6.1碳单质的多样性教学素材：石墨炔--2025-2026学年九年级化学人教版（2024）上册

【教学素材】 “梦幻材料”石墨炔 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【知识链接】石墨炔（Graphdiyne），简称GDY，是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后的具有二维平面网络结构的新型全碳纳米结构材料，被誉为是最稳定的一种人工合成的二炔碳的同素异形体。 2010年中科院李玉良团队突破性合成石墨炔薄膜，其独特的孔隙结构和电子性能在能源、催化等领域展现潜力‌。2022年《Nature Synthesis》验证了其半导体器件应用潜力，科学家预见该材料将在新能源与电子领域引发革命性变革、由于其特殊的电子结构、出色的化学稳定性和类似硅优异的半导体性能，使其在气体分离、催化、水处理、湿度传感器、能源等领域均展现出广阔的应用前景。 一、核心特性： ‌（1）结构‌稳定性：形成刚性纳米网格，孔隙规整，具有高化学稳定性。 ‌（2）掺杂改性：氯、氢等原子掺杂可进一步优化储锂性能和电导率 二、应用领域： ‌（1）能源‌：用于锂离子电池、钙钛矿太阳能电池。 ‌（2）催化‌：氮掺杂石墨炔的氧还原活性媲美铂催化剂‌，可替代贵金属。 ‌（3）环境‌：海水钠离子滤除率达99.7%‌。 【同步训练设计】 1．中科院李玉良院士带领科研团队在世界上首次通过合成化学方法大规模制备出石墨炔薄膜，将其命名为“石墨炔”，并确定石墨炔与石墨互为同素异形体。下列关于石墨炔的说法中不正确的是（ ） A．石墨炔具有还原性 B．在常温下，石墨炔的化学性质活泼 C．石墨炔能与氧气反应生成二氧化碳 D．石墨炔与金刚石互为同素异形体 2．石墨炔是继富勒烯、碳纳米管、石墨烯之后的又一种新的全碳纳米结构材料，石墨炔是平面网状结构，具有较好的化学稳定性和半导体性质，可用于提纯氢及储锂等，其结构片段如图所示。下列关于石墨炔的说法中不正确的是（ ） A．石墨炔属于一种新型化合物 B．石墨炔与金刚石互为同素异形体  C．常温下，碳纳米管具有较好的稳定性 D．石墨炔具有平面网状结构，可用于提纯氢、储锂 3．石墨炔被誉为“梦幻材料”，石墨炔（如图）与石墨烯类似，是一种平面网状结构的片层状全碳材料，具有优良的化学稳定性和半导体性能。下列说法错误的是（ ） A．石墨炔在常温下化学性质较稳定 B．石墨炔在空气中燃烧可能会生成空气污染物 C．石墨炔与金刚石物理性质存在差异的原因是原子结构不同 D．石墨炔可能在催化、信息、材料等领域有广泛的应用前景 4．我国科学家首次合成大面积全碳纳米材料石墨炔，其结构与石墨类似，可用于储锂电极材料。下列关于石墨炔的说法不正确的是（ ） A．石墨炔由分子构成 B．石墨炔与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔有望代替半导体材料硅在电子产品中得到广泛应用 D．石墨炔孔径略大于氢分子的直径，因此它是理想的氢气提纯薄膜 5．化学家利用精密仪器把石墨坼成只有一个或几个原子层厚的“碳片”，碳片是世界上最薄的材料。下列说法错误的是（　　） A．碳片是一种单质 B．碳片和C60是一种物质 C．在一定条件下，碳片可以还原氧化铁 D．碳片在氧气中完全燃烧的产物是CO2 6．科学家制造出一种石墨炔（局部结构如图），这种石墨炔属于平面网状结构的全碳分子，化学性质稳定。下列有关石墨炔的叙述正确的是（ ） A.．石墨炔与金刚石结构相似 B．石墨炔属于高分子化合物 C．石墨炔与石墨互为同素异形体 D．石墨炔性质稳定，与浓硫酸不反应 7．近年来科学家制造出大量的新物质，对下列三种物质的相关说法错误的是（ ） A．石墨烯具有良好的导电性 B．上述三种物质与金刚石互为同素异形体 C．石墨炔孔径略大于氢分子的直径，可作氢气的提纯薄膜 D．上述三种物质与浓硫酸都能发生反应，但反应产物不同 8．阅读下面科普短文，依据文章内容填空。 全新碳材料：石墨烯和石墨炔 石墨烯、石墨炔、石墨、金刚石和C60等都是碳的单质，它们都是碳家族的一员，这些单质具有不同性质，因此在不同的领域中有着广泛的应用。 石墨烯具有超高的强应和韧性，由于其结构的高度稳定性，石墨烯可以用来制作晶体管。石墨烯既能导电又高度透明的特点使它非常适合作为透明电子产品的生产原料，可用于触摸显示屏太阳能电池板的生产。石墨烯作为新能源电池电极材料，可以解决新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题。石墨烯吸附材料在废水处理中表现出色，能够高效吸附水中的污染物。 中科院化学所李玉良院士团队合成了石墨炔，开辟了碳材料研究的新方向。石墨炔由碳原子直接构成，由于其特殊的电子结构及类似硅的优异半导体性能，石墨炔有望应用于电子、半导体以及新能源领域。石墨炔还是一种非常理想的储锂材料，其独特的结构更有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输，使得石墨炔在锂离子电池方面具有很好的应用潜力。 （1）石墨烯、石墨炔和金刚石的物理性质有很大的差异，原因是 。 （2）石墨烯和石墨具有相似的化学性质，石墨不充分燃烧时的化学方程式是 。 （3）石墨烯可以高效吸附水中的污染物，表明它具有 的结构。 （4）石墨烯可以用于触摸显示屏的原因是 。 （5）石墨炔在锂离子电池方画具有很好的应用潜力的原因是 。 （6）下列有关石墨烯和石墨炔的说法中，正确的是 （填字母）。 a．组成元素相同         b．性质完全相同         c．都具有导电性         d．都具有还原性 参考答案 1～7．B、A、C、A、B、D、D； 8．（1）碳原子排列方式不同；（2）2C＋O22CO；（3）疏松多孔；（4）能导电又高度透明；（独特的结构）更有利于锂离子在面内和面外的扩散和传输；（6）a、c、d.。 学科网（北京）股份有限公司 $