6.1碳单质的多样性（第一课时）讲义--2025-2026学年九年级化学人教版上册

2025-2026学年人教版九年级化学 《第六单元碳和碳的氧化物课题1碳单质的多样性（第一课时》精品讲义 ( 学习 目标 1.   认识金刚石、石墨、C 60 等碳单质，掌握其物理性质及对应用途；理解同素异形体的定义，能区分常见同素异形体；明确碳单质物理性质差异的本质原因是碳原子排列方式不同。 2.   通过对比分析碳单质的结构、性质与用途，建立 “ 结构决定性质，性质决定用途 ” 的化学思维；通过实验观察和资料分析，提升归纳总结、逻辑推理的能力。 3.   感受碳单质在生活、科技中的广泛应用，体会化学与人类社会的密切联系；通过了解碳单质的发现历程，激发对化学探究的兴趣，树立科学发展的观念。 ) ( 二 ．重点难点 1.重点： （1）金刚石、石墨、C 60 的物理性质与用途； （2）同素异形体的概念；碳单质物理性质差异的根本原因。 2.难点： （1）理解 “ 结构-性质-用途 ” 的逻辑关联； （2）区分 “ 碳 ” 与 “ 炭 ” 的含义及用法。 ) ( 三 ． 课前预习 阅读教材，完成下列问题： 1. 同种元素可以组成不同的单质，由碳元素组成的常见单质有______、______和______等。 2. 金刚石是天然存在的______的物质，因此可用于切割玻璃、制作钻探机钻头；石墨是深灰色、有金属光泽的细鳞片状固体，质______，有滑腻感，且具有优良的______性，常用于制作铅笔芯、电极和润滑剂。 3. C ₆₀ 分子是由______个碳原子构成的，形状形似足球，又称______，其独特的结构使其在超导、催化等领域有广泛应用前景。 4. 木炭和活性炭都具有______性，这是因为它们具有______的结构，该性质属于______（填 “ 物理 ” 或 “ 化学 ” ）性质。 5. 金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是______不同；由同种元素组成的不同单质互为______，例如氧气和______也属于此类。 6. “ 碳 ” 指碳元素，用于描述元素种类； “ 炭 ” 指具体物质，如______、______等含碳单质的混合物。 ) 四．课堂探秘 （一）导入新课 咏 煤 炭 【明】于谦  凿开混沌得乌金，蓄藏阳和意最深。 爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉。 鼎彝元赖生成力，铁石犹存死后心。 但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林。 ☆丰富多彩的物质世界是由元素组成的，于谦赞赏的煤炭的主要构成元素就是碳元素，研究表明，碳这种元素，由于碳原子的排列方式不同，能组成不同的物质。 1.不同的元素可以组成不同的物质 氧气是由氧元素组成的，氢气是由氢元素组成的，水是由氢、氧两种元素组成的。不同的元素组成不同的物质。那么，在物质世界中，有没有同一种元素组成不同物质的例子呢? 2.同一种元素也能组成不同物质 研究表明，透明的金刚石、灰黑色的石墨和分子结构与足球相似的C。都是由碳元素组成的单质，但是它们的原子排列方式不同，物理性质存在着明显差异。 （二）碳单质的“个性名片”——物理性质与用途 1.金刚石 【探究】观察下列金刚石的图片，说说它的物理性质。 （1）物理性质：纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。硬度大（自然界中存在的最硬物质）、透光性好。 【讨论】：金刚石为什么会有无色透明、正八面体形状外观特征？ 因为，在微观上构成金刚石的碳原子是立体网状结构排列。 （2）金刚石的用途 ①经仔细琢磨后，成为装饰品——钻石。 ②划玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，装在钻探机的钻头钻凿坚硬的岩层。 2.石墨 【探究】观察下列石墨图片，说说它的物理性质。 （1）物理性质：石墨是一种灰黑色、有金属光泽的固体、质地很软、有滑腻感、熔点高有导电性。 【讨论】：石墨为什么会质地很软、有滑腻感、熔点高有导电性？ 因为，在微观上构石墨的碳原子是平面层状结构排列。 （2）石墨的用途 ①制作铅笔芯、固体润滑剂等。 ②制作石墨电刷、电极。 3、C60 科学家发现，除金刚石、石墨外，还有一类新的以单质形式存在的碳，其中发现较早并以取得重要进展的是C60. C60被称为足球烯。 (1). 构成：由60个碳原子构成的分子（形似足球，又称“足球烯”），化学式为C60，属于碳单质。  (2). 物理性质：常温下为固态，颜色呈灰黑色，熔点较低，硬度较小，不导电，溶解性较差（难溶于水，易溶于某些有机溶剂）。  (3). 核心用途: ①材料科学：用于制备新型超导材料、高强度复合材料（如航空航天领域的轻质材料）. ②催化领域：独特的分子结构使其成为优良的催化剂载体，可用于有机反应催化。 ③医疗领域：潜在应用于药物递送系统（利用分子空腔包裹药物，精准靶向病灶）、抗肿瘤研究等。 4.金刚石、石墨和C60的比较 对比维度 金刚石 石墨 C60 构成粒子 碳原子（正四面体网状结构） 碳原子（层状平面结构） C60分子（足球状笼形） 物理性质 硬度最大、无色透明、不导电 质软滑腻、灰黑色、导电导热 硬度中等、有金属光泽、不导电 用途 切割刀具、钻石饰品 电极、铅笔芯、润滑剂 纳米材料、催化剂载体 差异原因 碳原子的排列方式不同（核心本质） （三）木炭、焦炭、活性炭和炭黑 生活中，还有一些物质的主要成分也是碳单质，它们是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。 木炭 焦炭 活性炭 炭黑 1、探究木炭、活性炭的吸附性 （1）实验步骤： ①在盛有水的烧杯里加入一滴红墨水，使水显红色。 ②在烧杯中投入几块烤过的木炭（或活性炭）。 ③用玻璃棒轻轻搅动液体。 ④将液体过滤，观察水的颜色变化。 （2）现象：红色褪去，溶液变成无色。 （3）结论：木炭（或活性炭）有吸附 能力，此变化属于物理变化 2.木炭、活性炭具有吸附性(即吸附能力)，这是什么原因呢? 木炭与活性炭，哪个吸附能力更强？ 显微镜下看到的木炭的结构如图所示： 由于木炭与活性炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。活性炭的吸附能力更强。 3、木炭、焦炭、活性炭和炭黑的用途 物质 核心特性 主要用途（结合教材重点+生活/工业场景） 木炭 可燃性、还原性、吸附性较弱 1. 生活取暖、烧烤燃料；2. 冶金工业中还原少量金属氧化物；3. 简易净水（吸附部分杂质） 焦炭 可燃性强、还原性突出、质地坚硬 1. 高炉炼铁的核心还原剂（教材重点）；2. 铸造工业中作为燃料和骨架；3. 生产电石（制备乙炔） 活性炭 吸附性极强（多孔结构） 1. 净水器/空气净化器吸附异味、色素、有毒气体（如甲醛）；2. 食品工业脱色（如白糖精制）；3. 防毒面具滤毒罐核心材料 炭黑 黑色粉末、耐磨性好、补强性强 1. 橡胶工业（轮胎、密封圈）增强耐磨性；2. 油墨、油漆、鞋油的黑色颜料；3. 电池电极填充剂（提升导电性） （四）同素异形体 1.定义：由同种元素组成的不同单质互为同素异形体。 2.关键词：①同种元素 ②不同单质 ③纯净物。 3.常见实例： （1）碳元素家族：金刚石、石墨、C60（足球烯）、纳米碳管 （2）氧元素家族：氧气（O2）、臭氧（O3） （3）磷元素家族：红磷、白磷 4. 核心特征 （1）组成元素相同，化学性质相似（如碳单质均能燃烧生成CO2）； （2）物理性质差异显著（因原子排列方式/分子结构不同）； （3）相互转化属于化学变化（生成新单质，如石墨转化为金刚石）。 5.易错辨析 （1）化合物不属于同素异形体（如CO2与CO，虽含同种元素但为化合物）。 （2）同种物质的不同状态不是同素异形体（如氧气与液氧，是同种单质的状态差异）。 （3）混合物不含同素异形体（如木炭是碳单质与杂质的混合物，不能说木炭与金刚石互为同素异形体）。 （五）、“碳”与“炭”区分 1.核心区别 对比维度 碳（tàn） 炭（tàn） 本质含义 表示元素名称，是宏观概念 表示具体物质，是微观/具体物质概念 适用范围 用于描述物质组成、元素类别，如碳元素、碳单质、碳化合物（CO₂、CH₄）、碳骨架 用于命名含碳单质的混合物（或具体碳单质制品），如木炭、活性炭、焦炭、炭黑 化学属性 抽象的元素符号（C）对应的名称，无具体形态 具体物质，多为黑色固体，含少量杂质（纯碳单质如金刚石、石墨不用“炭”） 常见搭配 碳单质、碳元素、碳纤维、碳水化合物 木炭烧烤、活性炭净水、焦炭炼铁、炭黑制墨 2.易错辨析 （1）不能说“炭元素”“炭单质”，正确表述为“碳元素”“碳单质”（“碳”对应元素，“炭”对应具体物质）； （2）金刚石、石墨、C60是纯碳单质，用“碳”修饰（如碳单质C60），而非“炭单质”； （3）活性炭、木炭是含碳单质的混合物，用“炭”命名，其核心成分是碳元素组成的碳单质； （4）化合物中只能用“碳”，如二氧化碳（CO2）、碳酸钠（Na2CO3），不能写“二氧化炭”“碳酸炭”。 3.记忆口诀：“碳指元素，炭指物；单质化合物用碳，混合炭品用炭记” （六）经典例题 例1.下列关于碳单质的说法正确的是（ ） A. 金刚石、石墨和C60都是由碳原子直接构成的 B. 活性炭的吸附性可用于净化水和空气，该过程属于化学变化 C. 石墨转化为金刚石属于物理变化 D. 金刚石硬度大、石墨导电性好，均体现物理性质 例2.2025年科学家成功制备出新型碳单质Q-carbon，其硬度超过钻石且具有铁磁性，下列关于Q-carbon的说法正确的是（ ） A.与金刚石互为同素异形体 B. 属于化合物 C.由碳原子直接构成，排列方式与石墨相同 D. 物理性质与碳单质完全一致 例3.2025年我国某科研团队利用C₆₀的独特结构研发出新型超导材料，下列关于C₆₀的描述错误的是（ ） A.由C60分子构成 B. 相对分子质量为720 C.与金刚石化学性质相似 D. 属于有机高分子材料 例4.于谦《石灰吟》中“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”涉及石灰石的开采与煅烧，下列关于诗句中相关物质的说法错误的是（ ） A. 石灰石的主要成分含碳元素 B. 煅烧后的产物不含碳单质 C. 诗句中涉及物理变化和化学变化 D. 生成的生石灰属于碳单质 例5.古诗《咏煤炭》中“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深”，“乌金”指煤炭（主要成分是碳单质），下列关于煤炭的说法正确的是（ ） A. 煤炭属于纯净的碳单质 B. 其主要成分与金刚石互为同素异形体 C. 燃烧时只生成CO₂ D. 属于“炭”类，核心成分是碳元素 例6.学生用2B铅笔芯绘制电路图，能使小灯泡发光，原因是铅笔芯的主要成分石墨具有（ ） A. 质软 B. 导电性 C. 滑腻感 D. 耐高温 例7.某同学在新装修的房间中放置活性炭包去除甲醛，利用了活性炭的（ ） A. 可燃性 B. 还原性 C. 吸附性 D. 导电性 例8.学生做“碳单质性质”实验时，下列操作能验证石墨质软性质的是（ ） A. 用石墨电极连接电路，小灯泡发光 B. 用铅笔芯在纸上写字，留下痕迹 C. 用石墨做润滑剂，减小摩擦 D. 观察石墨呈深灰色细鳞片状 例9.课堂上老师演示“金刚石切割玻璃”实验，该实验利用了金刚石的哪种物理性质（ ） A. 无色透明 B. 硬度最大 C. 熔点高 D. 不导电 例10.2025年我国在碳基材料领域成果斐然：自主研发的单壁碳纳米管实现规模化量产，应用于新能源电池、航空航天等领域；全碳纤维火箭“微光一号”通过评审，90%箭体碳基化实现减重30%。结合碳单质知识，回答下列问题： （1）单壁碳纳米管属于碳单质，其与金刚石、石墨互为（ ） A. 同种物质 B. 同素异形体 C. 化合物 D. 混合物 （2）碳纤维火箭箭体“轻量化”的核心原因是碳单质（ ） A. 硬度大 B. 密度小 C. 导电性好 D. 稳定性强 （3）碳纳米管的导电性能超越铜线，该性质属于（ ） A. 物理性质 B. 化学性质 C. 氧化性 D. 还原性 （4）金刚石、石墨和碳纳米管物理性质差异显著，根本原因是______不同，它们的化学性质相似，是因为都由______组成。 （5）碳纳米管用于新能源电池导电剂，利用的是其（ ） A. 吸附性 B. 导电性 C. 可燃性 D. 滑腻感 （6）下列关于碳单质应用的说法错误的是（ ） A. 金刚石可用于切割火箭部件 B. 石墨可用于制作电池电极 C. 碳纳米管可提升电池充电速度 D. 活性炭可用于火箭燃料 （7）碳单质在常温下化学性质稳定，下列事实不能体现该性质的是（ ） A. 碳纳米管长期存放不变质 B. 古代字画能保存至今 C. 木炭在空气中燃烧生成二氧化碳 D. 碳纤维制品经久耐用 五．课堂检测 （一）选择题 1.下列物质中，不属于碳单质的是（ ） A. 金刚石 B. 二氧化碳 C. C60 D. 石墨 2.金刚石和石墨物理性质差异的根本原因是（ ） A. 组成元素不同 B. 原子排列方式不同 C. 形状不同 D. 用途不同 3.下列用途与碳单质的性质对应错误的是（ ） A. 金刚石切割玻璃——硬度大 B. 石墨制作电极——导电性好 C. 活性炭净化水——吸附性 D. 焦炭冶炼金属——可燃性 4.下列关于同素异形体的说法错误的是（ ） A. 同素异形体的组成元素相同 B. 同素异形体属于不同物质 C. 氧气和臭氧互为同素异形体 D. 金刚石和石墨的化学性质不同 5.2025年“碳基新材料”被列入重点发展领域，下列碳单质的用途与物理性质对应错误的是（ ） A. 金刚石用于切割新型陶瓷——硬度大 B. 石墨用于制作芯片电极——导电性好 C. 活性炭用于净化工业废水——吸附性 D. 焦炭用于冶炼特种金属——可燃性 6.2025年航天领域采用纳米碳管增强复合材料制造航天器部件，纳米碳管属于碳单质，下列说法错误的是（ ） A.由碳元素组成 B. 与C60互为同素异形体 C.物理性质与金刚石完全相同 D. 可用于制作高强度材料 7.诗句“野火烧不尽，春风吹又生”描述了草木燃烧与生长的过程，草木燃烧产生的灰烬中不含有的碳单质是（ ） A. 木炭 B. 金刚石 C. 炭黑 D. 无定形碳 8.古诗“炉火照天地，红星乱紫烟”描写了冶金场景，其中焦炭用于炼铁，下列关于焦炭的说法错误的是（ ） A. 属于碳单质的混合物 B. 其作用之一是生成还原剂CO C. 与石墨的物理性质相同 D. 燃烧时放出热量提供炼铁温度 9.学生做“碳单质性质”实验时，下列操作能验证石墨质软性质的是（ ） A. 用石墨电极连接电路，小灯泡发光 B. 用铅笔芯在纸上写字，留下痕迹 C. 用石墨做润滑剂，减小摩擦 D. 观察石墨呈深灰色细鳞片状 10.课堂上老师演示“金刚石切割玻璃”实验，该实验利用了金刚石的哪种物理性质（ ） A. 无色透明 B. 硬度最大 C. 熔点高 D. 不导电 （二）非选择题 11.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要的地位。 (1)金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质却相差很大，原因是它们的原子______不同。 (2)活性炭具有很强的吸附能力，是因为它有________________的结构。 (3)我国在可燃冰开采技术的领域率先取得了重大突破，截至2025年5月18日，利用降压法连续产气12万立方米。可燃冰主要由甲烷分子和水分子组成，储量巨大，是未来的新能源。甲烷的化学式为__________，甲烷燃烧是将________能转化成热能。 (4)科学家利用太阳能可将二氧化碳和水转化成合成气(CO和H2)，再将CO和H2合成甲醇(CH3OH)。在合成甲醇的反应中，CO和H2的分子数之比是________。 12.明代于谦《咏煤炭》写道：“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深。嚼火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉”；李白《秋浦歌》有“炉火照天地，红星乱紫烟”的炼铁场景描写。结合诗句及碳单质知识，回答下列问题： （1）诗中“乌金”指煤炭，其主要成分是碳单质，下列不属于碳单质的是（ ） A. 金刚石 B. 石墨 C. 二氧化碳 D. C60 （2）煤炭燃烧“燃回春浩浩”，利用了碳单质的（ ） A. 吸附性 B. 可燃性 C. 导电性 D. 硬度大 （3）古代炼铁中，焦炭的作用之一是生成还原剂一氧化碳，该过程体现焦炭的（ ） A. 氧化性 B. 还原性 C. 滑腻感 D. 稳定性 （4）煤炭与金刚石都是碳单质，但物理性质差异巨大，原因是______不同，它们完全燃烧的产物都是______。 （5）下列关于“碳”与“炭”的用法正确的是（ ） A. 诗中“乌金”是“炭”，指具体物质 B. 二氧化碳应写为“二氧化炭” C. “碳单质”可写作“炭单质” D. 活性炭应写为“活性碳” （6）诗句中“炉火”燃烧需氧气参与，碳在氧气中充分燃烧的化学性质属于（ ） A. 物理性质 B. 化学性质 C. 物理变化 D. 化学变化 （7）下列与碳单质相关的诗句分析错误的是（ ） A. “燃回春浩浩”体现碳燃烧放热 B. 煤炭属于混合物，核心成分是碳单质 C. 焦炭炼铁利用碳的还原性 D. 碳单质燃烧一定生成二氧化碳 六．课后作业 （一）完成知识清单 1.金刚石是_____的天然物质，其物理性质由碳原子呈_____结构排列决定，常用作玻璃刀、地质勘探钻头等。 2.石墨是_____色、有金属光泽的固体，质软且有_____感，具有优良的_____性，可用于制作铅笔芯、电极和高温润滑剂。 3.金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是_____不同。 4.C60分子由_____个碳原子构成，分子结构形似_____，因此也被称为足球烯，在超导、催化等领域有广阔应用前景。 5.木炭、活性炭、焦炭、炭黑都属于_____碳，其主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 6.活性炭具有_____的结构，因此吸附能力比木炭更强，可用于防毒面具滤毒罐、制糖工业脱色、净水等。 7.焦炭的主要用途是在_____工业中作还原剂，冶炼金属；炭黑可用于制造油墨、油漆和橡胶制品的填充剂。 8.除金刚石、石墨、C60外，新型碳单质还包括_____和石墨烯等，它们在材料科学、电子工业中具有重要应用。 9.石墨在一定条件下可转化为金刚石，该变化属于_____变化（填“物理”或“化学”），因为生成了新物质。 10.“碳”和“炭”的区别：“碳”指元素，如碳元素、碳单质；“炭”指具体单质，如_____、活性炭等（任举一例）。 （二）强化训练 一．选择题 1.下列关于碳单质的描述错误的是（ ） A. 金刚石是天然存在的硬度最大的物质 B. 石墨在一定条件下可转化为金刚石，属于化学变化 C. C60是一种新型化合物 D. 活性炭可用于防毒面具的滤毒罐 2．碳单质存在形式有多种，用途各不相同。下图中体现活性炭用途的是(　　) 3.下列物质中，互为同素异形体的是（ ） A. 一氧化碳和二氧化碳 B. 金刚石和石墨 C. 水和过氧化氢 D. 氧气和液氧 4.纳米碳管是一种新型碳单质，下列关于纳米碳管的说法错误的是（ ） A. 由碳元素组成 B. 与金刚石互为同素异形体 C. 物理性质与石墨完全相同 D. 可用于制作新型材料 5.下列关于“碳”和“炭”的说法正确的是（ ） A. “碳”指具体物质，“炭”指元素 B. 木炭、活性炭属于“碳”的范畴 C. 二氧化碳中含有“炭”元素 D. “碳单质”“碳元素”的表述正确 6.2025年医疗领域出现“钻石纳米针”（Q-carbon制成）用于药物递送，下列关于该材料的说法正确的是（ ） A.属于混合物 B. 与石墨的转化属于物理变化 C.具有碳单质的化学稳定性 D. 硬度比石墨小 7.诗句“野火烧不尽，春风吹又生”描述了草木燃烧与生长的过程，草木燃烧产生的灰烬中不含有的碳单质是（ ） A. 木炭 B. 金刚石 C. 炭黑 D. 无定形碳 8.古诗“炉火照天地，红星乱紫烟”描写了冶金场景，其中焦炭用于炼铁，下列关于焦炭的说法错误的是（ ） A. 属于碳单质的混合物 B. 其作用之一是生成还原剂CO C. 与石墨的物理性质相同 D. 燃烧时放出热量提供炼铁温度 9.“墨香四溢”形容书法作品的墨味，墨的主要成分是炭黑（碳单质），下列关于炭黑的说法正确的是（ ） A. 属于化合物 B. 与C60互为同素异形体 C. 具有吸附性，可用于净水 D. 常温下易与氧气反应 10.学生在实验室制取二氧化碳时，不能用石墨代替大理石的原因是（ ） A. 石墨价格昂贵 B. 石墨不溶于盐酸 C. 石墨不能与盐酸反应 D. 石墨硬度太小 11.下列学生实验现象与碳单质性质对应错误的是（ ） A. 活性炭使红墨水褪色——吸附性 B. 石墨在纸上写字——质软 C. 金刚石切割玻璃——熔点高 D. 石墨电极使小灯泡发光——导电性 12.下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图。它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异，其原因是(　　) A.构成它们的原子大小不同 B.金刚石、石墨、C60由不同种原子构成 C.构成它们的原子数目不同 D.金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同 13.课堂上区分“碳”和“炭”的用法，下列学生的说法正确的是（ ） A. “碳单质”应写作“炭单质” B. 二氧化碳应写作“二氧化炭” C. “活性炭”的写法正确 D. 木炭是纯净的“碳” 14.学生讨论“同素异形体”概念，下列说法正确的是（ ） A. 氧气和液氧互为同素异形体 B. 金刚石和石墨互为同素异形体 C. 一氧化碳和二氧化碳互为同素异形体 D. 木炭和活性炭互为同素异形体 15.某同学在学习碳单质后总结了以下说法，错误的是（ ） A. 金刚石、石墨、C60都由碳元素组成 B. 碳单质物理性质差异的原因是碳原子排列方式不同 C. 碳单质都能导电 D. 活性炭可用于净化水和空气 二．非选择题 16．某校同学在学完“碳的几种单质”一节后，自制了三个简易净水器(如图所示)，并分别向其中添加了如下表所示的物质，做了三个对比实验。首先取一个大烧杯，装满水，并向其中滴加几滴红墨水，搅拌均匀后，将其分成等体积的三份，再分别倒入三个净水器中，同学们把观察到的溶液的颜色变化情况记录如下： 实验序号 添加物质及质量 实验现象 实验一 1 g活性炭 溶液的红色变浅 实验二 2 g活性炭 溶液的红色消失 实验三 2 g木炭 溶液的红色变浅 (1)通过对上表的比较，请你提出两个问题。 ①___________________________________________________________________________; ②____________________________________________________________________________. (2)通过实验，你能得出哪些结论？ ①___________________________________________________________________________; ②____________________________________________________________________________. 17．在科学家眼里，二氧化碳是可以利用的重要资源。在一定条件下，二氧化碳和金属钠反应可以制金刚石CO2＋4NaC(金刚石)＋2Na2O，请计算92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量。 18.在学生学习和生活中，碳单质的应用无处不在：铅笔芯写字、新装修房间放活性炭包、实验室用石墨电极做实验、足球材质含炭黑等。结合实际场景，回答下列问题： （1）铅笔芯的主要成分是（ ） A. 铅 B. 石墨 C. 金刚石 D. 活性炭 （2）新装修房间放活性炭包净化空气，利用活性炭的（ ） A. 可燃性 B. 导电性 C. 吸附性 D. 硬度大 （3）实验室用石墨制作电极，是因为石墨具有优良的（ ） A. 导热性 B. 导电性 C. 滑腻感 D. 稳定性 （4）活性炭具有吸附性的原因是其具有______的结构，该性质属于______性质。 （5）下列关于铅笔芯的说法正确的是（ ） A. 铅笔芯有毒，不能用手触摸 B. 铅笔芯质软，是因为石墨质软 C. 铅笔芯能导电，可代替导线 D. 铅笔芯的主要成分是金属铅 （6）足球鞋底添加炭黑，主要是为了（ ） A. 增加硬度 B. 增强吸附性 C. 提高耐磨性 D. 改善导电性 （7）下列生活场景与碳单质性质对应错误的是（ ） A. 用木炭烧烤——可燃性 B. 用金刚石切割玻璃——硬度大 C. 用石墨做润滑剂——导电性 D. 用活性炭除异味——吸附性 19.2025年北京国际风能大会展示了碳基材料的广泛应用，C919后续机型将采用碳纳米管复合材料，机身减重30%并提升抗冲击性能；AI驱动的碳基材料研发让性能预测更精准。结合航天科技，回答下列问题： （1）碳纳米管复合材料的核心成分碳纳米管属于（ ） A. 化合物 B. 单质 C. 氧化物 D. 混合物 （2）机身采用碳纳米管复合材料减重，利用碳单质的（ ） A. 密度小 B. 熔点高 C. 导电性好 D. 吸附性强 （3）碳纳米管的抗拉强度是钢铁的100倍，该性质属于（ ） A. 化学性质 B. 物理性质 C. 氧化性 D. 还原性 （4）碳纳米管与C60互为同素异形体，它们的相同点是______，不同点是______。 （5）下列关于碳基航天材料的说法错误的是（ ） A. 碳/碳复合材料耐高温 B. 碳纳米管可增强材料抗冲击性 C. 金刚石可用于制作航天切割工具 D. 活性炭可用于航天燃料存储 （6）碳基材料在航天极端环境中仍稳定，体现碳单质（ ） A. 常温下化学性质稳定 B. 高温下化学性质稳定 C. 硬度大 D. 导电性好 （7）AI驱动研发碳基材料，优化的是碳单质的（ ） A. 组成元素 B. 原子排列方式 C. 元素种类 D. 相对原子质量 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $ 2025-2026学年人教版九年级化学 《第六单元碳和碳的氧化物课题1碳单质的多样性（第一课时》精品讲义 ( 学习 目标 1.   认识金刚石、石墨、C 60 等碳单质，掌握其物理性质及对应用途；理解同素异形体的定义，能区分常见同素异形体；明确碳单质物理性质差异的本质原因是碳原子排列方式不同。 2.   通过对比分析碳单质的结构、性质与用途，建立 “ 结构决定性质，性质决定用途 ” 的化学思维；通过实验观察和资料分析，提升归纳总结、逻辑推理的能力。 3.   感受碳单质在生活、科技中的广泛应用，体会化学与人类社会的密切联系；通过了解碳单质的发现历程，激发对化学探究的兴趣，树立科学发展的观念。 ) ( 二 ．重点难点 1.重点： （1）金刚石、石墨、C 60 的物理性质与用途； （2）同素异形体的概念；碳单质物理性质差异的根本原因。 2.难点： （1）理解 “ 结构-性质-用途 ” 的逻辑关联； （2）区分 “ 碳 ” 与 “ 炭 ” 的含义及用法。 ) ( 三 ． 课前预习 阅读教材，完成下列问题： 1. 同种元素可以组成不同的单质，由碳元素组成的常见单质有______、______和______等。 【 答案 】 ：金刚石、石墨、C ₆₀ 2. 金刚石是天然存在的______的物质，因此可用于切割玻璃、制作钻探机钻头；石墨是深灰色、有金属光泽的细鳞片状固体，质______，有滑腻感，且具有优良的______性，常用于制作铅笔芯、电极和润滑剂。 【 答案 】 ：硬度最大、软、导电 3. C ₆₀ 分子是由______个碳原子构成的，形状形似足球，又称______，其独特的结构使其在超导、催化等领域有广泛应用前景。 【 答案 】 ：60、足球烯 4. 木炭和活性炭都具有______性，这是因为它们具有______的结构，该性质属于______（填 “ 物理 ” 或 “ 化学 ” ）性质。 【 答案 】 ：吸附、疏松多孔、物理 5. 金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是______不同；由同种元素组成的不同单质互为______，例如氧气和______也属于此类。 【 答案 】 ：碳原子的排列方式、同素异形体、臭氧 6. “ 碳 ” 指碳元素，用于描述元素种类； “ 炭 ” 指具体物质，如______、______等含碳单质的混合物。 【 答案 】 ：木炭、活性炭，或焦炭、炭黑 ) 四．课堂探秘 （一）导入新课 咏 煤 炭 【明】于谦  凿开混沌得乌金，蓄藏阳和意最深。 爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉。 鼎彝元赖生成力，铁石犹存死后心。 但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林。 ☆丰富多彩的物质世界是由元素组成的，于谦赞赏的煤炭的主要构成元素就是碳元素，研究表明，碳这种元素，由于碳原子的排列方式不同，能组成不同的物质。 1.不同的元素可以组成不同的物质 氧气是由氧元素组成的，氢气是由氢元素组成的，水是由氢、氧两种元素组成的。不同的元素组成不同的物质。那么，在物质世界中，有没有同一种元素组成不同物质的例子呢? 2.同一种元素也能组成不同物质 研究表明，透明的金刚石、灰黑色的石墨和分子结构与足球相似的C。都是由碳元素组成的单质，但是它们的原子排列方式不同，物理性质存在着明显差异。 （二）碳单质的“个性名片”——物理性质与用途 1.金刚石 【探究】观察下列金刚石的图片，说说它的物理性质。 （1）物理性质：纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体。硬度大（自然界中存在的最硬物质）、透光性好。 【讨论】：金刚石为什么会有无色透明、正八面体形状外观特征？ 因为，在微观上构成金刚石的碳原子是立体网状结构排列。 （2）金刚石的用途 ①经仔细琢磨后，成为装饰品——钻石。 ②划玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，装在钻探机的钻头钻凿坚硬的岩层。 2.石墨 【探究】观察下列石墨图片，说说它的物理性质。 （1）物理性质：石墨是一种灰黑色、有金属光泽的固体、质地很软、有滑腻感、熔点高有导电性。 【讨论】：石墨为什么会质地很软、有滑腻感、熔点高有导电性？ 因为，在微观上构石墨的碳原子是平面层状结构排列。 （2）石墨的用途 ①制作铅笔芯、固体润滑剂等。 ②制作石墨电刷、电极。 3、C60 科学家发现，除金刚石、石墨外，还有一类新的以单质形式存在的碳，其中发现较早并以取得重要进展的是C60. C60被称为足球烯。 (1). 构成：由60个碳原子构成的分子（形似足球，又称“足球烯”），化学式为C60，属于碳单质。  (2). 物理性质：常温下为固态，颜色呈灰黑色，熔点较低，硬度较小，不导电，溶解性较差（难溶于水，易溶于某些有机溶剂）。  (3). 核心用途: ①材料科学：用于制备新型超导材料、高强度复合材料（如航空航天领域的轻质材料）. ②催化领域：独特的分子结构使其成为优良的催化剂载体，可用于有机反应催化。 ③医疗领域：潜在应用于药物递送系统（利用分子空腔包裹药物，精准靶向病灶）、抗肿瘤研究等。 4.金刚石、石墨和C60的比较 对比维度 金刚石 石墨 C60 构成粒子 碳原子（正四面体网状结构） 碳原子（层状平面结构） C60分子（足球状笼形） 物理性质 硬度最大、无色透明、不导电 质软滑腻、灰黑色、导电导热 硬度中等、有金属光泽、不导电 用途 切割刀具、钻石饰品 电极、铅笔芯、润滑剂 纳米材料、催化剂载体 差异原因 碳原子的排列方式不同（核心本质） （三）木炭、焦炭、活性炭和炭黑 生活中，还有一些物质的主要成分也是碳单质，它们是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑等。 木炭 焦炭 活性炭 炭黑 1、探究木炭、活性炭的吸附性 （1）实验步骤： ①在盛有水的烧杯里加入一滴红墨水，使水显红色。 ②在烧杯中投入几块烤过的木炭（或活性炭）。 ③用玻璃棒轻轻搅动液体。 ④将液体过滤，观察水的颜色变化。 （2）现象：红色褪去，溶液变成无色。 （3）结论：木炭（或活性炭）有吸附 能力，此变化属于物理变化 2.木炭、活性炭具有吸附性(即吸附能力)，这是什么原因呢? 木炭与活性炭，哪个吸附能力更强？ 显微镜下看到的木炭的结构如图所示： 由于木炭与活性炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力。活性炭的吸附能力更强。 3、木炭、焦炭、活性炭和炭黑的用途 物质 核心特性 主要用途（结合教材重点+生活/工业场景） 木炭 可燃性、还原性、吸附性较弱 1. 生活取暖、烧烤燃料；2. 冶金工业中还原少量金属氧化物；3. 简易净水（吸附部分杂质） 焦炭 可燃性强、还原性突出、质地坚硬 1. 高炉炼铁的核心还原剂（教材重点）；2. 铸造工业中作为燃料和骨架；3. 生产电石（制备乙炔） 活性炭 吸附性极强（多孔结构） 1. 净水器/空气净化器吸附异味、色素、有毒气体（如甲醛）；2. 食品工业脱色（如白糖精制）；3. 防毒面具滤毒罐核心材料 炭黑 黑色粉末、耐磨性好、补强性强 1. 橡胶工业（轮胎、密封圈）增强耐磨性；2. 油墨、油漆、鞋油的黑色颜料；3. 电池电极填充剂（提升导电性） （四）同素异形体 1.定义：由同种元素组成的不同单质互为同素异形体。 2.关键词：①同种元素 ②不同单质 ③纯净物。 3.常见实例： （1）碳元素家族：金刚石、石墨、C60（足球烯）、纳米碳管 （2）氧元素家族：氧气（O2）、臭氧（O3） （3）磷元素家族：红磷、白磷 4. 核心特征 （1）组成元素相同，化学性质相似（如碳单质均能燃烧生成CO2）； （2）物理性质差异显著（因原子排列方式/分子结构不同）； （3）相互转化属于化学变化（生成新单质，如石墨转化为金刚石）。 5.易错辨析 （1）化合物不属于同素异形体（如CO2与CO，虽含同种元素但为化合物）。 （2）同种物质的不同状态不是同素异形体（如氧气与液氧，是同种单质的状态差异）。 （3）混合物不含同素异形体（如木炭是碳单质与杂质的混合物，不能说木炭与金刚石互为同素异形体）。 （五）、“碳”与“炭”区分 1.核心区别 对比维度 碳（tàn） 炭（tàn） 本质含义 表示元素名称，是宏观概念 表示具体物质，是微观/具体物质概念 适用范围 用于描述物质组成、元素类别，如碳元素、碳单质、碳化合物（CO₂、CH₄）、碳骨架 用于命名含碳单质的混合物（或具体碳单质制品），如木炭、活性炭、焦炭、炭黑 化学属性 抽象的元素符号（C）对应的名称，无具体形态 具体物质，多为黑色固体，含少量杂质（纯碳单质如金刚石、石墨不用“炭”） 常见搭配 碳单质、碳元素、碳纤维、碳水化合物 木炭烧烤、活性炭净水、焦炭炼铁、炭黑制墨 2.易错辨析 （1）不能说“炭元素”“炭单质”，正确表述为“碳元素”“碳单质”（“碳”对应元素，“炭”对应具体物质）； （2）金刚石、石墨、C60是纯碳单质，用“碳”修饰（如碳单质C60），而非“炭单质”； （3）活性炭、木炭是含碳单质的混合物，用“炭”命名，其核心成分是碳元素组成的碳单质； （4）化合物中只能用“碳”，如二氧化碳（CO2）、碳酸钠（Na2CO3），不能写“二氧化炭”“碳酸炭”。 3.记忆口诀：“碳指元素，炭指物；单质化合物用碳，混合炭品用炭记” （六）经典例题 例1.下列关于碳单质的说法正确的是（ ） A. 金刚石、石墨和C60都是由碳原子直接构成的 B. 活性炭的吸附性可用于净化水和空气，该过程属于化学变化 C. 石墨转化为金刚石属于物理变化 D. 金刚石硬度大、石墨导电性好，均体现物理性质 【答案】：D 【解析】：A项错误，C60是由C60分子构成的，而非碳原子直接构成；B项错误，活性炭吸附过程中没有新物质生成，属于物理变化；C项错误，石墨与金刚石是不同单质，转化过程有新物质生成，属于化学变化；D项正确，硬度、导电性均属于物理性质，故选D。 例2.2025年科学家成功制备出新型碳单质Q-carbon，其硬度超过钻石且具有铁磁性，下列关于Q-carbon的说法正确的是（ ） A.与金刚石互为同素异形体 B. 属于化合物 C.由碳原子直接构成，排列方式与石墨相同 D. 物理性质与碳单质完全一致 【答案】：A 【解析】：Q-carbon是碳元素组成的新型单质，与金刚石均为碳单质，互为同素异形体，A正确；其属于单质而非化合物，B错误；碳单质物理性质差异源于碳原子排列方式不同，Q-carbon硬度超金刚石，排列方式与石墨不同，C错误；Q-carbon具有铁磁性，与其他碳单质物理性质不同，D错误。 例3.2025年我国某科研团队利用C₆₀的独特结构研发出新型超导材料，下列关于C₆₀的描述错误的是（ ） A.由C60分子构成 B. 相对分子质量为720 C.与金刚石化学性质相似 D. 属于有机高分子材料 【答案】：D 【解析】：C60是由60个碳原子构成的分子，相对分子质量=12×60=720，A、B正确；其与金刚石均为碳单质，化学性质相似（如均能燃烧生成CO₂），C正确；C60是单质，不是有机高分子材料，D错误。 例4.于谦《石灰吟》中“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲”涉及石灰石的开采与煅烧，下列关于诗句中相关物质的说法错误的是（ ） A. 石灰石的主要成分含碳元素 B. 煅烧后的产物不含碳单质 C. 诗句中涉及物理变化和化学变化 D. 生成的生石灰属于碳单质 【答案】：D 【解析】：石灰石主要成分是CaCO₃，含碳元素，A正确；煅烧反应为CaCO₃高温生成CaO和CO₂，产物中无碳单质，B正确；“千锤万凿”是物理变化，“烈火焚烧”是化学变化，C正确；生石灰是CaO，属于氧化物，不是碳单质，D错误。 例5.古诗《咏煤炭》中“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深”，“乌金”指煤炭（主要成分是碳单质），下列关于煤炭的说法正确的是（ ） A. 煤炭属于纯净的碳单质 B. 其主要成分与金刚石互为同素异形体 C. 燃烧时只生成CO₂ D. 属于“炭”类，核心成分是碳元素 【答案】：D 【解析】：煤炭是含碳单质的混合物，A错误；其主要成分是无定形碳，与金刚石互为同素异形体，但煤炭本身是混合物，不能直接说与金刚石互为同素异形体，B错误；氧气不足时燃烧生成CO，C错误；煤炭属于“炭”类，核心成分是碳元素，D正确。 例6.学生用2B铅笔芯绘制电路图，能使小灯泡发光，原因是铅笔芯的主要成分石墨具有（ ） A. 质软 B. 导电性 C. 滑腻感 D. 耐高温 【答案】：B 【解析】：石墨具有优良的导电性，可作为电路中的导体使小灯泡发光，与质软、滑腻感、耐高温无关，故选B。 例7.某同学在新装修的房间中放置活性炭包去除甲醛，利用了活性炭的（ ） A. 可燃性 B. 还原性 C. 吸附性 D. 导电性 【答案】：C 【解析】：活性炭具有疏松多孔的结构，吸附性强，能吸附甲醛等有害气体，与可燃性、还原性、导电性无关，故选C。 例8.学生做“碳单质性质”实验时，下列操作能验证石墨质软性质的是（ ） A. 用石墨电极连接电路，小灯泡发光 B. 用铅笔芯在纸上写字，留下痕迹 C. 用石墨做润滑剂，减小摩擦 D. 观察石墨呈深灰色细鳞片状 【答案】：B 【解析】：A验证导电性，B验证质软（易留下痕迹），C验证滑腻感，D是外观描述，故选B。 例9.课堂上老师演示“金刚石切割玻璃”实验，该实验利用了金刚石的哪种物理性质（ ） A. 无色透明 B. 硬度最大 C. 熔点高 D. 不导电 【答案】：B 【解析】：金刚石是天然存在的硬度最大的物质，可用于切割玻璃，与其他性质无关，故选B。 例10.2025年我国在碳基材料领域成果斐然：自主研发的单壁碳纳米管实现规模化量产，应用于新能源电池、航空航天等领域；全碳纤维火箭“微光一号”通过评审，90%箭体碳基化实现减重30%。结合碳单质知识，回答下列问题： （1）单壁碳纳米管属于碳单质，其与金刚石、石墨互为（ ） A. 同种物质 B. 同素异形体 C. 化合物 D. 混合物 （2）碳纤维火箭箭体“轻量化”的核心原因是碳单质（ ） A. 硬度大 B. 密度小 C. 导电性好 D. 稳定性强 （3）碳纳米管的导电性能超越铜线，该性质属于（ ） A. 物理性质 B. 化学性质 C. 氧化性 D. 还原性 （4）金刚石、石墨和碳纳米管物理性质差异显著，根本原因是______不同，它们的化学性质相似，是因为都由______组成。 （5）碳纳米管用于新能源电池导电剂，利用的是其（ ） A. 吸附性 B. 导电性 C. 可燃性 D. 滑腻感 （6）下列关于碳单质应用的说法错误的是（ ） A. 金刚石可用于切割火箭部件 B. 石墨可用于制作电池电极 C. 碳纳米管可提升电池充电速度 D. 活性炭可用于火箭燃料 （7）碳单质在常温下化学性质稳定，下列事实不能体现该性质的是（ ） A. 碳纳米管长期存放不变质 B. 古代字画能保存至今 C. 木炭在空气中燃烧生成二氧化碳 D. 碳纤维制品经久耐用 【答案】（1） B （2） B （3）A （4）碳原子的排列方式；碳元素 （5） B （6）D （7）C 【解析】（1）同素异形体是同种元素组成的不同单质，碳纳米管与金刚石、石墨均为碳单质，互为同素异形体，故选B。（2）碳纤维火箭“轻量化”即减重，核心利用碳单质密度小的性质，与硬度、导电性、稳定性无关，故选B。（3）导电性不需要通过化学变化就能体现，属于物理性质，氧化性、还原性属于化学性质，故选A。（4）碳单质物理性质差异的根本原因是碳原子排列方式不同；化学性质由组成元素决定，它们均由碳元素组成，故化学性质相似。（5）导电剂需具备优良导电性，碳纳米管用于该用途正是利用其导电性，故选B。（6）活性炭的主要用途是吸附，不能作为燃料；金刚石硬度大、石墨导电性好、碳纳米管可提升充电速度，A、B、C正确，故选D。（7）木炭燃烧生成新物质，体现的是可燃性（化学性质），而非稳定性；A、B、D均体现常温下化学性质稳定，故选C。 五．课堂检测 （一）选择题 1.下列物质中，不属于碳单质的是（ ） A. 金刚石 B. 二氧化碳 C. C60 D. 石墨 【答案】：B 【解析】：碳单质是由碳元素组成的纯净物，二氧化碳（CO₂）由碳、氧两种元素组成，属于化合物，故选B。 2.金刚石和石墨物理性质差异的根本原因是（ ） A. 组成元素不同 B. 原子排列方式不同 C. 形状不同 D. 用途不同 【答案】：B 【解析】：金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质差异大的根本原因是碳原子的排列方式不同，故选B。 3.下列用途与碳单质的性质对应错误的是（ ） A. 金刚石切割玻璃——硬度大 B. 石墨制作电极——导电性好 C. 活性炭净化水——吸附性 D. 焦炭冶炼金属——可燃性 【答案】：D 【解析】：焦炭冶炼金属利用的是其还原性，而非可燃性，A、B、C对应关系均正确，故选D。 4.下列关于同素异形体的说法错误的是（ ） A. 同素异形体的组成元素相同 B. 同素异形体属于不同物质 C. 氧气和臭氧互为同素异形体 D. 金刚石和石墨的化学性质不同 【答案】：D 【解析】：金刚石和石墨均由碳元素组成，化学性质相似，物理性质不同，A、B、C说法均正确，D错误，故选D。 5.2025年“碳基新材料”被列入重点发展领域，下列碳单质的用途与物理性质对应错误的是（ ） A. 金刚石用于切割新型陶瓷——硬度大 B. 石墨用于制作芯片电极——导电性好 C. 活性炭用于净化工业废水——吸附性 D. 焦炭用于冶炼特种金属——可燃性 【答案】：D 【解析】：焦炭冶炼金属利用的是还原性（将金属氧化物还原为金属），而非可燃性，A、B、C的性质与用途对应均正确，故选D。 6.2025年航天领域采用纳米碳管增强复合材料制造航天器部件，纳米碳管属于碳单质，下列说法错误的是（ ） A.由碳元素组成 B. 与C60互为同素异形体 C.物理性质与金刚石完全相同 D. 可用于制作高强度材料 【答案】：C 【解析】：纳米碳管是碳单质，与C₆₀互为同素异形体，A、B正确；碳原子排列方式不同导致碳单质物理性质差异，纳米碳管与金刚石物理性质不同，C错误；其高强度特性可用于航天材料，D正确。 7.诗句“野火烧不尽，春风吹又生”描述了草木燃烧与生长的过程，草木燃烧产生的灰烬中不含有的碳单质是（ ） A. 木炭 B. 金刚石 C. 炭黑 D. 无定形碳 【答案】：B 【解析】：草木不完全燃烧会产生木炭、炭黑等无定形碳单质，A、C、D均可能存在；金刚石是天然存在的晶体碳单质，不会由草木燃烧产生，故选B。 8.古诗“炉火照天地，红星乱紫烟”描写了冶金场景，其中焦炭用于炼铁，下列关于焦炭的说法错误的是（ ） A. 属于碳单质的混合物 B. 其作用之一是生成还原剂CO C. 与石墨的物理性质相同 D. 燃烧时放出热量提供炼铁温度 【答案】：C 【解析】：焦炭是含碳单质的混合物，A正确；炼铁中焦炭先燃烧生成CO₂，CO₂再与C反应生成CO（还原剂），同时放热提供高温，B、D正确；焦炭与石墨碳原子排列方式不同，物理性质不同（如石墨能导电，焦炭导电性差），C错误。 9.学生做“碳单质性质”实验时，下列操作能验证石墨质软性质的是（ ） A. 用石墨电极连接电路，小灯泡发光 B. 用铅笔芯在纸上写字，留下痕迹 C. 用石墨做润滑剂，减小摩擦 D. 观察石墨呈深灰色细鳞片状 【答案】：B 【解析】：A验证导电性，B验证质软（易留下痕迹），C验证滑腻感，D是外观描述，故选B。 10.课堂上老师演示“金刚石切割玻璃”实验，该实验利用了金刚石的哪种物理性质（ ） A. 无色透明 B. 硬度最大 C. 熔点高 D. 不导电 【答案】：B 【解析】：金刚石是天然存在的硬度最大的物质，可用于切割玻璃，与其他性质无关，故选B。 （二）非选择题 11.在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要的地位。 (1)金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质却相差很大，原因是它们的原子______不同。 (2)活性炭具有很强的吸附能力，是因为它有________________的结构。 (3)我国在可燃冰开采技术的领域率先取得了重大突破，截至2025年5月18日，利用降压法连续产气12万立方米。可燃冰主要由甲烷分子和水分子组成，储量巨大，是未来的新能源。甲烷的化学式为__________，甲烷燃烧是将________能转化成热能。 (4)科学家利用太阳能可将二氧化碳和水转化成合成气(CO和H2)，再将CO和H2合成甲醇(CH3OH)。在合成甲醇的反应中，CO和H2的分子数之比是________。 【答案】(1). 排列方式  (2). 疏松多孔  (3). CH4  . 化学  (4). 1：2 【解析】（1）金刚石和石墨均由碳元素组成，物理性质却相差很大，原因是它们的原子之间的排列方式不同；（2）活性炭具有很强的吸附能力，是因为它有疏松多孔的结构；（3）甲烷的化学式为CH4，甲烷燃烧放出大量的热，是将化学能转化成热能； （4）CO和H2合成甲醇(CH3OH)，反应方程式为：在合成甲醇的反应中，CO和H2的分子数之比是1：2。 12.明代于谦《咏煤炭》写道：“凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深。嚼火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉”；李白《秋浦歌》有“炉火照天地，红星乱紫烟”的炼铁场景描写。结合诗句及碳单质知识，回答下列问题： （1）诗中“乌金”指煤炭，其主要成分是碳单质，下列不属于碳单质的是（ ） A. 金刚石 B. 石墨 C. 二氧化碳 D. C60 （2）煤炭燃烧“燃回春浩浩”，利用了碳单质的（ ） A. 吸附性 B. 可燃性 C. 导电性 D. 硬度大 （3）古代炼铁中，焦炭的作用之一是生成还原剂一氧化碳，该过程体现焦炭的（ ） A. 氧化性 B. 还原性 C. 滑腻感 D. 稳定性 （4）煤炭与金刚石都是碳单质，但物理性质差异巨大，原因是______不同，它们完全燃烧的产物都是______。 （5）下列关于“碳”与“炭”的用法正确的是（ ） A. 诗中“乌金”是“炭”，指具体物质 B. 二氧化碳应写为“二氧化炭” C. “碳单质”可写作“炭单质” D. 活性炭应写为“活性碳” （6）诗句中“炉火”燃烧需氧气参与，碳在氧气中充分燃烧的化学性质属于（ ） A. 物理性质 B. 化学性质 C. 物理变化 D. 化学变化 （7）下列与碳单质相关的诗句分析错误的是（ ） A. “燃回春浩浩”体现碳燃烧放热 B. 煤炭属于混合物，核心成分是碳单质 C. 焦炭炼铁利用碳的还原性 D. 碳单质燃烧一定生成二氧化碳 【答案】（1）C （2） B （3） B （4） 碳原子的排列方式；二氧化碳（或CO2） （5） A （6） B （7） D 【解析】 （1）（二氧化碳是由碳、氧两种元素组成的化合物，不属于碳单质；金刚石、石墨、C60均为碳单质，故选C。（2）煤炭燃烧放热，体现碳单质的可燃性，与吸附性、导电性、硬度无关，故选B。（3）焦炭与二氧化碳反应生成一氧化碳，焦炭失去氧，体现还原性，故选B。（4）碳单质物理性质差异的根本原因是碳原子排列方式不同；碳在氧气中充分燃烧均生成二氧化碳。（5）“炭”指具体物质（如煤炭、木炭），“碳”指元素（如碳单质、二氧化碳），A正确，B、C、D用法错误，故选A。（6）燃烧的性质属于化学性质，燃烧过程属于化学变化，题干问的是“化学性质”，故选B。（7）碳单质不完全燃烧会生成一氧化碳，并非一定生成二氧化碳；A、B、C分析正确，故选D。 六．课后作业 （一）完成知识清单 1.金刚石是_____的天然物质，其物理性质由碳原子呈_____结构排列决定，常用作玻璃刀、地质勘探钻头等。 2.石墨是_____色、有金属光泽的固体，质软且有_____感，具有优良的_____性，可用于制作铅笔芯、电极和高温润滑剂。 3.金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是_____不同。 4.C60分子由_____个碳原子构成，分子结构形似_____，因此也被称为足球烯，在超导、催化等领域有广阔应用前景。 5.木炭、活性炭、焦炭、炭黑都属于_____碳，其主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 6.活性炭具有_____的结构，因此吸附能力比木炭更强，可用于防毒面具滤毒罐、制糖工业脱色、净水等。 7.焦炭的主要用途是在_____工业中作还原剂，冶炼金属；炭黑可用于制造油墨、油漆和橡胶制品的填充剂。 8.除金刚石、石墨、C60外，新型碳单质还包括_____和石墨烯等，它们在材料科学、电子工业中具有重要应用。 9.石墨在一定条件下可转化为金刚石，该变化属于_____变化（填“物理”或“化学”），因为生成了新物质。 10.“碳”和“炭”的区别：“碳”指元素，如碳元素、碳单质；“炭”指具体单质，如_____、活性炭等（任举一例）。 【答案】1.最硬；正四面体（空间网状） 2.灰黑；滑腻；导电 3.碳原子的排列方式 4.60；足球 5.无定形 6.疏松多孔 7.冶金 8.碳纳米管 9.化学 10.木炭（或焦炭、炭黑，合理即可）。 （二）强化训练 一．选择题 1.下列关于碳单质的描述错误的是（ ） A. 金刚石是天然存在的硬度最大的物质 B. 石墨在一定条件下可转化为金刚石，属于化学变化 C. C60是一种新型化合物 D. 活性炭可用于防毒面具的滤毒罐 【答案】：C 【解析】：C60是由碳元素组成的纯净物，属于单质，而非化合物，A、B、D描述均正确，故选C。 2．碳单质存在形式有多种，用途各不相同。下图中体现活性炭用途的是(　　) 【答案】D 【解析】A、由于石墨很软，具有深灰色，可用作铅笔芯，体现了石墨的用途，故不符合题意;B、由于石墨有优良的导电性，可用作电极，体现了石墨的用途，故不符合题意;C、由于金刚石的硬度大，可用作玻璃刀，体现了金刚石的用途，故不符合题意;D、由于活性炭有吸附性，可用作净水器的吸附剂，体现活性炭的用途，故符合题意。 3.下列物质中，互为同素异形体的是（ ） A. 一氧化碳和二氧化碳 B. 金刚石和石墨 C. 水和过氧化氢 D. 氧气和液氧 【答案】：B 【解析】：同素异形体是同种元素组成的不同单质，A、C是化合物，D是同种物质的不同状态，B符合定义，故选B。 4.纳米碳管是一种新型碳单质，下列关于纳米碳管的说法错误的是（ ） A. 由碳元素组成 B. 与金刚石互为同素异形体 C. 物理性质与石墨完全相同 D. 可用于制作新型材料 【答案】：C 【解析】：纳米碳管与石墨的原子排列方式不同，物理性质存在差异，A、B、D说法均正确，故选C。 5.下列关于“碳”和“炭”的说法正确的是（ ） A. “碳”指具体物质，“炭”指元素 B. 木炭、活性炭属于“碳”的范畴 C. 二氧化碳中含有“炭”元素 D. “碳单质”“碳元素”的表述正确 【答案】：D 【解析】：“碳”指元素，“炭”指具体物质（如木炭），A、B错误；二氧化碳中含碳元素，不能说“炭元素”，C错误，D正确，故选D。 6.2025年医疗领域出现“钻石纳米针”（Q-carbon制成）用于药物递送，下列关于该材料的说法正确的是（ ） A.属于混合物 B. 与石墨的转化属于物理变化 C.具有碳单质的化学稳定性 D. 硬度比石墨小 【答案】：C 【解析】：Q-carbon是纯净物中的单质，A错误；与石墨是不同单质，转化属于化学变化，B错误；碳单质常温下化学性质稳定，Q-carbon也具备该性质，C正确；Q-carbon硬度超过钻石，远大于石墨，D错误。 7.诗句“野火烧不尽，春风吹又生”描述了草木燃烧与生长的过程，草木燃烧产生的灰烬中不含有的碳单质是（ ） A. 木炭 B. 金刚石 C. 炭黑 D. 无定形碳 【答案】：B 【解析】：草木不完全燃烧会产生木炭、炭黑等无定形碳单质，A、C、D均可能存在；金刚石是天然存在的晶体碳单质，不会由草木燃烧产生，故选B。 8.古诗“炉火照天地，红星乱紫烟”描写了冶金场景，其中焦炭用于炼铁，下列关于焦炭的说法错误的是（ ） A. 属于碳单质的混合物 B. 其作用之一是生成还原剂CO C. 与石墨的物理性质相同 D. 燃烧时放出热量提供炼铁温度 【答案】：C 【解析】：焦炭是含碳单质的混合物，A正确；炼铁中焦炭先燃烧生成CO₂，CO₂再与C反应生成CO（还原剂），同时放热提供高温，B、D正确；焦炭与石墨碳原子排列方式不同，物理性质不同（如石墨能导电，焦炭导电性差），C错误。 9.“墨香四溢”形容书法作品的墨味，墨的主要成分是炭黑（碳单质），下列关于炭黑的说法正确的是（ ） A. 属于化合物 B. 与C60互为同素异形体 C. 具有吸附性，可用于净水 D. 常温下易与氧气反应 【答案】：B 【解析】：炭黑是碳单质，A错误；与C60均为碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，B正确；炭黑吸附性较弱，常用作橡胶填充剂，活性炭更适合净水，C错误；碳单质常温下化学性质稳定，不易与氧气反应，D错误。 10.学生在实验室制取二氧化碳时，不能用石墨代替大理石的原因是（ ） A. 石墨价格昂贵 B. 石墨不溶于盐酸 C. 石墨不能与盐酸反应 D. 石墨硬度太小 【答案】：C 【解析】：实验室制CO2的原理是碳酸盐与盐酸反应生成CO2，石墨是碳单质，不与盐酸反应，无法生成CO2，故选C。 11.下列学生实验现象与碳单质性质对应错误的是（ ） A. 活性炭使红墨水褪色——吸附性 B. 石墨在纸上写字——质软 C. 金刚石切割玻璃——熔点高 D. 石墨电极使小灯泡发光——导电性 【答案】：C 【解析】：金刚石切割玻璃利用的是硬度最大的性质，与熔点高无关，A、B、D对应均正确，故选C。 12.下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图。它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异，其原因是(　　) A.构成它们的原子大小不同 B.金刚石、石墨、C60由不同种原子构成 C.构成它们的原子数目不同 D.金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同 【答案】D 【解析】根据图示可知金刚石、石墨、C60的原子排列方式不同，这是造成金刚石、石墨、C60的物理性质有很大差异的主要原因。 13.课堂上区分“碳”和“炭”的用法，下列学生的说法正确的是（ ） A. “碳单质”应写作“炭单质” B. 二氧化碳应写作“二氧化炭” C. “活性炭”的写法正确 D. 木炭是纯净的“碳” 【答案】：C 【解析】：“碳”指元素，“炭”指具体混合物，A错误（应为碳单质）；化合物中用“碳”，B错误（应为二氧化碳）；活性炭写法正确，C正确；木炭是含碳单质的混合物，D错误。 14.学生讨论“同素异形体”概念，下列说法正确的是（ ） A. 氧气和液氧互为同素异形体 B. 金刚石和石墨互为同素异形体 C. 一氧化碳和二氧化碳互为同素异形体 D. 木炭和活性炭互为同素异形体 【答案】：B 【解析】：同素异形体是同种元素组成的不同单质，A中氧气和液氧是同种物质，C中是化合物，D中是混合物，均不符合定义；B中金刚石和石墨是碳元素组成的不同单质，互为同素异形体，正确。 15.某同学在学习碳单质后总结了以下说法，错误的是（ ） A. 金刚石、石墨、C60都由碳元素组成 B. 碳单质物理性质差异的原因是碳原子排列方式不同 C. 碳单质都能导电 D. 活性炭可用于净化水和空气 【答案】：C 【解析】：金刚石、石墨、C60均为碳单质，A正确；物理性质差异源于碳原子排列方式不同，B正确；金刚石、C60不导电，石墨能导电，C错误；活性炭吸附性可用于净化水和空气，D正确。 二．非选择题 16．某校同学在学完“碳的几种单质”一节后，自制了三个简易净水器(如图所示)，并分别向其中添加了如下表所示的物质，做了三个对比实验。首先取一个大烧杯，装满水，并向其中滴加几滴红墨水，搅拌均匀后，将其分成等体积的三份，再分别倒入三个净水器中，同学们把观察到的溶液的颜色变化情况记录如下： 实验序号 添加物质及质量 实验现象 实验一 1 g活性炭 溶液的红色变浅 实验二 2 g活性炭 溶液的红色消失 实验三 2 g木炭 溶液的红色变浅 (1)通过对上表的比较，请你提出两个问题。 ①___________________________________________________________________________; ②____________________________________________________________________________. (2)通过实验，你能得出哪些结论？ ①___________________________________________________________________________; ②____________________________________________________________________________. 【答案】(1)①实验一和实验二，为什么添加物质都是活性炭，实验二溶液的红色消失而实验一溶液的红色变浅？②实验二和实验三相比，为什么等质量的木炭和活性炭，实验二溶液的红色消失而实验三溶液的红色变浅？　(2)①活性炭的吸附作用比木炭强；②接触面积越大，吸附作用越强。 【解析】(1)从题中实验报告的数据和现象可知:①实验一和实验二相比，为什么都是活性炭，实验二红色消失，而实验一红色变浅?②实验二和实验三相比，为什么等质量的木炭和活性炭，实验二红色消失，而实验三红色变浅?(2)运用实验二和实验三活性炭吸附作用比木炭强(或接触面积越大，吸附作用越强) 17．在科学家眼里，二氧化碳是可以利用的重要资源。在一定条件下，二氧化碳和金属钠反应可以制金刚石CO2＋4NaC(金刚石)＋2Na2O，请计算92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量。 【答案】12g 【解析】：设92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量为x。 CO2＋4NaC＋2Na2O 　 92　　 12[ 　 92 g　 x ＝　x＝12 g 答：92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量为12 g。 18.在学生学习和生活中，碳单质的应用无处不在：铅笔芯写字、新装修房间放活性炭包、实验室用石墨电极做实验、足球材质含炭黑等。结合实际场景，回答下列问题： （1）铅笔芯的主要成分是（ ） A. 铅 B. 石墨 C. 金刚石 D. 活性炭 （2）新装修房间放活性炭包净化空气，利用活性炭的（ ） A. 可燃性 B. 导电性 C. 吸附性 D. 硬度大 （3）实验室用石墨制作电极，是因为石墨具有优良的（ ） A. 导热性 B. 导电性 C. 滑腻感 D. 稳定性 （4）活性炭具有吸附性的原因是其具有______的结构，该性质属于______性质。 （5）下列关于铅笔芯的说法正确的是（ ） A. 铅笔芯有毒，不能用手触摸 B. 铅笔芯质软，是因为石墨质软 C. 铅笔芯能导电，可代替导线 D. 铅笔芯的主要成分是金属铅 （6）足球鞋底添加炭黑，主要是为了（ ） A. 增加硬度 B. 增强吸附性 C. 提高耐磨性 D. 改善导电性 （7）下列生活场景与碳单质性质对应错误的是（ ） A. 用木炭烧烤——可燃性 B. 用金刚石切割玻璃——硬度大 C. 用石墨做润滑剂——导电性 D. 用活性炭除异味——吸附性 【答案】（1）B （2） C （3） B （4） 疏松多孔；物理 （5） B （6） C （7） C 【解析】（1）铅笔芯的主要成分是石墨，与粘土混合制成，不含铅，故选B。（2）活性炭具有吸附性，能吸附甲醛等有害气体，用于净化空气，故选C。（3）石墨导电性优良，可用于制作电极，与导热性、滑腻感、稳定性无关，故选B。（4）活性炭的疏松多孔结构使其具有吸附性，吸附过程无新物质生成，属于物理性质。（5）铅笔芯主要成分是石墨，无毒，质软是石墨的性质，A、D错误；铅笔芯导电能力弱，不能代替导线，C错误，故选B。 （6）炭黑可提高橡胶制品的耐磨性，足球鞋底添加炭黑是为了增强耐磨性，故选C。（7）石墨做润滑剂利用的是其滑腻感，而非导电性；A、B、D对应关系正确，故选C。 19.2025年北京国际风能大会展示了碳基材料的广泛应用，C919后续机型将采用碳纳米管复合材料，机身减重30%并提升抗冲击性能；AI驱动的碳基材料研发让性能预测更精准。结合航天科技，回答下列问题： （1）碳纳米管复合材料的核心成分碳纳米管属于（ ） A. 化合物 B. 单质 C. 氧化物 D. 混合物 （2）机身采用碳纳米管复合材料减重，利用碳单质的（ ） A. 密度小 B. 熔点高 C. 导电性好 D. 吸附性强 （3）碳纳米管的抗拉强度是钢铁的100倍，该性质属于（ ） A. 化学性质 B. 物理性质 C. 氧化性 D. 还原性 （4）碳纳米管与C60互为同素异形体，它们的相同点是______，不同点是______。 （5）下列关于碳基航天材料的说法错误的是（ ） A. 碳/碳复合材料耐高温 B. 碳纳米管可增强材料抗冲击性 C. 金刚石可用于制作航天切割工具 D. 活性炭可用于航天燃料存储 （6）碳基材料在航天极端环境中仍稳定，体现碳单质（ ） A. 常温下化学性质稳定 B. 高温下化学性质稳定 C. 硬度大 D. 导电性好 （7）AI驱动研发碳基材料，优化的是碳单质的（ ） A. 组成元素 B. 原子排列方式 C. 元素种类 D. 相对原子质量 【答案】（1）B （2） A （3） B （4） 组成元素相同（均为碳元素）；碳原子排列方式不同 （5） D （6） B （7） B 【解析】（1）碳纳米管是由碳元素组成的纯净物，属于单质，而非化合物、氧化物或混合物，故选B。（2）减重的核心是材料密度小，碳纳米管复合材料密度远小于钢铁，实现机身减重，故选A。（3）抗拉强度是物质的物理属性，不需要化学变化就能体现，属于物理性质，故选B。（4）同素异形体的相同点是组成元素相同，不同点是原子排列方式（或分子结构）不同。（5）活性炭的主要用途是吸附，不能用于燃料存储；碳/碳复合材料耐高温、碳纳米管增强抗冲击性、金刚石硬度大用于切割，A、B、C正确，故选D。（6）航天极端环境含高温等条件，碳基材料仍稳定，体现高温下化学性质稳定，A选项强调“常温”，不符合题意，故选B。（7）AI研发优化的是碳单质的原子排列方式，以提升性能；组成元素、元素种类、相对原子质量是固定不变的，故选B。 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $