第六单元课题1 碳单质的多样性寒假巩固-2025-2026学年九年级化学人教版上册

第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 xix   快速定位题型 题 型 目 录 【题型1】碳单质的物理性质和用途 1 【题型2】碳的单质综合 5 【题型3】常见的碳单质 8 【题型4】木炭还原氧化铜实验 12 【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 16 【题型6】碳单质的稳定性 18 【题型7】碳单质的可燃性 21 【题型8】碳单质的化学性质综合 24 【题型9】碳单质综合 28 xix   夯实必备知识 新 知 梳 理 【题型1】碳单质的物理性质和用途 【典型例题】碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是化学研究的重要内容。下列有关含碳物质的性质或用途错误的是（　　） A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成 B.金刚石和石墨的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同 C.制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖 D.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的 【答案】D 【解析】璀璨夺目的钻石是经过人工雕琢的金刚石，金刚石是由碳原子构成，A正确；金刚石和石墨都是由碳原子直接构成的，二者的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同，B正确；活性炭具有吸附性，制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖，C正确；铅笔芯中不含铅，其主要成分是石墨，D错误。 【举一反三1】金刚石、石墨、C60物理性质有很大差异的原因是（　　） A.原子种类不同 B.原子大小不同 C.原子排列方式不同 D.原子数目不同 【答案】C 【解析】金刚石、石墨、C60均是由碳原子构成的固态非金属单质，但是由于金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同造成了金刚石、石墨、C60物理性质具有很大差异。 【举一反三2】“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。 （1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 　　　　　 　； （2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 　     　性； （3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 　     　性。 【答案】（1）碳原子的排列方式不同；（2）导电；（3）吸附。 【解析】（1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是碳原子的排列方式不同； （2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有导电性； （3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味。 【举一反三3】阅读下面科普短文，回答下列问题。 　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。 　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。 　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。 　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。 　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。 (1)代表金刚石的是：　　　　(填“A”“B”或“C”)。 (2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是　　　　变化，这个变化过程中会　　　　(填“放出”或“吸收”)热量。 (3)C60的物理性质有　　　　(答一点即可)，推测C60的一种化学性质是　　　　　。 (4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。 (5)石墨烯的优良性能决定它的用途是　　　　(写出一条)。 (6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。 【答案】(1)A (2)化学　吸收 (3)常温下是紫红色晶体(或具有金属光泽)　可以燃烧 (4)管状 (5)用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等(写一条即可) (6)碳原子的排列方式不同 【解析】(2)在一定条件下，石墨可以转变为金刚石，此过程中物质种类发生改变，有新物质生成，所以这一变化是化学变化；由题意可知该反应是在超高温和高压的条件下，所以该反应是吸热反应，所以这一变化过程中会吸收热量； (4)根据“碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异”可知，碳纳米管的管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异； (5)根据“石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景”可知；石墨烯的优良性能决定它的用途是用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等； (6)物质的性质由其结构决定，碳单质家族中各物质物理性质存在差异，其原因是碳原子排列方式不同。 【举一反三4】阅读资料，回答问题。 材料一：1772年，拉瓦锡在用水密封的钟罩内用放大透镜聚焦灼烧金刚石，发现罩内水位上升了12%，金刚石的重量也减少了。以澄清的石灰水检验密封用水时，出现了白色沉淀。 材料二：碳元素组成的单质分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类。其中，碳纤维性能优异，碳纤维及其复合材料应用广泛。 (1)金刚石属于_________(填字母)。 A．无定形碳　　　 B．过渡态碳　　　C．晶形碳 (2)由材料一可知，灼烧金刚石发生反应的化学方程式为 ___________________________。若罩内空气体积减少了24 mL，则罩内原有空气的体积是______________mL。 (3)由图2可知，碳纤维复合材料应用占比最高的领域是__________________。 (4)请将下列含碳物质的用途和对应的特性进行连线： 【答案】(1)C　　(2)C+O2CO2　120　　(3)工业应用 (4) 【解析】(2)金刚石是碳单质，其在空气中燃烧时会和氧气反应生成二氧化碳；空气中氧气的体积约占空气体积的五分之一。 【题型2】碳的单质综合 【典型例题】下列说法错误的是 (　　) A.金刚石属于单质，石墨属于化合物 B.石墨是一种细鳞片状固体 C.含一种元素的物质可能属于混合物 D.金刚石是天然存在的最硬的物质 【答案】A 【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，A错误。 【举一反三1】下列物质不属于碳单质的是(　　) A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳 【答案】D 【解析】一氧化碳属于碳的氧化物，不是碳元素组成的单质。 【举一反三2】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 (　　) A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的 B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极 C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的 D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的 【答案】A 【解析】从组成上看，这三种物质都是由碳元素组成的，A正确；从用途上看，这三种物质只有石墨具有深灰色质软、导电性，可做铅笔芯和电极，B错误；从性质上看，这三种物质都是碳原子组成的，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，C错误；从结构上看，这三种物质碳原子的排列方式不同，D错误。 如图所示，向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块木炭，最终观察到红棕色　　　(填“变深”“不变”或“变浅”)，漏斗中液面　　　(填“上升”“下降”或“不变”)。其原因为木炭具有　　　作用，使瓶中气体压强　　　(填“大于”“小于”或“等于”)外界大气压。 【答案】 变浅　上升　吸附　小于 【解析】 由于木炭具有吸附性，会吸附红棕色的二氧化氮气体，故最终会观察到集气瓶中红棕色变浅，同时由于气体被吸附，集气瓶中的压强会减小，在大气压的作用下，漏斗中的液面会上升。 文房四宝——笔、墨、纸、砚，在我国书法和绘画的发展历史上发挥了重要作用。 【举一反三4】(1)在宣纸制作过程中，有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸。该操作与化学实验中的          (填字母)有相似之处。 a.沉降 b.过滤 c.吸附 d.蒸馏 (2)《富春山居图》是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而不变色的原因是                      。 (3)竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆，还可以被加工成竹炭，用于去除冰箱、衣柜、汽车等内部环境中的异味，这是利用了竹炭的       性。 【答案】(1)b (2)墨的主要成分是碳单质，碳单质在常温下化学性质不活泼(或其他合理答案) (3)吸附 【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。 (1)石墨转化为C60发生了　　　　(填“物理”或“化学”)变化。 (2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是　　　　　　　　。 (3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是　　　　　(填字母)。 A.导电性   B.导热性   C.吸附性 【答案】(1)化学　(2)热稳定性　(3)AB 【解析】(1)石墨转化为C60有新物质的生成，所以是化学变化。(2)由材料可知，强度、硬度、磨损性能涉及物理性质，热稳定性涉及到化学变化。(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是导电性、导热性，故选AB。 地球是一个美丽的“水球”，表面约71%被海洋覆盖，淡水仅占总水量的2.5%，其余是海水或咸水，海水淡化是解决人类淡水资源短缺的有效措施，全球海水淡化水用途如图1所示。海水淡化技术主要有热分离法和膜分离法，热分离法利用蒸发和冷凝分离水与非挥发性物质，能耗大、成本高：膜分离法利用薄膜的选择透过性实现海水淡化，但现有薄膜的水通量低，应用受到限制。有科学家提出，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。石墨烯海水淡化膜工作原理如图2所示。依据上文，回答下列问题。 (1)全球海水淡化水用途排在首位的是　　　。 (2)石墨烯海水淡化膜允许　　　通过。 (3)石墨烯、金刚石和C60均属于碳单质，下列说法正确的是　　　(填字母)。 a．都由碳元素组成　　b．都由碳原子构成　　c．物理性质相似 (4)提出爱护水资源的一条建议：　　　　　　　。 【答案】 (1)市政供水　(2)水分子(或H2O)　(3)a　(4)淘米水浇花(合理即可) 【解析】 (2)由图2可知，石墨烯海水淡化膜允许水分子通过，其他离子不能通过；(3)石墨烯、金刚石和C60均属于碳单质，均是由碳元素组成，a正确；石墨烯和金刚石均是由碳原子构成，C60由C60分子构成，b不正确；石墨烯、金刚石和均属于碳单质，但是它们的碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，c不正确。(4)爱护水资源，一方面要节约用水，如一水多用，淘米水浇花；另一方面是防治水体污染，如工业废水处理达标后排放等。 【题型3】常见的碳单质 1985年科学家发现了一种组成为C60的物质，下列说法中正确的是（　　） 【典型例题】①它是一种混合物 ②它是一种纯净物 ③它是一种化合物 ④它是一种单质 ⑤它的一个分子中含有60个原子 A.① B.②③⑤ C.②④⑤ D.②③ 【答案】C 【解析】①C60中只含有一种物质，属于纯净物，故选项说法错误。 ②C60中只含有一种物质，属于纯净物，故选项说法正确。 ③C60是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故选项说法错误。 ④C60是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故选项说法正确。 ⑤由C60的化学式可知，一个C60分子中含有60个碳原子，故选项说法正确。 故②④⑤说法正确。 石墨烯是我国前沿新材料的重点发展领域。它是由碳元素组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是(　　) A.金刚石、石墨和C60都是由碳原子直接构成的 B.金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃 C.木炭具有吸附性，可以吸附所有物质 D.石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属 【答案】B 【解析】 C60是由C60分子构成的，A错误；金刚石是天然存在的最硬的物质，利用其硬度大可用来裁玻璃，B正确；木炭具有吸附性，可以吸附色素和异味，C错误；石墨是由碳原子构成的单质，有金属光泽和导电性，但它是一种非金属，D错误。 【举一反三2】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.滑腻感 B.还原性 C.导电性 D.熔点高 【答案】B 【解析】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，A错误；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，该过程中不涉及还原反应，因此石墨制成的受电弓滑板与还原性无关，B正确；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，C错误；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，D错误。 【举一反三3】阅读科普短文并回答下列问题。 C60在常温下为固体，密度为1.68 g/cm3，熔点高于280 ℃ ,可溶于苯和甲苯等溶剂。C60分子具有空心球体结构，由 12 个正五边形和20 个正六边形封闭而成。由于具有这种独特的分子结构，C60 在气体储存、新型催化剂和超导材料的研制，以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，C60 与K 等金属反应生成的化合物是超导体。 (1)下列叙述中，属于C60 的物理性质的是       (填字母)。 a.可溶于苯和甲苯    b.密度为1.68 g/cm3 c.熔点高于280 ℃    d.C60 可与K等金属反应 (2)请举例说明C60 可能的应用：                                            。 【答案】(1)abc (2)利用C60与K 等金属反应研制超导材料(或研制催化剂、气体储存材料等) 我国北京大学化学系和物理系研究小组研制出了C60分子，它形如足球．它的一个分子是由　　　 个 原子构成的，相对分子质量是　　　　 。 【答案】60 　720 【解析】C60分子形如足球．它的一个分子是由60个碳原子构成的，相对分子质量是：12×60＝720。 【举一反三5】阅读下面科普短文，回答下列问题。 　　人们曾经认为碳元素的单质只有两种，即金刚石和石墨。它的第三种单质在20世纪80年代被发现。它是一种由60个碳原子构成的分子，其结构显然与石墨和金刚石截然不同，是一种由多个正多边形封闭而成的空心球体，形似足球，又名足球烯。 　　在常温下为紫红色晶体，有金属光泽，密度为，可溶于甲苯等有机溶剂中。和在材料科学、超导体等方面有着很好的应用前景，成为信息技术和航天技术中的新宠。利用其独特的分子结构，可用于气体贮存、提高金属材料的强度、制得具有优异性能的新型高分子材料。在医学上应用广泛，例如：将肿瘤细胞的抗体附着在分子上，然后将带有抗体的分子引向肿瘤，以达到杀伤肿瘤细胞的目的。 　　因为有许多优异性能，所以在很多领域有潜在的应用前景。 (1)写出单质的一条物理性质　　　　。 (2)下列关于碳单质的说法正确的是　　　　(填字母)。 A．金刚石和石墨的物理性质不同是因为碳原子的排列顺序不同。 B．的用途广泛，如可用于气体贮存、提高金属材料的强度；将带有抗体的分子引向肿瘤，可以杀伤肿瘤细胞。 C．碳原子的最外层电子数是4，所以常温下碳单质的化学性质比较稳定。 D．碳单质的硬度都很大。 【答案】(1)紫红色晶体；有金属光泽；密度为；可溶于甲苯等有机溶剂中 (2)BC 【解析】(1)不需要通过化学变化就能表现出来的性质，属于物理性质。在常温下为紫红色晶体，有金属光泽，密度为，可溶于甲苯等有机溶剂中，均属于物理性质； (2)金刚石和石墨的物理性质不同是因为碳原子的排列方式不同，故选项说法错误； 的用途广泛，利用其独特的分子结构，可用于气体贮存、提高金属材料的强度；将肿瘤细胞的抗体附着在分子上，然后将带有抗体的分子引向肿瘤，可以杀伤肿瘤细胞的目的，故选项说法正确；碳原子的最外层电子数是4，不易得失电子，所以常温下碳单质的化学性质比较稳定，故选项说法正确；碳单质的硬度不一定都很大，例如金刚石硬度大，但石墨硬度较小，故选项说法错误；故选BC。 【题型4】木炭还原氧化铜实验 【典型例题】如图是碳与氧化铜反应的装置，下列说法正确的是(　　) A.该反应试管口应放一团棉花 B.观察到导管口有气泡冒出证明反应生成 C.停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管 D.该实验使用网罩主要防止火苗熄灭 【答案】C 【解析】碳还原氧化铜的实验不会产生流速过快的气流，所以导管口不用塞棉花；观察到导管口有气泡冒出，不能证明反应生成二氧化碳，因为还可能是装置内气体受热膨胀逸出；停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管，防止液体倒流，炸裂试管；该实验的反应条件是高温，使用网罩主要是集中火焰，提高温度，Ｃ符合题意。 在木炭还原氧化铜的实验中(如图所示)，下列有关说法错误的是(　　) A.实验中澄清石灰水变浑浊是因为生成二氧化碳 B.实验中发现试管中的黑色固体变红，是因为生成了铜 C.酒精灯上的网罩的作用：集中火焰，提高温度 D.该反应的化学方程式为：CuO+CCu+CO2↑ 【答案】D 【解析】 题中反应的化学方程式为：2CuO+C2Cu+CO2↑，故选D。 冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。 探究一：除味剂的还原性 (1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是　　　　　　　　　　　。 (2)稳定的高温是本实验成功的关键因素之一，实验装置也会影响加热的效率。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有　　　(答一种即可)。该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 (3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时，　　　(填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是　　　。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是　　　(填字母)。 A. 碳和氧化铜反应不彻底生成 B. 生成的二氧化碳和碳反应生成 C. 试管里空气中本身含有一氧化碳 探究二：除味剂的吸附效果 小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。 (4)上述实验的结论是　　　。 (5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证：　　　　　　　　　　　　。 【答案】 (1)增大反应物的接触面积，加快反应速率　(2)改用酒精喷灯　C+2CuO2Cu+CO2↑　(3)不能　碳和试管上方空气中的氧气反应生成二氧化碳　AB　(4)在一定范围内，除味剂越多，吸附褪色的时间越短　(5)温度影响；分别取10 mL10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃同浓度的红墨水，加入同等规格相等质量的除味剂，褪色时间依次减少，说明温度越高，吸附效果越好 【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式：　　　　　　。 【答案】 【举一反三4】实验室用如图装置进行碳还原氧化铜实验。请回答： (1)写出碳与氧化铜反应的化学方程式：________________。 (2)实验现象是______________________________。 (3)实验结束时，为什么要先将导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯？__________________。 【答案】(1)　　(2)黑色物质变成紫红色，澄清石灰水变浑浊　　(3)防止澄清石灰水倒流炸裂试管 【解析】(2)碳和氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则可观察到的现象为左边试管内黑色物质变成紫红色，右边试管内澄清石灰水变浑浊。 【举一反三5】某实验创新小组对木炭还原氧化铜的实验进行了改进，其操作步骤如下： ①取一片铜片用砂纸除去其表面的氧化物，使其表面呈光亮的紫红色。 ②用酒精灯将上述铜片烧到红热后，立即伸到盛满氧气的集气瓶中，观察到的现象为：铜片表面变成______色。 ③在一支干燥的大试管中装入一定量的经烘干处理过的木炭粉，再将经过②处理过的铜片部分埋入木炭粉中。 ④按如图所示的装置图连接好各种仪器。 ⑤加热大试管，其中发生反应的化学方程式为              ，当观察到澄清石灰水       后，停止实验，此时应先                      ，再                   。 ⑥待试管冷却后，用镊子取出铜片，洗净后观察。 (1)填写上述各空。 (2)⑤中操作若先后颠倒顺序，造成的后果可能是                           。 (3)⑥中观察到的现象是：铜片表面埋入木炭粉中的部分                  。 【答案】(1)②黑　⑤C+2CuO2Cu+CO2↑　变浑浊　把导管从烧杯中移出　熄灭酒精灯　　(2)烧杯中的石灰水会沿导管进入热的试管，使试管炸裂　　(3)由黑色变成红色 【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 【典型例题】如图是木炭与氧化铜反应的实验装置图，下列说法正确的是(　　) A.实验过程中可观察到澄清石灰水变浑浊 B.反应后，碳元素在反应后化合价降低了 C.碳发生了还原反应，表现出氧化性 D.实验过程中可观察到红色固体变为黑色 【答案】A 【解析】该实验中有二氧化碳气体生成，故澄清石灰水变浑浊；该反应中碳元素的化合价由0价变为+4价，化合价升高了；该反应中碳具有夺氧能力，故是还原性；碳还原氧化铜产生铜和二氧化碳，现象是黑色固体变为红色。 如图是碳与其他物质之间的反应及转化关系(“—”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生一步转化)。下列说法不正确的是(　　) A.反应①体现了碳的还原性 B.反应②前后碳元素的化合价不变 C.反应③固体质量增大，符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2的质量比为3∶8，一定只生成CO2 【答案】B 【解析】 反应①是碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，碳得到氧，体现了碳的还原性，A正确；反应②是碳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，该反应中碳元素化合价由0价变为+4价，B错误；反应③是铜与氧气在加热条件下反应生成氧化铜，固体质量增大，是因为氧气参与了反应，仍然遵循质量守恒定律，C正确；碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为，碳与氧气的质量比为(12×1)∶(16×2)=3∶8，D正确。 【举一反三2】无人驾驶汽车处理系统的核心材料是高纯度硅。工业制硅时发生的主要反应为： ①SiO2+2C2CO+Si ②Si+2Cl2SiCl4 ③SiCl4+2H2Si+4X 其中反应①中 SiO2发生______(填“氧化”或“还原”)反应；在反应②中化合价降低的元素是______ (填元素符号)；反应③中物质X 的化学式为_______。 【答案】还原　Cl　HCl 【举一反三3】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。 请回答。 (1)C的化学式为            ，D的化学式为            。 (2)A中金属元素的化合价是                   。 (3)反应①的化学方程式为                   。 【答案】(1)CO2　Cu　　(2)+2　　(3)C+2CuOCO2↑+2Cu 【解析】由题图可知，C能与澄清石灰水反应生成沉淀，则C是二氧化碳;A和B为两种黑色粉末，且二者能在高温条件下反应生成一种红色单质 D 和二氧化碳，则 D为铜，A 和D含有同种元素,则 A 是 CuO,B是碳,反应①为碳和氧化铜的反应。(1)由上述分析可知，C、D分别为二氧化碳、铜，化学式分别为CO2、Cu。(2)A为CuO,其中氧元素显-2价,根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零的原则，可得铜元素的化合价是+2。(3)反应①为碳和氧化铜在高温条件下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为C+2CuOCO2↑+2Cu。 【题型6】碳单质的稳定性 【典型例题】古代搭建戏台时，常把埋入地下的一部分木头表面稍稍烤焦成木炭以减缓木材腐烂，所利用碳的化学性质是(　　) A.具有可燃性 B.具有氧化性 C.具有还原性 D.常温下化学性质稳定 【答案】D 【解析】木头表面稍稍烤焦成木炭，在常温下碳的化学性质不活泼，不容易与其他物质发生化学反应，可以使用更长的时间。 【举一反三1】我国古代某些画家、书法家用墨(用炭黑等制成)绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，这是因为单质碳在常温下具有(　　) A. 可燃性　　　 B.吸附性　　 C. 还原性　　　 D.稳定性 【答案】D 【举一反三2】如图，东晋王珣的《伯远帖》被列为“天下十大行书”之一，保存至今仍不变色，主要是因为其所用墨汁中的炭黑（　　） A.是黑色固体 B.具有吸附性 C.常温下化学性质稳定 D.具有还原性 【答案】C 【解析】用墨汁写的字不易褪色，是因为常温下墨汁中碳的化学性质稳定，故C正确。 【举一反三3】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水。其主要原因是(　　) A.白纸黑字，看起来美观　　　　　　　 B.常温下，碳单质性质稳定 C.其他颜色墨水不便扫描　　　　　　　 D.没什么理由，习惯性规定 【答案】B 【举一反三4】文房四宝——笔、墨、纸、砚，在我国书法和绘画的发展史上发挥了重要作用。下列有关说法正确的是(　　) A.笔：毛笔笔杆由竹子制作，竹子还可制成竹炭包吸附异味，这利用了其吸附性 B.墨：用炭黑墨汁绘的字画经久不变色可流传千年，原因是碳的化学性质十分稳定 C.纸：宣纸制作过程中，有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸，该操作相当于沉降 D.砚：紫端砚石为富含铝、钾、铁的硅酸盐类岩石，其中铝、钾、铁、硅是指离子 【答案】A 【解析】毛笔笔杆由竹子制作，竹子还可制成竹炭包吸附异味，这利用了其吸附性，Ａ说法正确；用炭黑墨汁绘的字画经久不变色可流传千年，原因是常温下碳的化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，Ｂ说法错误；宣纸制作过程中，有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸，该操作相当于过滤，Ｃ说法错误；物质由元素组成，紫端砚石为富含铝、钾、铁的硅酸盐类岩石，其中铝、钾、铁、硅是指元素，与具体形态无关，Ｄ说法错误。 【举一反三5】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。 (1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。 (2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。 (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。 【答案】(1)单质 (2)碳原子的排列方式不同 (3)化学性质不活泼 【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同； (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。 【举一反三6】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题： (1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。 (2)请从微观角度解释其原因_______________________。 【答案】(1)不活泼　　(2)碳原子最外层电子数是4，不容易得失电子 【举一反三7】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。 (1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。 (2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。 (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。 【答案】(1)单质 (2)碳原子的排列方式不同 (3)化学性质不活泼 【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同； (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。 【题型7】碳单质的可燃性 【典型例题】下列性质属于金刚石与石墨共有的是 (　　) A.硬度大 B.可燃性 C.导电性好 D.黑色固体 【答案】B 【解析】石墨和金刚石都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质，都有可燃性。 【举一反三1】除去氧化铜中混有的少量碳粉(氧化铜和碳粉都不溶于水)的最好方法是 (　　) A.加水后过滤　　　　　　　 B.隔绝空气加热混合物 C.加热并通入氢气　　　　　 D.在氧气流中加热混合物 【答案】D 【解析】由题意可知，氧化铜、碳粉都不溶于水，用加水后过滤的方法不能除去氧化铜中混有的碳粉，A 错误；隔绝空气加热混合物，碳能与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，会把原物质除去，B错误；加热并通入氢气，氢气能与氧化铜反应生成铜和水，会把原物质除去，C 错误；在氧气流中加热混合物，碳能与氧气反应生成二氧化碳气体，能除去杂质且没有引入新杂质，D正确。 【举一反三2】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 　        　。 【答案】二氧化碳。 【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，所以金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成二氧化碳。 【举一反三3】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。 (1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的　　　　(填“充分”或“不充分”)燃烧。 (2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的　　　　性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于　　　　(填“物理变化”或“化学变化”)。 【答案】(1)不充分 (2)吸附　化学变化 【解析】(1)将松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的烟可用于制墨，是因为碳不完全燃烧生成了炭黑，故利用了松木的不充分燃烧； (2)由题干可知，活性炭具有很多的微孔结构，可以氢气吸附到微孔中，这是利用活性炭的吸附性；由题干可知，氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，该过程中有新物质生成，属于化学变化。 【举一反三4】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。 　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。 　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。 　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。 　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。 　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。 (1)文中能表示石墨微观结构的是　　　　(填写文中字母“B或C”)。 (2)推测C60的一个物理性质是　　　　。 (3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。 (4)写出石墨烯燃烧的化学方程式　　　　。 (5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。 【答案】(1)B (2)在常温下是紫红色晶体(合理即可) (3)管状 (4) (5)碳原子排列方式不同 【解析】(1)根据题意，在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石，故石墨的微观结构是B； (3)根据题意，碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。 【题型8】碳单质的化学性质综合 【典型例题】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，瓮中收集的黑烟(主要为炭黑)可用于制墨，下列说法错误的是(　　) A.炭黑主要成分是碳的化合物 B.黑烟是由松木不完全燃烧产生 C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量 D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性 【答案】A 【解析】炭黑的主要成分是碳的单质，A错误。烟是固体小颗粒分散到空气中形成的，黑烟是由松木不完全燃烧产生的，B正确。炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响松木的燃烧，会影响炭黑产量，C正确。墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性，D正确。 【举一反三1】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　) A.反应①前后碳元素化合价不变 B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积 C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2 【答案】B 【解析】反应①是二氧化碳和碳高温反应生成一氧化碳，碳单质中碳元素化合价为0，碳元素化合价改变，A错误；反应物混合均匀可以增加反应物的接触面积，有利于反应充分快速的进行，B正确；反应③是铜和氧气加热生成氧化铜的反应，该反应符合质量守恒定律，C错误；根据反应的化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为3：8时，只生成二氧化碳，D错误。 【举一反三2】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（　　） A.碳单质常温下化学性质比较稳定 B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的 C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质 D.碳燃烧一定只生成二氧化碳 【答案】A 【解析】碳单质常温下化学性质比较稳定，A正确；石墨和金刚石都是由碳原子直接构成的，C60是由C60分子构成的，B错误；活性炭具有吸附性，但并不能吸附所有杂质，C错误；氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳，氧气不足时，碳燃烧生成一氧化碳，D错误。 【举一反三3】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　) A.反应①前后碳元素化合价不变 B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积 C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2 【答案】B 【解析】反应①是二氧化碳和碳高温反应生成一氧化碳，碳单质中碳元素化合价为0，碳元素化合价改变，A错误；反应物混合均匀可以增加反应物的接触面积，有利于反应充分快速的进行，B正确；反应③是铜和氧气加热生成氧化铜的反应，该反应符合质量守恒定律，C错误；根据反应的化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为3：8时，只生成二氧化碳，D错误。 【举一反三4】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 (　　) A.CO2 B.O2 C.N2 D.C 【答案】D 【举一反三5】碳是人类接触最早、利用最多的元素之一。 (1)《富春山居图》是元代画家黄公望的代表作，画中墨迹经数百年而不变色的原因是___________。 (2)+4价的碳元素与-1价的氯元素组成的化合物的化学式为 __________。 (4)研究表明，C60的分子结构形似足球，其完全燃烧的化学方程式为_______________________。 【答案】(1)碳单质在常温下的化学性质不活泼　　(2)CCl4　　(3)C60+60O260CO2 【解析】(1)墨主要成分是炭黑，炭黑主要成分是碳单质，碳单质在常温下的化学性质不活泼，故画中墨迹经数百年而不变色。 (2)根据正价在左负价在右，正负化合价代数和为零规律，+4价的碳元素与-1价的氯元素组成的化合物的化学式为CCl4。 (3)C60属于碳单质，碳单质完全燃烧生成二氧化碳，化学方程式为C60+60O260CO2。 【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________． 【答案】不活泼(或稳定)　CO2　C+O2CO2　CO　2C+O22CO　化合反应　C+2CuO2Cu+CO2↑ 【举一反三7】过春节，写春联是传统习俗。 (1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。 (2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。 (3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。 【答案】(1)混合物　　(2)常温下碳的化学性质不活泼　　(3)　C+O2CO2 【解析】(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成的，是由多种物质组成的属于混合物。 (2)墨的主要成分是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，因此用墨书写的春联能长时间保存。 (3)碳在点燃的条件下能与氧气反应生成二氧化碳，故写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存，化学方程式为C+O2CO2。 【举一反三8】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。 (1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。 (2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。 (3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。 (4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。 A.具有吸附性 B.在一定条件下可还原氧化铜 C.常温下化学性质活泼 D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2 【答案】(1)碳原子排列方式不同　　(2)化学　分子　　(3)润滑剂　　(4)ABD 【解析】(2)石墨在一定条件下生成金刚石，有新物质生成，属于化学变化；C60是由C60分子构成，故保持化学性质最小的粒子是分子。 (4)“碳海绵”具有高弹性和疏松多孔的结构，具有吸附性，可以用作吸附剂，“碳海绵”的主要成分是碳，所以具备单质碳的性质，在一定条件下可还原氧化铜，在常温下化学性质不活泼，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。 【题型9】碳单质综合 【典型例题】浙江大学课题组近日制备出了一种超轻气凝胶，比空气还轻，压在狗尾草上也不会压弯狗尾草的毛尖（如图）。气凝胶用碳纳米管和石墨烯共同支撑，内部有无数个孔隙，充斥空气，故而得名．它也是迄今已报道的吸油力最高的材料。下列错误的是（　　） A.气凝胶常温下化学性质很稳定 B.气凝胶具有较强的吸附作用 C.气凝胶是一种化合物 D.气凝胶在氧气中完全燃烧的产物是CO2 【答案】C 【解析】由题意可知，气凝胶是由碳原子构成，碳在常温下化学性质很稳定，故A正确；气凝胶有无数个孔隙，具有较强的吸附作用，故B正确；气凝胶中含有一种元素，不属于化合物，故C错误；气凝胶中只含有碳种元素，在氧气中完全燃烧的产物是CO2，故D正确。 【举一反三1】如图是金刚石、石墨、C60等碳单质的结构示意图，下列说法正确的是 (　　) A.物质的质地都很软 B.碳原子的排列方式都相同 C.完全燃烧后的产物都是CO2 D.都由碳原子构成 【答案】C 【解析】金刚石是天然存在的最硬的物质，A错误；由五种物质的结构示意图可知，这五种物质碳原子的排列方式是不相同的，B错误；这五种物质都是由碳元素组成的单质，其化学性质相似，完全燃烧产物为CO2，C正确；C60是由分子构成的，D错误。 【举一反三2】下列碳单质的性质与用途对应关系错误的是(　　) A.木炭具有可燃性，可以用来取暖 B.焦炭可以用来冶炼金属，因为其具有还原性 C.金刚石硬度大，可制作铅笔芯 D.炭黑常温下化学性质稳定，可制墨汁 【答案】C 【解析】金刚石硬度大，可用于切割玻璃等，石墨质软，可制作铅笔芯，对应关系错误，故选Ｃ。 【举一反三3】阅读下面科普短文。 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。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。 从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。 将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。 碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。 近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。 依据文章内容回答下列问题。 (1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。 A.无定形碳　　　　B.过渡态碳　　　　C.晶形碳 (2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。 (3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。 (4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。 (5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。 ①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________ ②碳纳米管由碳原子构成。_______________ 【答案】(1)A　　(2)化学　　(3)碳纳米管　　(4)酸性　　(5)对　对 【解析】(2)石墨在一定条件下可转化为金刚石，石墨和金刚石为不同物质，为化学变化。 (3)由表1可知，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。达到相同强度所用材料质量最轻的是碳纳米管。 (5)由题文信息知，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果，①正确； 由题文信息知，将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管，故碳纳米管由碳原子构成，②正确。 【举一反三4】阅读下列材料，回答相关问题。       石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。       石墨烯：晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。 (1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。 (2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。 (3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。 (4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。 (5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。 a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱 b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关 c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强 (6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。 【答案】(1)单质　　(2)导电　　(3)CO2　　(4)在低温情况下，石墨烯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(或抗菌)　　(5)bc　　(6)CH4C+2H2 【解析】(1)石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质。 (2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有导电性。 (3)石墨烯是由碳元素组成的一种单质，在一定条件下，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。 (5)抑菌率越高，表明抗菌性能越强，a错误；由题干信息可知，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，b正确；由题干信息可知，石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强，c正确。 (6)工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气，化学方程式为CH4C+2H2。 【举一反三5】阅读下列化学科普知识，回答下列问题。 　　石墨烯(化学式为C)是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是一种单层碳原子晶体，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。其微观结构如图1所示。石墨烯具有优良的性能，在纺织、电子等领域应用广泛。 　　纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。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3)所示。 　　科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯之后，工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯，并产生氢气。 (1)石墨烯和金刚石都是由碳元素组成的单质，它们的物理性质存在明显差异，原因是　　　(微观角度分析)。 (2)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有　　　　(写一条)。 (3)下列有关说法正确的有　　　　(填字母)。 A．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱 B．面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关 C．石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强 D．石墨烯与氧气反应只能生成CO (4)利用石墨烯海水淡化膜净化海水，该过程类似于　　　　(填操作名称)。 (5)请写出工业上制取石墨烯的化学方程式为　　　　　　。 【答案】(1)碳原子的排列方式不同 (2)改善人体微循环系统，促进新陈代谢(合理即可) (3)BC (4)过滤 (5)CH4C+2H2 【解析】(2)由题中信息可知，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡； (3)由题给信息可知，抑菌率越高，表明抗菌性能越强，故选项说法不正确； 由图2可知，不同的面料对不同的菌体的抑菌率不同，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，故选项说法正确； 由题中信息可知，石墨烯能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡，故选项说法正确； 石墨烯在氧气中完全燃烧会生成CO2，故选项说法不正确；故选BC。 (5)工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯，并产生氢气，反应的化学方程式为CH4C+2H2。 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 xix   快速定位题型 题 型 目 录 【题型1】碳单质的物理性质和用途 1 【题型2】碳的单质综合 4 【题型3】常见的碳单质 6 【题型4】木炭还原氧化铜实验 8 【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 11 【题型6】碳单质的稳定性 12 【题型7】碳单质的可燃性 14 【题型8】碳单质的化学性质综合 16 【题型9】碳单质综合 18 xix   夯实必备知识 新 知 梳 理 【题型1】碳单质的物理性质和用途 【典型例题】碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是化学研究的重要内容。下列有关含碳物质的性质或用途错误的是（　　） A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成 B.金刚石和石墨的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同 C.制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖 D.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的 【举一反三1】金刚石、石墨、C60物理性质有很大差异的原因是（　　） A.原子种类不同 B.原子大小不同 C.原子排列方式不同 D.原子数目不同 【举一反三2】“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。 （1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 　　　　　 　； （2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 　     　性； （3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 　     　性。 【举一反三3】阅读下面科普短文，回答下列问题。 　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。 　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。 　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。 　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。 　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。 (1)代表金刚石的是：　　　　(填“A”“B”或“C”)。 (2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是　　　　变化，这个变化过程中会　　　　(填“放出”或“吸收”)热量。 (3)C60的物理性质有　　　　(答一点即可)，推测C60的一种化学性质是　　　　　。 (4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。 (5)石墨烯的优良性能决定它的用途是　　　　(写出一条)。 (6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。 【举一反三4】阅读资料，回答问题。 材料一：1772年，拉瓦锡在用水密封的钟罩内用放大透镜聚焦灼烧金刚石，发现罩内水位上升了12%，金刚石的重量也减少了。以澄清的石灰水检验密封用水时，出现了白色沉淀。 材料二：碳元素组成的单质分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类。其中，碳纤维性能优异，碳纤维及其复合材料应用广泛。 (1)金刚石属于_________(填字母)。 A．无定形碳　　　 B．过渡态碳　　　C．晶形碳 (2)由材料一可知，灼烧金刚石发生反应的化学方程式为 ___________________________。若罩内空气体积减少了24 mL，则罩内原有空气的体积是______________mL。 (3)由图2可知，碳纤维复合材料应用占比最高的领域是__________________。 (4)请将下列含碳物质的用途和对应的特性进行连线： 【题型2】碳的单质综合 【典型例题】下列说法错误的是 (　　) A.金刚石属于单质，石墨属于化合物 B.石墨是一种细鳞片状固体 C.含一种元素的物质可能属于混合物 D.金刚石是天然存在的最硬的物质 【举一反三1】下列物质不属于碳单质的是(　　) A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳 【举一反三2】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 (　　) A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的 B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极 C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的 D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的 如图所示，向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块木炭，最终观察到红棕色　　　(填“变深”“不变”或“变浅”)，漏斗中液面　　　(填“上升”“下降”或“不变”)。其原因为木炭具有　　　作用，使瓶中气体压强　　　(填“大于”“小于”或“等于”)外界大气压。 文房四宝——笔、墨、纸、砚，在我国书法和绘画的发展历史上发挥了重要作用。 【举一反三4】(1)在宣纸制作过程中，有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸。该操作与化学实验中的          (填字母)有相似之处。 a.沉降 b.过滤 c.吸附 d.蒸馏 (2)《富春山居图》是元代画家黄公望创作的水墨画，此画能够保存至今而不变色的原因是                      。 (3)竹子不仅可以用于制作毛笔笔杆，还可以被加工成竹炭，用于去除冰箱、衣柜、汽车等内部环境中的异味，这是利用了竹炭的       性。 【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。 (1)石墨转化为C60发生了　　　　(填“物理”或“化学”)变化。 (2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是　　　　　　　　。 (3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是　　　　　(填字母)。 A.导电性   B.导热性   C.吸附性 地球是一个美丽的“水球”，表面约71%被海洋覆盖，淡水仅占总水量的2.5%，其余是海水或咸水，海水淡化是解决人类淡水资源短缺的有效措施，全球海水淡化水用途如图1所示。海水淡化技术主要有热分离法和膜分离法，热分离法利用蒸发和冷凝分离水与非挥发性物质，能耗大、成本高：膜分离法利用薄膜的选择透过性实现海水淡化，但现有薄膜的水通量低，应用受到限制。有科学家提出，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。石墨烯海水淡化膜工作原理如图2所示。依据上文，回答下列问题。 (1)全球海水淡化水用途排在首位的是　　　。 (2)石墨烯海水淡化膜允许　　　通过。 (3)石墨烯、金刚石和C60均属于碳单质，下列说法正确的是　　　(填字母)。 a．都由碳元素组成　　b．都由碳原子构成　　c．物理性质相似 (4)提出爱护水资源的一条建议：　　　　　　　。 【题型3】常见的碳单质 1985年科学家发现了一种组成为C60的物质，下列说法中正确的是（　　） 【典型例题】①它是一种混合物 ②它是一种纯净物 ③它是一种化合物 ④它是一种单质 ⑤它的一个分子中含有60个原子 A.① B.②③⑤ C.②④⑤ D.②③ 石墨烯是我国前沿新材料的重点发展领域。它是由碳元素组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是(　　) A.金刚石、石墨和C60都是由碳原子直接构成的 B.金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃 C.木炭具有吸附性，可以吸附所有物质 D.石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属 【举一反三2】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.滑腻感 B.还原性 C.导电性 D.熔点高 【举一反三3】阅读科普短文并回答下列问题。 C60在常温下为固体，密度为1.68 g/cm3，熔点高于280 ℃ ,可溶于苯和甲苯等溶剂。C60分子具有空心球体结构，由 12 个正五边形和20 个正六边形封闭而成。由于具有这种独特的分子结构，C60 在气体储存、新型催化剂和超导材料的研制，以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，C60 与K 等金属反应生成的化合物是超导体。 (1)下列叙述中，属于C60 的物理性质的是       (填字母)。 a.可溶于苯和甲苯    b.密度为1.68 g/cm3 c.熔点高于280 ℃    d.C60 可与K等金属反应 (2)请举例说明C60 可能的应用：                                            。 我国北京大学化学系和物理系研究小组研制出了C60分子，它形如足球．它的一个分子是由　　　 个 原子构成的，相对分子质量是　　　　 。 【举一反三5】阅读下面科普短文，回答下列问题。 　　人们曾经认为碳元素的单质只有两种，即金刚石和石墨。它的第三种单质在20世纪80年代被发现。它是一种由60个碳原子构成的分子，其结构显然与石墨和金刚石截然不同，是一种由多个正多边形封闭而成的空心球体，形似足球，又名足球烯。 　　在常温下为紫红色晶体，有金属光泽，密度为，可溶于甲苯等有机溶剂中。和在材料科学、超导体等方面有着很好的应用前景，成为信息技术和航天技术中的新宠。利用其独特的分子结构，可用于气体贮存、提高金属材料的强度、制得具有优异性能的新型高分子材料。在医学上应用广泛，例如：将肿瘤细胞的抗体附着在分子上，然后将带有抗体的分子引向肿瘤，以达到杀伤肿瘤细胞的目的。 　　因为有许多优异性能，所以在很多领域有潜在的应用前景。 (1)写出单质的一条物理性质　　　　。 (2)下列关于碳单质的说法正确的是　　　　(填字母)。 A．金刚石和石墨的物理性质不同是因为碳原子的排列顺序不同。 B．的用途广泛，如可用于气体贮存、提高金属材料的强度；将带有抗体的分子引向肿瘤，可以杀伤肿瘤细胞。 C．碳原子的最外层电子数是4，所以常温下碳单质的化学性质比较稳定。 D．碳单质的硬度都很大。 【题型4】木炭还原氧化铜实验 【典型例题】如图是碳与氧化铜反应的装置，下列说法正确的是(　　) A.该反应试管口应放一团棉花 B.观察到导管口有气泡冒出证明反应生成 C.停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管 D.该实验使用网罩主要防止火苗熄灭 在木炭还原氧化铜的实验中(如图所示)，下列有关说法错误的是(　　) A.实验中澄清石灰水变浑浊是因为生成二氧化碳 B.实验中发现试管中的黑色固体变红，是因为生成了铜 C.酒精灯上的网罩的作用：集中火焰，提高温度 D.该反应的化学方程式为：CuO+CCu+CO2↑ 冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。 探究一：除味剂的还原性 (1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是　　　　　　　　　　　。 (2)稳定的高温是本实验成功的关键因素之一，实验装置也会影响加热的效率。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有　　　(答一种即可)。该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 (3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时，　　　(填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是　　　。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是　　　(填字母)。 A. 碳和氧化铜反应不彻底生成 B. 生成的二氧化碳和碳反应生成 C. 试管里空气中本身含有一氧化碳 探究二：除味剂的吸附效果 小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。 (4)上述实验的结论是　　　。 (5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证：　　　　　　　　　　　　。 【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式：　　　　　　。 【举一反三4】实验室用如图装置进行碳还原氧化铜实验。请回答： (1)写出碳与氧化铜反应的化学方程式：________________。 (2)实验现象是______________________________。 (3)实验结束时，为什么要先将导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯？__________________。 【举一反三5】某实验创新小组对木炭还原氧化铜的实验进行了改进，其操作步骤如下： ①取一片铜片用砂纸除去其表面的氧化物，使其表面呈光亮的紫红色。 ②用酒精灯将上述铜片烧到红热后，立即伸到盛满氧气的集气瓶中，观察到的现象为：铜片表面变成______色。 ③在一支干燥的大试管中装入一定量的经烘干处理过的木炭粉，再将经过②处理过的铜片部分埋入木炭粉中。 ④按如图所示的装置图连接好各种仪器。 ⑤加热大试管，其中发生反应的化学方程式为              ，当观察到澄清石灰水       后，停止实验，此时应先                      ，再                   。 ⑥待试管冷却后，用镊子取出铜片，洗净后观察。 (1)填写上述各空。 (2)⑤中操作若先后颠倒顺序，造成的后果可能是                           。 (3)⑥中观察到的现象是：铜片表面埋入木炭粉中的部分                  。 【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 【典型例题】如图是木炭与氧化铜反应的实验装置图，下列说法正确的是(　　) A.实验过程中可观察到澄清石灰水变浑浊 B.反应后，碳元素在反应后化合价降低了 C.碳发生了还原反应，表现出氧化性 D.实验过程中可观察到红色固体变为黑色 如图是碳与其他物质之间的反应及转化关系(“—”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生一步转化)。下列说法不正确的是(　　) A.反应①体现了碳的还原性 B.反应②前后碳元素的化合价不变 C.反应③固体质量增大，符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2的质量比为3∶8，一定只生成CO2 【举一反三2】无人驾驶汽车处理系统的核心材料是高纯度硅。工业制硅时发生的主要反应为： ①SiO2+2C2CO+Si ②Si+2Cl2SiCl4 ③SiCl4+2H2Si+4X 其中反应①中 SiO2发生______(填“氧化”或“还原”)反应；在反应②中化合价降低的元素是______ (填元素符号)；反应③中物质X 的化学式为_______。 【举一反三3】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。 请回答。 (1)C的化学式为            ，D的化学式为            。 (2)A中金属元素的化合价是                   。 (3)反应①的化学方程式为                   。 【题型6】碳单质的稳定性 【典型例题】古代搭建戏台时，常把埋入地下的一部分木头表面稍稍烤焦成木炭以减缓木材腐烂，所利用碳的化学性质是(　　) A.具有可燃性 B.具有氧化性 C.具有还原性 D.常温下化学性质稳定 【举一反三1】我国古代某些画家、书法家用墨(用炭黑等制成)绘制或书写的字画能够保存至今而不变色，这是因为单质碳在常温下具有(　　) A. 可燃性　　　 B.吸附性　　 C. 还原性　　　 D.稳定性 【举一反三2】如图，东晋王珣的《伯远帖》被列为“天下十大行书”之一，保存至今仍不变色，主要是因为其所用墨汁中的炭黑（　　） A.是黑色固体 B.具有吸附性 C.常温下化学性质稳定 D.具有还原性 【举一反三3】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水。其主要原因是(　　) A.白纸黑字，看起来美观　　　　　　　 B.常温下，碳单质性质稳定 C.其他颜色墨水不便扫描　　　　　　　 D.没什么理由，习惯性规定 【举一反三4】文房四宝——笔、墨、纸、砚，在我国书法和绘画的发展史上发挥了重要作用。下列有关说法正确的是(　　) A.笔：毛笔笔杆由竹子制作，竹子还可制成竹炭包吸附异味，这利用了其吸附性 B.墨：用炭黑墨汁绘的字画经久不变色可流传千年，原因是碳的化学性质十分稳定 C.纸：宣纸制作过程中，有一道工序是用竹帘从纸浆中捞纸，该操作相当于沉降 D.砚：紫端砚石为富含铝、钾、铁的硅酸盐类岩石，其中铝、钾、铁、硅是指离子 【举一反三5】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。 (1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。 (2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。 (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。 【举一反三6】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题： (1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。 (2)请从微观角度解释其原因_______________________。 【举一反三7】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。 (1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。 (2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。 (3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。 【题型7】碳单质的可燃性 【典型例题】下列性质属于金刚石与石墨共有的是 (　　) A.硬度大 B.可燃性 C.导电性好 D.黑色固体 【举一反三1】除去氧化铜中混有的少量碳粉(氧化铜和碳粉都不溶于水)的最好方法是 (　　) A.加水后过滤　　　　　　　 B.隔绝空气加热混合物 C.加热并通入氢气　　　　　 D.在氧气流中加热混合物 【举一反三2】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 　        　。 【举一反三3】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。 (1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的　　　　(填“充分”或“不充分”)燃烧。 (2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的　　　　性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于　　　　(填“物理变化”或“化学变化”)。 【举一反三4】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。 　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。 　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。 　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。 　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。 　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。 (1)文中能表示石墨微观结构的是　　　　(填写文中字母“B或C”)。 (2)推测C60的一个物理性质是　　　　。 (3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。 (4)写出石墨烯燃烧的化学方程式　　　　。 (5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。 【题型8】碳单质的化学性质综合 【典型例题】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，瓮中收集的黑烟(主要为炭黑)可用于制墨，下列说法错误的是(　　) A.炭黑主要成分是碳的化合物 B.黑烟是由松木不完全燃烧产生 C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量 D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性 【举一反三1】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　) A.反应①前后碳元素化合价不变 B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积 C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2 【举一反三2】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（　　） A.碳单质常温下化学性质比较稳定 B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的 C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质 D.碳燃烧一定只生成二氧化碳 【举一反三3】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　) A.反应①前后碳元素化合价不变 B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积 C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律 D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2 【举一反三4】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 (　　) A.CO2 B.O2 C.N2 D.C 【举一反三5】碳是人类接触最早、利用最多的元素之一。 (1)《富春山居图》是元代画家黄公望的代表作，画中墨迹经数百年而不变色的原因是___________。 (2)+4价的碳元素与-1价的氯元素组成的化合物的化学式为 __________。 (4)研究表明，C60的分子结构形似足球，其完全燃烧的化学方程式为_______________________。 【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________． 【举一反三7】过春节，写春联是传统习俗。 (1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。 (2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。 (3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。 【举一反三8】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。 (1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。 (2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。 (3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。 (4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。 A.具有吸附性 B.在一定条件下可还原氧化铜 C.常温下化学性质活泼 D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2 【题型9】碳单质综合 【典型例题】浙江大学课题组近日制备出了一种超轻气凝胶，比空气还轻，压在狗尾草上也不会压弯狗尾草的毛尖（如图）。气凝胶用碳纳米管和石墨烯共同支撑，内部有无数个孔隙，充斥空气，故而得名．它也是迄今已报道的吸油力最高的材料。下列错误的是（　　） A.气凝胶常温下化学性质很稳定 B.气凝胶具有较强的吸附作用 C.气凝胶是一种化合物 D.气凝胶在氧气中完全燃烧的产物是CO2 【举一反三1】如图是金刚石、石墨、C60等碳单质的结构示意图，下列说法正确的是 (　　) A.物质的质地都很软 B.碳原子的排列方式都相同 C.完全燃烧后的产物都是CO2 D.都由碳原子构成 【举一反三2】下列碳单质的性质与用途对应关系错误的是(　　) A.木炭具有可燃性，可以用来取暖 B.焦炭可以用来冶炼金属，因为其具有还原性 C.金刚石硬度大，可制作铅笔芯 D.炭黑常温下化学性质稳定，可制墨汁 【举一反三3】阅读下面科普短文。 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。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。 从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。 将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。 碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。 近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。 依据文章内容回答下列问题。 (1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。 A.无定形碳　　　　B.过渡态碳　　　　C.晶形碳 (2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。 (3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。 (4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。 (5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。 ①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________ ②碳纳米管由碳原子构成。_______________ 【举一反三4】阅读下列材料，回答相关问题。       石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。       石墨烯：晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。 (1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。 (2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。 (3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。 (4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。 (5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。 a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱 b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关 c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强 (6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。 【举一反三5】阅读下列化学科普知识，回答下列问题。 　　石墨烯(化学式为C)是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是一种单层碳原子晶体，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。其微观结构如图1所示。石墨烯具有优良的性能，在纺织、电子等领域应用广泛。 　　纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。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3)所示。 　　科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯之后，工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯，并产生氢气。 (1)石墨烯和金刚石都是由碳元素组成的单质，它们的物理性质存在明显差异，原因是　　　(微观角度分析)。 (2)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有　　　　(写一条)。 (3)下列有关说法正确的有　　　　(填字母)。 A．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱 B．面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关 C．石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强 D．石墨烯与氧气反应只能生成CO (4)利用石墨烯海水淡化膜净化海水，该过程类似于　　　　(填操作名称)。 (5)请写出工业上制取石墨烯的化学方程式为　　　　　　。 学科网（北京）股份有限公司 $