2026-2027学年九年级化学暑假预习十五--第六单元课题1碳单质的多样性导学案

暑假预习 暑假预习十五 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 学习目标：（1）知道金刚石、石墨、C₆₀、碳纳米管、活性炭等常见碳单质，了解碳单质种类多样的原因是碳原子排列方式不同。 （2）掌握金刚石、石墨的物理性质，能对应说出各自用途，建立 “性质决定用途，用途反映性质” 的逻辑。 （3）了解木炭、活性炭具有吸附性，知道吸附作用属于物理变化，能举例生活中吸附性的应用。 （4）认识C₆₀、石墨烯等新型碳单质，简单了解其结构与应用前景。 （5）掌握碳单质的化学性质，会书写相关化学方程式 知识清单： 一、碳单质： 1、金刚石： ①纯净的金刚石是 色透明的、正八面体形状的固体。琢磨后 ，可作装饰品。 ②一个小球代表一个碳原子，原子的排列成网状，每一个节点处有一个碳原子，每一个碳原子与 个碳原子直接相连。 ③金刚石可用来裁玻璃，切割大理石，利用了金刚石 的性质。 ④金刚石 ，可用于集成电路基板散热。 ⑤金刚石 ，可作透镜等光学仪器的涂层。 2、石墨： ①石墨是一种 色， 的固体，石墨很 （填“硬”或“软”），可制成铅笔芯。 ②石墨可以作高铁受电弓滑板，利用了石墨 、 、 的性质。 ③石墨可作干电池的电极，利用了石墨的 。 ④金刚石和石墨物理性质差异很大的原因是 。 3、C60： 每个C60分子由 个碳原子构成。其独特的结构决定了它具有一些特殊的物理、化学性质，可用于超导、 、 及医学领域。 4、无定形碳： ①日常生活中常用到的木炭、 、 和 等主要成分也是碳单质。 【实验6-1】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，滴入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭（或活 性炭），轻轻振荡锥形瓶，观察现象。 现象： 。 结论： 。 ②木炭、活性炭具有 的结构，因此具有吸附性。可用于 。 5、其他碳单质： ①石墨烯：2004年，科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨片，证实它在室温下可以单独稳 定存在。这是目前世界上人工制得的最薄的材料——厚度仅为 0.335 nm。这一成果震惊了科学界，相关科学家获得 2010 年诺贝尔物理学奖。石墨烯具有优异的 、 性。 ②碳纳米管：纳米管具有尺寸小、机械强度高、导电性好等特点，可应用于材料、催化、信息等诸多领域。 ③石墨炔：2010年，我国科学家通过化学方法合成了石墨炔。 ④T-碳：2017年，中外科学家联合研究团队又合成了T-碳。 二、碳单质的化学性质： 1、常温下：碳单质的化学性质 。 2、可燃性： 木炭在氧气中燃烧的现象： 。 氧气充足时，反应的化学方程式 ； 氧气不足时，反应的化学方程式 。 3、还原性： ①反应原理： 。 ②实验步骤：把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中。打开弹簧夹，用酒精灯（可加网罩使火焰集中并提高温度，最好使用酒精喷灯）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，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。 ③现象： 。 ④注意事项：实验结束后先撤出导管，后停止加热的原因 。 冷却过程中用弹簧夹加紧橡胶管的目的是 。 4、还原反应： ① 属于还原反应。上述反应说明，在高温下木炭能使氧化铜还原 为铜。反应中的还原剂是 。 ②木炭还能将二氧化碳还原成一氧化碳，反应的化学方程式为 ，从能量角度看，此反应是 反应。 过关练习： 1．石墨是制造新能源汽车电池的主要原料。下列对金刚石、石墨的描述中错误的是 A．元素种类相同 B．相互转化属于化学变化 C．充分燃烧后的产物相同 D．碳原子的结构不同 2．下列物质的性质与应用，对应关系正确的是 A．金刚石熔点高，用于切割玻璃 B．氧气支持燃烧，用作燃料 C．石墨质软，用于制造电极 D．稀有气体性质稳定，用作焊接金属的保护气 3．由四个碳原子构成的正四面体结构单元的T-碳(如下图)已被科学家合成，其内部存在大量可利用的空隙，在物质吸附和储能方面具备天然优势。下列关于T-碳的说法错误的是 A．与石墨是同一种物质 B．在一定条件下能燃烧 C．具有良好的吸附性 D．是一种新单质 4．劳动创造美好生活。下列关于劳动项目相关的解释错误的是 A．向锁芯中放入铅笔芯粉末：利用石墨的润滑性 B．清理家中的鱼缸并通入氧气：空气中的氧气易溶于水 C．用碳素墨汁书写春联，字迹不易褪色：常温下碳的化学性质稳定 D．用活性炭除去冰箱内的异味：活性炭具有吸附性 5．科学家合成了一种形似“分子锁链”的新型碳结构C48，有望为电子器件和量子科技领域提供革命性的新材料。下列关于C48说法正确的是 A．是一种新型的有机化合物 B．常温下化学性质活泼 C．完全燃烧后生成二氧化碳 D．与石墨是同种物质 6．帛书上用墨书写的文字能保存千年，是因为常温下碳单质具有 A．稳定性 B．吸附性 C．可燃性 D．还原性 7．云南某铜矿企业利用碳还原法处理氧化铜矿渣(含少量杂质，杂质不参与反应)，在真空密闭容器、相同温度下，分别使用不同目数的碳粉(目数越大，颗粒越小)进行实验，测得生成二氧化碳的质量随反应时间变化如图所示。下列分析正确的是 A．曲线a对应碳粉的目数更大，反应更快 B．最终生成二氧化碳的质量不同，是因为碳粉颗粒大小不同 C．若将矿渣也粉碎成细粉，能加快反应速率，助力矿渣高效处理 D．该实验说明，固体颗粒大小不会影响反应的快慢 8．对于化学反应，下列说法不正确的是 A．产物是一种空气污染物 B．此反应中碳元素有两种化合价 C．此反应涉及两种氧化物 D．此反应为化合反应 9．木炭与CuO反应产生的气体除CO2还可能有CO。用图1装置进行两组实验（每组实验中CuO与木炭的质量比不同，其他条件相同），测得产生CO2与CO的体积分数随时间变化如图2、图3。下列说法错误的是 A．气体产物中有CO的原因可能是 B．其他条件相同，CuO与木炭的质量比越大，生成的CO越多 C．为防止装置内氧气影响实验，实验前可用氮气排尽装置内空气 D．证明木炭具有还原性的证据：试管中有红色固体生成，图2、图3中CO2的量增大 10．耐压密闭容器中有一定质量的碳粉和氧气，用电加热板引燃使之充分反应，碳粉完全消失(如图1)，利用压强传感器测定容器内的气压变化(如图2)。已知：一定温度和体积下，气体的压强与分子数成正比。下列说法正确的是 A．AB段压强增大说明容器中碳粉已开始燃烧 B．BC段压强增大仅是因为反应放热 C．若将碳粉换成硫粉，其他条件不变，则最终压强也会稳定在1.5P0 D．最终压强为1.5P0，说明最终气体为CO和的混合物 11．在宏观、微观和符号之间建立联系是化学学科的重要思维方式。 (1)硅与金刚石结构相似，构成硅的微观粒子是__________（填粒子名称）。已知硅原子结构示意图为图甲，图乙是四种粒子的结构示意图，其中与硅的化学性质最相似的是__________（填序号）。 (2)将硅和甲烷溶入镓、铁、镍组成的液态金属中，在标准大气压、条件下，硅与甲烷反应生成四氢化硅和石墨，然后石墨在液态金属表面转化成金刚石薄膜，其转化过程如图1和图2所示。金刚石薄膜具有良好的光学透明性和高度的化学稳定性，在多领域有广泛的应用。 ①图1生成石墨的化学方程式为__________，图2石墨转化成金刚石薄膜，该变化的微观实质是__________。 ②下列有关石墨转变为金刚石的叙述中，正确的有__________（填序号）。 a.一种元素可以组成多种不同的单质 b.石墨转变为金刚石的过程属于物理变化 c.物质的性质在很大程度上决定了物质的用途，但不是唯一的决定因素 12．石墨烯是一种新材料，它的厚度只有0.335nm，是目前为止最薄的单层二维纳米碳材料，它具有优异的光学、电学、力学特性，被认为是一种未来革命性的材料。 (1)石墨烯和石墨都是由碳元素组成的______(填“单质”或“化合物”)，它们具有相似的化学性质是_____。 (2)“1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯”，说明构成石墨烯的微观粒子具有的性质是_____。 (3)图3是碳元素在元素周期表中的相关信息，据此可知______。 A．碳原子的质量为6g B．碳原子的质子数为6 C．碳元素的原子序数为6 D．碳元素的相对原子质量为12.01g (4)工业上采用气态甲烷(CH4)在高温和催化剂条件下制取石墨烯，反应微观示意图如图4： ①该反应的化学方程式是_____，反应的基本类型是______。 ②参与反应的甲烷与生成的石墨烯的微观粒子个数比是_____。 A.1：1                  B.2：1                         C.3：1                         D.4：1 (5)金属Mo掺杂的石墨烯作催化剂可以将CO2高效转化为甲醇(CH3OH)，同时还生成水。转化中还需加入的物质可能是______。 A．CO B．H2 C．O2 D．H2O2 13．“黑色黄金”——碳纤维 国产T1000级高性能碳纤维，是现实中应用性能最接近科幻小说中“飞刃”的超强材料。一束一米长的T1000级碳纤维只有0.5g，抗拉强度却超6600MPa，拉20kg的重物也不会断，是钢材的7～8倍。碳纤维制造过程中，白色的丝束先经预氧化，再被送进1000～1500℃的高温炉中，分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离，最后只剩下高纯度的碳原子。生活中最常见的石墨铅笔芯和T1000级碳纤维都是由碳原子构成的，但石墨铅笔芯一掰就断，T1000级碳纤维束成之后却能拉动汽车。 碳纤维在惰性气体中可以耐受3000℃的高温，但在空气中温度高于400℃时则发生明显的氧化反应，这一性质限制了其在高温氧化环境中的应用。这种“黑色黄金”正在“走出”实验室，成为航空航天、国防科技、新能源、高端装备等国家战略性产业不可或缺的核心骨架。 阅读短文，分析思考，解决的问题： (1)与钢材相比，碳纤维具有的优势是___________。 (2)白色的丝束被送进1000～1500℃的高温炉的目的是___________。 (3)石墨铅笔芯和T1000级碳纤维都是由碳原子构成的，但石墨铅笔芯一掰就断，T1000级碳纤维束成之后却能拉动汽车，微观原因是___________。 (4)碳纤维在高温有氧环境中可能发生燃烧，反应的化学方程式为___________；如在高温氧化环境中应用，需要提升碳纤维的___________性能。 (5)碳纤维被誉为“黑色黄金”，是因为___________。 14． 实验小组同学围绕“木炭还原氧化铜”反应的气体产物成分开展探究实验提出问题，碳还原氧化铜生成的气体是什么？ 【猜想】(1)猜想1：CO2；猜想2：__________；猜想3：CO和CO2的混合物。 【查阅资料】氯化钯试纸遇到CO2不变色，但遇微量CO立即变为黑色。 【实验1】装置如图 (2)观察到的现象是装置乙中________，装置丙中__________，从而得出猜想3正确的结论，装置乙中发生反应的化学方程式为_________________。 (3)某同学提出：上述实验设计从环保角度考虑，还存在不足之处，请提出一种解决方案：______________。 【实验2】为进一步确定碳还原氧化铜生成的气体，实验小组设计实验如图。 实验前，需要向装置中通入一段时间的氮气，以除去空气。将氧化铜、碳粉按一定比例加入试管中进行实验2，测得数据如图。 (4)结合图像分析，碳还原氧化铜反应生成最多的气体是_________（填化学式）。 (5)请结合图像分析图中段的变化原因_____________（用化学方程式表示）。 (6)同学们进一步实验，测得生成的CO与CO2质量比为7：33，则生成CO与CO2的分子个数比为_____________。 15．学习小组的同学开展“碳单质还原氧化铜”的探究活动。 资料：1、常温下，铜不与稀硫酸发生反应。 2、能与稀硫酸发生反应：。 3、碳与氧化铜反应得到的固体中可能含有少量的红色氧化亚铜固体。 【活动一】探究反应物“碳”的选择 同学们利用刚烘干的活性炭粉末、木炭粉末分别与氧化铜粉末进行反应，实验装置如图1所示(玻璃丝可使固体粉末铺匀)，同时利用传感器检测CO的含量，相关实验数据如图2、图3所示(表示有毒气体浓度，数值越大，有毒气体浓度越高)。 (1)碳还原氧化铜的原理为___________(用化学方程式表示)。 (2)图1中金属网罩的作用是___________。气球除可以收集尾气，还可以___________。 (3)图1中使用球形干燥管的目的是___________(任答一点)。 (4)对比图2、图3，该实验更应选择活性炭的理由为___________。 【活动二】探究反应物质量对实验的影响 同学们利用活动一最终选择的反应物，按图1装置进行实验，针对不同反应物质量比出现的实验现象记录如下表： 碳与CuO质量比 1：6.7 1：10.6 1：13.3 实验现象 红热，产生大量气泡，澄清石灰水变浑浊 红热，产生大量气泡，澄清石灰水变浑浊 偶尔红热，有气泡，澄清石灰水变浑浊 实验结果 有较多黑色粉末 亮红色金属光泽 暗红色粉末 (5)分析上述实验结果，可得出该反应中碳与氧化铜的最佳质量比为___________。 (6)理论上碳与氧化铜充分反应的质量比约为1：13.3，但实验中碳的用量比理论上要略多，分析可能的原因是___________(任答一点)。 【活动三】探究碳与氧化铜反应后的固体成分 (7)将图1实验中的试管冷却后，观察到内部的黑色固体全部变为红色。若红色固体是Cu和的混合物，取3.6 g红色固体于试管中，滴加足量稀硫酸，充分反应，可以观察到___________，再将试管中的物质过滤，将滤渣洗涤、干燥、称量，称得滤渣的质量为m g，试分析m的范围是___________。 【拓展延伸】 (8)进一步查阅资料得知：产生量与加热时间的关系如图4所示，为确保碳还原氧化铜所得固体产物尽可能不含，可采取的措施是___________。 暑假预习十五 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 知识清单： 一、碳单质： 1、金刚石： 无 有夺目的光泽 4 硬度大 导热性好 透光性好、硬度大 2、石墨： 灰黑 有金属光泽 软 能导电 有润滑性 熔点高 导电性 碳原子的排列方式不同 3、C60： 60 催化 能源 4、无定形碳： 焦炭 活性炭 炭黑 红色逐渐变浅 活性炭（或木炭）具有吸附性 疏松多孔 净水（或食品脱色、防毒面具等合理即可） 5、其他碳单质： 导热 导电 二、碳单质的化学性质： 稳定 剧烈燃烧，发白光，放热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体 3、还原性： 黑色粉末逐渐变红，澄清的石灰水变浑浊 防止石灰水倒吸使试管炸裂 防止生成的铜再一次被氧化 4、还原反应： 含氧化合物中氧被夺去的反应 木炭 吸热 过关练习： 1、D 2、D 3、A 4、B 5、C 6、A 7、C 8、B 9、B 10、D 11、（1）硅原子 ② （2）Si+CH4SiH4+C 碳原子排列方式改变 ac 12、（1）单质 常温下化学性质稳定（合理即可） （2）微粒的质量体积都很小 （3）BC （4）C+2 分解反应 A （5）B 13、（1）抗拉强度高 （2）使分子中的氢、氧原子剥离，得到纯度高的碳原子 （3）碳原子的排列方式不同 （4） 抗氧化 （5）价格昂贵（合理即可） 14、（1）CO （2）澄清石灰水变浑浊 氯化钯试纸变黑 （3）在导管口a处套一个气球，收集尾气 （4）CO2 （5） （6）1：3 15、（1） （2）集中火焰，提高温度 平衡气压 （3）防止石灰水倒吸 （4）活性炭与氧化铜反应产生的CO较少 （5）1：10.6 （6）高温下生成的二氧化碳会与碳反应 （7）红色固体部分溶解，溶液变蓝 1.6＜m＜3.6 （8）加热足够长的时间 1 学科网（北京）股份有限公司 $