课题3 结构多样的碳单质 第1课时（同步讲义）化学沪科版五四学制2024八年级全一册

本讲义聚焦碳单质的多样性，系统梳理金刚石、石墨、C₆₀等碳单质的结构、物理性质及用途，以“结构分析→性质探究→用途关联”为学习支架，揭示结构决定性质、性质决定用途的化学观念，构建完整知识脉络。 资料设计突出科学探究与实践，含石墨导电性实验、活性炭吸附作用等探究活动，结合即学即练与考点例题，培养科学思维。课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固知识，落实化学观念与科学态度，提升学习效果。

专题5 物质的微观构成 课题3 结构多样的碳单质 第1课时 碳元素何以组成多样的碳单质 教学目标 1．了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。 2．结合碳单质的实例，认识物质结构决定性质。 3．基于结构多样的碳单质，体会研究物质的组成与结构对认识和创造物质的重要意义。 重点和难点 重点：金刚石、石墨的物理性质和用途。 难点：不同的碳单质物理性质差异大的原因。 ◆知识点一 金刚石 2．金刚石的结构 3．金刚石的物理性质 （1）外观：无色透明的、正八面体形状的固体。 （2）光泽：折光率高，加工后璀璨夺目。 （3）硬度：天然存在的最硬的物质。 （4）特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。 4．金刚石的用途 性质 对应的用途 折光率高，加工后璀璨夺目 制装饰品(钻石) 天然存在的最硬的物质 制钻头、切割大理石、裁玻璃 金刚石薄膜透光性好 用作光学窗口和透镜的涂层 金刚石薄膜导热性好 用于集成电路基板散热 特别提醒： 1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如：金刚石和石墨的混合物） 2．同种元素组成的纯净物才是单质。 即学即练 1．中科院科研人员在实验室利用甲烷分裂出的碳原子“种”出了钻石。下列有关说法错误的是 A．钻石可用作装饰品 B．金刚石是黑色不透明的固体 C．金刚石是天然存在最硬的物质 D．金刚石是由原子直接构成的物质 【答案】B 【详解】A、钻石因其光泽和硬度，常用于珠宝首饰，如戒指、项链等，故说法正确； B、金刚石通常是无色透明或浅色透明的固体，具有高折射率，故说法错误； C、金刚石的莫氏硬度为10，是自然界中已知最硬的物质，故说法正确； D、金刚石是由碳原子直接构成的单质，故说法正确。 故选B。 2．下列物质的用途错误的是 A．金刚石琢磨成钻石 B．炭黑制铅笔芯 C．活性炭做冰箱除臭剂 D．石墨用做高铁受电弓滑板 【答案】B 【详解】A、天然采集到的金刚石经过琢磨后可制成璀璨夺目的钻石，用作装饰品，说法正确，不符合题意； B、石墨质软且能在纸上留下灰黑色痕迹，可制作铅笔芯，而不是炭黑，说法错误，符合题意； C、活性炭具有吸附性，能吸附色素及异味，可作冰箱除臭剂，说法正确，不符合题意； D、石墨具有导电性，可作高铁列车的受电弓滑板，说法正确，不符合题意。 故选：B。 ◆知识点二 石墨 1.石墨及其结构 2.石墨的物理性质 （1）外观：深灰色有金属光泽的不透明的细鳞片状固体 （2）硬度：质地较软 （3）导电导热性：有良好的导电性、导热性 （4）润滑性：有良好的润滑性 （5）熔点：熔点高，耐高温 观察与思考： （1）为什么石墨可用做制铅笔芯，而且书写起来很顺滑？ 石墨具有层状结构，层与层之间易滑动，且质地柔软，能在纸张上留下深灰色的痕迹。 （2）拉链不顺滑，为什么用铅笔涂一涂就可以轻松拉上？ 石墨的层状结构让其具有天然的润滑性，是良好的固体润滑剂。涂在拉链上，能减小齿轮间的摩擦力，使拉链轻松拉上。 （3）石墨制作铸造金属的模具的原因：石墨耐高温，不易变形。 3.石墨的用途 性质 对应的用途 深灰色、质软、有良好的润滑性 制铅笔芯 有良好的润滑性、耐高温 做机械高温润滑剂 熔点高，耐高温 制作高温模具和坩埚 良好的导电性 干电池电极 良好的导电性、润滑性；耐高温 高铁列车受电弓滑板 石墨导电性的实验探究： 实验步骤 （1）在白纸上用6B铅笔画两条宽度约1cm的不相交的线，两条线的首尾端分别形成相距约1cm的两个开口。 （2）将发光二极管和9V电池分别粘在两个开口处，使得电池的正、负极可用触碰到两条石墨线，观察发光情况 （3）移去电池，擦断其中一条线（注意擦干净），将电池重新接上，并观察发光情况。 现象记录 无 二极管发光 二极管不发光 实验结论 石墨有导电性 4.无定形碳 （1）组成：无定形碳由微小的石墨晶体和少量杂质。 （2）分类：无定形碳不属于碳的单质，属于混合物。 （3）种类：无定形碳有木炭、活性炭、焦炭和炭黑。 木炭和活性炭：有疏松多孔的结构，具有吸附性，可吸附色素、异味等。 ①木炭：用于除去食品和工业产品里的色素，作冰箱去味剂等。 ②活性炭：活性炭的吸附性比木炭强。用于制作防护口罩、防毒面具，用于除味剂、净水器、制糖工业中白糖脱色，吸附装修产生的有毒气体（环保活性炭包）等。 实验探究：活性炭的吸附作用 实验操作 向盛有100ml水的烧杯中，滴入1滴红墨水，再向其中加入约2克活性炭颗粒，并用玻璃棒充分搅拌，静置一段时间后，观察并记录实验现象。 实验现象 红色逐渐褪去 实验结论 活性炭具有吸附性，能吸附水中的色素，是溶液褪色。 ③焦炭：用于冶炼金属。 ④炭黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。 特别提醒： 1.石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。 2.碳和炭的区别：“碳”是元素名称，并不指具体某种物质；“炭”表示由碳元素组成的具体物质。 即学即练 1．物质的性质决定物质的用途。下列含碳物质中，常用于去除冰箱、汽车中的异味的是 A．活性炭 B．金刚石 C．石墨 D． 【答案】A 【详解】A、活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，用于去除冰箱、汽车中的异味，故正确； B、金刚石无吸附性，不能用于去除冰箱、汽车中的异味，故错误； C、石墨无吸附性，不能用于去除冰箱、汽车中的异味，故错误； D、C60不能用于去除冰箱、汽车中的异味，故错误。 故选A。 2．2025年3月，黑龙江发现超大型石墨矿床，该矿藏将强化中国在石墨供应链的主导地位。下列有关于石墨的说法不正确的是 A．石墨常温下化学性质稳定 B．石墨很坚硬 C．石墨具有优良的导电性 D．石墨有滑腻感 【答案】B 【详解】A、石墨属于碳单质，常温下碳单质的化学性质稳定，不符合题意； B、石墨为层状结构，层间作用力弱，易滑动，故质地较软而非坚硬，符合题意； C、石墨层内存在自由电子，可导电，因此可用作电极材料，不符合题意； D、石墨层间易滑动，可产生滑腻感，可用作固体润滑剂，不符合题意。 故选B。 ◆知识点三 足球烯 1.化学式：C60，属于单质。 2.构成：足球烯由C60分子构成。每个C60分子由60个碳原子构成，分子结构酷似足球，故称为足球烯。 3.性质与用途： C60的独特结构决定了它具有一些特殊的性质。C60 在生物、环境、材料、能源等领域具有广阔的应用前景。 4.碳纳米管：由单层或多层石墨形成的管状碳原子簇。因其独特的结构而具有很高的机械强度和优异的电学特性，在材料、催化、信息等领域有广泛应用。 5.金刚石、石墨、足球烯都是由碳元素组成的单质，但物理性质有很大差异，原因是：碳原子在空间的排列方式不同。 讨论与交流： 1.结合几种碳单质的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间的关系。 性质决定用途，用途体现性质。 2.由石墨制金刚石，从组成元素角度分析，你认为可能吗？ 可能，石墨和金刚石都是由碳元素组成的，二者的区别是碳原子的排列方式不同，通过外界条件可实现碳原子的排列方式的改变，从而由石墨转化为金刚石。 特别提醒： 1．金刚石和石墨都是由碳原子构成的，化学式为C，足球烯是由分子构成的，化学式为C60。 即学即练 1． C60的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60的叙述错误的是 A．C60是一种单质 B．1个C60分子是由60个碳原子构成的 C．C60不能与O2反应生成CO2 D．金刚石与C60里碳原子排列方式不同 【答案】C 【详解】A、单质是由同种元素组成的纯净物。C60只含有碳元素，因此是一种单质。A正确。 B、一个C60分子由60个碳原子构成。B正确。 C、碳单质（如木炭、石墨、金刚石）在氧气中充分燃烧，都能生成二氧化碳（CO2）。C60作为碳的同素异形体，也具有可燃性，在空气中燃烧会生成CO2。C错误。 D、金刚石中，碳原子以四面体方式排列，每个碳原子连接4个其他碳原子，形成坚硬的结构；C60中，碳原子排列成球形，由12个五边形和20个六边形组成。两者原子排列方式明显不同。D正确。 故选C。 2．下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是 A．三种物质都是由碳原子直接构成的 B．在三种物质中碳原子的排列方式都不相同 C．三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同 D．三种物质的组成元素相同，它们的性质也相同 【答案】B 【详解】A、金刚石、石墨都是由碳原子直接构成的单质，C60是由C分子构成的单质，故A错误； B、由金刚石、石墨和C60的结构模型图可知，三者中碳原子的排列方式不同，故B正确； C、相同元素组成的不同碳单质，它们的组成元素均为碳元素，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同，故C错误； D、由金刚石、石墨和C的结构模型图可知，碳原子的排列方式不同，物理性质差异很大，则相同元素组成的不同物质，性质不完全相同，故D错误。 故选B。 一、金刚石、石墨和足球烯的结构与性质比较 物质 金刚石 石墨 C60 结构模型 宏观组成 都是由碳元素组成的单质 构成物质的粒子 碳原子 碳原子 C60分子 物理性质 颜色状态 无色透明的固体，加工后璀璨夺目 灰黑色的固体，有金属光泽 具有一些特殊的物理和化学性质，可应用于超导、催化、能源及医学等领域 硬度 天然存在的最硬的物质 很软 导电性 不导电 优良 金刚石、石墨物理性质不同的原因：碳原子的排列方式不同。 实践应用 1．根据图示，下列说法中描述错误的是 A．四种物质都是由碳原子构成的 B．四种物质均可以在氧气中燃烧 C．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族 D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同 【答案】A 【详解】A、金刚石、石墨和碳纳米管都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，故选项说法不正确； B、金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是碳的单质，都可以在氧气中燃烧生成二氧化碳，故选项说法正确； C、碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族，故选项说法正确； D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子排列方式不同，故选项说法正确。 故选A。 2．根据图示，下列关于碳单质说法正确的是 A．四种物质均可以在氧气中燃烧 B．四种物质都是由碳原子直接构成的 C．石墨具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨性质没有明显的差异 【答案】A 【详解】A、金刚石、石墨、碳纳米管、均是由碳元素组成的碳单质，碳单质具有可燃性，故四种物质均可以在氧气中燃烧，说法正确，符合题意； B、金刚石、石墨、碳纳米管由碳原子构成，由分子构成，说法错误，不符合题意； C、石墨具有优良的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，说法错误，不符合题意； D、金刚石、石墨的碳原子排列方式不同，所以二者物理性质有明显差异，说法错误，不符合题意。 故选：A。 二、金刚石、石墨的物理性质与用途的对应关系 物质 性质 对应的用途 金刚石 加工后璀璨夺目 作装饰品——钻石 硬度大 裁玻璃、切割大理石、作钻机的钻头等 金刚石薄膜透光性好、硬度大 作透镜等光学仪器的涂层 金刚石薄膜导热性好 用于集成电路基板散热，提高芯片性能 石墨 很软、有滑腻感，且为灰黑色 制铅笔芯 导电性好 作电极 导电性好、有滑腻感、熔点高 制高铁列车的受电弓滑板 物质性质与用途的关系：性质决定用途，用途反映性质 实践应用 1．性质决定用途。下列碳单质的性质与其用途不相符的是 A．石墨有优良的导电性能——用于制铅笔芯 B．C60分子很稳定，有超导性——广泛应用于超导领域 C．金刚石是天然存在的最硬物质——用于装在钻探机的钻头上 D．活性炭疏松多孔，吸附能力强——用于天然水的净化 【答案】A 【详解】A、石墨用于制铅笔芯，利用了是石墨质软、呈深灰色的性质，与石墨有优良的导电性能无关，故错误； B、C60分子很稳定，有超导性，广泛应用于超导领域，故正确； C、金刚石是天然存在的最硬物质，硬度大，可用于装在钻探机的钻头上，故正确； D、活性炭疏松多孔，吸附能力强，可吸附色素和异味，可用于天然水的净化，故正确； 故选A。 2．下列有关“碳家族”成员的说法中，错误的是 A．石墨导电性好，可作电池的电极 B．木炭具有可燃性，可用作燃料 C．金刚石硬度大，可制成铅笔芯 D．活性炭吸附性强，可作冰箱除味剂 【答案】C 【详解】A、石墨具有导电性，则可作电极，该选项说法正确； B、木炭具有可燃性，可用作燃料，该选项说法正确； C、金刚石硬度大，则可用于切割玻璃，而不能作铅笔芯，该选项说法错误； D、活性炭疏松多孔，具有吸附性，能吸附颜色和异味，则可作冰箱除味剂，该选项说法正确。 故选C。 考点一 同种元素组成的物质 【例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是 A．臭氧（） B．液氧 C．一氧化碳 D．二氧化碳 【答案】A 【详解】A、臭氧和氧气是由氧元素形成的不同单质，互为同素异形体，故选项正确； B、液氧是液态的氧气，与氧气是同一种物质，不是同素异形体，故选项错误； C、一氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误； D、二氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误。 故选A。 解题要点 1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等） 2．同种元素组成的纯净物才是单质。 【变式1-1】某物质含有一种元素 A．可能是纯净物也可能是混合物 B．可能是单质也可能是化合物 C．一定是混合物 D．一定是纯净物 【答案】A 【详解】一种元素可组成不同的单质，如由氧元素组成的单质有氧气和臭氧，因此含有一种元素的不一定是纯净物，也有可能是由几种单质混合在一起的混合物；化合物是由两种及以上元素组成的纯净物，所以只含一种元素的一定不是化合物，故选：A。 【变式1-2】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。 考点二 金刚石、石墨和足球烯 【例2】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是 A．石墨具有良好的导电性 B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化 C．石墨可用于制作铅笔芯 D．石墨常温下化学性质不活泼 【答案】B 【详解】A、石墨具有良好的导电性，可用作电极材料，说法正确，不符合题意； B、以石墨为原料制造金刚石，该过程中有新物质生成，属于化学变化，说法错误，符合题意； C、石墨质软，能在纸上留下灰黑色的痕迹，可以用于制作铅笔芯，说法正确，不符合题意； D、石墨在常温下不易与其他物质发生化学反应，因此表现出不活泼的化学性质，说法正确，不符合题意。 故选：B。 解题要点 金刚石、石墨和足球烯都是由碳元素组成的单质，但物理性质不同，原因是碳原子的排列方式不同。金刚石无色透明、硬度大，石墨灰黑色，有金属光泽，有良好的导电性、导热性和润滑性，耐高温。 【变式2-1】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是 A．四种物质都是由碳原子构成的 B．四种物质均可以在氧气中燃烧 C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点 D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同 【答案】A 【详解】A、金刚石、石墨、碳纳米管都是由碳原子构成的，是由分子构成的，说法错误，符合题意； B、金刚石、石墨、碳纳米管、都属于碳单质，均可以在氧气中燃烧，说法正确，不符合题意； C、碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点，说法正确，不符合题意； D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子的排列方式不同，说法正确，不符合题意。 故选：A。 【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是 A．组成的元素不同 B．原子排列方式不同 C．构成的原子不同 D．原子的结构不同 【答案】B 【详解】A、金刚石和石墨都是由碳元素组成，该选项不符合题意； B、金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，则物理性质有很大差异，该选项符合题意； C、金刚石和石墨都是由碳原子构成，该选项不符合题意； D、构成金刚石和石墨的碳原子结构相同，该选项不符合题意。 故选B。 考点三 结构、性质与用途的关系 【例3】性质决定用途，用途体现性质。下列有关说法错误的是 A．石墨具有导电性——可用作电极 B．焦炭具有氧化性——可用于冶炼金属 C．干冰升华吸热——可用作食品快递过程中的制冷剂 D．金刚石硬度大—可用来裁割玻璃 【答案】B 【详解】A、石墨具有导电性，可用作电极，正确； B、焦炭具有还原性，可用于冶炼金属，错误； C、干冰升华吸热，可用作制冷剂，正确； D、金刚石硬度大，可用来裁割玻璃，正确。 故选B。 解题要点 结构决定性质，性质决定用途。金刚石无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；导电性好，可做电极；导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板； 【变式3-1】下列物质的用途主要利用其化学性质的是 A．金刚石用于切割玻璃 B．石墨用作电极 C．活性炭用于除去水中的异味 D．焦炭用于冶炼金属 【答案】D 【详解】A、金刚石用于切割玻璃，是利用金刚石硬度大的性质，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，不符合题意； B、石墨用作电极，是利用石墨的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，不符合题意； C、活性炭用于除去水中的异味，是利用活性炭的吸附性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，不符合题意； D、焦炭用于冶炼金属，是利用焦炭的还原性，该性质需要在化学变化中表现出来，属于化学性质，符合题意。 故选：D。 【变式3-2】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 【答案】D 【详解】A.石墨和石墨烯虽然都是由碳原子构成，但石墨是层状结构，而石墨烯是单层碳原子构成，两者的碳原子排列方式不同，属于两种不同物质，故A 错误； B.金刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C60 是由C60分子构成的，故B错误； C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，而不是化学性质，故C错误； D.金刚石和石墨的物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同，故D正确； 故选：D。 考点四 根据信息判断碳单质的性质 【例4】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质—“T-碳”（化学式为 C）。有关“T-碳”的说法错误的是 A．完全燃烧的产物是二氧化碳 B．常温下化学性质稳定 C．由原子直接构成 D．物理性质与石墨相似 【答案】D 【详解】A、由“T-碳”的化学式为C可知，“T-碳”是由碳元素组成的单质，则其完全燃烧的产物是二氧化碳，故A不符合题意； B、单质碳常温下化学性质稳定，“T-碳”属于单质碳，所以常温下化学性质稳定，故B不符合题意； C、由“T-碳”的化学式为C可知，“T-碳”是由原子直接构成，故C不符合题意； D、由于构成“T-碳”和石墨的碳原子的排列方式不同，二者的物理性质不同，故D符合题意。 故选D。 【变式4-1】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，具有良好的导电性，其主要成分是石墨烯和碳纳米管等。下列关于“碳海绵”的说法不正确的是 A．“碳海绵”能浮在水面上 B．“碳海绵”是一种新型的化合物 C．“碳海绵”可作电极 D．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 【答案】B 【详解】A、“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，密度比水小，则“碳海绵”能浮在水面上，不符合题意； B、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管等，由多种物质混合而成，属于混合物，符合题意； C、“碳海绵”具有良好的导电性，可作电极，不符合题意； D、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管等，石墨烯和碳纳米管均属于碳单质，碳单质完全燃烧生成二氧化碳，不符合题意。 故选B。 【变式4-2】2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列关于碳纤维的说法正确的是 A．碳纤维是一种新型化合物 B．碳纤维与金刚石的物理性质完全相同 C．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 D．碳纤维中碳原子的最外层电子数为6 【答案】C 【详解】A、化合物是由两种或两种以上元素组成的纯净物，而碳纤维是由碳原子构成的单质，只含一种元素，不是化合物，故A错误； B、碳纤维和金刚石都是由碳元素组成的单质，但它们的原子排列方式不同，导致物理性质有很大差异，如金刚石硬度极大，而碳纤维具有良好的柔韧性等，故B错误； C、碳纤维是碳单质，碳在氧气中充分燃烧会生成二氧化碳，所以碳纤维在氧气中充分燃烧也会生成二氧化碳，故C正确； D、碳原子的最外层电子数为4，故D错误。 故选：C。 基础达标 1．金刚石、石墨都属于碳单质，有关两者的说法中不正确的是 A．金刚石是天然存在的最硬的物质，故可用来裁玻璃、切割大理石 B．石墨可用作电极材料，说明石墨具有导电性 C．金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，故两者属于同一种物质 D．金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，故两者的化学性质相同 【答案】C 【详解】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，硬度大的物质可用于裁玻璃、切割大理石等硬质材料，故选项A正确； B、石墨可用作电极材料，而电极材料需要具备导电性，这说明石墨具有导电性，故选项B正确； C、金刚石和石墨虽然都由碳元素组成，但它们的原子排列方式不同，金刚石是正四面体结构，石墨是层状结构，导致它们的物理性质有很大差异，属于不同的物质，故选项C错误； D、金刚石和石墨都由碳元素组成的单质，同种元素组成的单质，所以两者的化学性质相同，故选项D正确。 故选C。 2．金刚石、石墨、足球烯是三种典型的碳单质，下列关于它们的说法正确的是 A．都由碳元素组成 B．碳原子排列方式相同 C．都是同一种物质 D．物理性质相似 【答案】A 【详解】A、金刚石、石墨、足球烯均为碳元素的同素异形体，即由碳元素组成的不同单质，故选项说法正确； B、三者原子排列方式不同：金刚石为立体网状结构，石墨为层状结构，足球烯（如C60）为球状结构，故选项说法错误； C、金刚石、石墨和足球烯是同种元素组成的三种不同的物质，故选项说法错误； D、由于金刚石,石墨和结构中碳原子的排列方式不同,它们的物理性质差别很大，故选项说法错误。 故选：A。 3．2025年我国培育出全球最大单晶培育钻石。钻石主要由碳原子构成，下列物质与钻石构成微粒相同的是 A．石墨 B．氯化钠 C．二氧化硫 D．液氧 【答案】A 【详解】A、钻石由碳原子构成，石墨是碳的同素异形体，也由碳原子构成，正确； B、氯化钠由钠离子和氯离子构成，错误； C、二氧化硫由二氧化硫分子构成，错误； D、液氧由氧分子构成，错误。 故选：A。 4．（2025·河南南阳·一模）高铁车顶的石墨受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，维持高速运行。这一应用与石墨的下列性质无关的是 A．滑腻感 B．熔点高 C．金属光泽 D．导电性 【答案】C 【详解】A、石墨具有滑腻感，因此用石墨制成的受电弓滑板能够减小与接触网的摩擦，故A不符合题意； B、高铁动车的高速运行是依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，因此石墨制成的受电弓滑板应该具有耐高温、熔点高的性质，故B不符合题意； C、高铁动车的高速运行是依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，与金属光泽无关，故C符合题意； D、受电弓滑板的主要用途是用于输电，因此石墨制成的电受电弓滑板与石墨的导电性有关，故D不符合题意。 故选C。 5．碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如等。下列对于碳单质的认识中，不正确的是 A．石墨转化为金刚石属于化学变化 B．金刚石、石墨、都由原子直接构成 C．所有的碳单质都能导电 D．等碳材料是一种未来革命性材料 【答案】BC 【详解】A、石墨和金刚石是碳元素形成的不同单质，石墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化，此选项正确； B、金刚石、石墨由原子构成，由分子构成，此选项错误； C、不是所有碳单质都导电，如金刚石不导电,此选项错误； D、、、等碳材料有特殊性质，是未来革命性材料,此选项正确。 故选BC。 6．下列物质与其用途的对应关系，不正确的是 A．石墨——润滑剂 B．金刚石——制作切割工具等 C．活性炭——制造掘进机钻头 D．炭黑——制造碳素墨水 【答案】C 【详解】A、石墨是一种碳的同素异形体，具有良好的润滑性能。它常被用作高温或高压环境下的润滑剂。A正确。 B、 金刚石是天然存在的最硬物质，也是碳的同素异形体。其极高的硬度使其适合用于制作切割工具、钻头或研磨材料。B正确。 C、活性炭是一种多孔结构的碳，具有强吸附性，常用于净化空气、水或防毒面具中。C不正确。 D、 炭黑是一种无定形碳，颗粒细小，颜色深黑且稳定，常用于制造颜料、橡胶增强剂或墨水。D正确。 故选C。 7．（2025·甘肃陇南·三模）如图为碳单质在生产、生活中的应用，下列说法中正确的是 A．①体现了金刚石的熔点高 B．②是碳纳米管的实际应用 C．③体现了石墨的绝缘性好 D．④体现了活性炭疏松多孔的结构 【答案】D 【详解】A、①中利用金刚石切割玻璃，体现的是金刚石硬度大的性质，而不是熔点高，错误； B、②中展示的是铅笔芯，铅笔芯主要成分是石墨，并非碳纳米管的实际应用，错误； C、③中用石墨作电极，体现的是石墨的导电性良好，而不是绝缘性好，错误； D、④中利用活性炭吸附异味，是因为活性炭具有疏松多孔的结构，有很强的吸附性，正确。 故选D。 8．某物质只含有碳元素，从物质分类上看，它不可能是 A．混合物 B．纯净物 C．单质 D．化合物 【答案】D 【详解】A.混合物由不同种物质组成，一种元素可以组成多种单质，如碳元素可以组成金刚石、石墨等，金刚石和石墨放在一起为混合物，故只由碳元素组成的物质可以是混合物； B.纯净物是由一种物质的。金刚石是只由碳元素组成的纯净物，故只由碳元素组成的物质可以是纯净物； C.单质是由一种元素组成的纯净物，金刚石是只由碳元素一种元素组成的纯净物，故只由碳元素组成的物质可以是单质； D.化合物是由不同种元素组成的纯净物，所以化合物中至少含有两种元素，故只由碳元素组成的物质不会是化合物； 故选D。 9．碳的单质有多种，请根据它们的用途填写对应的含碳物质名称： (1)可用于制铅笔芯的是 ； (2)可用于切割玻璃的是 ； (3)可用于制作电极的是 ； (4)可用于吸附色素和异味的是 。 【答案】(1)石墨 (2)金刚石 (3)石墨 (4)活性炭 【详解】（1）石墨质软且能在纸上留下灰黑色痕迹，可用于制铅笔芯； （2）金刚石硬度大，可用于切割玻璃； （3）石墨具有导电性，可用于制作电极； （4）活性炭具有吸附性，可用于吸附色素和异味。 10．在元素周期表中，某些元素展现出令人惊叹的特性：同一种元素，仅仅因为其微观结构的不同，就能形成结构和性质迥异的多种单质。 (1)石墨烯强度大、导电导热性能强属于它的 (填“物理”或“化学”)性质。 (2)碳在地壳中的含量不高，但碳在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。 ①图a为碳原子的结构示意图，其原子核内质子数为 。 ②图b、c、d对应三种碳单质，图b物质的名称是 ，可以用来 ；图c物质的一种用途是 。 (3)同种元素组成的不同单质间可以相互转化，如石墨在一定条件下能转化为金刚石，这一转化过程中属于 (填“化学变化”或“物理变化”)。 (4)常见的碳单质化学性质相似，但物理性质差别很大的原因是 。 【答案】(1)物理 (2) 6 金刚石 切割金属 作电极 (3)化学变化 (4)碳原子排列方式不同 【详解】（1）石墨烯强度大、导电导热性能强，这些性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质； （2）①在原子结构示意图中，圆圈内的数字为原子核内质子数，故碳原子核内质子数为6； ②由碳单质的结构图可知，图b的碳原子的排列是空间网状结构，是金刚石；图c碳原子的排列是层状结构，是石墨，图d的碳原子的排列是笼型结构，是C60，故填：金刚石； 金刚石硬度大，可用于切割金属；（合理即可） 图c为石墨，石墨具有导电性，可作电极； （3）石墨与金刚石是不同的物质，石墨在一定条件下能转化为金刚石，这一转化过程中有新物质生成，属于化学变化； （4）常见的碳单质化学性质相似，物理性质差别很大的原因是碳原子的排列方式不同，故填：碳原子的排列方式不同。 综合应用 11．（2025·江苏无锡·中考真题）金刚石和石墨具有相同的 A．组成 B．结构 C．性质 D．应用 【答案】A 【详解】A、组成指的是构成物质的元素种类。金刚石和石墨都由碳元素（C）组成，没有其他元素，因此组成相同，A正确。 B、结构指的是金刚石和石墨碳原子的排列方式，金刚石中碳原子以正四面体结构排列，石墨中碳原子以六边形层状结构排列，层间作用力弱，结构不同，B错误。 C、性质包括物理性质和化学性质。由于结构不同，金刚石硬度高、不导电、不易发生化学反应；石墨软、导电、层间易滑动，性质不同，C错误。 D、应用基于性质。金刚石用于切割工具、钻头、珠宝等（利用其硬度）；石墨用于铅笔芯、润滑剂、电极等（利用其软度和导电性），应用不同，D错误。 故选A。 12．（2025·福建·中考真题）下列用于制作简易净水装置的材料中，能吸附色素、去除异味的是 A．塑料瓶 B．小卵石 C．石英砂 D．活性炭 【答案】D 【详解】A. 塑料瓶仅作为容器，用于盛装其他材料，不具备吸附能力，选项错误。 B. 小卵石通过物理过滤拦截大颗粒杂质，无法吸附色素或异味，选项错误。 C. 石英砂用于过滤细小颗粒，属于物理过滤，无吸附作用，选项错误。 D. 活性炭因疏松多孔的结构，比表面积大，能通过物理吸附去除色素和异味，选项正确。 故选：D。 13．（2025·江苏苏州·二模）“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是 A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片 【答案】C 【详解】A、合成材料是通过化学合成方法制成的人造有机高分子材料，如塑料、合成纤维和合成橡胶。“超级黑”是碳纳米管材料，属于碳单质，是无机非金属材料，错误。 B、在单质中，元素的化合价均为0。“超级黑”是碳纳米管，由碳原子组成，属于碳单质，因此碳元素的化合价为0。错误。 C、碳单质在氧气充足且点燃的条件下能燃烧，生成二氧化碳。“超级黑”是碳纳米管，由碳元素组成，属于碳单质，因此在点燃条件下能与氧气反应而燃烧。正确。 D、题干明确说明“超级黑”的导热效率为铜的7倍，而铜是常用的散热片材料（因其导热性好）。因此，“超级黑”的导热性能更优，完全适合用于制作散热片。错误。 故选C。 14．（2025·广东深圳·一模）“见微知著，睹始知终”的智慧可用于化学学习。下图为碳单质的结构示意图，相关说法正确的是 A．六种碳单质都是由碳原子直接构成的 B．石墨、石墨烯和石墨炔是同种物质 C．六种物质含有同种原子，但原子的排列方式不同 D．金刚石非常坚硬，除它之外，其余物质都能在氧气中燃烧 【答案】C 【详解】A、六种碳单质不都是由碳原子直接构成的，金刚石、石墨是由碳原子构成的，是由分子构成的，故A错误； B、石墨、石墨烯和石墨炔的物质结构不同，属于不同的物质，故B错误； C、六种物质含有同种原子（即碳原子），但原子的排列方式不同，导致物理性质差异较大，故C正确； D、虽然金刚石非常坚硬，也能在氧气中燃烧，故D错误； 故选：C。 15．（2025·甘肃陇南·三模）如图是我国科学家成功合成的C10和C14两种碳分子材料，二者在物理性质上表现出不同的特性。下列说法中不正确的是 A．C10和C14都属于新型有机物 B．构成C10和C14的分子不同 C．二者物理性质存在差异是由于原子排列方式不同 D．C10和C14在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳 【答案】A 【详解】A、C10、C14均是由碳元素组成的纯净物，属于单质，说法错误，符合题意； B、C10是由C10分子构成的，C14是由C14分子构成的，二者构成的分子不同，说法正确，不符合题意； C、二者物理性质存在差异是由于碳原子排列方式不同，说法正确，不符合题意； D、C10、C14均是由碳元素组成的碳单质，碳单质具有可燃性，在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳，说法正确，不符合题意。 故选：A。 拓展培优 16．（2025·江苏徐州·三模）同种元素形成的不同单质互称同素异形体，下列两种物质属于同素异形体的是 A．CO和CO2 B．冰和干冰 C．白磷和红磷 D．汞和水银 【答案】C 【详解】A. CO和CO2均为化合物（含C、O两种元素），不符合“同种元素形成的单质”这一条件，故A不符合题意； B. 冰（H2O）和干冰（CO2）均为化合物，且元素组成不同，不属于同素异形体 ，故B不符合题意； C. 白磷（P4）和红磷（P）均由磷元素组成，但结构不同（白磷为正四面体，红磷为链状或层状），属于同素异形体 ，故C符合题意； D. 汞和水银是同一物质（Hg）的不同名称，并非不同单质，故D不符合题意。 故选C。 17．（24-25九年级上·湖北武汉·期末）石墨烯和石墨双炔都是由碳原子构成的物质，具有优良的导电性，其结构如图1所示；石墨双炔可实现氦气的分离提纯，其原理如图2所示。下列说法错误的是 A．石墨烯与石墨双炔的碳原子排列方式不同 B．石墨烯和石墨双炔均是由碳元素组成的单质 C．图2分离提纯氦气是利用了石墨双炔的吸附作用 D．石墨烯和石墨双炔充分燃烧的产物均为二氧化碳 【答案】C 【详解】A、根据图示，石墨烯与石墨双炔的碳原子排列方式不同，故选项说法正确； B、石墨烯和石墨双炔均是由碳元素组成的纯净物，属于单质，故选项说法正确； C、图2分离提纯氦气，根据图示，石墨双炔能通过较小的分子，阻隔较大的分子，从而将较大的分子与较小的分子分离，其原理与过滤原理类似，故选项说法错误； D、石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质，根据质量守恒定律，石墨烯和石墨双炔充分燃烧的产物均为二氧化碳，故选项说法正确； 故选C。 18．（2024·海南海口·模拟预测）《天工开物》中关于宝石的部分记载如下：“凡水晶出深山穴内瀑流石醇之中”，水晶的主要成分是，其结构与金刚石类似，下列关于水晶的说法不正确的是 A．水晶属于混合物 B．常温下是固体 C．难溶于水 D．主要成分由分子构成 【答案】D 【详解】A、水晶的主要成分是，则水晶属于混合物，故选项说法正确。 B、水晶是自然界中存在的矿物，可知其在常温下是固体，故选项说法正确。 C、由“凡水晶出深山穴内瀑流石醇之中”可知，水晶难溶于水，故选项说法正确。 D、水晶的主要成分是，其结构与金刚石类似，金刚石是由原子构成，因此二氧化硅不是由分子构成的，而是由原子构成，故选项说法不正确。 故选D。 19．中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒，可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性，结构如下。下列说法不正确的是    A．石墨烯和石墨双炔都是单质 B．石墨烯和石墨双炔性质完全相同 C．石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2 D．石墨烯和石墨双炔均可作电极材料 【答案】B 【详解】A、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知，石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质，说法正确； B、根据图示可知，石墨烯和石墨双炔中碳原子排列顺序不同，性质不完全相同，化学性质相同，物理性质不同，说法错误； C、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知，石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质，石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2 ，说法正确； D、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性”可知，石墨烯和石墨双炔均可作电极材料，说法正确。 故选B。 20．（2025·广东茂名·二模）金刚石“对顶砧”技术可“点水成冰”。在常温极高压条件下，水可形成密度更大的冰，原理如图。有关说法错误的是 A．金刚石和石墨物理性质存在明显差异是由于原子排列方式不同 B．根据上述用途可推测金刚石硬度大 C．水转化为“热冰”过程中分子体积变小 D．“热冰”和水所含的分子化学性质相同 【答案】C 【详解】A、金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但由于碳原子的排列方式不同，导致它们的物理性质存在明显差异，故选项说法正确； B、金刚石用于“对顶砧”技术，可推测其硬度大，故选项说法正确； C、水转化为“热冰”过程中，是分子间的间隔变小，而不是分子体积变小，故选项说法错误； D、“热冰”和水都是由水分子构成，同种分子，化学性质相同，故选项说法正确； 故选：C。 13 / 24 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题5 物质的微观构成 课题3 结构多样的碳单质 第1课时 碳元素何以组成多样的碳单质 教学目标 1．了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。 2．结合碳单质的实例，认识物质结构决定性质。 3．基于结构多样的碳单质，体会研究物质的组成与结构对认识和创造物质的重要意义。 重点和难点 重点：金刚石、石墨的物理性质和用途。 难点：不同的碳单质物理性质差异大的原因。 ◆知识点一 金刚石 2．金刚石的结构 3．金刚石的物理性质 （1）外观： 的、 形状的固体。 （2）光泽：折光率高，加工后璀璨夺目。 （3）硬度：天然存在的最 的物质。 （4）特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。 4．金刚石的用途 性质 对应的用途 折光率高，加工后璀璨夺目 制装饰品(钻石) 天然存在的最 的物质 制钻头、 、 金刚石薄膜 用作 金刚石薄膜 用于 特别提醒： 1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如：金刚石和石墨的混合物） 2．同种元素组成的纯净物才是单质。 即学即练 1．中科院科研人员在实验室利用甲烷分裂出的碳原子“种”出了钻石。下列有关说法错误的是 A．钻石可用作装饰品 B．金刚石是黑色不透明的固体 C．金刚石是天然存在最硬的物质 D．金刚石是由原子直接构成的物质 2．下列物质的用途错误的是 A．金刚石琢磨成钻石 B．炭黑制铅笔芯 C．活性炭做冰箱除臭剂 D．石墨用做高铁受电弓滑板 ◆知识点二 石墨 1.石墨及其结构 2.石墨的物理性质 （1）外观： 色有 的不透明的细鳞片状固体 （2）硬度：质地较 （3）导电导热性：有良好的 、 （4）润滑性：有良好的 （5）熔点：熔点高， 观察与思考： （1）为什么石墨可用做制铅笔芯，而且书写起来很顺滑？ 石墨具有 结构，层与层之间易滑动，且质地 ，能在纸张上留下 的痕迹。 （2）拉链不顺滑，为什么用铅笔涂一涂就可以轻松拉上？ 石墨的层状结构让其具有天然的 ，是良好的固体润滑剂。涂在拉链上，能减小齿轮间的摩擦力，使拉链轻松拉上。 （3）石墨制作铸造金属的模具的原因：石墨 。 3.石墨的用途 性质 对应的用途 深灰色、质软、有良好的润滑性 制 有良好的 、 做机械高温润滑剂 ，耐高温 制作高温模具和坩埚 良好的 干电池电极 良好的 、 ；耐高温 高铁列车受电弓滑板 石墨导电性的实验探究： 实验步骤 （1）在白纸上用6B铅笔画两条宽度约1cm的不相交的线，两条线的首尾端分别形成相距约1cm的两个开口。 （2）将发光二极管和9V电池分别粘在两个开口处，使得电池的正、负极可用触碰到两条石墨线，观察发光情况 （3）移去电池，擦断其中一条线（注意擦干净），将电池重新接上，并观察发光情况。 现象记录 无 二极管 二极管 实验结论 石墨有 4.无定形碳 （1）组成：无定形碳由微小的 和 。 （2）分类：无定形碳 碳的单质，属于混合物。 （3）种类：无定形碳有 、 、焦炭和炭黑。 木炭和活性炭：有 的结构，具有 ，可吸附 等。 ①木炭：用于除去食品和工业产品里的 ，作冰箱去味剂等。 ②活性炭：活性炭的吸附性比木炭 。用于制作 、 ，用于 、 、制糖工业中 ，吸附装修产生的 （环保活性炭包）等。 实验探究：活性炭的吸附作用 实验操作 向盛有100ml水的烧杯中，滴入1滴红墨水，再向其中加入约2克活性炭颗粒，并用玻璃棒充分搅拌，静置一段时间后，观察并记录实验现象。 实验现象 实验结论 活性炭具有 ，能吸附水中的 ，是溶液褪色。 ③焦炭：用于冶炼金属。 ④炭黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。 特别提醒： 1.石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。 2.碳和炭的区别：“碳”是元素名称，并不指具体某种物质；“炭”表示由碳元素组成的具体物质。 即学即练 1．物质的性质决定物质的用途。下列含碳物质中，常用于去除冰箱、汽车中的异味的是 A．活性炭 B．金刚石 C．石墨 D． 2．2025年3月，黑龙江发现超大型石墨矿床，该矿藏将强化中国在石墨供应链的主导地位。下列有关于石墨的说法不正确的是 A．石墨常温下化学性质稳定 B．石墨很坚硬 C．石墨具有优良的导电性 D．石墨有滑腻感 ◆知识点三 足球烯 1.化学式：C60，属于 。 2.构成：足球烯由 构成。每个C60分子由 构成，分子结构酷似足球，故称为足球烯。 3.性质与用途： C60的独特结构决定了它具有一些特殊的性质。C60 在 、 、 、 等领域具有广阔的应用前景。 4.碳纳米管：由单层或多层石墨形成的 。因其独特的结构而具有很高的机械强度和优异的电学特性，在材料、催化、信息等领域有广泛应用。 5.金刚石、石墨、足球烯都是由碳元素组成的单质，但物理性质有很大差异，原因是： 。 讨论与交流： 1.结合几种碳单质的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间的关系。 2.由石墨制金刚石，从组成元素角度分析，你认为可能吗？ 可能，石墨和金刚石都是由 组成的，二者的区别是 ，通过外界条件可实现碳原子的排列方式的改变，从而由石墨转化为金刚石。 特别提醒： 1．金刚石和石墨都是由碳原子构成的，化学式为C，足球烯是由分子构成的，化学式为C60。 即学即练 1． C60的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60的叙述错误的是 A．C60是一种单质 B．1个C60分子是由60个碳原子构成的 C．C60不能与O2反应生成CO2 D．金刚石与C60里碳原子排列方式不同 2．下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是 A．三种物质都是由碳原子直接构成的 B．在三种物质中碳原子的排列方式都不相同 C．三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同 D．三种物质的组成元素相同，它们的性质也相同 一、金刚石、石墨和足球烯的结构与性质比较 物质 金刚石 石墨 C60 结构模型 宏观组成 都是由 元素组成的单质 构成物质的粒子 物理性质 颜色状态 无色透明的固体，加工后璀璨夺目 灰黑色的固体， 具有一些特殊的物理和化学性质，可应用于超导、催化、能源及医学等领域 硬度 天然存在的 的物质 导电性 不导电 金刚石、石墨物理性质不同的原因： 实践应用 1．根据图示，下列说法中描述错误的是 A．四种物质都是由碳原子构成的 B．四种物质均可以在氧气中燃烧 C．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族 D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同 2．根据图示，下列关于碳单质说法正确的是 A．四种物质均可以在氧气中燃烧 B．四种物质都是由碳原子直接构成的 C．石墨具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨性质没有明显的差异 二、金刚石、石墨的物理性质与用途的对应关系 物质 性质 对应的用途 金刚石 加工后璀璨夺目 作装饰品—— 裁玻璃、 、作钻机的 等 金刚石薄膜透光性好、硬度大 作透镜等 金刚石薄膜导热性好 用于集成电路基板散热，提高芯片性能 石墨 很软、有滑腻感，且为灰黑色 作电极 导电性好、有滑腻感、熔点高 制高铁列车的受电弓滑板 物质性质与用途的关系： 决定 ， 反映 实践应用 1．性质决定用途。下列碳单质的性质与其用途不相符的是 A．石墨有优良的导电性能——用于制铅笔芯 B．C60分子很稳定，有超导性——广泛应用于超导领域 C．金刚石是天然存在的最硬物质——用于装在钻探机的钻头上 D．活性炭疏松多孔，吸附能力强——用于天然水的净化 2．下列有关“碳家族”成员的说法中，错误的是 A．石墨导电性好，可作电池的电极 B．木炭具有可燃性，可用作燃料 C．金刚石硬度大，可制成铅笔芯 D．活性炭吸附性强，可作冰箱除味剂 考点一 同种元素组成的物质 【例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是 A．臭氧（） B．液氧 C．一氧化碳 D．二氧化碳 解题要点 1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等） 2．同种元素组成的纯净物才是单质。 【变式1-1】某物质含有一种元素 A．可能是纯净物也可能是混合物 B．可能是单质也可能是化合物 C．一定是混合物 D．一定是纯净物 【变式1-2】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 考点二 金刚石、石墨和足球烯 【例2】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是 A．石墨具有良好的导电性 B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化 C．石墨可用于制作铅笔芯 D．石墨常温下化学性质不活泼 解题要点 金刚石、石墨和足球烯都是由碳元素组成的单质，但物理性质不同，原因是碳原子的排列方式不同。金刚石无色透明、硬度大，石墨灰黑色，有金属光泽，有良好的导电性、导热性和润滑性，耐高温。 【变式2-1】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是 A．四种物质都是由碳原子构成的 B．四种物质均可以在氧气中燃烧 C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点 D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同 【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是 A．组成的元素不同 B．原子排列方式不同 C．构成的原子不同 D．原子的结构不同 考点三 结构、性质与用途的关系 【例3】性质决定用途，用途体现性质。下列有关说法错误的是 A．石墨具有导电性——可用作电极 B．焦炭具有氧化性——可用于冶炼金属 C．干冰升华吸热——可用作食品快递过程中的制冷剂 D．金刚石硬度大—可用来裁割玻璃 解题要点 结构决定性质，性质决定用途。金刚石无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；导电性好，可做电极；导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板； 【变式3-1】下列物质的用途主要利用其化学性质的是 A．金刚石用于切割玻璃 B．石墨用作电极 C．活性炭用于除去水中的异味 D．焦炭用于冶炼金属 【变式3-2】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是 A．石墨和石墨烯是同种物质 B．金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的 C．石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质 D．金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同 考点四 根据信息判断碳单质的性质 【例4】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质—“T-碳”（化学式为 C）。有关“T-碳”的说法错误的是 A．完全燃烧的产物是二氧化碳 B．常温下化学性质稳定 C．由原子直接构成 D．物理性质与石墨相似 【变式4-1】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅，具有良好的导电性，其主要成分是石墨烯和碳纳米管等。下列关于“碳海绵”的说法不正确的是 A．“碳海绵”能浮在水面上 B．“碳海绵”是一种新型的化合物 C．“碳海绵”可作电极 D．“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳 【变式4-2】2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列关于碳纤维的说法正确的是 A．碳纤维是一种新型化合物 B．碳纤维与金刚石的物理性质完全相同 C．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 D．碳纤维中碳原子的最外层电子数为6 基础达标 1．金刚石、石墨都属于碳单质，有关两者的说法中不正确的是 A．金刚石是天然存在的最硬的物质，故可用来裁玻璃、切割大理石 B．石墨可用作电极材料，说明石墨具有导电性 C．金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，故两者属于同一种物质 D．金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，故两者的化学性质相同 2．金刚石、石墨、足球烯是三种典型的碳单质，下列关于它们的说法正确的是 A．都由碳元素组成 B．碳原子排列方式相同 C．都是同一种物质 D．物理性质相似 3．2025年我国培育出全球最大单晶培育钻石。钻石主要由碳原子构成，下列物质与钻石构成微粒相同的是 A．石墨 B．氯化钠 C．二氧化硫 D．液氧 4．（2025·河南南阳·一模）高铁车顶的石墨受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，维持高速运行。这一应用与石墨的下列性质无关的是 A．滑腻感 B．熔点高 C．金属光泽 D．导电性 5．碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如等。下列对于碳单质的认识中，不正确的是 A．石墨转化为金刚石属于化学变化 B．金刚石、石墨、都由原子直接构成 C．所有的碳单质都能导电 D．等碳材料是一种未来革命性材料 6．下列物质与其用途的对应关系，不正确的是 A．石墨——润滑剂 B．金刚石——制作切割工具等 C．活性炭——制造掘进机钻头 D．炭黑——制造碳素墨水 7．（2025·甘肃陇南·三模）如图为碳单质在生产、生活中的应用，下列说法中正确的是 A．①体现了金刚石的熔点高 B．②是碳纳米管的实际应用 C．③体现了石墨的绝缘性好 D．④体现了活性炭疏松多孔的结构 8．某物质只含有碳元素，从物质分类上看，它不可能是 A．混合物 B．纯净物 C．单质 D．化合物 9．碳的单质有多种，请根据它们的用途填写对应的含碳物质名称： (1)可用于制铅笔芯的是 ； (2)可用于切割玻璃的是 ； (3)可用于制作电极的是 ； (4)可用于吸附色素和异味的是 。 10．在元素周期表中，某些元素展现出令人惊叹的特性：同一种元素，仅仅因为其微观结构的不同，就能形成结构和性质迥异的多种单质。 (1)石墨烯强度大、导电导热性能强属于它的 (填“物理”或“化学”)性质。 (2)碳在地壳中的含量不高，但碳在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。 ①图a为碳原子的结构示意图，其原子核内质子数为 。 ②图b、c、d对应三种碳单质，图b物质的名称是 ，可以用来 ；图c物质的一种用途是 。 (3)同种元素组成的不同单质间可以相互转化，如石墨在一定条件下能转化为金刚石，这一转化过程中属于 (填“化学变化”或“物理变化”)。 (4)常见的碳单质化学性质相似，但物理性质差别很大的原因是 。 综合应用 11．（2025·江苏无锡·中考真题）金刚石和石墨具有相同的 A．组成 B．结构 C．性质 D．应用 12．（2025·福建·中考真题）下列用于制作简易净水装置的材料中，能吸附色素、去除异味的是 A．塑料瓶 B．小卵石 C．石英砂 D．活性炭 13．（2025·江苏苏州·二模）“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是 A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4 C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片 14．（2025·广东深圳·一模）“见微知著，睹始知终”的智慧可用于化学学习。下图为碳单质的结构示意图，相关说法正确的是 A．六种碳单质都是由碳原子直接构成的 B．石墨、石墨烯和石墨炔是同种物质 C．六种物质含有同种原子，但原子的排列方式不同 D．金刚石非常坚硬，除它之外，其余物质都能在氧气中燃烧 15．（2025·甘肃陇南·三模）如图是我国科学家成功合成的C10和C14两种碳分子材料，二者在物理性质上表现出不同的特性。下列说法中不正确的是 A．C10和C14都属于新型有机物 B．构成C10和C14的分子不同 C．二者物理性质存在差异是由于原子排列方式不同 D．C10和C14在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳 拓展培优 16．（2025·江苏徐州·三模）同种元素形成的不同单质互称同素异形体，下列两种物质属于同素异形体的是 A．CO和CO2 B．冰和干冰 C．白磷和红磷 D．汞和水银 17．（24-25九年级上·湖北武汉·期末）石墨烯和石墨双炔都是由碳原子构成的物质，具有优良的导电性，其结构如图1所示；石墨双炔可实现氦气的分离提纯，其原理如图2所示。下列说法错误的是 A．石墨烯与石墨双炔的碳原子排列方式不同 B．石墨烯和石墨双炔均是由碳元素组成的单质 C．图2分离提纯氦气是利用了石墨双炔的吸附作用 D．石墨烯和石墨双炔充分燃烧的产物均为二氧化碳 18．（2024·海南海口·模拟预测）《天工开物》中关于宝石的部分记载如下：“凡水晶出深山穴内瀑流石醇之中”，水晶的主要成分是，其结构与金刚石类似，下列关于水晶的说法不正确的是 A．水晶属于混合物 B．常温下是固体 C．难溶于水 D．主要成分由分子构成 19．中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒，可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性，结构如下。下列说法不正确的是    A．石墨烯和石墨双炔都是单质 B．石墨烯和石墨双炔性质完全相同 C．石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2 D．石墨烯和石墨双炔均可作电极材料 20．（2025·广东茂名·二模）金刚石“对顶砧”技术可“点水成冰”。在常温极高压条件下，水可形成密度更大的冰，原理如图。有关说法错误的是 A．金刚石和石墨物理性质存在明显差异是由于原子排列方式不同 B．根据上述用途可推测金刚石硬度大 C．水转化为“热冰”过程中分子体积变小 D．“热冰”和水所含的分子化学性质相同 14 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $