6.1 认识碳单质（导学案）化学新教材鲁教版五四学制八年级全一册

该初中化学导学案围绕碳单质展开，引导学生认识金刚石、石墨、C₆₀等的结构、性质及用途，理解结构决定性质、性质决定用途的关系，掌握碳的化学性质。通过钻石、铅笔等生活物品图片导入，以问题链和实验活动构建从认知到性质探究的学习支架。 资料突出化学观念培养，通过硬度对比、木炭还原氧化铜等实验探究提升科学探究与实践能力，结合《清明上河图》等实例和典例习题，以问题驱动促进科学思维，增强化学与生活联系，助力核心素养落实。

第一节 认识碳单质 一、知识目标 1.能准确说出金刚石、石墨、C60的物理性质及用途，理解结构决定性质、性质决定用途的关系，知晓活性炭的吸附性及实际应用。 2.通过参与完整的实验流程，学会用控制变量法研究物质性质，掌握碳单质的化学性质，能正确书写相关化学方程式并解释对应的化学现象。 3.通过碳单质在生活、科技中的应用实例，感受化学与生活的紧密联系，激发学习化学的兴趣；了解碳材料的发展对社会进步的意义，增强化学学科认同感。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同碳单质的性质和用途差异，从微观上理解碳原子排列方式对物理性质的影响，建立结构与性质的联系。 2.证据推理与模型认知：通过实验探究碳单质的性质，培养科学探究能力和创新思维，体会实验在化学学习中的重要性。 3.科学探究与创新意识：通过碳单质在生活、科技中的应用实例，感受化学与生活的紧密联系，激发学习化学的兴趣，了解碳材料发展对社会进步的意义，增强化学学科认同感。 一、学习重点 1.碳单质的物理性质和化学性质，结构、性质、用途之间的关系 2.碳的还原性及相关反应 二、学习难点 1.理解碳单质物理性质差异的原因 2.掌握木炭还原氧化铜的实验操作及现象分析 一、碳单质的基本认知 1.常见的碳单质主要有哪些？ 答案：金刚石、石墨、C60，此外还有木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。 2.金刚石、石墨、C₆₀的化学式分别是什么？ 答案：金刚石和石墨的化学式均为C，C₆₀的化学式为C₆₀。 3.金刚石、石墨、C₆₀的构成微粒有何不同？ 答案：金刚石和石墨均由碳原子构成，C₆₀由C₆₀分子构成。 二、碳单质的物理性质 1.金刚石的物理性质有哪些？ 答案：无色透明、正八面体形状的固体，熔点为3550℃，不导电，是天然存在的最坚硬的物质；特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大、导热性好。 2.石墨的物理性质有哪些？ 答案：灰黑色、不透明、有金属光泽的鳞片状固体，熔点为3652℃，质地柔软、有滑腻感，具有良好的导电性能。 3.C₆₀的物理性质有什么特点？ 答案：有金属光泽、能发出微弱荧光的固体，室温下呈紫红色，能导电，具有特殊的物理性质。 4.木炭和活性炭具有什么特殊性质？该性质源于什么结构？ 答案：具有吸附性；源于其疏松多孔的结构，且活性炭的吸附作用比木炭强。 5.金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是什么？ 答案：碳原子的排列方式不同，金刚石中碳原子呈正四面体立体网状紧密结合，石墨中碳原子呈平面六边形层状排列。 三、碳单质的化学性质 1.常温下碳单质的化学性质如何？ 答案：化学性质不活泼，不与氧气、水等物质发生反应。 2.碳在氧气供给充足和不充足时燃烧，产物分别是什么？请写出对应的化学方程式。 答案：氧气充足时生成二氧化碳，化学方程式为C+O2（充足）==点燃==CO2；氧气不充足时生成一氧化碳，化学方程式为2C+O2（不充足）==点燃==2CO。 3.高温条件下，碳能与哪些物质发生反应？ 答案：能与氧化铜等金属氧化物以及二氧化碳等非金属氧化物发生反应。 4.什么是还原反应？ 答案：含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫作还原反应。 四、碳单质的用途 1.金刚石的主要用途有哪些？ 答案：制作装饰品（钻石）、钻头、切割大理石、裁玻璃；金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层、集成电路基板散热。 2.石墨的主要用途有哪些？ 答案：制作铅笔芯、电极或电刷、坩埚，用作机械高温润滑剂、抗磨剂，高纯度石墨可用作原子反应堆的中子减速剂。 3.C₆₀的应用领域主要集中在哪些方面？ 答案：超导、催化、材料科学、医学及生物等领域。 4.活性炭的实际应用有哪些？ 答案：防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色制白糖、水的净化处理、冰箱去味、吸附装修产生的有害气体。 一、新课引入 活动一：新课导入 问题：展示钻石饰品、铅笔、防毒面具滤芯的图片后，思考：这三种看似毫无关联的物品，核心成分都是碳元素，为什么它们的硬度、用途会天差地别呢？ 答案：这是因为虽然它们都是由碳元素组成的单质，但碳原子的排列方式不同，导致它们的物理性质有很大差异，进而决定了它们不同的用途。 二、碳单质的物理性质 活动一：常见的碳单质 问题：回忆金刚石和石墨，它们都是由碳原子构成的单质，但其性质和用途却差异巨大，烧火用的木炭、冰箱中用来除异味的活性炭、有时用酒精灯加热试管时熏染在试管外壁上的炭黑，主要成分也都是碳单质。这些不同的碳单质在性质和用途上有哪些差异？又是否存在着共性呢？ 答案： 差异： o金刚石：纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体，熔点为3550∘C，不导电，是天然存在的最坚硬的物质。用途有工业上制作切割工具、钻头等，还可用于制作装饰品、工艺品等。 o石墨：是一种灰黑色、不透明、有金属光泽的鳞片状固体，熔点为3652∘C。质地柔软、有滑腻感，具有良好的导电性能。可用作抗磨剂、润滑剂，制造铅笔芯、石墨纤维、电极等，高纯度石墨可用作原子反应堆的中子减速剂。 oC60：由60个碳原子构成的形似足球的分子。由这种分子构成的碳单质是有金属光泽、能发出微弱荧光的固体，室温下呈紫红色，能导电。在超导、催化、材料、医学及生物等领域具有广泛的应用前景。 o木炭、活性炭等：结构疏松多孔，具有吸附性，可用于防毒面具、水净化、制糖脱色等。 共性：它们都是由碳元素组成的单质。 问题：金刚石的碳原子排列方式是怎样决定其硬度极大、不导电的性质的？ 答案：金刚石的碳原子呈正四面体立体网状紧密结合，这种结构非常坚固，使得金刚石的硬度极大。同时，由于碳原子的电子被固定在这种紧密的结构中，不能自由移动，所以金刚石不导电。 问题：石墨的碳原子排列方式与它质软、能导电的性质有什么关系？ 答案：石墨的碳原子呈平面六边形层状排列，层间易滑动，所以石墨质地柔软、有滑腻感。而且在石墨的层状结构中，每个碳原子有一个电子可以在层内自由移动，从而使石墨具有良好的导电性。 活动二：实验探究金刚石和石墨的物理性质差异 问题：在进行硬度对比实验时，用小刀分别划玻璃片、用金刚石样品划玻璃片，用不同型号铅笔芯在纸上写字，观察字迹深浅与铅笔芯硬度的关系。请思考为什么可以通过这种方式来比较硬度？ 答案：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。用小刀、金刚石划玻璃片，如果能留下划痕，说明该物质的硬度比玻璃大；用不同型号铅笔芯在纸上写字，字迹越深，说明铅笔芯越软，因为较软的铅笔芯更容易在纸上留下痕迹，通过这种对比可以直观地比较出不同物质的硬度差异。 问题：在导电性检验实验中，用导线连接 “干电池→开关→小灯泡→电极” 回路，分别将电极替换为铅笔芯、金刚石样品，闭合开关观察灯泡是否发光。如果灯泡发光，说明了什么？ 答案：如果灯泡发光，说明该物质能够导电，有自由移动的电荷可以在电路中形成电流。在这个实验中，当电极替换为铅笔芯时灯泡发光，说明石墨能导电；而替换为金刚石样品时灯泡不发光，说明金刚石不导电。 问题：金刚石和石墨都是碳单质，它们的化学式都是C，化学性质一致，为何物理性质有较大差异？ 答案：二者物理性质差异的根源是碳原子排列方式不同。金刚石的碳原子呈正四面体立体网状紧密结合，而石墨的碳原子呈平面六边形层状排列，不同的排列方式导致它们的硬度、导电性等物理性质有很大差异。 活动三：归纳总结碳单质的结构、性质和用途 请填写以下表格： 碳单质 化学式 构成微粒 结构 物理性质 用途 物理性质不同的原因 金刚石 由碳原子构成 碳原子呈正四面体立体网状紧密结合 无色透明的固体。天然存在的最硬的物质。特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；没有导电性。 制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃；金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 原子的排列方式不同 石墨 由碳原子构成 碳原子呈平面六边形层状排列 灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的导电性。 作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 由分子构成 个碳原子构成形似足球的分子 有金属光泽、能导电、室温紫红色 用于超导、催化、材料科学等领域 问题：从表格中可以看出，碳单质的结构、性质和用途之间有什么关系？ 答案：结构决定性质，性质决定用途。不同的碳原子排列方式决定了碳单质不同的物理性质，而这些物理性质又决定了它们各自不同的用途。例如，金刚石的正四面体立体网状结构决定了它硬度大的性质，使其可以用于制作切割工具；石墨的层状结构决定了它质软、能导电的性质，使其可以用于制作铅笔芯和电极。 活动四：拓展阅读与思考 问题：阅读 “撕” 出来的石墨烯和 “神奇薄膜” 石墨烯的相关资料后，思考C60的发现过程给了你什么启示？ 答案：C60的发现过程启示我们创新思维非常重要，在科学研究中要敢于突破传统观念，勇于探索未知领域。同时，我们也可以从生活中获取灵感，保持好奇心和求知欲，不断去发现新的物质和现象。 典例1：下列关于金刚石和石墨的描述，说法错误的是 A．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属 B．一定条件下，石墨可以转化为金刚石 C．两者性质差异较大，因为它们的原子排列方式不同 D．石墨很软，可用作干电池电极材料 【答案】D 【详解】A、金刚石的硬度较大，可以用来加工坚硬的金属，该选项不符合题意。 B、一定条件下，可以通过改变碳原子的排列方式将石墨转化为金刚石，该选项不符合题意。 C、石墨是层状的结构，金刚石是立体网状结构，石墨和金刚石的碳原子排列方式不同，故二者的性质差异较大，该选项不符合题意。 D、石墨用作干电池电极材料是由于其良好的导电性，而不是因为其质地软，该选项符合题意。 故选D。 典例2：“碳家族”的成员很多，用途很广，下列有关说法正确的是 A．蜡烛火焰上方放置冷碟子会有炭黑产生 B．碳的单质都是由碳原子直接构成的 C．木炭可用作燃料，因为木炭能支持燃烧 D．制糖工业用炭黑来吸附有色物质 【答案】A 【详解】A、蜡烛（含碳元素）不完全燃烧会生成炭黑，冷碟子可使炭黑冷凝附着，因此火焰上方放冷碟子会有炭黑产生，说法正确。 B、碳的单质并非都由碳原子直接构成，如是由分子构成的，说法错误。 C、木炭用作燃料是因为其具有可燃性（能燃烧），“支持燃烧” 是助燃性（如氧气的性质），说法错误。 D、制糖工业吸附有色物质用的是活性炭（具有强吸附性），炭黑无此用途，说法错误。 故选：A。 三、碳单质的化学性质 活动五：碳与氧气的反应 问题：《清明上河图》能跨越千年依旧色彩鲜活，核心源于墨汁中的碳。这说明了碳在常温下具有什么化学性质？ 答案：这说明了碳在常温下化学性质稳定，不与氧气、水等物质发生反应，即便历经岁月侵蚀，墨色也不易氧化、分解。 问题：常用燃料的主要组成元素是碳，碳在氧气中燃烧会发生怎样的反应呢？请写出化学方程式。 答案：1.在氧气供给充足时，碳充分燃烧，生成二氧化碳，并放出大量的热，化学方程式为C+O2=点燃=CO2。 2.在氧气供给不充足时，碳不充分燃烧，生成一氧化碳，同时放出热，化学方程式为2C+O2=点燃=2CO。 问题：随着冬季的到来，烧炭取暖时要注意开窗通风，不能在封闭的房间里进行，为什么？ 答案：在封闭房间里烧炭，氧气供应不足，碳会发生不充分燃烧生成一氧化碳。一氧化碳有毒，它与血红蛋白的结合能力是氧气的200−300倍，且结合后形成的 “碳氧血红蛋白（HbCO）” 极难解离（解离速度仅为氧合血红蛋白的1/3600），这会导致血红蛋白失去运输氧气的能力，使全身组织器官（尤其是对缺氧最敏感的大脑和心脏）因缺氧而功能障碍，严重时引发细胞坏死。 问题：“闻气味辨CO” 和 “用水吸收CO” 的说法对不对？为什么？ 答案：1.“闻气味辨CO” 说法不对。因为一氧化碳是一种无色、无味、无刺激性的气体，人体的鼻子无法闻到其气味。所谓的 “闻到气味”，可能是炭燃烧时产生的其他少量杂质（如煤焦油挥发物）的气味，而非CO本身的气味。当能闻到其他气味时，CO可能已在室内积累到中毒浓度，此时再采取措施已存在风险，甚至可能因活动增加耗氧量，加速中毒反应。 2. “用水吸收CO” 说法不对。因为一氧化碳极难溶于水（常温常压下，1体积水仅能溶解约0.02体积的CO），用水吸收CO的效率极低，完全无法起到降低室内CO浓度的作用。日常生活中，水无法作为CO的吸收剂，试图用水来防止CO中毒是无效且危险的做法。 活动六：碳与氧化物反应 问题：在木炭还原氧化铜实验中，实验现象有哪些？这些现象分别说明了什么？ 答案：实验现象为：导管口有气泡逸出，黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊。 1.导管口有气泡逸出：开始加热时，试管中的空气因受热膨胀而逸出；加热一段时间后，生成的二氧化碳气体从导管口逸出。 2.黑色粉末逐渐变红：说明碳与氧化铜反应生成了红色的铜单质。 3.澄清石灰水变浑浊：说明反应生成了二氧化碳气体，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 问题：在上述木炭还原氧化铜的反应中，什么是还原反应？碳在这个反应中表现出了什么性质？ 答案：在这个反应中，碳夺去了氧化铜中的氧，使化合物中的铜元素被还原为单质铜。这种含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫作还原反应。碳使氧化铜发生了还原反应，因此碳具有还原性。 问题：碳不仅能还原金属氧化物，也能还原某些非金属氧化物，请写出碳与二氧化碳反应的化学方程式。 答案：碳与二氧化碳反应的化学方程式为C+CO2=高温=2CO。 典例1：实验小组利用如图装置进行木炭还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是 A．装置①中固体变为红色，说明有铜生成 B．装置②可用来收集二氧化碳 C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始 D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度 【答案】B 【详解】A、碳和氧化铜反应生成铜和二氧化碳，反应过程中固体变为红色，说明有铜生成，该选项说法正确； B、装置②的作用为防倒吸，该选项说法不正确； C、加热试管时，气体受热膨胀，装置③中也会产生气泡，则不能说明装置①中反应已经开始，该选项说法正确； D、酒精灯上加金属网罩，能集中火焰，提高温度，该选项说法正确。 故选B。 典例2：物质的性质决定用途。下列有关碳及其化合物的性质与其用途具有对应关系的是 A．一氧化碳能冶炼金属——一氧化碳具有可燃性 B．金刚石可用于切割玻璃——金刚石是无色透明的固体 C．石墨常作电池的电极材料——石墨质软且有滑腻感 D．书法家用墨书写的字画能保存很长时间而不变色——常温下碳的化学性质不活泼 【答案】D 【详解】A、一氧化碳能冶炼金属，是因为一氧化碳具有还原性，与一氧化碳具有可燃性无关，故A错误； B、金刚石可用于切割玻璃，是因为金刚石硬度大，与金刚石是无色透明的固体无关，故B错误； C、石墨常作电池的电极材料，是因为石墨具有导电性，与石墨质软且有滑腻感无关，故C错误； D、墨的主要成分是碳，书法家用墨书写的字画能保存很长时间而不变色，是因为常温下碳的化学性质不活泼，故D正确。 故选D。 1、 碳单质的物理性质和用途 碳单质 金刚石 石墨 C60 化学式 C C C60 构成微粒 由碳原子构成 由碳原子构成 由C60分子构成 结构 物理性质 无色透明的的固体。天然存在的最硬的物质。 特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。 灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的导电性。 有特殊的物理性质 用途 制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃； 金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 用于超导、催化、材料科学等领域 物理性质不同的原因 金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因： 原子的排列方式不同 二、碳单质的物化学性质 化学性质 反应方程式 反应条件 反应说明 可燃性（与氧气反应） （氧气充足） 点燃 碳完全燃烧，生成二氧化碳 （氧气不足） 点燃 碳不完全燃烧，生成一氧化碳 还原性（与二氧化碳反应） 高温 碳还原二氧化碳，属于化合反应。 还原性（与氧化铜反应） 高温 碳还原氧化铜，生成铜和二氧化碳。 1.下列有关碳和碳的氧化物说法中，正确的是 A．CO和都有还原性，都可以和氧化铜反应 B．CO和CO2都能溶于水，可以在屋中放盆水防止CO中毒 C．CO和C都有可燃性，充分燃烧的产物都是 D．CO和都有毒，都是大气污染物 【答案】C 【详解】A、CO具有还原性，能在高温条件下和氧化铜反应，CO2没有还原性，不能和氧化铜反应，A选项错误； B、CO2能溶于水，CO难溶于水，在屋中放盆水不能防止CO中毒，B选项错误； C、CO和C都有可燃性，充分燃烧的产物都是CO2，C选项正确； D、CO有毒，是大气污染物，CO2没有毒性，不是大气污染物，D选项错误。 故选：C。 2．已知反应：C＋2CuO 2Cu＋CO2↑。如图表示一定质量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中，某变量y随加热时间的变化趋势，其中纵坐标y表示    A．固体的质量 B．固体中铜元素的质量分数 C．二氧化碳的质量 D．固体中氧化铜的质量 【答案】B 【详解】A、通过分析C+2CuO2Cu+CO2↑可知，氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳逸出，固体质量逐渐减小，y表示固体的质量，事实与图像不符，故A错误； B、通过分析C+2CuO2Cu+CO2↑可知，氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳逸出，固体质量逐渐减小，根据质量守恒定律可知，铜元素的质量在化学反应中不变，固体中铜元素的质量分数在没有反应时不变，随着反应的进行逐渐增大，反应结束后不变，y表示固体中铜元素的质量分数，事实与图像相符，故B正确； C、二氧化碳的质量应该从零开始不断增加，y表示二氧化碳的质量，事实与图像不符，故C错误； D、在化学反应中，氧化铜的质量逐渐减小到零，y表示固体中氧化铜的质量，事实与图像不符，故D错误。故选B。 考点1碳单质的物理性质 1.性质决定用途，下列有关物质的性质与用途对应关系错误的是 A．金刚石因其透光性好，可用于切割玻璃 B．明矾能加速水中悬浮杂质的沉降，用作净化水的絮凝剂 C．常温下氮气化学性质稳定，可充入食品包装防腐 D．氦气密度小且化学性质稳定，可填充飞艇 【答案】A 【详解】A、金刚石用于切割玻璃是因为其硬度大，而非透光性好，符合题意； B、明矾能加速悬浮杂质沉降，用作絮凝剂正确，不符合题意； C、氮气化学性质稳定，可用于食品防腐正确，不符合题意； D、氦气密度小且稳定，可填充飞艇正确，不符合题意。 故选：A。 2．下列物质的性质与其用途对应关系正确的是 A．氮气沸点低，可用作灯泡填充气 B．金刚石有光泽，可用于切割玻璃 C．金属镁质软，可用于制作照明弹 D．铜具有导电性，可用于制作导线 【答案】D 【详解】A、氮气化学性质稳定，可用作灯泡填充气，对应关系不正确； B、金刚石硬度大，可用于切割玻璃，对应关系不正确； C、金属镁燃烧时，发出耀眼的白光，可用于制作照明弹，对应关系不正确； D、铜具有导电性，可用于制作导线，对应关系正确。 故选：D。 3．石墨烯被称为“新材料之王”，是国产智能温控服装的主要原材料，在通电条件下能自行发热并保持恒温。石墨烯是石墨的单层结构(如图)，与石墨的化学性质相似。下列关于石墨烯的说法正确的是 A．属于化合物 B．与金刚石结构相同 C．具有良好的导电性 D．可以用于切割玻璃 【答案】C 【详解】A、石墨烯是石墨的单层结构，是由碳元素组成的纯净物，属于单质，不符合题意； B、石墨烯是石墨的单层结构，金刚石是立体网状结构，两者结构不相同，不符合题意； C、石墨烯在通电条件下能自行发热，说明石墨烯具有良好的导电性，符合题意； D、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于切割玻璃，石墨烯通常不用于切割玻璃，不符合题意。 故选C。 考点2 碳单质的化学性质 4.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。 5．有关碳还原氧化铜的实验如图，分析正确的是 A．开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是 B．实验中，装置I中铜元素的质量始终不变 C．停止加热前，必须将导管从装置Ⅲ中取出 D．结束后，装置I中仍有黑色固体说明碳过量 【答案】B 【详解】A、加热装置I，装置中空气受热膨胀逸出，因此开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是装置中的空气，说法错误，不符合题意； B、碳与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类及质量不变，则实验中，装置I中铜元素的质量始终不变，说法正确，符合题意； C、停止加热前，不需要将导管从装置Ⅲ中取出，是因为装置II可以防倒吸，说法错误，不符合题意； D、结束后，装置I中仍有黑色固体，由于碳、氧化铜均为黑色固体，则可能是碳过量，也可能是氧化铜过量，说法错误，不符合题意。 故选：B。 6．木炭在氧气不足的情况下燃烧，容易产生气体。下列关于气体的叙述，不正确的是 A．气体可以作燃料 B．高温下，气体可与等含铁氧化物反应生成和 C．在相对密闭的环境里，气体容易使人中毒 D．将通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊 【答案】D 【详解】A、具有可燃性，燃烧时放出热量，生成二氧化碳。因此，可用作燃料，例如在煤气中作为主要成分。A选项正确。 B、这是高炉炼铁的原理。在高温下作为还原剂，与氧化铁（）反应，生成铁和二氧化碳。该反应属于还原反应。B选项正确。 C、有毒，因为它与血红蛋白结合的能力比氧气强，阻止血红蛋白运输氧气，导致人体缺氧窒息。在密闭环境中，容易积累，浓度升高，增加中毒风险。C选项正确。 D、澄清石灰水是氢氧化钙溶液，用于检验二氧化碳。当通入时，发生反应生成碳酸钙沉淀，使溶液变浑浊。但是中性气体，不溶于水，也不与氢氧化钙反应，因此通入不会使澄清石灰水变浑浊。D选项错误。 故选D。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一节 认识碳单质 一、知识目标 1.能准确说出金刚石、石墨、C60的物理性质及用途，理解结构决定性质、性质决定用途的关系，知晓活性炭的吸附性及实际应用。 2.通过参与完整的实验流程，学会用控制变量法研究物质性质，掌握碳单质的化学性质，能正确书写相关化学方程式并解释对应的化学现象。 3.通过碳单质在生活、科技中的应用实例，感受化学与生活的紧密联系，激发学习化学的兴趣；了解碳材料的发展对社会进步的意义，增强化学学科认同感。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同碳单质的性质和用途差异，从微观上理解碳原子排列方式对物理性质的影响，建立结构与性质的联系。 2.证据推理与模型认知：通过实验探究碳单质的性质，培养科学探究能力和创新思维，体会实验在化学学习中的重要性。 3.科学探究与创新意识：通过碳单质在生活、科技中的应用实例，感受化学与生活的紧密联系，激发学习化学的兴趣，了解碳材料发展对社会进步的意义，增强化学学科认同感。 一、学习重点 1.碳单质的物理性质和化学性质，结构、性质、用途之间的关系 2.碳的还原性及相关反应 二、学习难点 1.理解碳单质物理性质差异的原因 2.掌握木炭还原氧化铜的实验操作及现象分析 一、碳单质的基本认知 1.常见的碳单质主要有哪些？ 答案： 、 、C60，此外还有 、 、焦炭、炭黑等。 2.金刚石、石墨、C₆₀的化学式分别是什么？ 答案：金刚石和石墨的化学式均为 ，C₆₀的化学式为 。 3.金刚石、石墨、C₆₀的构成微粒有何不同？ 答案：金刚石和石墨均由 构成，C₆₀由 构成。 二、碳单质的物理性质 1.金刚石的物理性质有哪些？ 答案：无色透明、正八面体形状的固体，熔点为3550℃，不导电，是天然存在的______的物质；特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、 、 好。 2.石墨的物理性质有哪些？ 答案：灰黑色、不透明、有金属光泽的鳞片状固体，熔点为3652℃，质地 、有滑腻感，具有良好的 。 3.C₆₀的物理性质有什么特点？ 答案：有金属光泽、能发出微弱荧光的固体，室温下呈紫红色，能 ，具有特殊的物理性质。 4.木炭和活性炭具有什么特殊性质？该性质源于什么结构？ 答案：具有 ；源于其 的结构，且活性炭的吸附作用比木炭强。 5.金刚石和石墨物理性质差异巨大的根本原因是什么？ 答案： 不同，金刚石中碳原子呈 立体网状紧密结合，石墨中碳原子呈 六边形 排列。 三、碳单质的化学性质 1.常温下碳单质的化学性质如何？ 答案：化学性质 ，不与氧气、水等物质发生反应。 2.碳在氧气供给充足和不充足时燃烧，产物分别是什么？请写出对应的化学方程式。 答案：氧气充足时生成 ，化学方程式为 ；氧气 时生成一氧化碳，化学方程式为 。 3.高温条件下，碳能与哪些物质发生反应？ 答案：能与 等金属氧化物以及 等非金属氧化物发生反应。 4.什么是还原反应？ 答案： ，叫作还原反应。 四、碳单质的用途 1.金刚石的主要用途有哪些？ 答案：制作装饰品（钻石）、钻头、切割 、裁 ；金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层、集成电路基板散热。 2.石墨的主要用途有哪些？ 答案：制作 、 或电刷、坩埚，用作机械高温润滑剂、抗磨剂，高纯度石墨可用作原子反应堆的中子减速剂。 3.C₆₀的应用领域主要集中在哪些方面？ 答案： 、 、材料科学、医学及生物等领域。 4.活性炭的实际应用有哪些？ 答案： 中除去毒气、制糖业中脱色制白糖、水的 处理、冰箱去味、吸附装修产生的有害气体。 一、新课引入 活动一：新课导入 问题：展示钻石饰品、铅笔、防毒面具滤芯的图片后，思考：这三种看似毫无关联的物品，核心成分都是碳元素，为什么它们的硬度、用途会天差地别呢？ 二、碳单质的物理性质 活动一：常见的碳单质 问题：回忆金刚石和石墨，它们都是由碳原子构成的单质，但其性质和用途却差异巨大，烧火用的木炭、冰箱中用来除异味的活性炭、有时用酒精灯加热试管时熏染在试管外壁上的炭黑，主要成分也都是碳单质。这些不同的碳单质在性质和用途上有哪些差异？又是否存在着共性呢？ 问题：金刚石的碳原子排列方式是怎样决定其硬度极大、不导电的性质的？ 问题：石墨的碳原子排列方式与它质软、能导电的性质有什么关系？ 活动二：实验探究金刚石和石墨的物理性质差异 问题：在进行硬度对比实验时，用小刀分别划玻璃片、用金刚石样品划玻璃片，用不同型号铅笔芯在纸上写字，观察字迹深浅与铅笔芯硬度的关系。请思考为什么可以通过这种方式来比较硬度？ 问题：在导电性检验实验中，用导线连接 “干电池→开关→小灯泡→电极” 回路，分别将电极替换为铅笔芯、金刚石样品，闭合开关观察灯泡是否发光。如果灯泡发光，说明了什么？ 问题：金刚石和石墨都是碳单质，它们的化学式都是C，化学性质一致，为何物理性质有较大差异？ 活动三：归纳总结碳单质的结构、性质和用途 请填写以下表格： 碳单质 化学式 构成微粒 结构 物理性质 用途 物理性质不同的原因 金刚石 制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃；金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。 石墨 碳原子呈平面六边 。 作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 个碳原子构成形似足球的分子 用于超导、催化、材料科学等领域 问题：从表格中可以看出，碳单质的结构、性质和用途之间有什么关系？ 活动四：拓展阅读与思考 问题：阅读 “撕” 出来的石墨烯和 “神奇薄膜” 石墨烯的相关资料后，思考C60的发现过程给了你什么启示？ 典例1：下列关于金刚石和石墨的描述，说法错误的是 A．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属 B．一定条件下，石墨可以转化为金刚石 C．两者性质差异较大，因为它们的原子排列方式不同 D．石墨很软，可用作干电池电极材料 典例2：“碳家族”的成员很多，用途很广，下列有关说法正确的是 A．蜡烛火焰上方放置冷碟子会有炭黑产生 B．碳的单质都是由碳原子直接构成的 C．木炭可用作燃料，因为木炭能支持燃烧 D．制糖工业用炭黑来吸附有色物质 三、碳单质的化学性质 活动五：碳与氧气的反应 问题：《清明上河图》能跨越千年依旧色彩鲜活，核心源于墨汁中的碳。这说明了碳在常温下具有什么化学性质？ 问题：常用燃料的主要组成元素是碳，碳在氧气中燃烧会发生怎样的反应呢？请写出化学方程式。 问题：随着冬季的到来，烧炭取暖时要注意开窗通风，不能在封闭的房间里进行，为什么？ 问题：“闻气味辨CO” 和 “用水吸收CO” 的说法对不对？为什么？ 活动六：碳与氧化物反应 问题：在木炭还原氧化铜实验中，实验现象有哪些？这些现象分别说明了什么？ 问题：在上述木炭还原氧化铜的反应中，什么是还原反应？碳在这个反应中表现出了什么性质？ 问题：碳不仅能还原金属氧化物，也能还原某些非金属氧化物，请写出碳与二氧化碳反应的化学方程式。 典例1：实验小组利用如图装置进行木炭还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是 A．装置①中固体变为红色，说明有铜生成 B．装置②可用来收集二氧化碳 C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始 D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度 典例2：物质的性质决定用途。下列有关碳及其化合物的性质与其用途具有对应关系的是 A．一氧化碳能冶炼金属——一氧化碳具有可燃性 B．金刚石可用于切割玻璃——金刚石是无色透明的固体 C．石墨常作电池的电极材料——石墨质软且有滑腻感 D．书法家用墨书写的字画能保存很长时间而不变色——常温下碳的化学性质不活泼 1、 碳单质的物理性质和用途 碳单质 金刚石 石墨 C60 化学式 C C C60 构成微粒 由 构成 由 构成 由 构成 结构 物理性质 无色透明的的固体。天然存在的最 的物质。 特殊条件下制备的金刚石薄膜 、 大； 好。 的有金属光泽的固体；很 ，有 ；熔点高，有良好的 。 有特殊的物理性质 用途 制装饰品(钻石)；制钻头、 、 ； 金刚石薄膜用作 ；用于 。 作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 用于 、 、材料科学等领域 物理性质不同的原因 金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因： 。 二、碳单质的物化学性质 化学性质 反应方程式 反应条件 反应说明 可燃性（与氧气反应） （氧气充足） 点燃 碳 ，生成二氧化碳 （氧气不足） 点燃 碳 ，生成一氧化碳 还原性（与二氧化碳反应） 。 高温 碳还原 ，属于 。 还原性（与氧化铜反应） 。 高温 碳还原氧化铜，生成 和 。 1.下列有关碳和碳的氧化物说法中，正确的是 A．CO和都有还原性，都可以和氧化铜反应 B．CO和CO2都能溶于水，可以在屋中放盆水防止CO中毒 C．CO和C都有可燃性，充分燃烧的产物都是 D．CO和都有毒，都是大气污染物 2．已知反应：C＋2CuO 2Cu＋CO2↑。如图表示一定质量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中，某变量y随加热时间的变化趋势，其中纵坐标y表示    A．固体的质量 B．固体中铜元素的质量分数 C．二氧化碳的质量 D．固体中氧化铜的质量 考点1碳单质的物理性质 1.性质决定用途，下列有关物质的性质与用途对应关系错误的是 A．金刚石因其透光性好，可用于切割玻璃 B．明矾能加速水中悬浮杂质的沉降，用作净化水的絮凝剂 C．常温下氮气化学性质稳定，可充入食品包装防腐 D．氦气密度小且化学性质稳定，可填充飞艇 2．下列物质的性质与其用途对应关系正确的是 A．氮气沸点低，可用作灯泡填充气 B．金刚石有光泽，可用于切割玻璃 C．金属镁质软，可用于制作照明弹 D．铜具有导电性，可用于制作导线 3．石墨烯被称为“新材料之王”，是国产智能温控服装的主要原材料，在通电条件下能自行发热并保持恒温。石墨烯是石墨的单层结构(如图)，与石墨的化学性质相似。下列关于石墨烯的说法正确的是 A．属于化合物 B．与金刚石结构相同 C．具有良好的导电性 D．可以用于切割玻璃 考点2 碳单质的化学性质 4.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： 5．有关碳还原氧化铜的实验如图，分析正确的是 A．开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是 B．实验中，装置I中铜元素的质量始终不变 C．停止加热前，必须将导管从装置Ⅲ中取出 D．结束后，装置I中仍有黑色固体说明碳过量 6．木炭在氧气不足的情况下燃烧，容易产生气体。下列关于气体的叙述，不正确的是 A．气体可以作燃料 B．高温下，气体可与等含铁氧化物反应生成和 C．在相对密闭的环境里，气体容易使人中毒 D．将通入澄清石灰水中，澄清石灰水变浑浊 / 学科网（北京）股份有限公司 $