6.1 碳单质的多样性（教材通解）化学新教材人教版九年级上册

第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 一、同种元素可以组成不同单质 （1）不同种元素可以组成 的单质，如氧气是由氧元素组成的单质，氮气是由氮元素组成的单质。 （2）同一种元素也可以组成 的单质，如金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。 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 （自然界中存在的最硬物质）、透光性 。 【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—— 。 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 、有滑腻感、熔点 ， 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 （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.无定形碳 （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 注意：（1）木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，表面积大，吸附能力强，能够吸附色素和异味。 （2）吸附过程中没有生成新物质，属于物理变化。 三、单质碳的化学性质 1.单质碳的化学性质 （1）稳定性 常温下碳的化学性质 (很稳定)，受日光照射或与空气、水分接触，都不容易起变化。 因此碳单质有广泛的用途：①用墨(由炭黑等制成)书写或绘制的字画能长期不变色；②需要长期保存的档案材料用碳素墨水书写；③木质电线杆埋入地下的部分作烤焦处理，增强其耐腐蚀性。 （2）可燃性 碳在氧气中充分燃烧时，生成 ，燃烧的现象：发出白 ，放出大量的 ，生成 的气体。反应的化学方程式： 。 当碳燃烧不充分的时候，生成 ，同时放出热，反应的化学方程式： （3）还原性 高温下碳能与某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧元素，使这些氧化物失去氧而发生还原反应。例如：2CuO+C2Cu+CO2↑、2Fe2O34Fe+3CO2↑。碳的还原性可用于冶金工业。高温下，碳还可使二氧化碳转变为一氧化碳： 。 2.实验：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(可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤先撤出导管，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↑ 注意事项 ①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；②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；③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；④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 一、碳单质的结构、物理性质与用途 种类 结构 物理性质 用途 金刚石 无色透明的固体，天然存在的最硬的物质 可作钻机钻头、裁玻璃等 石墨 灰黑色，很软，有滑腻感，熔点高，具有优良的导电性能 可用于制造铅笔芯、高铁列车的受电板、干电池的电极材料等 C60 由C60分子构成 可用于超导、催化、能源及医学等领域 活性炭、木炭(主要成分为碳单质) —— 具有疏松多孔的结构，具有吸附性 可用于吸附色素、异味等 物理性质差异大的原因 碳原子的排列方式不同 二、碳单质的化学性质 化学性质 用途 在常温下，碳的化学性质不活泼。 需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。 木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。 碳单质的可燃性 氧气充足时，完全燃烧：C+O2CO2 氧气不充足时，不完全燃烧：2C+O22CO 可用作燃料 碳单质的还原性 木炭还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO2↑ 工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑ 高温下，木炭还原二氧化碳反应：C+CO22CO 可用于冶炼金属 三、还原反应 含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。 在反应2CuO+C2Cu+CO2↑中，氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原，发生还原反应。氧化铜在反应中提供氧，具有氧化性，是氧化剂。木炭夺去了氧化铜里的氧生成了二氧化碳，发生了氧化反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有还原性，是还原剂。 易错归纳 一、“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” 易错判断 1．石墨和金刚石都是碳的单质，所以将石墨转化成金刚石是物理变化。( ) 2．活性炭、木炭均具有吸附性，是因为它们具有疏松多孔的结构。( ) 3．同一种元素可以形成不同的单质，如金刚石和石墨。( ) 4．是近年来非常热门的一种化合物。( ) 5．金刚石、石墨、的物理性质存在差异是因为碳原子排列方式不同。( ) 6．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，那么它们的物理性质一定相同( ) 7．活性炭的吸附性属于化学性质。( ) 8．C60由60个碳原子构成的物质。( ) 9．石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( ) 10．金刚石是硬度最大的金属( ) 11．航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( ) 12．在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( ) 13．氧气在氧化反应中提供氧，它具有还原性。( ) 14．一氧化碳和木炭一样具有还原性，能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳。( ) 15．高温下碳与二氧化碳反应是吸热反应( ) 16．焦炭能用于冶金工业，是因为其具有氧化性( ) 17．水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼( ) 18．相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( ) 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 一、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，如氧气是由氧元素组成的单质，氮气是由氮元素组成的单质。 （2）同一种元素也可以组成不同的单质，如金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。 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.无定形碳 （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 注意：（1）木炭、活性炭具有疏松多孔的结构，表面积大，吸附能力强，能够吸附色素和异味。 （2）吸附过程中没有生成新物质，属于物理变化。 三、单质碳的化学性质 1.单质碳的化学性质 （1）稳定性 常温下碳的化学性质不活泼(很稳定)，受日光照射或与空气、水分接触，都不容易起变化。 因此碳单质有广泛的用途：①用墨(由炭黑等制成)书写或绘制的字画能长期不变色；②需要长期保存的档案材料用碳素墨水书写；③木质电线杆埋入地下的部分作烤焦处理，增强其耐腐蚀性。 （2）可燃性 碳在氧气中充分燃烧时，生成二氧化碳，燃烧的现象：发出白光，放出大量的热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。反应的化学方程式：C+O2CO2。 当碳燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，同时放出热，反应的化学方程式：2C+O22CO （3）还原性 高温下碳能与某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧元素，使这些氧化物失去氧而发生还原反应。例如：2CuO+C2Cu+CO2↑、2Fe2O34Fe+3CO2↑。碳的还原性可用于冶金工业。高温下，碳还可使二氧化碳转变为一氧化碳：CO2+C2CO。 2.实验：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(可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤先撤出导管，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↑ 注意事项 ①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；②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；③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；④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 一、碳单质的结构、物理性质与用途 种类 结构 物理性质 用途 金刚石 无色透明的固体，天然存在的最硬的物质 可作钻机钻头、裁玻璃等 石墨 灰黑色，很软，有滑腻感，熔点高，具有优良的导电性能 可用于制造铅笔芯、高铁列车的受电板、干电池的电极材料等 C60 由C60分子构成 可用于超导、催化、能源及医学等领域 活性炭、木炭(主要成分为碳单质) —— 具有疏松多孔的结构，具有吸附性 可用于吸附色素、异味等 物理性质差异大的原因 碳原子的排列方式不同 二、碳单质的化学性质 化学性质 用途 在常温下，碳的化学性质不活泼。 需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。 木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。 碳单质的可燃性 氧气充足时，完全燃烧：C+O2CO2 氧气不充足时，不完全燃烧：2C+O22CO 可用作燃料 碳单质的还原性 木炭还原氧化铜：C+2CuO2Cu+CO2↑ 工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑ 高温下，木炭还原二氧化碳反应：C+CO22CO 可用于冶炼金属 三、还原反应 含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。 在反应2CuO+C2Cu+CO2↑中，氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原，发生还原反应。氧化铜在反应中提供氧，具有氧化性，是氧化剂。木炭夺去了氧化铜里的氧生成了二氧化碳，发生了氧化反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有还原性，是还原剂。 易错归纳 一、“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” 易错判断 1．石墨和金刚石都是碳的单质，所以将石墨转化成金刚石是物理变化。( ) 2．活性炭、木炭均具有吸附性，是因为它们具有疏松多孔的结构。( ) 3．同一种元素可以形成不同的单质，如金刚石和石墨。( ) 4．是近年来非常热门的一种化合物。( ) 5．金刚石、石墨、的物理性质存在差异是因为碳原子排列方式不同。( ) 6．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，那么它们的物理性质一定相同( ) 7．活性炭的吸附性属于化学性质。( ) 8．C60由60个碳原子构成的物质。( ) 9．石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( ) 10．金刚石是硬度最大的金属( ) 11．航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( ) 12．在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( ) 13．氧气在氧化反应中提供氧，它具有还原性。( ) 14．一氧化碳和木炭一样具有还原性，能使氧化铜还原成铜，同时生成二氧化碳。( ) 15．高温下碳与二氧化碳反应是吸热反应( ) 16．焦炭能用于冶金工业，是因为其具有氧化性( ) 17．水墨画可长久保存不变色是因为在常温下碳的化学性质不活泼( ) 18．相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( ) 试卷第1页，共3页 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 1．错误 2．正确 3．正确 4．错误 5．正确 6．错误 7．错误 8．错误 9．正确 10．错误 11．正确12．正确 13．错误 14．正确 15．正确 16．错误 17．正确 18．正确 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $