内容正文:
第七讲 碳和碳的氧化物
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1
课程标
准要求 1.碳单质的性质和用途;
2.一氧化碳的性质和用途;
3.通过实验探究认识二氧化碳的主要性质,认识物质的性
质与用途的关系;
4.以自然界中的碳循环为例,认识物质在自然界中可以相
互转化及其对维持人类生活与生态平衡的意义
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2
1.化学小组手抄报的主题是“碳”家族,下列内容与主题不符的是
( )
D
A.金刚石——自然界中“我”最硬
B.活性炭——吸附净水“小能手”
C.一氧化碳——冶金“大师” D.二氧化碳——空气污染“元凶”
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3
2.化学是以实验为基础的学科,下列实验室制取 的实验操作正
确的是( )
C
A. 的制取
B. 的验满
C. 的收集
D. 的检验
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4
3.高铁列车依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力,从
而维持高速运行。石墨可用于制造受电弓滑板,这一应用与石墨
的下列性质无关的是( )
A
A.金属光泽 B.滑腻感 C.导电性 D.熔点高
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4.(2025汕头澄海区一模)共建绿色生态,践行低碳生活。下列做
法符合上述理念的是( )
A
A.垃圾分类回收,促进资源再生
B.露天焚烧秸秆,快速处理废弃物
C.大量使用煤炭发电,保障能源供应
D.砍伐森林扩建农田,增加粮食产量
5.我国提出2060年实现碳中和的目标,体现了大国担当。碳中和中
的“碳”是指( )
C
A.碳单质 B.碳元素 C.二氧化碳 D.含碳物质
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碳单质的性质和用途
1.金刚石、石墨与 的物理性质和用途
碳单质 金刚石 石墨
物理性质 无色透明的固体,天
然存在的最____的
物质 灰黑色,有金属
光泽,质____,
有滑腻感,有优
良的______性能 由 分子构
成,具有一些
特殊的物理和
化学性质
硬
软
导电
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7
碳单质 金刚石 石墨
用途 作装饰品;裁玻璃、切割大
理石等;在特殊条件下制备
的金刚石薄膜,可用作透镜
等光学仪器的涂层;也可用
于集成电路基板散热 制铅笔芯;
高铁列车的
受电弓滑
板;作石墨
电极等 应用于超
导、催化、
能源及医学
等领域
续表
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8
碳单质 金刚石 石墨
注意 (1)金刚石、石墨、 都是由________组成的单质,
化学性质______,但物理性质差异很大,原因是它们的
________________不同;
(2)石墨在一定条件下转化为金刚石,属于______
(填“物理”或“化学”)变化
碳元素
相似
碳原子排列方式
化学
续表
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9
2.木炭、焦炭、活性炭和炭黑的主要成分也是碳单质。活性炭和木
炭具有__________的结构,因此有较好的______能力,可用于吸
附色素、异味等。
疏松多孔
吸附
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3.碳单质的化学性质及用途
(1)稳定性:由于碳原子最外层电子数为___,故碳单质常温下
化学性质________,如用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间
而不变色。
4
不活泼
(2)可燃性(可用作______)
燃料
①充分燃烧时:______________(写化学方程式,下同);
②燃烧不充分时:_______________。
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(3)与某些氧化物反应(可用于冶金工业)
①与 反应:________________;
②与氧化铜反应:_ _______________________;
③与氧化铁反应:____________________________。
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一氧化碳的性质
1.物理性质
无色、无臭的气体,____溶于水,密度比空气略小。
难
2.化学性质
(1)可燃性(点燃前要______):该反应的化学方程式为
___________________(燃烧时放出大量的热,火焰呈____色)。
根据这一性质,一氧化碳可用作______。
验纯
蓝
燃料
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(2)与某些氧化物反应(可用于冶金工业)
①与氧化铜反应:______________________;
②与氧化铁反应:___________________________。
(3)毒性:一氧化碳极易与人体血液中的__________结合,使该
物质不能再与氧气结合,造成人体缺氧,严重时会危及生命。
血红蛋白
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知识补充
的密度与空气的密度接近,不能用排空气法收集 ,通常
用排水法收集。
(2)用煤等含碳燃料取暖时,放一盆水不能防止 中毒,一定要
装烟囱,并且室内通风。
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二氧化碳的性质及用途
1.物理性质:无色、无臭的气体,密度比空气____,____溶于水
(体积比约为 )。固态二氧化碳叫“______”,升华时吸收大量的
热。
大
能
干冰
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2.化学性质
实
验
现
象 ______的蜡烛先
熄灭,______的
蜡烛后熄灭 紫色石蕊溶液
变____ 澄清石灰水
_________ 无明显
现象
下层
上层
红
变浑浊
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性
质 ①不燃烧,也不支持燃烧;②密
度比空气大 与水反应:________________________(写化学方程式) 与碱反应,化学方程式分
别为:__________________
____________________、
_______________________
__________________
续表
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知识补充
(1)二氧化碳的溶解性是能溶于水,不能说是易溶于水。
(2)二氧化碳能使湿润的石蕊试纸变红,但使石蕊变红的不是二
氧化碳,而是二氧化碳和水反应生成的一种酸性物质(碳酸)。
(3)和 元素组成相同,化学性质不同的原因是__________
_____。
分子构成
不同
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3.二氧化碳的用途
灭火,作化工产品的原料,作气体肥料(光合作用的原料),干
冰可作制冷剂、用于人工增雨等。
4.二氧化碳的制取
(1)工业制取(煅烧石灰石):_____________________
(填化学方程式)。
(2)实验室制取(详见本书P54《第八讲 常见气体的制取》)。
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5.二氧化碳对生活和环境的影响
(1)
光合
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(2)温室效应:
①增强原因:人类消耗的化石燃料急剧增加;能够吸收 的森林
不断减少。
②缓解措施:减少使用化石燃料,更多使用清洁能源;大力植树
造林,严禁乱砍滥伐森林;采用物理、化学等方法,捕集、利用
与封存二氧化碳等。
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(3)低碳行动与可持续发展:
①概念:所谓“低碳”,就是较低的__________排放;
②低碳行为:使用清洁能源、减少使用一次性筷子和塑料袋、提
倡纸张双面使用、减少私家车的使用、多乘坐公共交通工具等。
二氧化碳
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重点实验 木炭还原氧化铜
装置 实验要点
1.实验现象:黑色粉末逐渐变为____色,澄清石灰
水________
2.注意事项:
(1)试剂粉碎并平铺在试管底部的目的是______
_______________,使反应更充分;
红
变浑浊
增大
试剂的受热面积
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装置 实验要点
(2)加热时,在酒精灯火焰上加网罩的目的是
______________________;
(3)反应结束时,先将导管从澄清石灰水中撤
出,再熄灭酒精灯,防止_____________________
_______,使试管炸裂
使火焰集中,提高温度
石灰水倒吸至灼热的试
管底部
续表
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拓展补充
一氧化碳还原氧化铜的实验:
装置 实验要点
1.实验现象:黑色粉末逐渐变为____色,澄清
石灰水________
2.注意事项:
(1)先通入一段时间的 ,再点燃左边酒精
灯加热,目的是排出装置内的空气,防止
_______________________;
红
变浑浊
不纯,加热后发生爆炸
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装置 实验要点
(2)反应结束时先停止加热,继续通入 至
玻璃管冷却,目的是防止_________________
___________;
(3) 有毒,要进行尾气处理,可在装置末
端______或____________
生成的铜再次被氧
化成氧化铜
点燃
用气球收集
续表
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(2020广东)某兴趣小组在学习碳 的化学性质时,了解到高温
下C与反应生成,C还能使转变成 。于是对过量木炭
还原的气体产物中是否含有 进行了探究。
【猜想与假设】C还原时产生的与C进一步反应生成 ,
化学方程式是_ ______________。
【查阅资料】不与、及 反应。
【实验方案】取研细和干燥后的木炭和 ,混合均
匀并装入试管,连接装置,高温反应,检验气体。
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【实验过程】
(1)由如图装置③中粉末的颜色变化可检验 ,除此之外,还可
通过几种装置的组合,由另一种明显的现象来进一步确定 的存
在,则装置连接的最佳顺序为___ 尾气处理(填字母)。
B
A. B.
C. D.
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(2)上述进一步确定 存在的现象是________________________
_____________________________________(装置③中粉末的颜色
变化除外)。
(3)装置③中发生反应的化学方程式是______________________。
装置③前的澄清石灰水不
变浑浊,装置③之后的澄清石灰水变浑浊
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(4)写出 尾气处理的方法:______________________________
_____________(一种即可)。
【实验结论】高温下,过量木炭还原的气体产物中有 。
【延伸应用】冬天,室内用炭火取暖时,应注意______。
增加点燃尾气的酒精灯
(合理即可)
通风
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碳单质的性质和用途
1.(2025无锡)金刚石和石墨具有相同的( )
A
A.组成 B.结构 C.性质 D.应用
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2.如图是金刚石、石墨、 的微观结
构示意图,下列说法错误的是( )
C
A.它们都是单质
B.金刚石是天然存在最硬的物质
C. 是由60个碳原子构成的
D.它们在氧气中充分燃烧时都生成二氧
化碳
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3.在浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”。
“碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构,主要成分是石墨烯和碳
纳米管(两者都是碳单质)。下列关于“碳海绵”的说法中,错误
的是( )
B
A.具有吸附性
B.常温下化学性质比较活泼
C.在一定条件下可还原氧化铜
D.在氧气中不完全燃烧可能产生
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4.碳和碳的氧化物与我们的生活密切相关,请依据下图回答问题。
(1)图1是碳原子的结构示意图,其原子核内质子数为___,该元
素位于元素周期表中第____周期。
6
二
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(2)“碳家族”的成员很多,用途很广,图2中用到的碳单质是
________,图3中用到的碳单质是______,图4说明活性炭具有
______性;不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是_________
___________。
金刚石
石墨
吸附
碳原子排
列方式不同
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(3)的分子结构与足球相似,下列有关 的说法正确的是
___(填字母)。
C
A.与石墨是同一种单质
B.是一种化合物
C.完全燃烧生成
(4)和 是碳的两种氧化物,写出二者互相转化的化学方程
式:__________________、_______________。
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碳的氧化物
5.(2025四川)关于和 的说法中,正确的是( )
A
A.组成元素相同 B.都能溶于水
C.都能与氧气反应 D.都能作气体肥料
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6.已知二氧化碳的化学式为 ,下列说法中不正确的是( )
B
A.二氧化碳是由碳元素和氧元素两种元素组成的
B.二氧化碳是由1个碳原子和2个氧原子构成的
C.二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
D.能使燃着的木条熄灭的气体可能是二氧化碳气体
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7.下列有关二氧化碳性质的实验,无明显现象的是( )
C
A. B. C. D.
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8.实验室中用大理石和稀盐酸制取
二氧化碳并检验其性质的装置如
图所示。
(1)实验室中制取 的化学方程式为_______________________
______________________。与装置A相比,用装置B制取 的优
点是____________________。
可以控制反应的速率
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(2)若用装置C收集,则气体应从__(填“”或“ ”)端通入。
(3)如图D所示,向一集满 的集气瓶中倒入适量的蒸馏水,
滴加紫色石蕊溶液,盖上玻璃片,振荡,观察到_______________
___,再将其倒置(如图E所示),把手移开,玻璃片没有掉下来,
产生这种现象的原因是_____________________________________
_______________________________________。
紫色石蕊溶液变
红
二氧化碳与水反应,瓶内气体减少,压强
小于外界大气压,外界大气压将玻璃片压住
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跨学科实践:基于碳中和理念设计低碳行动方案
9.(2025苏州)自然界能减少大气中 含量的途径是( )
C
A.火山喷发 B.森林着火 C.光合作用 D.碳酸分解
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10.(2025广州荔湾区校级二模)关于自然界中碳循环、氧循环,
下列说法正确的是( )
D
A.植物呼吸作用吸收二氧化碳
B.化石燃料燃烧会降低空气中氧气的含量
C. 的循环导致了酸雨
D.绿色植物通过光合作用,将太阳能转化成化学能
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11.近日,同济大学科研团队首次精准合成两种全新的碳分子材
料——芳香性环型碳和(如图所示),下列关于和 的
描述中正确的是( )
B
A.是两种新型的化合物
B.其结构与金刚石均不同
C.在氧气中燃烧时都生成二氧化碳
D.碳原子是决定其化学性质的最小微粒
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45
12.(2025广州越秀区校级二模)部分含碳物质
的分类与相应的化合价关系如图所示。下列推断
不合理的是( )
D
A.可能是 B.可氧化成
C.可分解成 D.不能直接转化成
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13.(2025泸州)在密闭玻璃罩内放置三根点
燃的蜡烛(图甲),观察到长蜡烛先熄灭,
接着短蜡烛熄灭,中间蜡烛最后熄灭。传感
C
A.开始燃烧释放热的 ,升到上方隔氧,长蜡烛先熄灭
B.长蜡烛熄灭后, 降温,降到下方隔氧,短蜡烛熄灭
C.一段时间后,玻璃罩内氧气消耗完,中间蜡烛最后熄灭
D.冷的密度比同温时的大,但热的密度可能比冷 的小
器测得氧气含量变化(图乙)。下列解释或结论错误的是( )
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14.【科普阅读】
碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的
单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类,如图1。
图1
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石墨是制铅笔芯的原料之一,在16世纪被发现后,曾被误认
为是含铅的物质。直到18世纪,化学家将石墨与 共熔后产生
,才确定了它是含碳的物质。
图2
碳纤维既有碳材料的固有本质特性,又有纺
织纤维的柔软可加工性,综合性能优异。目前,
我国已形成碳纤维生产,碳纤维复合材料成型、
应用等产业链,碳纤维复合材料应用领域分布如
图2。
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图3
科学界不断研发出新型碳材料,碳气凝胶就
是其中一种。碳气凝胶具有优良的吸附性能,在
环境净化中发挥着重要作用。我国科研人员在不
同温度下制备了三种碳气凝胶样品,比较其对
的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定
了上述样品对混合气体中 吸附的选择性值,实验结果如图3。
图中选择性值越高,表明碳气凝胶对 的选择性吸附性能越好。
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50
随着科学技术的发展,碳材料的潜能不断被激发,应用领域
越来越广泛。
依据文章内容回答下列问题:
(1)碳元素能组成多种碳单质,结合所学知识说明金刚石、石墨
化学性质相似的原因:________________________;物理性质存
在明显差异的原因:____________________。
都是由碳元素组成的单质
碳原子排列方式不同
(2)阅读材料,金刚石属于___(填字母)。
C
A.无定形碳 B.过渡态碳 C.晶形碳
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51
(3)石墨在一定条件下可以转化为金刚石,是______
(填“物理”或“化学”)变化。
(4)石墨与 共熔,能发生如下反应,配平该反应的化学方
程式:______ 。
(5)由图2可知,我国碳纤维复合材料应用占比最高的领域是
__________。
化学
2
5
工业应用
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52
(6)判断下列说法是否正确(填“正确”或“错误”)。
①石墨是一种含铅的物质______。
②碳材料具有广阔的应用和发展前景______。
错误
正确
(7)对比图3中三条曲线,得到的实验结论是_________________
________________________________________________________。
制备温度越低、压
强越大,选择性值越高,碳气凝胶对的选择性吸附性能越好
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53
15.小明观察到敞口水草缸(水草和鱼共存)中不断有气体通入,
如图1所示,他对此很感兴趣,于是跟小组同学进行了如下探究。
探究Ⅰ:向水草缸中通入的气体是什么?
【作出猜想】可能是空气或 。
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54
【实验1】将气体细化器从水中取出,收集一瓶通入的气体,将燃
着的木条伸入瓶内,发现木条立即熄灭,说明猜想不成立。
【提出新猜想】可能是或 。
【实验2】将该气体通入____________中,产生白色浑浊,确定通
入的气体是 ,发生反应的化学方程式为____________________
_____________________。
澄清石灰水
【交流讨论】通入 有利于水草进行光合作用。光合作用放出的
气体为____(填化学式)。
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55
探究Ⅱ:利用生活中的物质自制简易 发生器并应用于水草缸中。
【回忆旧知】实验室制 的反应原理为______________________
______________________(用化学方程式表示)。
【选择试剂】小组讨论选择了鸡蛋壳(主要成分为碳酸钙)、小
苏打(作用同碳酸钙)和白醋(作用同稀盐酸)等。
【设计装置】利用塑料瓶、输液管等材料,设计并制作了如图2所
示的甲、乙两套发生装置(乙中的夹持装置已省略)。
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【分析讨论】装置甲可随时控制反应的发生与停止。向装有白醋
的瓶中加入鸡蛋壳,拧紧瓶塞,使反应发生的具体操作为_______
_____________________________。
【实践应用】小组同学用自制的 发生器连接气体细化器向水草
缸中通入气体,实践效果很好。使用气体细化器的作用是_______
___________________。
挤压塑
料瓶中下部,使液体和固体混合
使二氧
化碳与水草充分接触
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57
【反思拓展】 发生器的不合理使用会影响缸中鱼类生存,请写
出使用时的一条注意事项:________________________________。
短时间内不能通入过量的二氧化碳
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58
1.碳元素的开发与利用贯穿人类发展史。下列含碳物质最早被人类
利用的是( )
A
A.煤炭 B. C.石墨烯 D.碳纳米管
2.(2025揭阳榕城区期末)文房四宝——笔、墨、纸、砚,是中国
独有的书法绘画工具。“墨”的主要成分是( )
A
A.C B. C. D.
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59
3.二氧化碳在生产生活中应用广泛。下列不属于二氧化碳用途的是
( )
A
A.作燃料 B.参与光合作用
C.固态二氧化碳用于人工增雨 D.制碳酸饮料
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60
4.我们曾经做过以下一组对比实验,该对比实验得出的结论是
( )
B
密度比空气密度大 能够与水发生化学反应 不
能使干石蕊纸花变色
不支持燃烧
A.①② B.②③ C.③④ D.①④
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碳是形成化合物种类最多的元素,含碳物质是中学化学研究
的重要内容。“碳家族”的成员很多,如图是“碳家族”中常见的金
刚石、石墨和的微观结构示意图。据此回答 题。
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5.下列关于其成员说法正确的是( )
D
A.石墨不具有润滑性
B. 单质是由碳原子直接构成的
C.金刚石和石墨都能导电
D.常温下它们的化学性质不活泼
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6. 九上教材P131素材]中国科学院联合新加坡科研团队已成功合
成碳,为“碳家族”增添了新成员。 碳是一种蓬松的碳材料,
内部有很大的可利用空间,密度非常小,具有很高的硬度。下列
有关说法中,不正确的是( )
D
A. 碳内部的可利用空间为其作为储氢材料提供可能
B. 碳和金刚石的化学性质相似
C. 碳在氧气中充分燃烧产生二氧化碳
D. 碳和金刚石的物理性质有很大差异,其原因是碳原子数目
不同
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7.[跨学科实践活动]某小组在完成“基于碳中和理念设计低碳行动
方案”的跨学科实践活动后,收获颇多。下列说法正确的是( )
C
A.碳中和中的碳,是指碳元素
B.碳中和的实现有助于缓解温室效应,说明二氧化碳是空气污染物
C.开发氢能有利于实现碳达峰碳中和
D.可用澄清石灰水吸收空气中过量的 ,以解决温室效应
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65
8.绿色冬奥,下列做法不符合绿色低碳节能减排理念的是( )
D
A.汽车更多使用氢燃料 B.场馆更多使用太阳能
C.提高场地造雪制冰效率 D.休息室全天照明
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9.碳及其化合物存在如下转化关系:(“ ”表示一种
物质会一步转化成另一种物质)。下列有关说法错误的是( )
A
A.由C转化为 的过程中,碳元素的化合价一定逐渐升高
B.能与多种物质反应转化为
C.通过与C反应转化为,化学方程式为
D.和 元素组成相同,但它们的构成分子不同,所以它们的
化学性质不相似
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10.(2025广州校级三模) 是一种温室气体,其过量排放导致
的全球变暖日益引起了人们的关注。
(1)为了控制大气中 的含量,以下措施不可行的是___
(填字母)。
.开发新能源 .禁止使用化石燃料 .大力植树造林
.大力发展公共交通
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(2)封存将 通过船舶或管道运输到深海区域,并将其
注入海底。
①通常注入的深度需要大于 ,其原因可能是_________
____________________________。
深海压
强高,溶解度大,不易逸出
②请从海底封存能力和对海洋生态环境的影响,分析这项技术的
优点与不足:____、____。
[答案] 优点:深海封存能力强,可长期储存
不足: 溶于水使海水酸化,影响海洋生态
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(3)合成绿色化肥:和可合成氮肥 ,该反应符
合“原子利用率 ”的绿色化学理念,则反应的化学方程式为
_____________________________。
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70
11.如图用“ ”形玻璃管进行微型
实验:
(1)在 处发生的反应中化合价
降低的元素是____。
铁
(2)反应后出现的现象是:处__________________, 处的澄清
石灰水变浑浊。
红色粉末变成黑色
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71
12.丰富的物质世界中,碳及其化合物
占有重要地位。如图是碳元素的“价类
二维图”。
(1)晋代葛洪在《抱朴子·内篇》中与
图中 对应的其中一种物质有这样的描
述:“……可以刻玉,人没水取之,虽
金刚石
(2)图中 对应的物质____(填“是”或“不是”)空气污染物。
是
铁椎击之亦不能伤。”文中描述的物质是________(填名称)。
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(3)实验室用石灰石和稀盐酸制取 的化学方程式是___________
__________________________,该反应中,反应前后碳元素的化
合价______(填“升高”“降低”或“不变”)。
不变
(4) 对应的其中一种物质是碳酸,能使紫色石蕊溶液变成____色。
红
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(5)我国力争在2060年前实现碳中和,彰显了大国的责任和担当。
下列做法有利于实现碳中和的是_____(多选,填字母)。
.积极参加植树造林活动.随手关灯、节约用电 .提倡使用一次性
木筷 .节约纸张
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13.【科普阅读】依据所给信息,回答下列问题。
石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料,一层层叠起来就
是石墨, 厚的石墨包含300万层石墨烯,是构成其他新型碳
材料的基本组成单元(如图1)。科学家提出,给石墨烯“打上”许
多特定大小的孔,制成单层纳米孔二维薄膜,可进行海水淡化,
其工作原理如图2所示。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域,纺织
面料掺入石墨烯后,在低温情况下,可将来自远红外线的热量传
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送给人体,改善人体微循环系统,促进新陈代谢。工业上可采用
甲烷在高温和 催化下分解制取石墨烯,同时产生氢
气。#1.1
图1
图2
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(1)石墨烯属于______(填“单质”或“化合物”)。
(2)“ 厚的石墨大约包含300万层石墨烯”,说明构成物质的
粒子具有的性质是________。
(3)石墨烯海水淡化膜允许________(填粒子名称)通过,该过
程类似于______(填操作名称)。
单质
体积小
水分子
过滤
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(4)石墨烯在纺织面料中的作用是__________________________
_________________________________________________________。
(5)工业上制取石墨烯的化学方程式是_ _____________________。
在低温情况下,可将来自远
红外线的热量传送给人体,改善人体微循环系统,促进新陈代谢
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