课题1 碳单质的多样性（8大题型专项训练，江苏专用）化学新教材人教版九年级上册

课题1 碳单质的多样性 题型01 金刚石、石墨和C60 题型02 根据信息判断新型碳单质的性质 题型03 碳单质结构、性质与用途的对应关系 题型04 单质碳的化学性质 题型05 木炭还原氧化物的实验 题型06 木炭还原氧化铜的相关计算 题型07 氧化反应和还原反应 题型08 有关木炭还原氧化铜的科学探究 题型01金刚石、石墨和C60 1. 金刚石（C）是自然界中最硬的物质，无色透明，正八面体。 可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头（体现了它的硬度大）等。 2．石墨（C）是最软的矿物之一，深灰色，具有金属光泽，细鳞片状的固体，有优良的导电性，润滑性。 可用于制铅笔芯（深灰色、质软）、干电池的电极（导电性）、电车的电刷（导电性，润滑性、常温下化学性质稳定）、做固体润滑剂（有润滑性）等 3．金刚石和石墨的物理性质差异很大的原因是：碳原子的排列不同。 4．C60（也叫“足球烯”）：C60分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球，结构稳定。 【典例1】（25-26九年级上·江苏扬州·阶段检测）碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如、、等。下列对于碳单质的认识中，正确的是 A．石墨转化为金刚石属于物理变化 B．金刚石、石墨、结构相同 C．所有的碳单质都能导电 D．、、等碳单质是一种未来革命性材料 【变式1-1】（25-26九年级上·江苏徐州·阶段检测）金刚石与石墨的结构如图所示（小圆圈代表碳原子）。下列关于金刚石和石墨的说法正确的是 A．金刚石和石墨都具有良好的导电性 B．金刚石和石墨的化学式都为C，因此两者为同种物质 C．金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，但两者的物理性质相同 D．在高温、高压和催化剂的条件下，石墨可以合成金刚石，这一变化属于化学变化 【变式1-2】（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）阅读下列资料，完成下面小题 2025年9月3 日，我国在天安门广场举行了盛大的“九三阅兵”。“东风”系列导弹尤为显眼。导弹的外壳要扛住几千度的高温，靠的是什么？碳纤维！碳纤维又轻又韧，强度高、密度小、熔点高、易导电，因此被称为“超级纤维”。它和金刚石、石墨是“亲戚”，都是由碳元素组成，但性格完全不同。 1．下列关于“碳”物质的说法，不正确的是 A．金刚石的硬度大，能用于划玻璃 B．碳纤维又轻又韧。用于导弹外壳 C．石墨灰黑色质软，可以加工成铅笔芯 D．碳纤维易导电，可以用于制作高压电缆外壳 2．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．金刚石和石墨中碳原子排列方式不同 C．“碳”物质都是黑色 D．石墨在一定条件下转化为金刚石属于物理变化 【变式1-2】（2025·江苏扬州·二模）如图为金刚石、石墨和足球烯(C60)的结构模型图(小球表示碳原子)。下列说法错误的是 A．金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同 B．足球烯由C60分子构成，其相对分子质量为720 C．金刚石、石墨、足球烯在足量的氧气中完全燃烧，产物相同 D．金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化 题型02 根据信息判断新型碳单质的性质 【典例2】（2025·江苏无锡·一模）“超级黑”是一种用比头发细一万倍的碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，其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”是天然存在的最硬的物质 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．“超级黑”是一种新型的化合物 D．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧 【变式2-1】（2025·江苏常州·二模）新材料“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，其密度约为氢气密度的两倍。关于“碳海绵”的说法中不正确的是 A．“碳海绵”充分燃烧生成CO2 B．“碳海绵”具有吸附性，属于物理性质 C．“碳海绵”具有一定的吸附性 D．“碳海绵”是单质 【变式2-2】 （2025·江苏苏州·二模）“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是 A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片 【变式2-3】（24-25九年级上·江苏苏州·期末）碳海绵由石墨烯和碳纳米管制成，是世界上最轻的材料，具有良好的隔热性能，对石油有超强的吸附性，可回收海面上泄漏的石油。下列相关说法不正确的是 A．碳海绵能浮在水面上 B．碳海绵结构致密结实 C．碳海绵燃烧会产生二氧化碳 D．碳海绵可用作保温材料 题型03 碳单质结构、性质与用途的对应关系 知识积累 1. 金刚石 （1）金刚石是自然界中最硬的物质，刻划玻璃、切割大理石、做钻探机的钻头等； （2）金刚石无色，折光性好，可用于制钻石； （3）金刚石薄膜透光性好、硬度大、导热性好，用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 2．石墨 （1）深灰色、质软、有滑腻感，可用于制铅笔芯； （2）做干电池的电极是因为导电性好； （3）导电性，润滑性、常温下化学性质稳定，可做电车的电刷； （4）有润滑性、耐高温，可做固体润滑剂。 3．活性炭 活性炭有吸附性，可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。 【典例3】 （25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是 A．稀有气体化学性质稳定，可用作霓虹灯的填充气 B．石墨有导电性，可用作电池电极 C．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 D．氢气有可燃性，可用作燃料 【变式3-1】（25-26九年级上·江苏扬州·阶段检测）下列物质的性质和用途对应关系不正确的是 A．金属镁燃烧时发出耀眼白光，可作闪光弹 B．红磷燃烧能产生白烟，可作烟幕弹 C．石墨质地较软，可用于作电极 D．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 【变式3-2】 （2024·江苏南京·一模）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 【变式3-3】下列物质的性质和用途对应关系正确的是 A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有导电性，可制作铅笔芯 C．炭黑具有还原性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料 题型04 单质碳的化学性质 知识积累 1. 常温下碳的化学性质比较稳定。因此古代用墨书写的字画保存时间很久仍不变色。 2．可燃性： （1）完全燃烧(氧气充足)，生成CO2： C+O2点燃CO2 （2）不完全燃烧 (氧气不充足)，生成CO：2C+O2点燃2CO 3．还原性： （1）C+2CuO高温 2Cu+CO2↑（置换反应） （2）2Fe2O3+3C高温 4Fe+3CO2↑ （3） C+CO2高温 2CO（吸热） 【典例4】（23-24九年级上·江苏连云港·阶段检测）明代邵弥的水墨画一《贻鹤寄书图》（课本第105页）现藏于故宫博物院，保存了这么长时间也没变色，是因为墨汁中的炭黑具有的性质 A．可燃性 B．还原性 C．常温下化学性质不活泼 D．黑色且难溶于水 【变式4-1】（23-24九年级上·江苏连云港·阶段检测）文房四宝中的“墨”的主要成分是炭黑。炭黑的下列性质属于化学性质的是 A．黑色物质 B．常温下呈固态 C．常温下炭黑不活泼 D．难溶于水 【变式4-2】（23-24九年级上·江苏盐城·期中）下列对实验现象的描述不正确的是 A．氢气在空气中燃烧发出淡蓝色火焰 B．镁条燃烧发出耀眼白光，生成氧化镁 C．加热木炭和氧化铜的混合物，黑色粉末变为红色 D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体 【变式4-3】（24-25九年级上·江苏镇江·阶段检测）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→P的过程中，固体中铜元素的质量分数不变 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 题型05 木炭还原氧化物的实验 知识积累 1. 木炭还原氧化物的实验 （1）实验原理：C+2CuO高温 2Cu+CO2↑（置换反应） （2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊。 （3）实验结论：C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。 （4）实验注意点：①试管口略向下倾斜（防止水蒸气冷凝回流，炸裂试管）； ②实验结束时，应先从石灰水中取出导管，再熄灭酒精灯（防止石灰水倒吸入，炸裂试管） 【典例5】 （2025·江苏宿迁·三模）我国古代劳动人民很早就掌握了“湿法炼铜”和“火法炼铜”的方法。 Ⅰ．“湿法炼铜”：《梦溪笔谈》记载，“熬胆矾(硫酸铜溶液)铁釜，久之亦化为铜”。 (1)该炼铜原理可用化学方程式表示为 。 Ⅱ．“火法炼铜”：宋代《大冶赋》中记载了用孔雀石和木炭经过如下反应可获得铜。 ①第一步为木炭燃烧放热使孔雀石分解得到氧化铜； ②第二步为木炭和氧化铜在高温下反应制备铜，模拟装置如图1所示。 (2)试管A中发生反应的化学方程式为 ，该反应利用了木炭的 性。 Ⅲ．“生物炼铜”：用氧化亚铁硫杆菌氧化浸出铜是生物炼铜的一种方法，其反应原理为，已知氧化亚铁硫杆菌在不同温度时生命活性不同，不同温度下铜的浸出率如图2所示。 (3)这种生物炼铜方法最适宜的温度是 。 【变式5-1】（23-24九年级上·江苏南京·阶段检测）下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是 A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊 B．该反应中木炭具有还原性 C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8 D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度 【变式5-2】某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是 A．该反应说明木炭具有还原性 B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体 C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素 D．装置中发生反应： 【变式5-3】（24-25九年级上·江苏南京·阶段检测）化学是一门以实验为基础的科学。 (1)①请写出图中左边试管中发生反应的方程式 。 ②关于实验的下列说法，正确的是 。 A．若反应前加入的木炭过量，生成的气体还有一氧化碳 B．实验结束后，试管A中固体减少的质量为氧元素的质量 C．实验结束后，先熄灭酒精灯，再将导气管移出澄清石灰水 D．金属网罩的作用是集中火焰提高温度 E.左边试管内出现红色固体，木炭与氧化铜发生反应 题型06 木炭还原氧化铜的相关计算 【典例6】（24-25九年级上·江苏连云港·阶段检测）课堂上老师演示了“木炭还原氧化铜的实验“，装置如图所示，请你完成下列任务： (1)查阅资料：此实验最好使用酒精喷灯，也可以在酒精灯火焰上罩一个网罩，目的是 。 (2)实验结束后，先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后再把是管里的粉末倒在纸上。目的是防止 。 (3)将倒在纸上的固体精确称量，发现固体质量减少了4.4克，则理论上生成了多少克铜？（简要书写计算过程） 【变式6-1】取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如图所示，下列说法正确的是 A．M点对应的固体物质只有两种 B．N点对应的固体为黑色 C．反应后生成铜的质量为bg D．0t2min内，固体中铜元素的质量分数不变 【变式6-2】用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时，可发生的反应有：C+2CuO2Cu+CO2↑，C+ CuOCu+CO↑。现用 1.2g 木炭粉末还原 8.0g 氧化铜粉末，反应物刚好反应完全，则生成的气体产物是 A．CO B．CO2 C．CO、CO2 D．Cu、CO 【变式6-3】（24-25九年级上·江苏连云港·阶段检测）我们知道碳单质可以与某些氧化物发生反应，下图是在高温条件下用木炭还原氧化铜的实验装置图，请按要求回答下列问题。 (1)该反应在酒精灯上加装了金属网罩，作用是 。 (2)加热一段时间后，可观察到被加热的试管中的现象是 。 (3)实验结束后以下几个操作步骤如下： A．用弹簧夹夹紧乳胶管                                B．停止加热 C．待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上            D．移出导管 正确的操作顺序为 (填字母) (4)若要使8g氧化铜完全还原，理论上至少需要碳单质的质量是多少？ 题型07 氧化反应和还原反应 知识积累 1. 碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）高温 碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑ 2.氧化还反应分析 CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应 C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应 氧化反应：物质结合氧元素的反应。 还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。 氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO； 还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等； 【典例7】 （24-25九年级上·江苏南通·阶段检测）太阳能光伏发电”能有效推进“碳中和”，发展“低碳经济”，其关键的材料是高纯硅。以下是高纯硅的简易生产流程。 请回答： (1)反应①的化学方程式为：，X的化学式是 。该反应中焦炭具有的化学性质是 ；标出四氯化硅（SiCl4）中硅元素的化合价： 。 (2)“精馏”是蒸馏的一种，其原理是利用混合物中各成分的 不同，将物质分离出来。 (3)上述流程中可循环使用的物质是 。 (4)流程⑤中发生反应的化学方程式为 。 【变式7-1】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。 (1)X 的化学式为 。 (2)反应①的基本反应类型为 。 (3)该反应说明木炭具有 性。 【变式7-2】（24-25九年级上·江苏扬州·阶段检测）碳可以还原氧化铁。在不同温度下，分别用石墨粉、活性炭还原氧化铁，并在混合物中加入碳酸钾粉末(碳酸钾反应前后质量和化学性质均不变)，通入氩气进行实验。实验结果如图所示。下列说法错误的是 (还原率) A．实验中氩气不参加反应，用作保护气 B．随着碳酸钾含量的增加，还原率增大，碳酸钾在反应中起催化作用 C．上述实验说明活性炭与氧化铁反应的还原率比石墨粉高 D．温度越高，碳粉还原氧化铁的还原率越高 【变式7-3】（22-23九年级上·江苏扬州·阶段检测）春秋初期，绍兴一带是南方的一个冶铁中心，其炼铁方法是在1000℃左右的温度下Fe2O3发生一系列的反应生成含较多杂质的海绵铁。其中主要化学反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。下列说法正确的是 A．海绵铁是一种纯净物 B．Fe2O3中铁元素的质量分数为70% C．上述反应中涉及的氧化物只有2种 D．炼铁过程中，木炭只是作为燃料使用 题型08 有关木炭还原氧化铜的科学探究 【典例8】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）某同学在学习了木炭和氧化铜反应的知识后，产生了疑问：木炭与氧化铜反应生成的气体有哪些？同学们带着疑问进行了下列探究： 【提出猜想】 (1)猜想一：只有CO2；猜想二：只有CO；猜想三： 。 【查阅资料】浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化，遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色。 【实验步骤】连接好实验装置，并进行实验，装置如图所示(夹持仪器已省)： 步骤一：实验前先通一段时间N2 步骤二：点燃酒精喷灯加热 (2)先通N2的目的是 ，玻璃管中的现象是 ，反应的化学方程式为 。 【实验结论】 (3)①若观察到氯化钯试纸不变色，澄清石灰水变浑浊，则猜想一成立，请写出澄清石灰水变浑浊的化学方程式： 。 ②若观察到氯化钯试纸变蓝，澄清石灰水不变浑浊，则猜想二成立。 ③若观察到氯化钯试纸 ，澄清石灰水 ，则猜想三成立。 【实验反思】 (4)有同学认为该装置需要添加尾气处理装置，你认为是否需要？请说明理由 。 【变式8-1】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）化学兴趣小组的同学在学完木炭还原氧化铜的实验后，在实验室用碳和氧化铜进行了如下实验。 (1)写出甲装置试管中发生反应的化学方程式 。 (2)实验过程中，乙装置的导管口不断有气泡冒出，小侨同学认为是反应产生的CO2没有完全被澄清石灰水吸收，小渝同学认为该气体还可能是CO，他的理由是 (用化学方程式解释)。 为了弄清该气体的成分，小组同学继续设计进行了如下探究实验。 【提出问题】碳与氧化铜反应生成气体的成分是什么？ 【作出猜想】猜想一：CO    猜想二：CO2    猜想三：CO和CO2 【进行实验】已知：氢氧化钠溶液与氢氧化钙都能与二氧化碳发生化学反应，且氢氧化钠易溶于水，氢氧化钙微溶于水。 【得出结论】 (3)同学们观察到A中黑色固体全部变红，B中澄清石灰水变浑浊，以及 等现象，得出猜想三正确。 【反思评价】 (4)小江同学提出该实验装置尚有不足之处，请你进行改进 。 (5)实验结束后，小南同学提出既然生成的气体不全是CO2.那么生成的固体全是铜吗？同学们为此查阅资料发现：碳还原氧化铜还可能有氧化亚铜(Cu2O)产生。Cu2O是红色固体，难溶于水，可与稀硫酸(H2SO4)反应生成Cu和CuSO4.铜不能和稀硫酸反应。同学们向反应后A中得到的红色固体中加入稀硫酸，观察到 现象，得知生成的红色固体也不全是铜。则发生反应的化学方程式是 。 (6)进一步查阅资料得知：Cu2O产生量(m)与加热时间(t)的关系如下图所示，为确保碳还原氧化铜所得固体产物尽可能不含Cu2O，应采取的措施是 。 【变式8-2】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）学习了碳单质的化学性质，知道碳与氧气反应能够生成或CO后，某学习小组同学联想到木炭粉与氧化铜发生反应可能有： ①② 他们想验证自己的想法，请你同他们一起进行探究。 【猜想与假设】 木炭粉与氧化铜反应生成的产物有三种可能： (1)①产物是铜和一氧化碳；②产物是铜和二氧化碳；③产物是 。 【设计和进行实验】 (2)检验产物中是否有的方法是 (用化学方程式表示)。 (3)如何检验产物是否存在CO，学习小组同学找查了资料：CO的特征反应是CO能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝。 【实验结论】设计的实验装置(如下图) 实验报告： 实验现象 实验结论 ①A中 ①有铜生成 ②B中黄色试纸变蓝 ②有 生成 ③C中 ③有生成 【反思与评价】 (4)实验结束时，为防止Cu被氧化，必须先停止加热，待Cu冷却后再将试管口的胶塞取下，因此，若没有B瓶，可能导致的后果是 。 (5)从环保角度看，左图装置有缺陷，怎么办？ 。 【拓展与延伸】 (6)假若木炭粉与氧化铜混合物24.4g充分反应后，只生成二氧化碳气体，且反应后剩余固体质量为20g。求剩余固体中金属铜的质量分数。(写出计算过程) 【变式8-3】（25-26九年级上·山东德州·期中）我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜，在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置(见图甲)，又可用改进的微型实验装置(见图乙)。化学兴趣小组采用图乙微型实验装置(其中长柄V形玻璃管用小玻璃管制成)，开展以下探究活动。 (1)图甲试管A中观察到的现象是 ，请你写出反应的化学方程式： ，该实验表现出碳的 性。 (2)判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是 。 (3)反应完全后停止加热时，应先将导管从盛有澄清石灰水的试管中撤出，并用弹簧夹夹紧橡皮管，待硬质玻璃管冷却后再把试管里的粉末倒出。分析原因是 。 (4)用甲装置进行实验，若完毕后，先停止加热，可能引起的后果是 。 (5)使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是 (写出一条即可)。在酒精灯上加个网罩的目的是 。 (6)为了使氧化铜完全还原常加入过量的碳粉，由此猜测图丙中气球的作用是 。 17 / 17 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、石墨和C60 题型02 根据信息判断新型碳单质的性质 题型03 碳单质结构、性质与用途的对应关系 题型04 单质碳的化学性质 题型05 木炭还原氧化物的实验 题型06 木炭还原氧化铜的相关计算 题型07 氧化反应和还原反应 题型08 有关木炭还原氧化铜的科学探究 题型01金刚石、石墨和C60 1. 金刚石（C）是自然界中最硬的物质，无色透明，正八面体。 可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头（体现了它的硬度大）等。 2．石墨（C）是最软的矿物之一，深灰色，具有金属光泽，细鳞片状的固体，有优良的导电性，润滑性。 可用于制铅笔芯（深灰色、质软）、干电池的电极（导电性）、电车的电刷（导电性，润滑性、常温下化学性质稳定）、做固体润滑剂（有润滑性）等 3．金刚石和石墨的物理性质差异很大的原因是：碳原子的排列不同。 4．C60（也叫“足球烯”）：C60分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球，结构稳定。 【典例1】（25-26九年级上·江苏扬州·阶段检测）碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如、、等。下列对于碳单质的认识中，正确的是 A．石墨转化为金刚石属于物理变化 B．金刚石、石墨、结构相同 C．所有的碳单质都能导电 D．、、等碳单质是一种未来革命性材料 【答案】D 【详解】A、石墨和金刚石是两种不同的物质，石墨转化为金刚石有新物质生成，属于化学变化，说法错误，故不符合题意。 B、从图中可知，金刚石是立体网状结构，石墨是层状结构，C60是足球结构，它们的结构不同，说法错误，故不符合题意。 C、不是所有碳单质都能导电，例如金刚石不能导电，说法错误，故不符合题意。 D、C60、C70、C90等碳材料具有特殊的结构和性质，在材料科学等领域有很大的应用潜力，是一种未来革命性材料，说法正确，故符合题意。 故选：D。 【变式1-1】（25-26九年级上·江苏徐州·阶段检测）金刚石与石墨的结构如图所示（小圆圈代表碳原子）。下列关于金刚石和石墨的说法正确的是 A．金刚石和石墨都具有良好的导电性 B．金刚石和石墨的化学式都为C，因此两者为同种物质 C．金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，但两者的物理性质相同 D．在高温、高压和催化剂的条件下，石墨可以合成金刚石，这一变化属于化学变化 【答案】D 【详解】A、石墨具有良好的导电性，而金刚石几乎不导电， 错误； B、金刚石和石墨的化学式都为C，但它们的原子排列方式不同，属于不同的物质，错误； C、金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，导致它们的物理性质差异很大，比如金刚石硬度大，石墨质软等，错误； D、在高温、高压和催化剂的条件下，石墨合成金刚石，有新物质金刚石生成，这一变化属于化学变化， 正确。 故选D。 【变式1-2】（25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）阅读下列资料，完成下面小题 2025年9月3 日，我国在天安门广场举行了盛大的“九三阅兵”。“东风”系列导弹尤为显眼。导弹的外壳要扛住几千度的高温，靠的是什么？碳纤维！碳纤维又轻又韧，强度高、密度小、熔点高、易导电，因此被称为“超级纤维”。它和金刚石、石墨是“亲戚”，都是由碳元素组成，但性格完全不同。 1．下列关于“碳”物质的说法，不正确的是 A．金刚石的硬度大，能用于划玻璃 B．碳纤维又轻又韧。用于导弹外壳 C．石墨灰黑色质软，可以加工成铅笔芯 D．碳纤维易导电，可以用于制作高压电缆外壳 2．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．金刚石和石墨中碳原子排列方式不同 C．“碳”物质都是黑色 D．石墨在一定条件下转化为金刚石属于物理变化 【答案】1．D 2．B 【解析】1．A、金刚石的硬度大，能用于划玻璃，A选项正确； B、碳纤维又轻又韧。用于导弹外壳，B选项正确； C、石墨灰黑色质软，可以加工成铅笔芯，C选项正确； D、碳纤维易导电，不可以用于制作高压电缆外壳，电缆外壳需要绝缘，D选项错误。 故选D。 2．A、构成金刚石和石墨的原子都是碳原子，原子大小相同，A选项错误； B、从图片可知，金刚石和石墨中碳原子排列方式不同，B选项正确； C、“碳”物质并非都是黑色，金刚石无色透明，C选项错误； D、石墨在一定条件下转化为金刚石属于化学变化，有新物质生成，D选项错误。 故选B。 【变式1-2】（2025·江苏扬州·二模）如图为金刚石、石墨和足球烯(C60)的结构模型图(小球表示碳原子)。下列说法错误的是 A．金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同 B．足球烯由C60分子构成，其相对分子质量为720 C．金刚石、石墨、足球烯在足量的氧气中完全燃烧，产物相同 D．金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化 【答案】A 【详解】A.金刚石和石墨都是碳原子构成，金刚石硬度大，石墨质地较软，主要是因为两者的碳原子排列方式不同，选项错误； B. 足球烯由C60分子构成，其相对分子质量为12×60=720，选项正确； C. 金刚石、石墨、足球烯都是碳元素组成，在足量的氧气中完全燃烧，产物均为CO2，均相同，选项正确； D. 金刚石、石墨与足球烯是不同的物质，它们之间的转化为化学变化，选项正确； 故选A。 题型02 根据信息判断新型碳单质的性质 【典例2】（2025·江苏无锡·一模）“超级黑”是一种用比头发细一万倍的碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，其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”是天然存在的最硬的物质 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．“超级黑”是一种新型的化合物 D．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧 【答案】D 【详解】A、“超级黑”不是天然物质，是一种用碳纳米管制造的新型材料，天然存在的最硬的物质是金刚石，选项错误； B、“超级黑”是由碳纳米管制成，碳纳米管是由碳元素组成的单质，单质中元素化合价为0价，选项错误； C、“超级黑”是由碳纳米管制成，碳纳米管是由碳元素组成的单质，不属于化合物，选项错误； D、“超级黑”是由碳纳米管制成的单质，碳单质能够燃烧，所以在一定条件下，“超级黑”能够燃烧，选项正确； 故选D。 【变式2-1】（2025·江苏常州·二模）新材料“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，其密度约为氢气密度的两倍。关于“碳海绵”的说法中不正确的是 A．“碳海绵”充分燃烧生成CO2 B．“碳海绵”具有吸附性，属于物理性质 C．“碳海绵”具有一定的吸附性 D．“碳海绵”是单质 【答案】D 【详解】A、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，充分燃烧生成二氧化碳，该选项说法正确； B、“碳海绵”具备疏松多孔的结构，则具有吸附性，吸附性不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，该选项说法正确； C、结合前面分析可知，“碳海绵”具有一定的吸附性，该选项说法正确； D、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管，含有多种物质，属于混合物，该选项说法不正确。 故选D。 【变式2-2】 （2025·江苏苏州·二模）“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是 A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片 【答案】C 【详解】A、合成材料是通过化学合成方法制成的人造有机高分子材料，如塑料、合成纤维和合成橡胶。“超级黑”是碳纳米管材料，属于碳单质，是无机非金属材料，错误。 B、在单质中，元素的化合价均为0。“超级黑”是碳纳米管，由碳原子组成，属于碳单质，因此碳元素的化合价为0。错误。 C、碳单质在氧气充足且点燃的条件下能燃烧，生成二氧化碳。“超级黑”是碳纳米管，由碳元素组成，属于碳单质，因此在点燃条件下能与氧气反应而燃烧。正确。 D、题干明确说明“超级黑”的导热效率为铜的7倍，而铜是常用的散热片材料（因其导热性好）。因此，“超级黑”的导热性能更优，完全适合用于制作散热片。错误。 故选C。 【变式2-3】（24-25九年级上·江苏苏州·期末）碳海绵由石墨烯和碳纳米管制成，是世界上最轻的材料，具有良好的隔热性能，对石油有超强的吸附性，可回收海面上泄漏的石油。下列相关说法不正确的是 A．碳海绵能浮在水面上 B．碳海绵结构致密结实 C．碳海绵燃烧会产生二氧化碳 D．碳海绵可用作保温材料 【答案】B 【详解】A、碳海绵是世界上最轻的材料，说明能浮在水面上，A选项正确； B、碳海绵是世界上最轻的材料，对石油有超强的吸附性，可知结构疏松多孔，B选项错误； C、碳海绵由石墨烯和碳纳米管制成，燃烧会产生二氧化碳，C选项正确； D、碳海绵具有良好的隔热性能，可用作保温材料，D选项正确。 故选：B。 题型03 碳单质结构、性质与用途的对应关系 知识积累 1. 金刚石 （1）金刚石是自然界中最硬的物质，刻划玻璃、切割大理石、做钻探机的钻头等； （2）金刚石无色，折光性好，可用于制钻石； （3）金刚石薄膜透光性好、硬度大、导热性好，用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 2．石墨 （1）深灰色、质软、有滑腻感，可用于制铅笔芯； （2）做干电池的电极是因为导电性好； （3）导电性，润滑性、常温下化学性质稳定，可做电车的电刷； （4）有润滑性、耐高温，可做固体润滑剂。 3．活性炭 活性炭有吸附性，可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。 【典例3】 （25-26九年级上·江苏泰州·阶段检测）下列有关物质的性质与用途不具有对应关系的是 A．稀有气体化学性质稳定，可用作霓虹灯的填充气 B．石墨有导电性，可用作电池电极 C．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 D．氢气有可燃性，可用作燃料 【答案】A 【详解】A、稀有气体通电时能发出不同颜色的光，可用作霓虹灯的填充气，与化学性质稳定无关，性质与用途不对应，符合题意； B、石墨具有良好的导电性，可用作电池电极，不符合题意； C、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于切割玻璃，不符合题意； D、氢气具有可燃性，可用作燃料，不符合题意。 故选A。 【变式3-1】（25-26九年级上·江苏扬州·阶段检测）下列物质的性质和用途对应关系不正确的是 A．金属镁燃烧时发出耀眼白光，可作闪光弹 B．红磷燃烧能产生白烟，可作烟幕弹 C．石墨质地较软，可用于作电极 D．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 【答案】C 【详解】A、镁燃烧时发出耀眼的白光，则可作闪光弹，该选项正确； B、红磷燃烧时产生大量白烟，可作烟幕弹，该选项正确； C、石墨可作电极，是因为石墨具有导电性，该选项不正确； D、金刚石为天然存在最硬的物质，可用于切割玻璃，该选项正确。 故选C。 【变式3-2】 （2024·江苏南京·一模）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 【答案】B 【详解】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，故该选项不符合题意； B、还原性属于化学反应，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，故该选项不符合题意； 故选：B。 【变式3-3】下列物质的性质和用途对应关系正确的是 A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有导电性，可制作铅笔芯 C．炭黑具有还原性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料 【答案】A 【详解】A、金刚石的硬度大，可用于切割玻璃，性质与用途关系对应正确，符合题意； B、石墨具有导电性能用作电极；石墨质地较软可制作铅笔芯，性质与用途对应关系不正确，不符合题意； C、炭黑具有还原性，可用于金属的冶炼；炭黑性质比较稳定，可制作墨水，性质与用途对应关系不正确，不符合题意； D、木炭具有吸附性 可用于净水；木炭具有可燃性，可用作燃料，性质与用途对应关系不正确，不符合题意； 故选A。 题型04 单质碳的化学性质 知识积累 1. 常温下碳的化学性质比较稳定。因此古代用墨书写的字画保存时间很久仍不变色。 2．可燃性： （1）完全燃烧(氧气充足)，生成CO2： C+O2点燃CO2 （2）不完全燃烧 (氧气不充足)，生成CO：2C+O2点燃2CO 3．还原性： （1）C+2CuO高温 2Cu+CO2↑（置换反应） （2）2Fe2O3+3C高温 4Fe+3CO2↑ （3） C+CO2高温 2CO（吸热） 【典例4】（23-24九年级上·江苏连云港·阶段检测）明代邵弥的水墨画一《贻鹤寄书图》（课本第105页）现藏于故宫博物院，保存了这么长时间也没变色，是因为墨汁中的炭黑具有的性质 A．可燃性 B．还原性 C．常温下化学性质不活泼 D．黑色且难溶于水 【答案】C 【详解】单质碳在常温下，化学性质不活泼，不与空气中的成分反应，故古代用墨（主要成分炭黑）书写的水墨画，长时间保存不变色。 故选C。 【变式4-1】（23-24九年级上·江苏连云港·阶段检测）文房四宝中的“墨”的主要成分是炭黑。炭黑的下列性质属于化学性质的是 A．黑色物质 B．常温下呈固态 C．常温下炭黑不活泼 D．难溶于水 【答案】C 【详解】A、炭黑常温下是黑色，颜色不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故错误； B、炭黑常温下呈固态，状态不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故错误； C、常温下炭黑不活泼，需要通过化学变化才能表现出来，属于化学性质，故正确； D、炭黑难溶于水，溶解性不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，故错误； 故选：C。 【变式4-2】（23-24九年级上·江苏盐城·期中）下列对实验现象的描述不正确的是 A．氢气在空气中燃烧发出淡蓝色火焰 B．镁条燃烧发出耀眼白光，生成氧化镁 C．加热木炭和氧化铜的混合物，黑色粉末变为红色 D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体 【答案】B 【详解】A、氢气在空气中燃烧发出淡蓝色火焰；正确。 B、生成氧化镁是化学反应的结论，不是可观察的现象；不正确。 C、加热木炭和氧化铜的混合物，碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，可观察到黑色粉末变为红色；正确。 D、铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体；正确。 故选B。 【变式4-3】（24-25九年级上·江苏镇江·阶段检测）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→P的过程中，固体中铜元素的质量分数不变 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 【详解】A、M点时，固体质量还未减少，此时还未开始反应，装置②导管口有气泡冒出，此时冒出的气体是装置①中的空气，选项错误； B、固体中铜元素的质量分数=，N→P的过程中，铜元素的质量没变，但固体混合物的总质量减少，故固体中铜元素的质量分数变大，选项错误； C、根据质量守恒定律可知，参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和，即：参加反应的碳（固体）和氧化铜（固体）的质量和等于，生成的铜（固体）和二氧化碳（气体）的质量和，因此，M→P 的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量，选项正确； D、实验结束时应先将导管移出石灰水，然后熄灭酒精灯，防止液体倒流，炸裂试管，选项错误； 故选C。 题型05 木炭还原氧化物的实验 知识积累 1. 木炭还原氧化物的实验 （1）实验原理：C+2CuO高温 2Cu+CO2↑（置换反应） （2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊。 （3）实验结论：C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。 （4）实验注意点：①试管口略向下倾斜（防止水蒸气冷凝回流，炸裂试管）； ②实验结束时，应先从石灰水中取出导管，再熄灭酒精灯（防止石灰水倒吸入，炸裂试管） 【典例5】 （2025·江苏宿迁·三模）我国古代劳动人民很早就掌握了“湿法炼铜”和“火法炼铜”的方法。 Ⅰ．“湿法炼铜”：《梦溪笔谈》记载，“熬胆矾(硫酸铜溶液)铁釜，久之亦化为铜”。 (1)该炼铜原理可用化学方程式表示为 。 Ⅱ．“火法炼铜”：宋代《大冶赋》中记载了用孔雀石和木炭经过如下反应可获得铜。 ①第一步为木炭燃烧放热使孔雀石分解得到氧化铜； ②第二步为木炭和氧化铜在高温下反应制备铜，模拟装置如图1所示。 (2)试管A中发生反应的化学方程式为 ，该反应利用了木炭的 性。 Ⅲ．“生物炼铜”：用氧化亚铁硫杆菌氧化浸出铜是生物炼铜的一种方法，其反应原理为，已知氧化亚铁硫杆菌在不同温度时生命活性不同，不同温度下铜的浸出率如图2所示。 (3)这种生物炼铜方法最适宜的温度是 。 【答案】(1) (2) 还原 (3)30℃ 【详解】（1）该炼铜原理为铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，该反应的化学方程式为：； （2）试管A中发生反应为木炭与氧化铜在加热的条件下反应生成铜和二氧化碳，该反应的化学方程式为：； 该反应中木炭得到氧，属于还原剂，利用了木炭的还原性； （3）由图可知，这种生物炼铜方法最适宜的温度是30℃，因为相同条件下，在30℃时铜的浸出率最高。 【变式5-1】（23-24九年级上·江苏南京·阶段检测）下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是 A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊 B．该反应中木炭具有还原性 C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8 D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度 【答案】C 【详解】A、木炭与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，会看到黑色固体变为红色，同时生成的二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，说法正确，不符合题意； B、在该反应中木炭夺取了氧化铜中的氧，表现出还原性，说法正确，不符合题意； C、若生成的气体中含有一氧化碳，一氧化碳中碳、氧元素质量比为 12:16=3:4，二氧化碳中碳、氧元素质量比为 3:8，所以反应时消耗碳、氧元素的质量比会大于 3:8，说法错误，符合题意； D、酒精灯加网罩的目的主要是提高温度，而不是使火焰集中，说法正确，不符合题意。 故选C。 【变式5-2】某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是 A．该反应说明木炭具有还原性 B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体 C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素 D．装置中发生反应： 【答案】C 【详解】A、在该反应中，木炭夺取了氧化铜中的氧，使氧化铜被还原为铜，这说明木炭具有还原性，A 正确。    B、由于反应生成了铜，铜是红色固体，而反应物氧化铜是黑色固体，所以反应过程中黑色氧化铜变为红色固体，B 正确。    C、在反应中，铜元素的化合价从 + 2价降低到0价；碳元素的化合价从0价升高到 + 4价，C 错误。    D、装置中发生的反应就是木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，化学方程式为，D 正确。    故选C。 【变式5-3】（24-25九年级上·江苏南京·阶段检测）化学是一门以实验为基础的科学。 (1)①请写出图中左边试管中发生反应的方程式 。 ②关于实验的下列说法，正确的是 。 A．若反应前加入的木炭过量，生成的气体还有一氧化碳 B．实验结束后，试管A中固体减少的质量为氧元素的质量 C．实验结束后，先熄灭酒精灯，再将导气管移出澄清石灰水 D．金属网罩的作用是集中火焰提高温度 E.左边试管内出现红色固体，木炭与氧化铜发生反应 【答案】(1) ADE 【详解】（1）①木炭和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，反应的方程式是：； ②A 、若反应前加入的木炭过量，木炭和反应生成的二氧化碳反应会生成一氧化碳，所以生成的气体还有一氧化碳，正确； B、实验结束后，试管A中固体减少的质量是参加反应木炭的质量和氧化铜中氧元素的质量，错误； C、实验结束后，应先将导气管移出澄清石灰水，再熄灭酒精灯，防止温度降低，试管内的气压降低，石灰水倒吸引起试管炸裂，错误； D 、金属网罩的作用是集中火焰提高温度，正确； E、左边试管内出现红色固体，说明木炭与氧化铜加热生成新物质，发生化学反应生，正确。 故选ADE； 题型06 木炭还原氧化铜的相关计算 【典例6】（24-25九年级上·江苏连云港·阶段检测）课堂上老师演示了“木炭还原氧化铜的实验“，装置如图所示，请你完成下列任务： (1)查阅资料：此实验最好使用酒精喷灯，也可以在酒精灯火焰上罩一个网罩，目的是 。 (2)实验结束后，先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后再把是管里的粉末倒在纸上。目的是防止 。 (3)将倒在纸上的固体精确称量，发现固体质量减少了4.4克，则理论上生成了多少克铜？（简要书写计算过程） 【答案】(1)集中火焰，提高温度 (2)防止石灰水倒流使试管炸裂，并防止高温下铜被氧化 (3)解：设理论上生成铜的质量为x 根据质量守恒定律，生成的二氧化碳的质量为4.4g x=12.8g 答：理论上生成了12.8克铜。 【详解】（1）在酒精灯火焰上加网罩，能集中火焰，提高温度； （2）实验结束后，将导气管从试管②中撤出，可防止澄清石灰水倒流，引起热的试管炸裂，且用弹簧夹夹住胶皮管，待试管冷却后，再把试管①中的反应后的药品倒在纸上，可防止高温的铜重新被氧化； （3）过程见答案。 【变式6-1】取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如图所示，下列说法正确的是 A．M点对应的固体物质只有两种 B．N点对应的固体为黑色 C．反应后生成铜的质量为bg D．0t2min内，固体中铜元素的质量分数不变 【答案】C 【分析】CuO与C在高温下可以反应生成Cu与CO2。 【详解】A、图中的M点对应的时刻反应正在持续发生，则固体的为CuO、C、Cu三种物质的混合物，故选项说法错误； B、N点对应的时刻为反应恰好完全进行，则剩余的固体为Cu，Cu为红色的固体，故选项说法错误； C、CuO与C完全反应后生成CO2与Cu，则剩余的固体为Cu，根据图示可知Cu的质量为bg，故选项说法正确； D、化学反应前后物质的总质量不发生变化，反应生成的CO2逸散到空气中导致反应后固体的质量减小，反应中铜元素的质量不发生变化，则反应过程中铜元素的质量分数逐渐变大，故选项说法错误。 故选C。 【变式6-2】用纯净的木炭粉末还原氧化铜粉末时，可发生的反应有：C+2CuO2Cu+CO2↑，C+ CuOCu+CO↑。现用 1.2g 木炭粉末还原 8.0g 氧化铜粉末，反应物刚好反应完全，则生成的气体产物是 A．CO B．CO2 C．CO、CO2 D．Cu、CO 【答案】A 【分析】本题用假设法各自求算，然后分析对应的取值区间。 【详解】设1.2g碳和氧化铜完全反应生成二氧化碳，消耗的氧化铜的质量为x。 x=16g 设1.2g碳和氧化铜完全反应生成一氧化碳，消耗的氧化铜的质量为y。 y=8g 而取的氧化铜的质量只有8g，所以生成气体只能为一氧化碳。 故选：A。 【变式6-3】（24-25九年级上·江苏连云港·阶段检测）我们知道碳单质可以与某些氧化物发生反应，下图是在高温条件下用木炭还原氧化铜的实验装置图，请按要求回答下列问题。 (1)该反应在酒精灯上加装了金属网罩，作用是 。 (2)加热一段时间后，可观察到被加热的试管中的现象是 。 (3)实验结束后以下几个操作步骤如下： A．用弹簧夹夹紧乳胶管                                B．停止加热 C．待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上            D．移出导管 正确的操作顺序为 (填字母) (4)若要使8g氧化铜完全还原，理论上至少需要碳单质的质量是多少？ 【答案】(1)集中火焰，提高温度 (2)黑色固体变红色 (3)DABC (4)设需要碳单质的质量为x，则 解得x=0.6g 答：理论上至少需要碳单质的质量是0.6g。 【详解】（1）在酒精灯火焰上加网罩，能集中火焰，提高温度。 （2）碳和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，反应过程中，固体由黑色变为红色。 （3）为了防止澄清石灰水倒吸，则实验结束时，先将导管移出水面，且为了防止高温的铜重新被氧化，则还要用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待冷却后再把试管里的粉末倒在纸上 ，即顺序为DABC。 （4）见答案。 题型07 氧化反应和还原反应 知识积累 1. 碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）高温 碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑ 2.氧化还反应分析 CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应 C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应 氧化反应：物质结合氧元素的反应。 还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。 氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO； 还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等； 【典例7】 （24-25九年级上·江苏南通·阶段检测）太阳能光伏发电”能有效推进“碳中和”，发展“低碳经济”，其关键的材料是高纯硅。以下是高纯硅的简易生产流程。 请回答： (1)反应①的化学方程式为：，X的化学式是 。该反应中焦炭具有的化学性质是 ；标出四氯化硅（SiCl4）中硅元素的化合价： 。 (2)“精馏”是蒸馏的一种，其原理是利用混合物中各成分的 不同，将物质分离出来。 (3)上述流程中可循环使用的物质是 。 (4)流程⑤中发生反应的化学方程式为 。 【答案】(1) CO 还原性 (2)沸点 (3)HCl、H2 (4) 【详解】（1）根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类与数目均不变，反应前：一个硅原子、2个氧原子、2个碳原子，生成物中：一个硅原子，2个X分子，故每个X分子中含有一个碳原子、一个氧原子，故X为一氧化碳，其化学式为CO； 该反应中碳抢夺了二氧化硅中的氧，体现了碳的还原性； 化合物中，化合价的代数和为0，四氯化硅中，氯元素显-1价，故硅元素化合价为，化合价标在元素符号的正上方，表示为； （2）蒸馏可把混合物分离，原理是利用混合物各成分的沸点不同； （3）根据生产流程可知，氢气、氯化氢既是反应物，又是生成物，可循环利用； （4）根据生产流程可知，流程⑤中是SiHCl3和氢气在高温条件下生成硅和HCl，反应的化学方程式为：。 【变式7-1】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。 (1)X 的化学式为 。 (2)反应①的基本反应类型为 。 (3)该反应说明木炭具有 性。 【答案】(1)ZnO (2)分解反应 (3)还原 【详解】（1）由化学反应①的化学方程式可知，反应前出现了1个锌原子、1个碳原子和3个氧原子，反应后出现了1个碳原子和2个氧原子，根据质量守恒定律，反应后尚缺的1个锌原子和1个氧原子存在于X中，则X的化学式为ZnO，故填ZnO。 （2）由化学反应①的化学方程式可知，该反应是一种物质生成两种新物质的反应，符合分解反应的特点，属于分解反应，故填分解反应。 （3）由化学反应②的化学方程式可知，反应中，碳得到氧元素形成二氧化碳，表现了碳的还原性，故填还原。 【变式7-2】（24-25九年级上·江苏扬州·阶段检测）碳可以还原氧化铁。在不同温度下，分别用石墨粉、活性炭还原氧化铁，并在混合物中加入碳酸钾粉末(碳酸钾反应前后质量和化学性质均不变)，通入氩气进行实验。实验结果如图所示。下列说法错误的是 (还原率) A．实验中氩气不参加反应，用作保护气 B．随着碳酸钾含量的增加，还原率增大，碳酸钾在反应中起催化作用 C．上述实验说明活性炭与氧化铁反应的还原率比石墨粉高 D．温度越高，碳粉还原氧化铁的还原率越高 【答案】C 【详解】A、氩气化学性质不活泼，常用作保护气，因此实验中氩气不参加反应，用作保护气，防止铁被氧化，说法正确，不符合题意； B、由图可知，随着碳酸钾含量的增加，还原率增大，而碳酸钾反应前后质量和化学性质均不变，说明碳酸钾在反应中起催化作用，说法正确，不符合题意； C、由图可知，在相同条件下，活性炭与氧化铁反应的还原率比石墨粉高，说法错误，符合题意； D、由图可知，温度越高，碳粉还原氧化铁的还原率越高，说法正确，不符合题意。 故选：C。 【变式7-3】（22-23九年级上·江苏扬州·阶段检测）春秋初期，绍兴一带是南方的一个冶铁中心，其炼铁方法是在1000℃左右的温度下Fe2O3发生一系列的反应生成含较多杂质的海绵铁。其中主要化学反应为：3CO+Fe2O32Fe+3CO2。下列说法正确的是 A．海绵铁是一种纯净物 B．Fe2O3中铁元素的质量分数为70% C．上述反应中涉及的氧化物只有2种 D．炼铁过程中，木炭只是作为燃料使用 【答案】B 【详解】A、纯净物是由一种物质组成的，混合物有多种物质组成，海绵铁含有多种物质，故属于混合物，故A说法错误； B、Fe2O3中铁元素的质量分数为，故B说法正确； C、氧化物是由两种元素组成，且其中一种元素是氧元素的化合物，则一氧化碳，氧化铁和二氧化碳均属于氧化物，故上述反应中涉及的氧化物有3种，故C说法错误； D、木炭不完全燃烧还可以生成一氧化碳，一氧化碳具有还原性，用于炼铁，因此炼铁过程中，木炭不只是作为燃料使用，还可以作为还原剂，故D说法错误。 故选B。 题型08 有关木炭还原氧化铜的科学探究 【典例8】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）某同学在学习了木炭和氧化铜反应的知识后，产生了疑问：木炭与氧化铜反应生成的气体有哪些？同学们带着疑问进行了下列探究： 【提出猜想】 (1)猜想一：只有CO2；猜想二：只有CO；猜想三： 。 【查阅资料】浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化，遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色。 【实验步骤】连接好实验装置，并进行实验，装置如图所示(夹持仪器已省)： 步骤一：实验前先通一段时间N2 步骤二：点燃酒精喷灯加热 (2)先通N2的目的是 ，玻璃管中的现象是 ，反应的化学方程式为 。 【实验结论】 (3)①若观察到氯化钯试纸不变色，澄清石灰水变浑浊，则猜想一成立，请写出澄清石灰水变浑浊的化学方程式： 。 ②若观察到氯化钯试纸变蓝，澄清石灰水不变浑浊，则猜想二成立。 ③若观察到氯化钯试纸 ，澄清石灰水 ，则猜想三成立。 【实验反思】 (4)有同学认为该装置需要添加尾气处理装置，你认为是否需要？请说明理由 。 【答案】(1)CO2和CO的混合物 (2) 排净装置内的空气，防止影响实验结果（合理即可） 黑色固体逐渐变红 (3) CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O 变蓝 变浑浊 (4)不需要；E装置可以收集一氧化碳气体，防止一氧化碳直接排放到空气中引起空气污染（合理即可） 【详解】（1）木炭粉与氧化铜反应生成物有三种可能：①气体产物全部是CO2；②气体产物全部是CO；③气体产物是CO2和CO的混合物； （2）为了确保实验的准确性，在实验前需要在实验前通一会儿N2，目的是排净装置内的空气，防止影响实验结果； 碳具有还原性，能将氧化铜还原为单质铜，故玻璃管中的现象是黑色固体逐渐变红，该反应的化学方程式为：； （3）①二氧化碳使C中澄清的石灰水变浑浊，反应的化学方程式为：CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O； ③因为浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇一氧化碳变蓝，若试纸变蓝，则有一氧化碳；如果澄清石灰水变浑浊，则有CO2。则若观察到氯化钯试纸变蓝，澄清石灰水变浑浊，说明猜想三成立。 （4）该实验过程中可能会有一氧化碳生成，一氧化碳属于空气污染物，E装置可以收集一氧化碳，防止一氧化碳直接排放到空气中引起空气污染，因此该实验装置不需要添加尾气处理装置。 【变式8-1】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）化学兴趣小组的同学在学完木炭还原氧化铜的实验后，在实验室用碳和氧化铜进行了如下实验。 (1)写出甲装置试管中发生反应的化学方程式 。 (2)实验过程中，乙装置的导管口不断有气泡冒出，小侨同学认为是反应产生的CO2没有完全被澄清石灰水吸收，小渝同学认为该气体还可能是CO，他的理由是 (用化学方程式解释)。 为了弄清该气体的成分，小组同学继续设计进行了如下探究实验。 【提出问题】碳与氧化铜反应生成气体的成分是什么？ 【作出猜想】猜想一：CO    猜想二：CO2    猜想三：CO和CO2 【进行实验】已知：氢氧化钠溶液与氢氧化钙都能与二氧化碳发生化学反应，且氢氧化钠易溶于水，氢氧化钙微溶于水。 【得出结论】 (3)同学们观察到A中黑色固体全部变红，B中澄清石灰水变浑浊，以及 等现象，得出猜想三正确。 【反思评价】 (4)小江同学提出该实验装置尚有不足之处，请你进行改进 。 (5)实验结束后，小南同学提出既然生成的气体不全是CO2.那么生成的固体全是铜吗？同学们为此查阅资料发现：碳还原氧化铜还可能有氧化亚铜(Cu2O)产生。Cu2O是红色固体，难溶于水，可与稀硫酸(H2SO4)反应生成Cu和CuSO4.铜不能和稀硫酸反应。同学们向反应后A中得到的红色固体中加入稀硫酸，观察到 现象，得知生成的红色固体也不全是铜。则发生反应的化学方程式是 。 (6)进一步查阅资料得知：Cu2O产生量(m)与加热时间(t)的关系如下图所示，为确保碳还原氧化铜所得固体产物尽可能不含Cu2O，应采取的措施是 。 【答案】(1) (2) (3)D中的黑色固体变红，E中澄清石灰水变浑浊 (4)在装置末端放一个燃着的酒精灯点燃尾气或用气球收集等 (5) 固体部分减少，溶液由无色变蓝色 (6)加热时间足够长 【详解】（1）甲装置试管中是碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为； （2）碳和二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳，所以乙装置的导管口不断有气泡冒出，可能是CO，该反应的化学方程式为； （3）由实验结论为猜想三正确，可知碳与氧化铜反应生成气体的成分是CO和CO2。二氧化碳可以使澄清石灰水变浑浊，一氧化碳可以还原氧化铜得到红色铜单质和二氧化碳，所以若观察到A中黑色固体全部变红，B中澄清石灰水变浑浊，以及D中的黑色固体变红，E中澄清石灰水变浑浊等现象，得出猜想三正确； （4）由上述信息可知，碳与氧化铜反应生成气体的成分是CO和CO2。一氧化碳具有毒性，直接排放会污染空气，需要进行尾气处理，可以在装置末端放一个燃着的酒精灯点燃尾气或用气球收集等； （5）Cu2O能和稀硫酸反应生成硫酸铜、水和铜，铜不能和稀硫酸反应。所以向反应后A中得到的红色固体中加入稀硫酸，观察到固体部分减少，溶液由无色变蓝色，证明生成的红色固体中含有氧化亚铜，不全是铜； 化学方程式为； （6）由图可知，Cu2O产生量随着加热时间的延长先增大后减小，所以为确保碳还原氧化铜所得固体产物尽可能不含Cu2O，应确保加热时间足够长。 【变式8-2】（24-25九年级上·江苏无锡·阶段检测）学习了碳单质的化学性质，知道碳与氧气反应能够生成或CO后，某学习小组同学联想到木炭粉与氧化铜发生反应可能有： ①② 他们想验证自己的想法，请你同他们一起进行探究。 【猜想与假设】 木炭粉与氧化铜反应生成的产物有三种可能： (1)①产物是铜和一氧化碳；②产物是铜和二氧化碳；③产物是 。 【设计和进行实验】 (2)检验产物中是否有的方法是 (用化学方程式表示)。 (3)如何检验产物是否存在CO，学习小组同学找查了资料：CO的特征反应是CO能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝。 【实验结论】设计的实验装置(如下图) 实验报告： 实验现象 实验结论 ①A中 ①有铜生成 ②B中黄色试纸变蓝 ②有 生成 ③C中 ③有生成 【反思与评价】 (4)实验结束时，为防止Cu被氧化，必须先停止加热，待Cu冷却后再将试管口的胶塞取下，因此，若没有B瓶，可能导致的后果是 。 (5)从环保角度看，左图装置有缺陷，怎么办？ 。 【拓展与延伸】 (6)假若木炭粉与氧化铜混合物24.4g充分反应后，只生成二氧化碳气体，且反应后剩余固体质量为20g。求剩余固体中金属铜的质量分数。(写出计算过程) 【答案】(1)铜、一氧化碳和二氧化碳 (2)CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O (3) 黑色固体变红 CO 澄清石灰水变浑浊 (4)石灰水倒吸入试管 (5)在C装置右边导管上系上塑料袋收集尾气（合理即可） (6)解：设生成金属铜的质量为x      则剩余固体中金属铜的质量分数为 答：剩余固体中金属铜的质量分数为64%。 【详解】（1）根据题目中给出的信息，木炭粉与氧化铜反应可能生成铜和一氧化碳，或者铜和二氧化碳，也有可能两种反应都发生，所以产物是铜、一氧化碳和二氧化碳；故答案为：铜、一氧化碳和二氧化碳。 （2）检验CO2的方法是利用CO2与Ca(OH)2反应生成碳酸钙白色沉淀和水这一性质，反应的化学方程式为CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O；故答案为：CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O。 （3）①因为氧化铜是黑色固体，铜是红色固体，在反应中如果看到A中黑色固体变红色，就证明有铜生成； ②由于CO的特征反应是能使某种氯化钯的黄色混合液变蓝，所以若B中黄色试纸变蓝，就可以得出有一氧化碳生成的结论；③因为CO2能使澄清石灰水变浑浊，所以C中的现象应该是澄清石灰水变浑浊；故答案为：①黑色固体变红；②CO；③澄清石灰水变浑浊。 （4）若没有B瓶，随着装置A温度越来越低，装置内气体体积减小，压强减小，在外界大气压的作用下，C中的溶液会倒吸入试管中，使试管炸裂；故答案为：石灰水倒吸入试管中，使试管炸裂。 （5）从环保角度出发，有毒气体不能直接排放到空气中，左图装置没有对尾气进行处理，这是其缺陷，改进的方法是在C装置右边导管上系上塑料袋收集尾气等；故答案为：在C装置右边导管上系上塑料袋收集尾气（合理即可）。 （6）解：设生成金属铜的质量为x     x=12.8g 则剩余固体中金属铜的质量分数为 答：剩余固体中金属铜的质量分数为64%。 【变式8-3】（25-26九年级上·山东德州·期中）我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜，在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置(见图甲)，又可用改进的微型实验装置(见图乙)。化学兴趣小组采用图乙微型实验装置(其中长柄V形玻璃管用小玻璃管制成)，开展以下探究活动。 (1)图甲试管A中观察到的现象是 ，请你写出反应的化学方程式： ，该实验表现出碳的 性。 (2)判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是 。 (3)反应完全后停止加热时，应先将导管从盛有澄清石灰水的试管中撤出，并用弹簧夹夹紧橡皮管，待硬质玻璃管冷却后再把试管里的粉末倒出。分析原因是 。 (4)用甲装置进行实验，若完毕后，先停止加热，可能引起的后果是 。 (5)使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是 (写出一条即可)。在酒精灯上加个网罩的目的是 。 (6)为了使氧化铜完全还原常加入过量的碳粉，由此猜测图丙中气球的作用是 。 【答案】(1) 黑色粉末逐渐变为红色 还原 (2)澄清石灰水变浑浊 (3)防止空气进入又将灼热的铜氧化 (4)液体倒流，引起试管破裂 (5) 操作简单（或现象明显、节约药品、反应条件容易达到、反应速率快等） 集中火焰，提高温度 (6)收集尾气（如一氧化碳等），防止污染空气 【详解】（1）在高温条件下，碳与氧化铜（黑色粉末）反应生成铜（红色粉末）和二氧化碳，所以现象是黑色粉末逐渐变为红色粉末；其化学方程式为；碳在反应中夺取了氧化铜中的氧，表现出碳的还原性；故填：黑色粉末逐渐变为红色；；还原。 （2）碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以当观察到澄清石灰水开始变浑浊时，说明木炭与氧化铜已经发生反应；故填：澄清石灰水变浑浊。 （3）因为热的铜能与氧气反应生成氧化铜，所以停止加热时，先将导管从盛有澄清石灰石的试管中撤出，并用弹簧夹夹紧橡皮管，待硬质玻璃管冷却后再把试管里的粉末倒出，这样可以防止空气进入又将灼热的铜氧化；故填：防止空气进入又将灼热的铜氧化。 （4）实验完毕后先停止加热，试管内温度降低，压强迅速减小，会导致液体倒流，引起试管爆裂；故填：液体倒流，引起试管爆裂。 （5）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是操作简单、现象明显、节约药品、反应条件容易到达、反应速率快等；在酒精灯上加上网罩可以集中火焰，从而提高温度。 故填：操作简单（或现象明显、节约药品、反应条件容易达到、反应速率快等）；集中火焰，提高温度。 （6）加入过量碳粉时，碳不完全燃烧可能生成一氧化碳（有毒，污染空气），同时反应生成二氧化碳，因此气球的作用是 收集尾气（如一氧化碳等），防止污染空气等；故填：收集尾气（如一氧化碳等），防止污染空气。 19 / 29 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $