3）碳和氧化铜反应能生成铜和二氧化碳，所以试管①中的现象应该是固体由黑色逐渐变红； （4）碳和氧化铜在高温下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为：；该反应中木炭得到氧，发生了氧化反应；表示反应停止的现象②试管中导管口没有气泡冒出； （5）该实验结束后，应先将②试管中的导管移出水面，然后再熄灭酒精灯，以防冷水倒吸，炸裂试管。 【点评】掌握碳与氧化铜反应的原理、实验操作步骤、实验现象等相关知识即可解答。 ◄ 点拨 ► 一、明确常见反应 1、碳与氧化铜反应：C+2CuO2Cu+CO2↑。要记住反应条件是高温，产物有铜和二氧化碳，会观察到黑色粉末（氧化铜）逐渐变成红色（铜），同时澄清石灰水变浑浊（因为生成了二氧化碳）。 2.碳与二氧化碳反应：C+CO22CO。该反应是一个吸热反应，在高温条件下进行。 二、分析反应特点 1、从氧化还原角度理解，碳在这些反应中充当还原剂，失去电子，将氧化物中的金属元素还原出来。 2、关注反应条件，高温是常见的条件，对温度的要求在解题中要特别注意。 三、实验相关问题 1、对于涉及这些反应的实验探究题，要考虑实验装置的合理性，如试管口的朝向（防止冷凝水回流）。 2、分析实验现象时要全面，包括固体颜色的变化、气体的产生及检验等。 3、实验操作的顺序也可能是考点，如先通气后加热，实验结束后先停止加热继续通气等。 【变式1】　（2024秋•诸城市期中）按图1所示进行木炭还原氧化铜的实验，实验前后均通一段时间氮气，实验时①中固体的质量随加热时间的变化如图2所示。下列分析正确的是（　　） A．M点时，装置②导管口有气泡冒出，说明反应开始发生 B．N点对应的固体物质只有两种 C．M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量 D．实验结束时应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面 【答案】C 【分析】高温条件下氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，结图2中反应前后固体质量变化规律进行分析。 【解答】解：A.M点时固体质量不变，反应没有发生，是通入的氮气导致有气泡产生，故错误； B.P点表示完全反应后，生成的固体只有铜，因此N点对应的固体物质有3种，即反应生成的铜和没有反应完全的碳和氧化铜，故错误； C.碳与氧化铜高温下反应得到铜和二氧化碳，M→P的过程中，根据质量守恒定律，固体减少的质量等于生成气体的质量，故正确； D.实验结束时应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，以防止液体倒流炸裂试管，故错误； 故选：C。 【点评】本题主要考查物质的性质，解答时要根据各种物质的性质，结合各方面条件进行分析、判断，从而得出正确的结论。 【变式2】　（2024•江西模拟）兴趣小组用如图所示装置探究木炭的性质（假设物质恰好完全反应），测得加热过程中有关量与反应时间的关系如图所示，其中正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【分析】高温条件下碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳。 【解答】解：A、高温条件下碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，试管中的铜元素质量始终不变，该选项不正确。 B、反应生成的二氧化碳逸出装置，导致试管中的碳元素质量分数减小，该选项不正确。 C、反应前瓶内是氢氧化钙溶液，氢氧化钙和水中都含有氧元素，因此反应前氧元素质量不是0，该选项不正确。 D、随着反应进行，试管中的固体质量减小，完全反应后固体是铜，该选项正确。 故选：D。 【点评】本题主要考查物质的性质，解答时要根据各种物质的性质，结合各方面条件进行分析、判断，从而得出正确的结论。 【变式3】　（2024•镇江二模）用如图装置进行碳粉还原氧化铜的实验，说法正确的是（　　） A．当A中黑色粉末变红时，证明碳粉与氧化铜发生了反应 B．当B中开始出现气泡时，证明碳粉与氧化铜开始反应 C．结束反应时，将导管移出试管再熄灭酒精喷灯主要是为了防止热的铜重新被氧化 D．反应后固体减轻的质量等于氧化铜中氧元素的质量 【答案】A 【分析】碳和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，据此进行分析。 【解答】解：A、碳和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，氧化铜呈黑色，铜呈红色，当A中黑色粉末变红时，证明碳粉与氧化铜发生了反应，故A正确； B、当B中开始出现气泡时，不能证明碳粉与氧化铜开始反应，当观察到澄清的石灰水变浑浊后，才能证明有二氧化碳生成，证明碳粉与氧化铜开始反应，故B错误； C、结束反应时，将导管移出试管再熄灭酒精喷灯主要是为了防止B试管中的水倒吸入A试管中，炸裂A试管，故C错误； D、根据质量守恒定律知，反应前后固体减轻的质量等于反应后生成的二氧化碳的质量，故D错误。 故选：A。 【点评】本题主要考查木炭还原氧化铜的实验等，注意完成此题，可以从题干中抽取有用的信息，结合已有的知识进行解题。 第2页（共8页） 学科网（北京）股份有限公司 $$