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

人教版化学九年级上册 碳单质的多样性 知识点突破 1、 碳的单质 1. 同种元素可以组成不同单质 （1） 不同种元素可以组成不同的单质。如：氧气是氧元素组成的单质，氢气是氢元素组成的单质。 （2） 同一种元素也可以组成不同的单质。如：金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质。 （3） 由同种元素组成的物质可能是单质也可能是混合物，但不可能是化合物。如：O2和O3混合在一起，虽然只含氧元素，但属于混合物。 2. 金刚石、石墨和C60 金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，其中金刚石、石墨由碳原子构成，C60由C60分子构成。 物质 结构 性质 用途 金刚石 质硬 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等 无色透明、璀璨夺目 作装饰品—钻石 在特殊条件下制备的金刚石薄膜；透光性好、硬度大—作光学窗口和透镜的涂层；导热性好—用于集成电路基板散热 石墨 灰黑的、有滑腻感、质软 作铅笔芯、润滑剂 熔点高 作高温润滑剂 优良的导电性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 C60 具有一些特殊的物理和化学性质 可应用于超导、催化、能源及医学等领域 区别与联系 三者都是碳单质、碳原子的排列方式不同导致三者物理性质存在较大差异 3. 无定型碳 木炭、焦炭、活性炭和炭黑通常称为无定形碳，主要是由结构类似石墨的微小晶体和少量杂质构成的，属于混合物。 （1） 木炭和活性炭的吸附能力 原因 都具有疏松多孔的结构 用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的色素、有异味的物质 活性炭 ①用在防毒面具里吸附有毒气体；②制糖工业中脱色以制取白糖；③城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；④吸附室内装修产生的有毒气体 区别 活性炭可由木炭经水蒸气高温处理制得，其吸附能力比木炭的强。 （2） 焦炭、炭黑 ①焦炭用于冶金工业，作还原剂 ②炭黑用于制造油墨、油漆、鞋油、颜料、橡胶的补强剂和填料等。将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性。 （3） “碳”和“炭”的区别 “碳”是指碳元素，是核电荷数为6的同一类原子的总称，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质。“炭”是指由碳元素组成的具体的物质。 二、碳单质的化学性质 1. 常温下碳的稳定性 （1） 常温下，碳单质的化学性质不活泼。碳单质受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。 （2） 实际应用：①需长期保存的档案资料一般用碳素墨水书写。 ②古代书法家、画家用墨书写或绘制的字画能保存很长时间不变色。 ③木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。 ④钻石恒久远，一颗永流传。 2. 碳与氧气的反应——可燃性 实验现象 化学方程式 氧气充足 发出白光，放出热量，生成使澄清石灰水变浑浊的气体 氧气不充足 持续红热，放出热量，无烟，无焰，生成一种使澄清石灰水变浑浊的气体。 3. 碳与某些氧化物的反应——还原性 （1）实验探究—木炭还原氧化铜 实验目的 探究木炭与氧化铜的反应 实验装置 实验现象 开始加热时，导管口处有无色气泡冒出；过一会儿，黑色粉末变红且澄清水石灰水变浑浊 反应的化学方程式 实验结论 木炭与氧化铜在高温条件下发生反应，生成铜和二氧化碳；木炭具有还原性 （2）碳的还原性 在高温条件下碳可以与某些氧化物反应，夺取这些氧化物里的氧，表现出还原性。 ①碳单质与某些氧化物的反应可以用于冶金工业，如焦炭可以把铁从它的氧化物里还原出来： ②在高温条件下，碳还能使二氧化碳转变成一氧化碳： （3） 还原反应 含氧化合物里的氧被夺去的反应叫作还原反应。 分层刷题 1、 【刷基础】 1.石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，如图所示，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是( ) A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成 B.石墨烯的导电性比银强 C.石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用 D.从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化 2.木炭与氧化铜反应的实验装置如图所示，下列说法错误的是( ) A.实验中，木炭体现氧化性 B.实验中，氧化铜发生还原反应 C.酒精灯上加金属网罩的目的是集中火焰，提高温度 D.实验结束后，应先撤出导气管，后熄灭酒精灯 3.下列有关碳单质的说法错误的是( ) A.金刚石是自然界最硬的物质，可作钻头 B.石墨有导电性，可制作电极 C.具有稳定结构，不能燃烧 D.活性炭疏松多孔，具有强烈的吸附性，可用作净水 4.2023年诺贝尔化学奖颁给了量子点，量子点是一种通常仅由几千个原子组成的晶体。金刚石、石墨、化学性质相似，物理性质却有很大差异的原因是( ) A.构成它们的原子数目不同 B.构成它们的原子的大小不同 C.金刚石、石墨、由不同种原子构成 D.金刚石、石墨、里碳原子的排列方式不同 5.物质由微观粒子构成。下列都由原子构成的一组物质是( ) A.水、干冰 B.氯化钠、硫酸铜 C.氦气、氨气 D.金刚石、铁 6.下列对一些事实的解释不正确的是( ) 选项 事实 解释 A 用碳素墨水书写档案 常温下单质碳的化学性质稳定 B 石墨能够作电池的电 极材料 石墨较软 C 焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来 焦炭具有还原性 D 制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖 活性炭具有吸附性 7.中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质——“T-碳”（化学式为C）。有关“T-碳”的说法错误的是( ) A.属于单质 B.常温下化学性质稳定 C.由原子直接构成 D.物理性质与石墨相似 8.“文房四宝”之一的墨是由炭黑和天然胶等制成的。下列说法中错误的是( ) A.炭黑是黑色固体，难溶于水 B.含碳物质的完全燃烧可制炭黑 C.“磨墨”说明炭黑质地较软 D.水墨画能长久保存而不褪色说明常温下碳的化学性质稳定 9.金刚石、石墨、都是由碳元素形成的单质，它们的原子排列方式不同，导致它们在性质上存在着明显差异。 （1）请写出另一组由同种元素形成的不同单质：_________。 （2）石墨具有优良的_________，常用作干电池的电极。 （3）焦炭的主要成分也是碳单质，结构与石墨类似。工业上可以用来冶炼金属铜，写出高温条件下焦炭与氧化铜反应的化学方程式： ，该反应中CuO发生_________（填“氧化”或“还原”）反应。 （4）已知，水分子的尺寸约为0.3 nm，金属离子的尺寸一般在0.7 nm以上。利用真空抽滤法可将单层石墨片制成0.6 nm孔径的石墨烯滤膜，该滤膜允许_________（填“水分子”或“金属离子”）通过，据此可预测该滤膜在净水领域中的应用： 。 10.根据图4所示实验，回答有关问题。 (1)实验1中玻璃棒的作用是________，可使用该装置分离的混合物的特点是________。 (2)实验2是焦炭还原氧化铜的实验，该实验中在酒精灯上加装金属网罩，作用是________；加热一段时间后，被加热的试管中观察到的现象为 ，发生反应的化学方程式为 。 二、【刷能力】 1.下列有关碳单质的说法错误的是( ) A.金刚石是天然存在的最硬的物质 B.石墨和C是由不同种原子构成的 C.金刚石和石墨的化学性质相似 D.活性炭包可放在冰箱中除异味 2.书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，主要原因是( ) A.碳是黑色的 B.碳粉末细小 C.碳不溶于水 D.常温下碳化学性质稳定 3.王羲之是我国宋朝的书法家，他的墨宝保存至今，极其珍贵。他的书法能保存完好的原因是( ) A.因为王羲之的书法苍劲有力，不易褪色 B.因为墨的主要成分是碳，在常温下化学性质稳定 C.因为现代科学技术发达，能够把古代书法还原本色 D.因为书法所用的纸质地优良，经久耐用 4.如图所示为金刚石、石墨和C的结构模型图，图中小球代表碳原子，下列说法不正确的是( ) A.原子的排列方式改变，则构成的物质种类改变 B.相同元素组成的不同物质，在足量的氧气中完全燃烧，产物相同 C.相同元素组成的不同物质，化学性质相同 D.在特定的条件下，石墨既可转化为金刚石，也可转化为 5.氧化亚铜可作杀菌剂、着色剂和染色剂等，制备的化学反应方程式为，发生还原反应的物质是( ) A.Cu B.H2O C.Cu2O D.H2 6.下图是探究物质的变化与木炭还原性的综合实验装置。把绕成螺旋状的铜丝一端固定在橡皮塞上，先加热铜丝，待表面变黑后再将其插入试管中的木炭粉中，打开弹簧夹后加热。下列说法不正确的是( ) A.铜丝加热变黑是因为铜与氧气反应生成了新物质 B.铜丝表面及澄清石灰水的变化说明木炭具有还原性 C.试管略向下倾斜的目的是防止反应生成的水倒流 D.反应结束后应先夹紧弹簧夹再熄灭酒精灯 7.将一定质量炭粉在密闭容器中引燃（如图1），一段时间后炭粉消失。用压强传感器测得容器内压强（同温下，容器内压强与气体分子数成正比）随时间的变化关系如图2。下列分析正确的是( ) A.AB段炭粉开始燃烧 B.反应生成的导致CD段压强增大 C.E点气体的成分是和CO D.燃烧放出的热量减少导致DE段压强下降 8.如图1所示进行木炭还原氧化铜的实验，实验时试管①中固体的质量随加热时间的变化如图2所示。下列有关说法正确的是( ) A.M、N点时，固体中都只含两种物质 B.M→P的过程中，固体减少的质量小于生成气体的质量 C.M点时，图1试管②中导管口有气泡冒出，说明反应开始发生 D.酒精灯火焰上加一网罩的目的是集中火焰提高温度 9.兴趣小组的同学在进行炭粉和氧化铜反应的实验时，发现实验中可能会产生有毒的一氧化碳且易发生爆炸，实验结束后若未及时撤出导管，澄清石灰水会倒吸，于是改进实验装置如下： （1）接通电源前，打开旋塞，通入一段时间氮气的目的是______________。 （2）关闭旋塞，接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程将电能转化为______________。 （3）反应一段时间后，关闭电源，待冷却后打开旋塞，往U形玻璃管中滴入少量澄清石灰水，观察到的现象是 。 （4）判断炭粉与氧化铜是否恰好完全反应，最简单的方法是______________。 10.小刚很喜欢看有关科学发明的书，据书介绍：近几年，科学家们发现，除金刚石、石墨外，还有一类新的以单质形式存在的碳。如（图________），它的形状像足球，因此又叫足球烯；还有“纳米碳管”（图________），它是由六边环形的碳原子构成的管状分子。图________、图________分别是金刚石和石墨的结构。这几种碳单质的物理性质有较大的差异。 （1）金刚石、石墨、足球烯、纳米碳管物理性质有较大差异的原因是______。 （2）常温下足球烯和纳米碳管的化学性质是否活泼?______，理由是______。 （3）如果将足球烯或纳米碳管放在充满氧气的密闭容器中完全燃烧，产物是______，生成的该物质的质量__________（填“大于”“等于”或“小于”）足球烯或纳米碳管反应前后减少的质量。 答案以及解析 1、 【刷基础】 1.答案：D 解析：从石墨中剥离出石墨烯，产生了新物质，属于化学变化。 2.答案：A 3.答案：C 4.答案：D 解析：A、金刚石、石墨是由碳原子直接构成，是由分子构成，1个C60分子是由60个碳原子构成，因此构成它们的原子大小相同，故选项说法不正确；B、构成金刚石、石墨和的原子数目不同，但不能决定物理性质，故选项说法不正确；C、金刚石、石墨是由碳原子直接构成，而是由分子构成，故选项说法不正确；D、金刚石、石墨、的化学性质相似，物理性质却有很大差异，原因是构成它们的原子排列方式不同，故选项说法正确。 故选：D。 5.答案：D 解析：A、水是由水分子构成，干冰为固体二氧化碳，是由二氧化碳分子构成，该选项不符合题意；B、氯化钠是由钠离子和氯离子构成，硫酸铜是由铜离子和硫酸根构成，该选项不符合题意；C、氦气是由氦原子构成，氨气是由氨分子构成，该选项不符合题意；D、金刚石为碳单质，是由碳原子构成，铁是由铁原子构成，该选项符合题意。故选D。 6.答案：B 解析：因为碳在常温下化学性质稳定，所以书写档案用碳素墨水，保存时间长；因为石墨可导电，所以可作电池的电极材料；因为碳具有还原性，能与金属氧化物反应，将金属还原出来；因为活性炭具有吸附性，所以可用来吸附色素。 7.答案：D 解析：“T-碳”化学式为C，属于纯净物，是单质；“T-碳”与金刚石结构类似，由碳原子构成；“T-碳”是碳单质，因此常温下化学性质稳定；“T-碳”物理性质与金刚石类似，而石墨与金刚石物理性质不相似。 8.答案：B 9.答案：（1）氧气和臭氧（或红磷和白磷） （2）导电性 （3）；还原 （4）水分子海水淡化（合理均可） 10.答案：(1)引流；混合物中含有液体和不溶性固体 (2)集中火焰，提高温度；固体由黑色逐渐变为红色； 解析：(1)过滤实验中，玻璃棒的作用是引流，可利用过滤装置分离的混合物的特点是混合物中含有液体和不溶性固体。 (2)焦炭还原氧化铜的实验，该实验中在酒精灯上加装金属网罩，作用是集中火焰，提高温度。碳和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，故加热一段时间后，被加热的试管中观察到的现象为固体由黑色逐渐变为红色，发生反应的化学方程式为。 2、 【刷能力】 1.答案：B 2.答案：D 3.答案：B 解析：A、王羲之的书法苍劲有力，与书法保存是否完好无关，不符合题意；B、墨的主要成分是碳，在常温下，碳的化学性质稳定，即使受日光照射或与氧气接触，也不易起变化，故他的书法能保存完好，符合题意；C、他的书法并未经过现代科技还原，不符合题意；D、书法所用的纸质地优良与书法保存是否完好无关，不符合题意。故选B。 4.答案：C 5.答案：B 解析：在题述反应中失去氧，发生还原反应。 6.答案：C 解析：铜丝加热变黑是因为铜与氧气反应生成了新物质氧化铜；铜丝表面由黑色变回红色，澄清石灰水变浑浊，说明木炭与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，证明木炭具有还原性；题述装置中发生的反应不生成水，试管略向下倾斜的目的是防止冷凝水倒流使试管炸裂；反应结束后应先夹紧弹簧夹再熄灭酒精灯，以防澄清石灰水倒吸入试管引起试管炸裂。 7.答案：C 解析：AB段电热丝放热，使容器内气体受热膨胀，压强变大，此时炭粉没有燃烧。CD段炭粉燃烧放热，使气体迅速膨胀，容器内压强迅速增大。生成二氧化碳的过程中，消耗氧分子和生成二氧化碳分子的个数比为1:1，压强基本不变；生成一氧化碳的过程中，消耗氧分子和生成一氧化碳分子的个数比为1:2，压强增大；由图2可知，反应结束恢复至室温后容器内压强为原来的1.4倍，即反应后的气体为一氧化碳和二氧化碳的混合物。燃烧结束后，温度恢复至室温，压强减小。 8.答案：D 解析：木炭具有还原性，能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，加热到一定温度才能发生反应，故M点时固体中含木炭、氧化铜两种物质；N点是在反应过程中，固体中含铜、木炭、氧化铜三种物质；M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量；M点时，试管②处导管口有气泡冒出，不能说明反应开始发生，因为试管中的空气受热膨胀会逸出；该实验需要高温，酒精灯火焰加金属网罩能集中火焰，从而提高温度。 9.答案：（1）排尽装置中的空气 （2）热能 （3）澄清石灰水变浑浊 （4）观察反应后固体的颜色，若固体为红色，说明二者恰好完全反应，若固体中有黑色物质，说明炭粉或氧化铜有剩余 解析：（1）装置内含有空气，通入一段时间氮气的目的是排尽装置中的空气，防止加热时发生爆炸。 （3）待冷却后打开旋塞，滴入澄清石灰水，反应生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 （4）氧化铜和炭粉都是黑色粉末，如果反应后固体为红色且没有黑色粉末，说明炭粉与氧化铜恰好完全反应。 10.答案：C；D；A；B （1）碳原子的排列方式不同 （2）不活泼；都是由碳原子构成的，碳原子化学性质不活泼 （3）；大于 解析：（1）金刚石是立体网状的结构，石墨是层状的结构，图中结构的差异都是碳原子的排列方式不同所致。 （2）因碳原子化学性质稳定，所以各种碳单质性质都稳定。 （3）各种碳单质完全燃烧产物都是，均为化合反应，产物质量大于其中一种反应物质量。 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