6.1 碳单质的多样性（4大题型专项训练，辽宁专用）化学新教材人教版九年级上册

6.1 碳单质的多样性 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 题型02 碳单质的化学性质 题型03 实验探究——木炭还原氧化铜 题型04 木炭还原氧化铜的计算 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 三种物质都是碳元素组成的单质，但碳原子排列方式不同→物理性质差异大；化学性质基本相似。 物质 结构特点 物理性质 用途 金刚石 立体网状结构 ①天然存在的最硬物质； ②无色透明、正八面体形状（打磨后有光泽）； ③透光性、导热性好 ①裁玻璃、切割大理石、作钻井钻头； ②打磨后作钻石（装饰品）； ③光学窗口涂层、集成电路散热层 石墨 层状结构 ①灰黑色、有金属光泽、质软；②有滑腻感； ③熔点高； ④导电性优良 ①作铅笔芯（质软）、润滑剂（滑腻）； ②作高温润滑剂（熔点高）； ③作高铁受电滑板、电极（导电性好） C60 形似足球的分子结构 具有特殊的物理、化学性质 应用于超导、催化、新材料、医学等领域 【典例1】(25-26九上·辽宁锦州凌海第二初级中学·月考)物质的性质决定物质的用途。下列物质的性质与其用途描述有错误的是 A．石墨灰黑、滑腻，可用于制作铅笔芯 B．CO能与氧化铜反应，可用于冶金工业 C．CO2能参与光合作用，可用于气体肥料 D．金刚石具有良好的透光性，可用作光学仪器涂层 【变式1-1】(25-26九上·辽宁本溪·月考)石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。下图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是        A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质 B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化 C．金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质 D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大 【变式1-2】(23-24九上·辽宁丹东第十九中学·月考)现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是 ①同一种元素可以形成多种单质   ②同种元素构成的物质不一定是纯净物 ③单质可能存在复杂的分子结构 ④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。 A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④ 【变式1-3】(23-24九上·辽宁鞍山岫岩县石灰窑镇中学·月考)下列关于金刚石和石墨的说法中，正确的是 A．都是黑色固体 B．都有良好的导电性 C．硬度都很大 D．都由碳原子构成 题型02 碳单质的化学性质 化学性质 反应类型 化学方程式 现象 应用场景 常温下的稳定性 常温下不活泼，难与其他物质反应 —— 性质稳定，受温度、压强影响小 古代字画长期保存、木质电线杆烧焦防腐 可燃性（与 O₂反应） 氧气充足（完全燃烧） 发出白光，放出大量热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 作燃料（煤、木炭等） 氧气不足（不完全燃烧） 放出热量，生成有毒气体 CO（会与血红蛋白结合，影响输氧），需注意通风 （燃料燃烧不充分时发生） 还原性（与金属氧化物反应） 还原氧化铜（典型反应） 黑色粉末逐渐变为红色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；反应条件为高温（非加热） 冶炼金属 还原氧化铁（工业应用） 红色粉末逐渐变为黑色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；需在高温条件下进行 工业炼铁（辅助反应） 【典例2】(25-26九上·辽宁本溪实验中学·月考)下列用途中，利用了碳的化学性质的是 ①石墨作铅笔芯    ②金刚石切割玻璃    ③活性炭作滤毒剂    ④作燃料    ⑤冶炼金属 A．①②③④ B．③④⑤ C．④⑤ D．①③⑤ 【变式2-1】(2025·辽宁省阜新市·二模)碳单质的下列用途与其化学性质有关的是 A．活性炭作吸附剂 B．金刚石用来切割玻璃 C．焦炭用于冶金 D．石墨作电极 【变式2-2】(2025·辽宁省丹东市·模拟)用碳素墨水书写具有保存价值档案的最主要原因是 A．碳素墨水颜色浓黑，书写字迹清晰 B．碳素墨水易挥发，字迹干得快 C．碳素墨水防水能力强，字迹不易模糊 D．碳常温时化学性质稳定，字迹不易褪色 【变式2-3】(24-25九上·辽宁大连金州区·期末)腊月二十四，写福字。写福字贴对联是农历新年的传统年俗，既表达了人们对美好生活的向往，也是中国年文化的传承。用墨写的福字在次年更换时墨迹依然清晰，体现出碳单质具有 A．可燃性 B．氧化性 C．常温下，碳的化学性质稳定 D．还原性 题型03 实验探究——木炭还原氧化铜 【典例3】(25-26九上·辽宁鞍山·月考)如图是木炭还原氧化铜反应的实验装置图。下列说法不正确的是 A．给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中，提高温度 B．实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑 C．在高温下活性炭也能使氧化铜还原为铜 D．实验结束后，应先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，目的是防止生成的铜再次被氧化 【变式3-1】(24-25九上·辽宁辽阳灯塔·月考)实验小组的同学按照如图1所示装置进行木炭还原氧化铜的实验，实验时，试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示，下列分析不正确的是 A．M点时反应未开始 B．N点对应的固体物质有木炭、氧化铜、铜三种 C．实验结束时，应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面 D．的过程中，木炭表现出还原性，木炭将氧化铜还原为铜 【变式3-2】(24-25九上·辽宁营口西区育才中学·月考)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点对应的固体物质只有两种 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 【变式3-3】(25-26九上·辽宁铁岭调兵山·月考)实验是学习化学的重要途径。 I.如图所示是初中化学常见的气体发生与收集装置，根据要求回答下列问题。 (1)写出图中标号a的仪器名称 。 (2)实验室用高锰酸钾制取氧气，可选择A装置作发生装置，依据是 。 (3)若选用B装置作发生装置来制取氧气，则发生反应的化学方程式为 。 (4)F装置中装有半瓶水，张同学用此装置从 (填c或d)端通入氧气，待水排尽，将带火星的小木条伸入所得瓶中气体，发现木条仍然复燃，由此你获得的启示是 。 (5)氢气是密度小于空气、难溶于水的气体，实验室用稀硫酸溶液和锌粒反应制取氢气，若要制取较纯净的氢气，则应选择的发生和收集装置为 (从A—F中选择装置编号)。 II.兴趣小组用如图1装置进行木炭还原氧化铜的实验，回答下列问题。 (6)图1实验中酒精灯加金属网罩的目的是 。实验刚开始时，导管口有气泡产生，但未观察到试管B中新制的澄清石灰水变浑浊，可能的原因是 。木炭与氧化铜反应的化学方程式为 。 (7)实验后，同学们推测碳与氧化铜反应除了生成CO2外可能还产生CO，小明利用图2装置继续进行实验，加热固体混合物，测得CO、CO2的体积分数随时间变化情况如图3所示。 ①初始时CO2的体积分数不为0，原因是 。 ②老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因： 。 题型04 木炭还原氧化铜的计算 一、计算依据 质量守恒定律：反应前后元素种类、原子个数、总质量不变。 化学方程式中各物质的质量比 = 相对分子质量（或相对原子质量）× 化学计量数 之比。该反应中各物质质量比(m(C):m(CuO}):m(Cu):m(CO2) = 12:(2×80):(2×64):44 =3:40:32:11 二、常见计算类型 1. 已知反应物质量，求生成物质量 解题步骤：① 写出配平的化学方程式；② 计算相关物质的质量比；③ 设未知数，列比例式；④ 求解，写出答案。 示例：12g 木炭完全反应，生成铜的质量是多少？ 解：设生成铜的质量为x 12 128 12g x 2. 已知生成物质量，求反应物质量 示例：生成 64g 铜，至少需要氧化铜的质量是多少？ 解：设需要氧化铜的质量为y 160 128 y 64g 3. 含杂质的计算（拓展考点） 注意：化学方程式计算中，只能用纯净物的质量，杂质不参与反应。公式：纯净物质量 = 混合物质量 × 纯净物质量分数 三、计算易错点 1　 化学方程式未配平就计算，导致质量比错误。 2　 相对分子质量计算错误（如CuO相对分子质量算成64+16=80，不要漏乘化学计量数2）。 3　 混淆 “反应物恰好完全反应” 和 “某一反应物过量”，过量物质不能全部代入计算。 4　 含杂质计算时，直接用混合物质量代入方程式。 【典例4】(25-26九上·辽宁沈阳沈北新区·月考)某化学小组探究碳单质与氧化铜反应的实验，装置图如下。打开弹簧夹，用酒精喷灯加热混合物几分钟。然后先撤出导管、停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却。 请完成下列分析及计算： (1)实验中试管①内观察到 。 (2)停止加热后，用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是 。 (3)要使640 g氧化铜完全还原，理论上需要碳单质的质量是多少？ 【变式4-1】(25-26九上·辽宁大连瓦房店·月考)学习了碳的化学性质后，社团同学利用如图装置进行木炭和氧化铜反应的实验，如表为实验的相关数据。 反应过程 试管中固体的总质量/g 反应前 1.75 反应后 1.31 (1)实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后 ，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量。 (2)计算本次实验中参加反应的氧化铜的质量。（写出计算过程，结果精确到0.1g） 【变式4-2】(25-26九上·辽宁丹东第五中学·月考磷元素是人类发现的第一种元素。为了解磷元素的相关知识，学习小组查阅了相关资料： 资料1：德国炼金术师布兰德最先从尿液(含等)中炼出白磷，白磷隔绝空气高压加热后急速冷却，可得到有金属光泽的黑磷，黑磷的结构、性质与石墨相似。 资料2：中国科学家首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”，它是一种新的磷酸盐矿物，主要成分为，是人类在月球上发现的第六种新矿物。 资料3：发令枪的火药由氯酸钾()和红磷混合制成，撞击后发生剧烈反应，发出响声并产生白烟(成分是氯化钾和五氧化二磷)。 (1)黑磷具有的物理性质： (填写一条)，根据资料，试分析下列哪种结构符合黑磷的结构 (填写字母标号)。 A．    B．    C． (2)“嫦娥石”的主要成分含有钙、磷等，这里的“钙、磷”指的是 (选填“元素”、“原子”或“分子”)，计算中钙的质量分数 (嫦娥石的相对分子质量为1072，只列计算式不计算)。 (3)写出发令枪中氯酸钾和红磷相互发生反应的化学方程式： 。 【变式4-3】(25-26九上·辽宁盘锦兴隆台区辽河中学·月考)木炭用于金属冶炼在我国已经有几千年历史。实验小组探究木炭和氧化铜的反应模拟炼铜。 【提出问题】木炭燃烧时可能生成CO2也可能生成CO，那么木炭与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能？ 【作出猜想】 (1)猜想①：CO       猜想②：CO2       猜想③： 。 【设计方案】实验装置如图(浓硫酸具有吸水作用)。打开开关K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，打开K，熄灭酒精喷灯和酒精灯，再通一段时间氮气。 (2)B、D处的现象是___________(填序号)，则猜想③成立。 A．B中变浑浊，D处能点燃 B．B中变浑浊，D处不能点燃 C．B中无明显实验现象，D处能点燃 D．B中无明显实验现象，D处不能点燃 为探究CO的来源，小组同学在两个大试管中分别装入氧化铜和木炭质量比为13.3：1和13.3：2的混合粉末0.3g。向两个大试管中先通入足量氮气，然后同时加热两个大试管。利用传感器测定产生CO、CO2的浓度。实验结果如图所示。 (3)由图可知，反应先生成 气体(填化学式)；若增加固体混合物中木炭的质量分数，CO的浓度 (选填“不变”“变大”或“变小”)。 (4)请结合图像分析图中a→b段的变化原因 (用化学方程式表示) 【实验再探】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？ 【查阅资料】 ①木炭与氧化铜反应也可能生成氧化亚铜(Cu2O)； ②氧化亚铜是红色固体，能与稀硫酸反应： ③铜也是红色固体，不能与稀硫酸反应 ④稀硫酸为无色液体，硫酸铜溶液为蓝色液体 据此资料，兴趣小组的同学进行了以下实验： (5)图1硬质玻璃管A冷却后，观察到黑色固体全部变为红色。 步骤一：取7.2 g该红色固体于试管中，滴加足量 ，充分反应，观察到 (现象)，证明有Cu2O。 步骤二：再将试管中的物质过滤，将滤渣洗涤、干燥、称量，称得滤渣质量为a g。 【数据分析，得出结论】 (6)7.2 g红色固体是Cu和Cu2O的混合物，a的范围是 。 为确定C和CuO反应的最佳温度，小组同学利用原位X射线粉末衍射仪来测定不同温度下反应4小时后的固体物质成分，实验结果如图所示，根据图3所示回答下列问题： (7)800℃时，固体产物中含有 。 (8)用C还原CuO制取纯净的Cu，反应温度至少要控制在 ℃以上。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 6.1 碳单质的多样性 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 题型02 碳单质的化学性质 题型03 实验探究——木炭还原氧化铜 题型04 木炭还原氧化铜的计算 题型01 金刚石、石墨、C60等碳单质的物理性质、用途 三种物质都是碳元素组成的单质，但碳原子排列方式不同→物理性质差异大；化学性质基本相似。 物质 结构特点 物理性质 用途 金刚石 立体网状结构 ①天然存在的最硬物质； ②无色透明、正八面体形状（打磨后有光泽）； ③透光性、导热性好 ①裁玻璃、切割大理石、作钻井钻头； ②打磨后作钻石（装饰品）； ③光学窗口涂层、集成电路散热层 石墨 层状结构 ①灰黑色、有金属光泽、质软；②有滑腻感； ③熔点高； ④导电性优良 ①作铅笔芯（质软）、润滑剂（滑腻）； ②作高温润滑剂（熔点高）； ③作高铁受电滑板、电极（导电性好） C60 形似足球的分子结构 具有特殊的物理、化学性质 应用于超导、催化、新材料、医学等领域 【典例1】(25-26九上·辽宁锦州凌海第二初级中学·月考)物质的性质决定物质的用途。下列物质的性质与其用途描述有错误的是 A．石墨灰黑、滑腻，可用于制作铅笔芯 B．CO能与氧化铜反应，可用于冶金工业 C．CO2能参与光合作用，可用于气体肥料 D．金刚石具有良好的透光性，可用作光学仪器涂层 【答案】D 【详解】A、石墨灰黑且滑腻，灰黑色使其能在纸上留下痕迹，用于制作铅笔芯，正确； B、CO具有还原性，能与氧化铜反应冶炼金属，用于冶金工业，正确； C、CO2是光合作用原料，可作为气体肥料促进植物生长，正确； D、金刚石具有良好的透光性，但用于光学仪器涂层主要利用其高硬度和耐磨性，而非透光性，错误。 故选D。 【变式1-1】(25-26九上·辽宁本溪·月考)石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。下图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是        A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质 B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化 C．金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质 D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大 【答案】C 【详解】A、金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质，该选项说法正确； B、将石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化，该选项说法正确； C、硬度属于物理性质，该选项说法不正确； D、由于碳原子，排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大，该选项说法正确。 故选C。 【变式1-2】(23-24九上·辽宁丹东第十九中学·月考)现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是 ①同一种元素可以形成多种单质   ②同种元素构成的物质不一定是纯净物 ③单质可能存在复杂的分子结构 ④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。 A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④ 【答案】D 【详解】①同一种元素可以形成多种单质，如氧元素可以形成氧气、臭氧，碳元素可以形成金刚石、石墨，该说法正确； ②同种元素构成的物质有多种，故同种元素构成的物质不一定是纯净物，如C60和C90形成的物质中只含碳元素一种元素，但属于混合物，该说法正确； ③单质中可能含有多个原子，可能存在复杂的分子结构，该说法正确； ④同种元素形成的单质之间能相互转化，单质越多，则存在的相互转化也可能越多，该说法正确。 故选D。 【变式1-3】(23-24九上·辽宁鞍山岫岩县石灰窑镇中学·月考)下列关于金刚石和石墨的说法中，正确的是 A．都是黑色固体 B．都有良好的导电性 C．硬度都很大 D．都由碳原子构成 【答案】D 【详解】A、金刚石是无色透明的正八面体形状的固体，石墨是深灰色有金属光泽的细鳞片状的固体，故选项A说法错误； B、石墨具有良好的导电性，金刚石不具有导电性，故选项B说法错误； C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨很软，故选项C说法错误； D、金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，都是由碳原子构成的，故选项D说法正确。 故选D。 题型02 碳单质的化学性质 化学性质 反应类型 化学方程式 现象 应用场景 常温下的稳定性 常温下不活泼，难与其他物质反应 —— 性质稳定，受温度、压强影响小 古代字画长期保存、木质电线杆烧焦防腐 可燃性（与 O₂反应） 氧气充足（完全燃烧） 发出白光，放出大量热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 作燃料（煤、木炭等） 氧气不足（不完全燃烧） 放出热量，生成有毒气体 CO（会与血红蛋白结合，影响输氧），需注意通风 （燃料燃烧不充分时发生） 还原性（与金属氧化物反应） 还原氧化铜（典型反应） 黑色粉末逐渐变为红色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；反应条件为高温（非加热） 冶炼金属 还原氧化铁（工业应用） 红色粉末逐渐变为黑色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；需在高温条件下进行 工业炼铁（辅助反应） 【典例2】(25-26九上·辽宁本溪实验中学·月考)下列用途中，利用了碳的化学性质的是 ①石墨作铅笔芯    ②金刚石切割玻璃    ③活性炭作滤毒剂    ④作燃料    ⑤冶炼金属 A．①②③④ B．③④⑤ C．④⑤ D．①③⑤ 【答案】C 【详解】物理性质：物质不需要化学变化就表现出的性质。包括：颜色、气味、熔点、沸点、密度、硬度、溶解性、挥发性、延展性、导电性、吸水性、吸附性等； 化学性质：物质在化学变化中表现出来的性质。可燃性、氧化性、还原性、活泼性、稳定性、腐蚀性、毒性、金属活动性等。 ①石墨作铅笔芯利用其软度和润滑性（物理性质）； ②金刚石切割玻璃利用其硬度（物理性质）； ③活性炭作滤毒剂利用其吸附性（物理性质）； ④作燃料涉及碳的燃烧（化学性质）； ⑤冶炼金属涉及碳的还原性（化学性质）。 故利用化学性质的为④和⑤。 故选C。 【变式2-1】(2025·辽宁省阜新市·二模)碳单质的下列用途与其化学性质有关的是 A．活性炭作吸附剂 B．金刚石用来切割玻璃 C．焦炭用于冶金 D．石墨作电极 【答案】C 【详解】A、活性炭吸附性基于其多孔结构，属物理性质；不符合题意。 B、金刚石切割玻璃利用其硬度大，属物理性质；不符合题意。 C、焦炭冶金时作为还原剂参与反应，体现还原性（化学性质）；符合题意。 D、石墨导电性属物理性质；不符合题意。 故选C。 【变式2-2】(2025·辽宁省丹东市·模拟)用碳素墨水书写具有保存价值档案的最主要原因是 A．碳素墨水颜色浓黑，书写字迹清晰 B．碳素墨水易挥发，字迹干得快 C．碳素墨水防水能力强，字迹不易模糊 D．碳常温时化学性质稳定，字迹不易褪色 【答案】D 【详解】用碳素墨水书写具有保存价值档案的最主要原因是：常温下碳的化学性质稳定，即使受日光照射或与氧气接触，也不易起变化。 故选D。 【变式2-3】(24-25九上·辽宁大连金州区·期末)腊月二十四，写福字。写福字贴对联是农历新年的传统年俗，既表达了人们对美好生活的向往，也是中国年文化的传承。用墨写的福字在次年更换时墨迹依然清晰，体现出碳单质具有 A．可燃性 B．氧化性 C．常温下，碳的化学性质稳定 D．还原性 【答案】C 【详解】墨汁主要成分是石墨即碳单质，用墨书写的福字在次年更换时墨迹依然清晰，与碳单质在常温下化学性质稳定有关系，与碳的可燃性和还原性都没有关系，碳不具有氧化性； 故选：C。 题型03 实验探究——木炭还原氧化铜 【典例3】(25-26九上·辽宁鞍山·月考)如图是木炭还原氧化铜反应的实验装置图。下列说法不正确的是 A．给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中，提高温度 B．实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑 C．在高温下活性炭也能使氧化铜还原为铜 D．实验结束后，应先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，目的是防止生成的铜再次被氧化 【答案】B 【详解】A、酒精灯火焰上加网罩，能集中火焰，提高温度，不符合题意； B、碳和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，可观察到黑色固体变红色，符合题意； C、在高温下，活性炭的主要成分是，具有还原性，也能使氧化铜还原为铜，不符合题意； D、实验结束后，应先撤出导管，停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，目的是防止生成的铜再次被氧化，不符合题意。 故选B。 【变式3-1】(24-25九上·辽宁辽阳灯塔·月考)实验小组的同学按照如图1所示装置进行木炭还原氧化铜的实验，实验时，试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示，下列分析不正确的是 A．M点时反应未开始 B．N点对应的固体物质有木炭、氧化铜、铜三种 C．实验结束时，应先熄灭酒精灯，再将导管移出水面 D．的过程中，木炭表现出还原性，木炭将氧化铜还原为铜 【答案】C 【分析】高温条件下氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。 【详解】A、M点时没有反应，无明显现象，反应未开始，该选项说法正确； B、N点对应的固体物质有3种，即反应生成的铜和没有反应的碳和氧化铜，该选项说法正确； C、实验结束时应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，以防止液体倒流炸裂试管，该选项说法不正确； D、木炭具有还原性，能与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，所以的过程中，木炭表现出还原性，木炭将氧化铜还原为铜，该选项说法正确。 故选C。 【变式3-2】(24-25九上·辽宁营口西区育才中学·月考)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点对应的固体物质只有两种 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，此时冒出的气体是装置①中的空气，选项错误； B、N点时固体部分反应，木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，故此时固体物质为氧化铜、木炭、铜三种，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水面，然后熄灭酒精灯，防止液体倒流，炸裂试管，选项错误； 故选C。 【变式3-3】(25-26九上·辽宁铁岭调兵山·月考)实验是学习化学的重要途径。 I.如图所示是初中化学常见的气体发生与收集装置，根据要求回答下列问题。 (1)写出图中标号a的仪器名称 。 (2)实验室用高锰酸钾制取氧气，可选择A装置作发生装置，依据是 。 (3)若选用B装置作发生装置来制取氧气，则发生反应的化学方程式为 。 (4)F装置中装有半瓶水，张同学用此装置从 (填c或d)端通入氧气，待水排尽，将带火星的小木条伸入所得瓶中气体，发现木条仍然复燃，由此你获得的启示是 。 (5)氢气是密度小于空气、难溶于水的气体，实验室用稀硫酸溶液和锌粒反应制取氢气，若要制取较纯净的氢气，则应选择的发生和收集装置为 (从A—F中选择装置编号)。 II.兴趣小组用如图1装置进行木炭还原氧化铜的实验，回答下列问题。 (6)图1实验中酒精灯加金属网罩的目的是 。实验刚开始时，导管口有气泡产生，但未观察到试管B中新制的澄清石灰水变浑浊，可能的原因是 。木炭与氧化铜反应的化学方程式为 。 (7)实验后，同学们推测碳与氧化铜反应除了生成CO2外可能还产生CO，小明利用图2装置继续进行实验，加热固体混合物，测得CO、CO2的体积分数随时间变化情况如图3所示。 ①初始时CO2的体积分数不为0，原因是 。 ②老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因： 。 【答案】(1)锥形瓶 (2)反应物为固体，反应条件为加热 (3) (4) d 使带火星的木条复燃的氧气浓度不一定需要100% (5)BE (6) 使火焰集中并提高温度 此时排出的气体是装置内的空气 (7) 装置内存在空气，空气中含有二氧化碳 碳与装置内的氧气反应会生成一氧化碳或反应生成的二氧化碳与碳在高温条件下反应会生成一氧化碳 【详解】（1）图中标号a的仪器名称是锥形瓶； （2）实验室用高锰酸钾制取氧气的原理是高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，该反应中反应物为固体，反应条件为加热，应选择固体加热型发生装置，即装置A，故选择A装置作发生装置的依据是反应物为固体，反应条件为加热； （3）B装置为固液常温型发生装置，则实验室用B装置制取氧气的原理是过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，化学方程式为； （4）F装置中装有半瓶水，由于氧气密度比水小，则用此装置从d端通入氧气，待水排尽，得到的氧气中混有空气，将带火星的小木条伸入瓶中气体，发现木条仍然复燃，由此获得的启示是：使带火星的木条复燃的氧气浓度不一定需要100%； （5）实验室用稀硫酸溶液和锌粒反应制取氢气，该反应中反应物为固体和液体，反应条件为常温，应选择固液常温型发生装置，即装置B，氢气密度比空气小、难溶于水，可采用向下排空气法或排水法收集，其中用排水法能收集到较纯净的氢气，即装置E，由于F装置中没有装满水，所以不能收集到纯净的氢气，综上可知，若要制取较纯净的氢气，应选择的发生和收集装置为BE； （6）图1实验中酒精灯加金属网罩的目的是使火焰集中并提高温度； 实验刚开始时，导管口有气泡产生，但未观察到试管B中新制的澄清石灰水变浑浊，原因是此时排出的气体是装置内的空气； 木炭与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为； （7）①初始时的体积分数不为0，原因是装置内存在空气，空气中含有二氧化碳； ②老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，原因是：碳与装置内的氧气反应会生成一氧化碳；或反应生成的二氧化碳与碳在高温条件下反应会生成一氧化碳。 题型04 木炭还原氧化铜的计算 一、计算依据 质量守恒定律：反应前后元素种类、原子个数、总质量不变。 化学方程式中各物质的质量比 = 相对分子质量（或相对原子质量）× 化学计量数 之比。该反应中各物质质量比(m(C):m(CuO}):m(Cu):m(CO2) = 12:(2×80):(2×64):44 =3:40:32:11 二、常见计算类型 1. 已知反应物质量，求生成物质量 解题步骤：① 写出配平的化学方程式；② 计算相关物质的质量比；③ 设未知数，列比例式；④ 求解，写出答案。 示例：12g 木炭完全反应，生成铜的质量是多少？ 解：设生成铜的质量为x 12 128 12g x 2. 已知生成物质量，求反应物质量 示例：生成 64g 铜，至少需要氧化铜的质量是多少？ 解：设需要氧化铜的质量为y 160 128 y 64g 3. 含杂质的计算（拓展考点） 注意：化学方程式计算中，只能用纯净物的质量，杂质不参与反应。公式：纯净物质量 = 混合物质量 × 纯净物质量分数 三、计算易错点 1　 化学方程式未配平就计算，导致质量比错误。 2　 相对分子质量计算错误（如CuO相对分子质量算成64+16=80，不要漏乘化学计量数2）。 3　 混淆 “反应物恰好完全反应” 和 “某一反应物过量”，过量物质不能全部代入计算。 4　 含杂质计算时，直接用混合物质量代入方程式。 【典例4】(25-26九上·辽宁沈阳沈北新区·月考)某化学小组探究碳单质与氧化铜反应的实验，装置图如下。打开弹簧夹，用酒精喷灯加热混合物几分钟。然后先撤出导管、停止加热，用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却。 请完成下列分析及计算： (1)实验中试管①内观察到 。 (2)停止加热后，用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是 。 (3)要使640 g氧化铜完全还原，理论上需要碳单质的质量是多少？ 【答案】(1)黑色固体逐渐变为红色 (2)防止澄清石灰水倒吸 (3)解：设理论上需要碳单质的质量是x x=48g 答：理论上需要碳单质的质量是48g。 【详解】（1）碳与氧化铜在高温下反应生成铜（红色固体）和二氧化碳，即，因此试管①内可观察到 “黑色固体逐渐变为红色”。 （2）停止加热后，试管内温度降低、压强减小，若不夹紧乳胶管，澄清石灰水会倒吸入热的试管，导致试管炸裂，因此夹紧乳胶管的目的是防止澄清石灰水倒吸。 （3）根据氧化铜的质量计算，见答案。 【变式4-1】(25-26九上·辽宁大连瓦房店·月考)学习了碳的化学性质后，社团同学利用如图装置进行木炭和氧化铜反应的实验，如表为实验的相关数据。 反应过程 试管中固体的总质量/g 反应前 1.75 反应后 1.31 (1)实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后 ，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量。 (2)计算本次实验中参加反应的氧化铜的质量。（写出计算过程，结果精确到0.1g） 【答案】(1)用弹簧夹夹紧乳胶管 (2)木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，化学反应前后物质的总质量不变，则生成二氧化碳的质量为：1.75g-1.31g=0.44g 解：设本次实验中参加反应的氧化铜的质量是x    x=1.6g 答：本次实验中参加反应的氧化铜的质量为1.6g 【详解】（1）实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管冷却后取出粉末并用电子天平称量质量，防止空气进入试管中，使反应生成的铜高温下重新被氧化； （2）见答案。 【变式4-2】(25-26九上·辽宁丹东第五中学·月考磷元素是人类发现的第一种元素。为了解磷元素的相关知识，学习小组查阅了相关资料： 资料1：德国炼金术师布兰德最先从尿液(含等)中炼出白磷，白磷隔绝空气高压加热后急速冷却，可得到有金属光泽的黑磷，黑磷的结构、性质与石墨相似。 资料2：中国科学家首次在月球上发现新矿物“嫦娥石”，它是一种新的磷酸盐矿物，主要成分为，是人类在月球上发现的第六种新矿物。 资料3：发令枪的火药由氯酸钾()和红磷混合制成，撞击后发生剧烈反应，发出响声并产生白烟(成分是氯化钾和五氧化二磷)。 (1)黑磷具有的物理性质： (填写一条)，根据资料，试分析下列哪种结构符合黑磷的结构 (填写字母标号)。 A．    B．    C． (2)“嫦娥石”的主要成分含有钙、磷等，这里的“钙、磷”指的是 (选填“元素”、“原子”或“分子”)，计算中钙的质量分数 (嫦娥石的相对分子质量为1072，只列计算式不计算)。 (3)写出发令枪中氯酸钾和红磷相互发生反应的化学方程式： 。 【答案】(1) 有金属光泽/具有良好的导电性/质软（合理即可） C (2) 元素 (3) 【详解】（1）物理性质是物质不需要通过化学变化就能表现出来的性质，根据题目信息，黑磷有金属光泽，常温下为固态、具有良好的导电性、质软（因为黑磷的结构、性质与石墨相似），这些都属于黑鳞的物理性质； 黑磷结构与石墨相似，石墨是层状结构，故选 C。 （2）物质由元素组成，“嫦娥石”的主要成分含有钙、磷等，这里的“钙、磷”指的是元素； 中钙的质量分数为。 （3）氯酸钾和红磷撞击反应生成氯化钾和五氧化二磷，化学方程式为。 【变式4-3】(25-26九上·辽宁盘锦兴隆台区辽河中学·月考)木炭用于金属冶炼在我国已经有几千年历史。实验小组探究木炭和氧化铜的反应模拟炼铜。 【提出问题】木炭燃烧时可能生成CO2也可能生成CO，那么木炭与氧化铜反应生成的气体是否也有多种可能？ 【作出猜想】 (1)猜想①：CO       猜想②：CO2       猜想③： 。 【设计方案】实验装置如图(浓硫酸具有吸水作用)。打开开关K，缓缓通入干燥的氮气一段时间，关闭K，点燃酒精喷灯和酒精灯，充分反应后，打开K，熄灭酒精喷灯和酒精灯，再通一段时间氮气。 (2)B、D处的现象是___________(填序号)，则猜想③成立。 A．B中变浑浊，D处能点燃 B．B中变浑浊，D处不能点燃 C．B中无明显实验现象，D处能点燃 D．B中无明显实验现象，D处不能点燃 为探究CO的来源，小组同学在两个大试管中分别装入氧化铜和木炭质量比为13.3：1和13.3：2的混合粉末0.3g。向两个大试管中先通入足量氮气，然后同时加热两个大试管。利用传感器测定产生CO、CO2的浓度。实验结果如图所示。 (3)由图可知，反应先生成 气体(填化学式)；若增加固体混合物中木炭的质量分数，CO的浓度 (选填“不变”“变大”或“变小”)。 (4)请结合图像分析图中a→b段的变化原因 (用化学方程式表示) 【实验再探】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？ 【查阅资料】 ①木炭与氧化铜反应也可能生成氧化亚铜(Cu2O)； ②氧化亚铜是红色固体，能与稀硫酸反应： ③铜也是红色固体，不能与稀硫酸反应 ④稀硫酸为无色液体，硫酸铜溶液为蓝色液体 据此资料，兴趣小组的同学进行了以下实验： (5)图1硬质玻璃管A冷却后，观察到黑色固体全部变为红色。 步骤一：取7.2 g该红色固体于试管中，滴加足量 ，充分反应，观察到 (现象)，证明有Cu2O。 步骤二：再将试管中的物质过滤，将滤渣洗涤、干燥、称量，称得滤渣质量为a g。 【数据分析，得出结论】 (6)7.2 g红色固体是Cu和Cu2O的混合物，a的范围是 。 为确定C和CuO反应的最佳温度，小组同学利用原位X射线粉末衍射仪来测定不同温度下反应4小时后的固体物质成分，实验结果如图所示，根据图3所示回答下列问题： (7)800℃时，固体产物中含有 。 (8)用C还原CuO制取纯净的Cu，反应温度至少要控制在 ℃以上。 【答案】(1)CO和CO2 (2)A (3) CO2 变大 (4) (5) 稀硫酸/稀H2SO4 红色固体部分溶解，溶液变蓝 (6)3.2＜a＜7.2 (7)Cu和Cu2O (8)900 【详解】（1）根据题目信息可知，反应生成的气体可能为一氧化碳或者二氧化碳，或者为两者的混合物，故猜想③为：CO和CO2。 （2）若B处澄清石灰水变浑浊，说明生成了二氧化碳，D处的气体能点燃，说明生成一氧化碳，则猜想③成立。故选A。 （3）由两图可知，反应均先生成CO2气体，左图氧化铜和木炭质量比为13.3：1，右图氧化铜和木炭质量比为13.3：2，由图像分析，右图产生的一氧化碳更多，故增加固体混合物中木炭的质量分数，CO的浓度变大。 （4）图中a→b段的变化原因是由于碳和二氧化碳在高温条件下会反应生成一氧化碳，则CO2的量出现了下降趋势。化学方程式为：。 （5）根据实验结论：含有Cu2O，再根据查阅资料②，则取7.2g红色固体于试管中，应滴加足量稀硫酸，充分反应，观察到的现象为红色固体部分溶解，溶液变蓝。 （6）采用极值法分析，假设红色固体全部是铜，则所得滤渣为铜，即a=7.2，假设红色固体全部是氧化亚铜，假设7.2g氧化亚铜完全反应生成铜的质量为x， x=3.2g 故当3.2＜a＜7.2时，红色固体是铜和氧化亚铜的混合物。 （7）根据图3，图中800℃对应的衍射峰有代表Cu、Cu2O、CuO的峰，因此固体产物含有Cu和Cu2O。 （8）用C还原CuO制取纯净的Cu，从图中可以看出，反应温度至少要控制在900℃以上，此时反应后的固体只有Cu。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $