课题1 碳单质的多样性（6大题型专项训练）化学人教版2024九年级上册

课题1 碳单质的多样性 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 题型02 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 题型03 新型碳单质的结构和物理性质分析 题型04 碳单质的化学性质 题型05 实验探究——木炭还原氧化铜 题型06 木炭还原氧化铜的计算 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最 的物质） 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(琢磨后) 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 层状 色、有 感、质软 作铅笔芯、润滑剂 熔点 作高温润滑剂 优良的 性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 C60 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于 、 、材料、医学及生物等领域 区别与联系 ① 导致三者的物理性质存在明显差异； ②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本 。 ①金刚石和石墨都是由 构成的，C60是由 构成的，每个C60分子由 构成。 ②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是 变化。 【典例1】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。 （1）金刚石是无色透明的固体，其硬度 （填“大”或“小”）可当作钻头。 （2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有 性，因此可作为电极、电刷。 （3）金刚石和石墨物理性质差异的原因 。 （4）C60这种物质由 （填“分子”或“原子”）构成。 【变式1-1】下列物质的性质与用途不具有对应关系的是 A．金刚石硬度大，常用于切割玻璃 B．常温下氮气化学性质稳定，液氮用于创造低温 C．稀有气体性质稳定，可以用作保护气 D．石墨为黑色质软的固体，可用于生产铅笔芯 【变式1-2】从石墨材料中可以剥离出石墨烯，它与金刚石、石墨一样，都只由碳元素组成。下图是金刚石、石墨C60和石墨烯的微观结构示意图，则①-⑧中关于它们的说法，错误的是 ①它们都是单质  ②它们在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳  ③它们的结构中碳原子的排列方式都相同④它们的物理性质相异  ⑤它们都是黑色固体  ⑥它们都质软可作润滑剂  ⑦它们的化学性质不同  ⑧一个C60分子由60个碳原子构成 A．①②④⑧ B．③④⑤⑧ C．④⑤⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ 【变式1-3】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 题型02 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 【典例2】碳的几种单质的结构示意图如下，请据图回答下列问题。 （1）图1表示的物质是 （填物质名称），图1、图2和图3表示的物质的物理性质差异很大，原因是 。 （2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，所利用的石墨的物理性质主要是 性。用活性炭除异味，是因为它有 的结构，体现了活性炭的 （填“物理”或“化学”）性质。 （3）在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，该变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。 （4）这三种物质在氧气中完全燃烧的产物都是 （填化学式）。 【变式2-1】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 【变式2-2】碳在地壳中的含量不高，但分布极广。根据所学知识回答： （1）图①、②、③对应三种碳单质：图①单质的名称是 ； （2）以下的用途中，不属于图②单质的用途是_____； A．制作铅笔芯 B．用于切割大理石 C．制作高铁列车的受电弓滑板 D．用于制作超导材料E.用于制作耐高温的坩埚 （3）图①和图②对应的碳单质，物理性质存在明显差异的原因是 。 （4）图③表示的物质，化学式为 。 【变式2-3】碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识回答： （1）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为 ，常温下碳的化学性质 (填“活泼”或“不活泼”)； （2）图②、③、④对应三种碳单质：图②单质的名称是 ； （3）图②和③物理性质有很大差异，其原因是碳原子 。 题型03 新型碳单质的结构和物理性质分析 （1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为 (由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于 物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 （2）木炭与活性炭 ①探究木炭(或活性炭)的吸附性 实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象 实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色 实验分析 木炭(或活性炭)有 ，吸附了水中的 ，色素减少，水的颜色变浅直至无色 ②木炭和活性炭都具有吸附能力 原因 都具有 的结构 用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的 、有 的物质 活性炭 a.用在防毒面具里吸附有毒气体； b.制糖工业中脱色以制取白糖； e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； d.吸附室内装修产生的有害气体 ①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 。吸附性属于 性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。 （3）焦炭、炭黑 ①焦炭用于冶金工业，作 剂。 ②炭黑用于制造 、油漆、鞋油、 、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。 碳和炭的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”“当碳燃烧时”。 【典例3】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，是一种良好的绝缘材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管等。下列关于“碳海绵”性质的推测正确的是 A．“碳海绵”不能浮在水面上 B．“碳海绵”是一种新型的化合物 C．“碳海绵”导电性良好 D．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 【变式3-1】石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。下列说法不正确的是 A．用机械法从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化 B．石墨烯的导电性比金属强 C．石墨烯中的碳原子和石墨中的碳原子大小相同 D．石墨烯是一种新型的化合物 【变式3-2】碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是 A．碳纳米管是一种新型化合物 B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳 C．碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳 D．碳纳米管在常温下化学性质稳定 【变式3-3】请阅读下面科普材料，然后回答问题。 迄今为止最黑的材料——碳纳米管 一个东西能够黑到什么程度？Vantablack就是人类造出的迄今最黑的物质，它是一种由SurreyNanosystems公司研发的碳纳米管材料。 碳原子的结构示意图为，而Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，它可吸收99.965%的可见光。有人看过之后说：“我的眼睛都没法聚焦了。它太黑了，根本看不到任何细节，几乎就像是个黑洞，吸走了所有光线”。它让这张图中起皱的锡纸看起来就像兔八哥卡通片中的便携式洞穴。这种材料可用于望远镜、卫星上的星体跟踪定位器等。 （1）由碳原子的结构示意图可获得的一条信息是 。 （2）Vantablack的组成元素是 ，其物质类别属于 (填序号)。 A．混合物        B．单质     C．化合物 （3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和 等，在一定条件下二者的相互转化属于 变化(填“物理”或“化学”)，该变化的微观本质是 。 题型04 碳单质的化学性质 1.常温下碳的稳定性 （1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有 个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的 （很稳定），即使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 2.碳与氧气的反应—可燃性 在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。 氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳 现象： 。 氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳 — ①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。 ②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。 ③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都 热量。 3.碳与某些氧化物的反应—还原性 【典例4】传统文化 唐代著名书法家颜真卿所作的《自书告身帖》至今仍不褪色，是因为墨汁中的碳 A．具有可燃性 B．在常温下性质稳定 C．具有氧化性 D．具有还原性 【变式4-1】下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是 A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色 C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛 【变式4-2】下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是 A．图1是碳原子的原子结构示意图，1个碳原子有4个核外电子 B．由图2可知一个碳原子的质量为12.01g C．由图3可知金刚石和石墨属于混合物，属于纯净物 D．图3中三种物质完全燃烧后的产物相同 【变式4-3】下列用途中利用了单质碳的还原性的是 A．金刚石刻划玻璃 B．冶金工业 C．活性炭吸附毒气 D．石墨电极 题型05 实验探究——木炭还原氧化铜 实验探究——木炭还原氧化铜 实验装置 实验步骤 ① ； ②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； ③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； ④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟； ⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管 后再把试管里的粉末倒在纸上 实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿， 粉末变为 ，澄清石灰水变 实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊 实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有 性 化学方程式 ①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍 ，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在 左右。 ②木炭粉烘干的原因： 。 ③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止 。 ④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的 。 ⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止 。 ⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止 。 ⑦网罩的作用： 。 【典例5】在学习碳的化学性质时，我们学习了木炭和氧化铜的反应，该实验装置如下图所示。 （1）A装置中反应的化学方程式为 。 （2）该反应中A装置能看到的现象为___________。 A．黑色固体变红 B．红色固体变黑 C．氧化铜变红 D．氧化铜变黑 （3）实验装置中的止水夹的作用是___________。 A．防止冷凝水倒流炸裂试管 B．防止石灰水倒吸炸裂试管 C．防止反应物粉末堵塞导管 D．防止灼热的铜被再次氧化 （4）木炭的主要成分为石墨，与石墨互为同素异形体的物质是___________。 A．活性炭 B．焦炭 C．炭黑 D．金刚石 （5）若实验过程中放入的木炭过量，则可能导致产物中生成CO，反应中C、CO、CO2的质量比不可能为___________。 A．6：7：11 B．9：7：22 C．12：7：33 D．18：7：44 【变式5-1】利用铜丝进行碳与氧化铜反应的探究，装置如图所示(夹持装置已省略)。下列有关说法正确的是 A．步骤一中加热后铜丝质量变大，说明该反应不遵循质量守恒定律 B．步骤二实验中观察到红色固体逐渐变黑 C．步骤二实验结束后，应先停止加热，再关闭弹簧夹 D．步骤二实验结束后，立即取出铜丝，铜丝质量可能会大于6.4g 【变式5-2】松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管中有红色固体生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。 （1）左侧试管内发生反应的化学方程式 ；反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因 （文字描述）。 【提出问题】剩余黑色固体是什么？ 【猜想假设】 （2）猜想一：；猜想二： （填化学式）；猜想三：C和；猜想四：。经过讨论同学们一致认为无需验证就知道猜想 是错误的。 【进行实验】 （3） 实验操作 现象 结论 取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧 无明显现象 猜想 成立 【拓展延伸】 （4）此实验中体现出的碳的化学性质可以用于 （填一种用途）。 （5）为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是_________（填序号）。 A． B． C． 【变式5-3】某实验小组在用下图甲和乙装置做木炭还原氧化铜的实验中，发现从乙装置的导气管口不断有气泡逸出，以为是反应产生的未被石灰水完全吸收。于是在乙装置后又连接上丙装置，重新实验，发现丙装置中仍不断有气泡逸出，但发现石灰水未见浑浊。可见该气体不是，那么从丙装置中逸出的气体是什么呢？请完成下列探究中的相关问题。 （1）你认为从丙装置中逸出的气体可能是 ，写出实验中生成这种气体的化学方程式： 。 （2）请按下表要求，设计实验方案，验证你的猜想。 操作步骤 现象 结论 ①用试管从丙导管末端收集该气体，点燃 能燃烧，产生蓝色火焰 从丙装置中逸出的气是 。 ②将步骤①燃烧后的气体通入到澄清石灰水中，振荡 澄清石灰水变浑浊 （3）根据以上探究，该实验小组同学认为上述装置还不够完善，其理由是 ；于是他们在丙装置后再增加一个 装置。 题型06 木炭还原氧化铜的计算 【典例6】学习了碳的化学性质后，社团同学利用如图装置进行木炭和氧化铜反应的实验，如表为实验的相关数据。 反应过程 试管中固体的总质量/g 反应前 1.75 反应后 1.31 （1）实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后 ，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量。 （2）计算本次实验中参加反应的氧化铜的质量。（写出计算过程，结果精确到0.1g） 【变式6-1】17.2g氧化铜和碳粉混合固体高温下恰好完全反应，冷却称量剩余的固体重量为12.8g。求： （1）最终生成二氧化碳的质量为 g； （2）原混合固体中氧化铜的质量分数。 【变式6-2】冰城化学兴趣小组的同学们取木炭粉和氧化铜粉末的固体混合物A，高温加热一段时间后停止加热并冷却至室温，得到固体B。 （1）经分析，同学们一致认为，所得的固体中一定存在的物质是 (写名称)； 最终根据实验记录数据，原固体A共20g，而所得的固体B的质量为15.6g。 请回答： （2）上述实验中产生二氧化碳的质量为 ； （3）根据上述数据请计算参加反应氧化铜的质量为多少? (写出详细计算过程) 【变式6-3】人类对金属的利用起始于铜。实验室利用木炭和氧化铜粉末反应制取铜。根据所学知识，请回答下列问题： （1）氧化铜中铜元素和氧元素的质量比是 （填最简整数比）。 （2）要使80g氧化铜完全还原，理论上可得到铜的质量是多少？（请根据化学方程式进行计算） / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题1 碳单质的多样性 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 题型02 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 题型03 新型碳单质的结构和物理性质分析 题型04 碳单质的化学性质 题型05 实验探究——木炭还原氧化铜 题型06 木炭还原氧化铜的计算 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最硬的物质） 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(琢磨后) 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 层状 灰黑色、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 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域 区别与联系 ①碳原子的排列方式不同导致三者的物理性质存在明显差异； ②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本相同。 ①金刚石和石墨都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。 ②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是化学变化。 【典例1】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。 （1）金刚石是无色透明的固体，其硬度 （填“大”或“小”）可当作钻头。 （2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有 性，因此可作为电极、电刷。 （3）金刚石和石墨物理性质差异的原因 。 （4）C60这种物质由 （填“分子”或“原子”）构成。 【答案】（1）大 （2）导电 （3）碳原子的排列方式不同 （4）分子 【解析】（1）金刚石是自然界中最硬的物质，可以制成钻探机的钻头； （2）石墨是自然界里最软的物质之一，石墨具有导电性，可以用来生产电极、电刷； （3）金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但它们的物理性质却有很大的差异，是因为碳原子的排列方式不同； （4）C60这种物质是由分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。 【变式1-1】下列物质的性质与用途不具有对应关系的是 A．金刚石硬度大，常用于切割玻璃 B．常温下氮气化学性质稳定，液氮用于创造低温 C．稀有气体性质稳定，可以用作保护气 D．石墨为黑色质软的固体，可用于生产铅笔芯 【答案】B 【解析】A、金刚石硬度大，因此能用于切割玻璃（硬度大的物质可切割硬度相对小的物质），性质与用途对应，不符合题意； B、液氮用于创造低温，是因为液氮汽化时吸收大量的热（属于物理性质），而不是因为“常温下氮气化学性质稳定”（化学性质），性质与用途不对应，符合题意； C、稀有气体性质稳定（化学性质不活泼），因此可用作保护气（防止物质被氧化或发生反应），性质与用途对应，不符合题意； D、石墨为黑色、质软的固体，在纸上划过能留下痕迹，因此可用作生产铅笔芯，性质与用途对应，不符合题意。 故选B。 【变式1-2】从石墨材料中可以剥离出石墨烯，它与金刚石、石墨一样，都只由碳元素组成。下图是金刚石、石墨C60和石墨烯的微观结构示意图，则①-⑧中关于它们的说法，错误的是 ①它们都是单质  ②它们在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳  ③它们的结构中碳原子的排列方式都相同④它们的物理性质相异  ⑤它们都是黑色固体  ⑥它们都质软可作润滑剂  ⑦它们的化学性质不同  ⑧一个C60分子由60个碳原子构成 A．①②④⑧ B．③④⑤⑧ C．④⑤⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ 【答案】D 【解析】①金刚石、石墨、C60和石墨烯都只由碳元素组成，由同种元素组成的纯净物是单质，所以它们都是单质，正确； ②因为它们都只含碳元素，根据质量守恒定律，在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳，正确； ③从微观结构示意图可以看出，它们的结构中碳原子的排列方式不同，如金刚石中碳原子呈正四面体网状结构排列，石墨中碳原子呈层状排列，C60分子由60个碳原子构成足球状结构，石墨烯是由碳原子构成的二维平面结构，错误； ④由于碳原子排列方式不同，导致它们的物理性质差异很大，如金刚石硬度大，石墨质软等，正确； ⑤金刚石是无色透明的固体，不是黑色固体，错误； ⑥石墨质软可作润滑剂，但金刚石硬度很大，C60和石墨烯也并非都质软可作润滑剂，错误； ⑦它们都是由碳元素组成的单质，化学性质相似，错误； ⑧由C60的化学式可知，一个C60分子由60个碳原子构成，正确。 综上①-⑧中关于它们的说法，错误的是③⑤⑥⑦。 故选D。 【变式1-3】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 【答案】D 【解析】A.石墨和石墨烯虽然都是由碳原子构成，但石墨是层状结构，而石墨烯是单层碳原子构成，两者的碳原子排列方式不同，属于两种不同物质，故A 错误； B.金刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C60 是由C60分子构成的，故B错误； C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，而不是化学性质，故C错误； D.金刚石和石墨的物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同，故D正确； 故选：D。 题型02 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 【典例2】碳的几种单质的结构示意图如下，请据图回答下列问题。 （1）图1表示的物质是 （填物质名称），图1、图2和图3表示的物质的物理性质差异很大，原因是 。 （2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，所利用的石墨的物理性质主要是 性。用活性炭除异味，是因为它有 的结构，体现了活性炭的 （填“物理”或“化学”）性质。 （3）在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，该变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。 （4）这三种物质在氧气中完全燃烧的产物都是 （填化学式）。 【答案】（1）金刚石 碳原子的排列方式不同 （2）导电 疏松多孔 物理 （3）化学 （4） 【解析】（1）图1表示的物质是金刚石，金刚石的结构为正四面体网状结构。 图1（金刚石）、图2（石墨，层状结构）和图3（，足球状分子结构）表示的物质物理性质差异很大，原因是碳原子的排列方式不同。碳原子排列方式不同，导致它们的结构不同，进而决定了物理性质的差异（结构决定性质）。 （2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，利用了石墨的导电性，因为石墨能导电，可用于制作电极、电刷等。 用活性炭除异味，是因为活性炭有疏松多孔的结构，这种结构使其具有吸附性，能吸附异味和色素等。吸附过程中没有新物质生成，体现了活性炭的物理性质（物理性质是不需要发生化学变化就表现出来的性质）。 （3）石墨和金刚石是不同的物质，在特定条件下，石墨转化为金刚石，有新物质生成，该变化属于化学变化（化学变化的本质是有新物质生成）。 （4）这三种物质（金刚石、石墨、）都由碳元素组成，在氧气中完全燃烧时，碳元素与氧结合生成，产物都是，化学方程式为。 【变式2-1】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 【答案】D 【解析】A.石墨和石墨烯虽然都是由碳原子构成，但石墨是层状结构，而石墨烯是单层碳原子构成，两者的碳原子排列方式不同，属于两种不同物质，故A 错误； B.金刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C60 是由C60分子构成的，故B错误； C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，而不是化学性质，故C错误； D.金刚石和石墨的物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同，故D正确； 故选：D。 【变式2-2】碳在地壳中的含量不高，但分布极广。根据所学知识回答： （1）图①、②、③对应三种碳单质：图①单质的名称是 ； （2）以下的用途中，不属于图②单质的用途是_____； A．制作铅笔芯 B．用于切割大理石 C．制作高铁列车的受电弓滑板 D．用于制作超导材料E.用于制作耐高温的坩埚 （3）图①和图②对应的碳单质，物理性质存在明显差异的原因是 。 （4）图③表示的物质，化学式为 。 【答案】（1）金刚石 （2）B （3）碳原子的排列方式不同 （4） 【解析】（1）图①中碳原子排列成正八面体结构，对应的碳单质是金刚石； （2）图②中碳原子排列成层状结构，对应的碳单质是石墨。 A、石墨质软，能在纸上留下痕迹，可制作铅笔芯，属于石墨的用途，不符合题意； B、用于切割大理石的是金刚石，因为金刚石硬度大，而不是石墨，不属于石墨的用途，符合题意； C、石墨具有良好的导电性且耐高温、有润滑性等，可制作高铁列车的受电弓滑板，属于石墨的用途，不符合题意； D、某些经过特殊处理（如掺杂等）的石墨材料，在特定条件下可表现出超导性，可用于制作超导材料，属于石墨的用途，不符合题意； E、石墨熔点较高，用于制作耐高温的坩埚，属于石墨的用途，不符合题意。 故选B。 （3）金刚石和石墨物理性质存在明显差异的原因是碳原子的排列方式不同；不同的排列方式导致它们的结构不同，进而物理性质差异很大，如金刚石硬度大，石墨质软等； （4）图③具有球状结构，每个分子由60个碳原子构成，该物质的化学式为C60。 【变式2-3】碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识回答： （1）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为 ，常温下碳的化学性质 (填“活泼”或“不活泼”)； （2）图②、③、④对应三种碳单质：图②单质的名称是 ； （3）图②和③物理性质有很大差异，其原因是碳原子 。 【答案】（1）4 不活泼 （2）金刚石 （3）排列方式不同 【解析】（1）从图①碳原子结构示意图可看出，最外层电子数为 4 ； 常温下，碳原子最外层电子数为 4，不易得失电子，所以碳的化学性质不活泼。 （2）图②中碳原子呈正四面体结构排列，这种结构对应的碳单质是金刚石。 （3）图②金刚石和图③石墨都是由碳元素组成的单质，但物理性质差异大，是因为碳原子的排列方式不同，金刚石中碳原子呈正四面体结构排列，石墨中碳原子呈层状排列。 题型03 新型碳单质的结构和物理性质分析 （1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为无定形碳(由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于混合物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 （2）木炭与活性炭 ①探究木炭(或活性炭)的吸附性 实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象 实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色 实验分析 木炭(或活性炭)有吸附性，吸附了水中的色素，色素减少，水的颜色变浅直至无色 ②木炭和活性炭都具有吸附能力 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 a.用在防毒面具里吸附有毒气体； b.制糖工业中脱色以制取白糖； e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； d.吸附室内装修产生的有害气体 ①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。吸附性属于物理性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。 （3）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(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。 碳和炭的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”“当碳燃烧时”。 【典例3】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，是一种良好的绝缘材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管等。下列关于“碳海绵”性质的推测正确的是 A．“碳海绵”不能浮在水面上 B．“碳海绵”是一种新型的化合物 C．“碳海绵”导电性良好 D．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 【答案】D 【解析】 A、水的密度为1 g/cm³（即1000 mg/cm³）。“碳海绵”密度为0.16 mg/cm³，远小于水的密度。物体密度小于液体密度时能浮在液面上。因此，“碳海绵”能浮在水面上，选项A说法错误。 B、化合物是由两种或更多种不同元素组成的纯净物。而“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管，二者均为碳元素组成的单质，因此选项B说法错误。 C、碳海绵”是“良好的绝缘材料”，绝缘材料指不导电或导电性极差的物质（如橡胶）。因此，“碳海绵”导电性不好，选项C说法错误。 D、“碳海绵”主要成分是碳单质。碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳。因此，选项D正确。 故选D。 【变式3-1】石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。下列说法不正确的是 A．用机械法从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化 B．石墨烯的导电性比金属强 C．石墨烯中的碳原子和石墨中的碳原子大小相同 D．石墨烯是一种新型的化合物 【答案】D 【解析】A、从石墨中剥离出石墨烯过程中，没有新物质生成，属于物理变化，该选项说法正确； B、石墨烯为导电导热性能最强的新型纳米材料，该选项说法正确； C、原子的大小由原子本身决定，不随物质形态改变，石墨烯和石墨都是由碳原子构成的同素异形体，只是原子排列方式不同，因此碳原子大小相同，该选项说法正确； D、石墨烯中只含碳元素，属于单质，该选项说法不正确。 故选D。 【变式3-2】碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是 A．碳纳米管是一种新型化合物 B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳 C．碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳 D．碳纳米管在常温下化学性质稳定 【答案】A 【解析】A、化合物是由不同种元素组成的纯净物，而单质是由同种元素组成的纯净物（如金刚石、石墨）。题干明确碳纳米管“由碳原子构成”，说明它只含碳元素，因此属于单质，不是化合物，此说法错误。 B、碳单质（如木炭）在氧气充足时完全燃烧，会生成二氧化碳。碳纳米管由碳原子构成，属于碳单质，因此完全燃烧的生成物应为二氧化碳。此说法正确。 C、碳单质在氧气不足时不完全燃烧，会生成一氧化碳。碳纳米管作为碳单质，在燃烧不完全的条件下，也应生成一氧化碳。此说法正确。 D、碳的单质（如金刚石、石墨）在常温下不易与其他物质反应，化学性质稳定。这是因为碳原子结构在常温下不易被破坏。碳纳米管由碳原子构成，同样属于碳单质，因此在常温下化学性质稳定。此说法正确。 故选A。 【变式3-3】请阅读下面科普材料，然后回答问题。 迄今为止最黑的材料——碳纳米管 一个东西能够黑到什么程度？Vantablack就是人类造出的迄今最黑的物质，它是一种由SurreyNanosystems公司研发的碳纳米管材料。 碳原子的结构示意图为，而Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，它可吸收99.965%的可见光。有人看过之后说：“我的眼睛都没法聚焦了。它太黑了，根本看不到任何细节，几乎就像是个黑洞，吸走了所有光线”。它让这张图中起皱的锡纸看起来就像兔八哥卡通片中的便携式洞穴。这种材料可用于望远镜、卫星上的星体跟踪定位器等。 （1）由碳原子的结构示意图可获得的一条信息是 。 （2）Vantablack的组成元素是 ，其物质类别属于 (填序号)。 A．混合物        B．单质     C．化合物 （3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和 等，在一定条件下二者的相互转化属于 变化(填“物理”或“化学”)，该变化的微观本质是 。 【答案】（1）碳原子最外层电子数为4（合理即可） （2）碳元素 B （3）金刚石 化学 碳原子重新排列 【解析】（1）由碳原子的结构示意图可得碳原子最外层电子数为4； （2）Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，所以Vantablack的组成元素是碳元素，属于单质，故选B； （3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和金刚石等，在一定条件下二者的相互转化属于化学变化，该变化的微观本质是碳原子重新排列。 题型04 碳单质的化学性质 1.常温下碳的稳定性 （1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有4个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的化学性质不活泼（很稳定），即使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 2.碳与氧气的反应—可燃性 在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。 氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳 C+O2CO2 现象：发出白光，放出大量的热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。 氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳 2C+O22CO — ①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。 ②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。 ③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都放出热量。 3.碳与某些氧化物的反应—还原性 【典例4】传统文化 唐代著名书法家颜真卿所作的《自书告身帖》至今仍不褪色，是因为墨汁中的碳 A．具有可燃性 B．在常温下性质稳定 C．具有氧化性 D．具有还原性 【答案】B 【解析】唐代著名书法家颜真卿所作的《自书告身帖》至今仍不褪色，是因为墨的主要成分碳在常温下化学性质稳定，不易与其它物质发生反应，与碳的可燃性、还原性无关，碳不具有氧化性； 故选：B。 【变式4-1】下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是 A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色 C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛 【答案】D 【解析】A、用碳素墨水书写档案，是因为碳在常温下化学性质稳定，能使档案长期保存，该选项能说明； B、古代的水墨画保存百年不褪色，是因为墨中含碳，碳在常温下化学性质稳定，该选项能说明； C、钻石（主要成分是碳）恒久远，一颗永流传，是因为碳在常温下化学性质稳定，该选项能说明； D、炭雕能吸附室内甲醛，是因为活性炭具有吸附性，属于物理性质，与碳的化学性质稳定无关，该选项不能说明。 故选D。 【变式4-2】下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是 A．图1是碳原子的原子结构示意图，1个碳原子有4个核外电子 B．由图2可知一个碳原子的质量为12.01g C．由图3可知金刚石和石墨属于混合物，属于纯净物 D．图3中三种物质完全燃烧后的产物相同 【答案】D 【解析】A、由碳原子的结构示意图可知，碳原子的质子数、核外电子数均为6，故A错误； B、根据元素周期表中碳元素的相关信息，碳的相对原子质量是12.01，而不是一个碳原子的质量，故B错误； C、金刚石、石墨和C60都是由一种物质组成，属于纯净物，故C错误； D、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，都是二氧化碳，故D正确。 故选D。 【变式4-3】下列用途中利用了单质碳的还原性的是 A．金刚石刻划玻璃 B．冶金工业 C．活性炭吸附毒气 D．石墨电极 【答案】B 【解析】A、金刚石刻划玻璃，利用了金刚石硬度大的性质，不符合题意； B、冶金工业利用了碳单质的还原性，能与金属氧化物反应，符合题意； C、活性炭吸附毒气，是利用了活性炭的吸附性，不符合题意； D、石墨电极利用了石墨良好的导电性，不符合题意。 故选B。 题型05 实验探究——木炭还原氧化铜 实验探究——木炭还原氧化铜 实验装置 实验步骤 ①检查装置气密性； ②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； ③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； ④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟； ⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上 实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，黑色粉末变为红色，澄清石灰水变浑浊 实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊 实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有还原性 化学方程式 2CuO+C2Cu+CO2↑ ①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍过量，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在1:10左右。 ②木炭粉烘干的原因：排除水蒸气的干扰，使实验现象更明显。 ③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止加热过程中产生的水蒸气冷凝回流使试管炸裂。 ④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的空气。 ⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止澄清石灰水倒吸，使试管炸裂。 ⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止热的铜被重新氧化。 ⑦网罩的作用：使火焰集中，提高温度。 【典例5】在学习碳的化学性质时，我们学习了木炭和氧化铜的反应，该实验装置如下图所示。 （1）A装置中反应的化学方程式为 。 （2）该反应中A装置能看到的现象为___________。 A．黑色固体变红 B．红色固体变黑 C．氧化铜变红 D．氧化铜变黑 （3）实验装置中的止水夹的作用是___________。 A．防止冷凝水倒流炸裂试管 B．防止石灰水倒吸炸裂试管 C．防止反应物粉末堵塞导管 D．防止灼热的铜被再次氧化 （4）木炭的主要成分为石墨，与石墨互为同素异形体的物质是___________。 A．活性炭 B．焦炭 C．炭黑 D．金刚石 （5）若实验过程中放入的木炭过量，则可能导致产物中生成CO，反应中C、CO、CO2的质量比不可能为___________。 A．6：7：11 B．9：7：22 C．12：7：33 D．18：7：44 【答案】（1） （2）A （3）BD （4）D （5）D 【解析】（1）A中是木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：； （2）A中是木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，现象为：黑色固体变红，故选A； （3）因为铜与氧气在加热条件下易生成氧化铜，实验结束时，可先用弹簧夹夹紧橡皮管，再熄灭酒精灯，这样做的目的除了防止石灰水倒吸入热的试管，避免试管炸裂外，还可以防止灼热的铜与空气接触再次被氧化，故选BD； （4）判断同素异形体的关键把握两点：①同种元素形成，②不同单质。 A、活性炭的主要成分是碳，属于混合物，与石墨不互为同素异形体，故选项错误； B、焦炭的主要成分是碳，属于混合物，与石墨不互为同素异形体，故选项错误； C、炭黑的主要成分是碳，属于混合物，与石墨不互为同素异形体，故选项错误； D、石墨、金刚石是由碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，故选项正确； 故选D； （5）若只生成一氧化碳，由反应关系式可知，反应中C和CO的质量比为3:7； 若只生成二氧化碳，由反应关系式可知，反应中C和CO2的质量比为3:11。 A、反应中C、CO、CO2的质量比为6：7：11，可得反应中C和CO的质量比为3:7，C和CO2的质量比为3:11，比例成立，故不符合题意； B、反应中C、CO、CO2的质量比为9：7：22，可得反应中C和CO的质量比为3:7，C和CO2的质量比为6:22=3:11，比例成立，故不符合题意； C、反应中C、CO、CO2的质量比为12：7：33，可得反应中C和CO的质量比为3:7，C和CO2的质量比为9:33=3:11，比例成立，故不符合题意； D、反应中C、CO、CO2的质量比为18：7：44，可得反应中C和CO的质量比为3:7，C和CO2的质量比为15:44不等于3:11，比例不成立，故符合题意； 故选D。 【变式5-1】利用铜丝进行碳与氧化铜反应的探究，装置如图所示(夹持装置已省略)。下列有关说法正确的是 A．步骤一中加热后铜丝质量变大，说明该反应不遵循质量守恒定律 B．步骤二实验中观察到红色固体逐渐变黑 C．步骤二实验结束后，应先停止加热，再关闭弹簧夹 D．步骤二实验结束后，立即取出铜丝，铜丝质量可能会大于6.4g 【答案】D 【解析】A、加热后铜丝质量变大是因为氧气参与了反应，所有的化学反应都遵循质量守恒定律，说法错误； B、步骤二玻璃管中氧化铜被碳还原成铜单质，故黑色的氧化铜逐渐变成红色的铜，说法错误； C、为防止澄清石灰水倒吸入热的玻璃管中，导致玻璃管炸裂，实验结束后，应先关闭弹簧夹，再停止加热，说法错误； D、实验结束后，立即取出铜丝，高温的铜会与氧气反应生成氧化铜，使铜丝质量大于6.4g，说法正确。 故选D。 【变式5-2】松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管中有红色固体生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。 （1）左侧试管内发生反应的化学方程式 ；反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因 （文字描述）。 【提出问题】剩余黑色固体是什么？ 【猜想假设】 （2）猜想一：；猜想二： （填化学式）；猜想三：C和；猜想四：。经过讨论同学们一致认为无需验证就知道猜想 是错误的。 【进行实验】 （3） 实验操作 现象 结论 取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧 无明显现象 猜想 成立 【拓展延伸】 （4）此实验中体现出的碳的化学性质可以用于 （填一种用途）。 （5）为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是_________（填序号）。 A． B． C． 【答案】（1） 防止生成的灼热的铜被空气中的氧气氧化（合理即可） （2）C 四 （3）一 （4）冶金工业（合理即可） （5）A 【解析】（1）碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为：； 灼热的铜在高温下会与氧气反应，因此反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因是：防止生成的灼热的铜被空气中的氧气氧化； （2） 氧化铜和木炭均为黑色，由题意可知，猜想二为碳，化学式为 C ； 铜是红色固体，不是黑色，所以无需验证就知道猜想四是错误的； （3）取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧，无明显现象，说明固体中没有碳，碳在空气中灼烧会与氧气反应，所以猜想一成立。 （4）此实验中碳能还原氧化铜，体现了碳的还原性，可用于冶炼金属。 （5）根据化学方程式    可知，反应中C和CuO的质量比为（1×12）：（64×2+16×2)=3:40，因为木炭中含有杂质，为使氧化铜完全反应，木炭和氧化铜的质量比应大于3：40，故选A。 【变式5-3】某实验小组在用下图甲和乙装置做木炭还原氧化铜的实验中，发现从乙装置的导气管口不断有气泡逸出，以为是反应产生的未被石灰水完全吸收。于是在乙装置后又连接上丙装置，重新实验，发现丙装置中仍不断有气泡逸出，但发现石灰水未见浑浊。可见该气体不是，那么从丙装置中逸出的气体是什么呢？请完成下列探究中的相关问题。 （1）你认为从丙装置中逸出的气体可能是 ，写出实验中生成这种气体的化学方程式： 。 （2）请按下表要求，设计实验方案，验证你的猜想。 操作步骤 现象 结论 ①用试管从丙导管末端收集该气体，点燃 能燃烧，产生蓝色火焰 从丙装置中逸出的气是 。 ②将步骤①燃烧后的气体通入到澄清石灰水中，振荡 澄清石灰水变浑浊 （3）根据以上探究，该实验小组同学认为上述装置还不够完善，其理由是 ；于是他们在丙装置后再增加一个 装置。 【答案】（1）一氧化碳/CO （2）一氧化碳/CO （3）生成一氧化碳会污染空气 尾气处理 【解析】（1）从丙装置中冒出的气体是碳和氧化铜在高温下生成的气体，不与澄清的石灰水反应，可能是CO； 生成这种气体可能是木炭与氧化铜反应后的一种产物二氧化碳和反应物木炭又发生了新的化学反应，产生了CO，所以生成这种气体的化学反应方程式为； （2）①用试管从丙导管末端收集该气体，点燃，能燃烧，产生蓝色火焰； ②将步骤①燃烧后的气体通入到澄清石灰水中，振荡，澄清石灰水变浑浊； 是一氧化碳和氧气点燃生成二氧化碳，二氧化碳使澄清石灰水变浑浊； 则从从丙装置中逸出的气是一氧化碳； （3）装置中产生的有毒气体CO直接排放到空气中，会污染空气，应在丙装置后再增加一个尾气处理装置，防止污染空气。 题型06 木炭还原氧化铜的计算 【典例6】学习了碳的化学性质后，社团同学利用如图装置进行木炭和氧化铜反应的实验，如表为实验的相关数据。 反应过程 试管中固体的总质量/g 反应前 1.75 反应后 1.31 （1）实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后 ，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量。 （2）计算本次实验中参加反应的氧化铜的质量。（写出计算过程，结果精确到0.1g） 【答案】（1）用弹簧夹夹紧乳胶管 （2）木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，化学反应前后物质的总质量不变，则生成二氧化碳的质量为：1.75g-1.31g=0.44g 解：设本次实验中参加反应的氧化铜的质量是x    x=1.6g 答：本次实验中参加反应的氧化铜的质量为1.6g 【解析】（1）实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量，防止空气进入试管中，使反应生成的铜高温下重新被氧化； （2）见答案。 【变式6-1】17.2g氧化铜和碳粉混合固体高温下恰好完全反应，冷却称量剩余的固体重量为12.8g。求： （1）最终生成二氧化碳的质量为 g； （2）原混合固体中氧化铜的质量分数。 【答案】（1）4.4 （2）解：设原混合固体中氧化铜的质量分数为x   x≈93.0% 答：原混合固体中氧化铜的质量分数为93.0% 【解析】（1）碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律， 化学反应前后物质的总质量不变，则生成二氧化碳的质量为：17.2g-12.8g=4.4g； （2）见答案。 【变式6-2】冰城化学兴趣小组的同学们取木炭粉和氧化铜粉末的固体混合物A，高温加热一段时间后停止加热并冷却至室温，得到固体B。 （1）经分析，同学们一致认为，所得的固体中一定存在的物质是 (写名称)； 最终根据实验记录数据，原固体A共20g，而所得的固体B的质量为15.6g。 请回答： （2）上述实验中产生二氧化碳的质量为 ； （3）根据上述数据请计算参加反应氧化铜的质量为多少? (写出详细计算过程) 【答案】（1）铜 （2）4.4g （3）解：设参加反应氧化铜的质量为x。 x=16g 答：参加反应氧化铜的质量为16g。 【解析】（1）因为木炭和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，木炭和氧化铜可能完全反应，二氧化碳是气体，所以高温加热一段时间后停止加热并冷却至室温，所得的固体中一定存在的物质是铜。 （2）试管中发生的反应化学方程式是：。从化学方程式中可以看出，反应生成的二氧化碳中碳来源于木炭，氧来源于氧化铜。反应中生成的铜留在试管中，实验中产生的二氧化碳气体部分和澄清石灰水反应，部分逸出到空气中。因此反应生成的二氧化碳质量等于试管中固体减少的质量：20g-15.6g=4.4g。 （3）见答案。 【变式6-3】人类对金属的利用起始于铜。实验室利用木炭和氧化铜粉末反应制取铜。根据所学知识，请回答下列问题： （1）氧化铜中铜元素和氧元素的质量比是 （填最简整数比）。 （2）要使80g氧化铜完全还原，理论上可得到铜的质量是多少？（请根据化学方程式进行计算） 【答案】（1）4:1 （2）解：设理论上可得到铜的质量为x。 解得： 答：理论上可得到铜的质量为64g。 【解析】（1）氧化铜（CuO）中铜元素和氧元素的质量比是，故填：4:1； （2）详见答案。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $