2.1 化学研究什么 第2课时（讲义）化学新教材沪教版九年级上册

第一章 开启化学之门 第2节 化学研究什么 第2课时  化学研究物质的组成和结构、用途与制法 课标要点 1.知道物质由元素组成、由微观粒子构成，了解元素组成与物质结构的基本概念。 2.通过金刚石和石墨的对比，理解同种元素可组成不同物质，结构差异导致性质不同。 3.初步建立“组成和结构决定性质，性质决定用途”的化学思维模型。 4.了解化学在物质制法和用途开发中的重要作用。 学习重难点 重点： 1.物质组成与结构的关系； 2.性质与用途的关系； 3.观察实验并记录现象的方法。 难点： 1.从微观结构角度解释物质性质的差异； 2实验现象的观察与分析。 知识点 化学研究物质的组成和结构 化学研究物质的组成和结构 1.物质的成分实验探究：分别灼烧葡萄糖、 砂糖、面粉 实验过程 实验现象 实验结论 取少量葡萄糖、砂糖、面粉，分别放在燃烧匙中，在酒精灯上加热，直至完全烧焦。 都有黑色残渣生成 这些物质中都含有碳元素 2.物质都由元素组成 从宏观看，物质是由元素组成的，世间万物仅由90多种元素组成。有些物质仅由一种元素组成，如氧气由氧元素组成，氮气由氮元素组成，金刚石、石墨均由碳元素组成。更多的物质由两种或更多种元素组成，如二氧化碳由碳和氧两种元素组成，碳酸氢铵由碳、氢、氧、氮四种元素组成。 3.物质都由微观粒子构成 从微观看，物质都是由肉眼看不见的、极小的微观粒子构成的，各种纯净物质都具有一定的组成和结构 （物质组成和结构的不同导致了物质性质的差异）。 4.结构不同的物质，表现出的性质也不相同 材料 微观结构模型 性质 金刚石 （碳原子构成） 坚硬 石墨 （碳原子构成） 很软 C60 （C60分子构成） 具有一些特殊物理性质 教材延伸： 1.金刚石、石墨都是由碳元素组成的，也都是由碳原子直接构成的，但由于碳原子的排列方式不同，金刚石是正八面体结构，石墨为细鳞片状结构。结构不同，导致二者在物理性质上有很大的差异，也影响其性质和用途。 2.金刚石是自然界最坚硬的物质，而石墨却很软。 随学随练 1．（25-26八年级上·山东淄博·期中）金刚石、石墨两种物质的性质差异性很大，原因是（ ） A．二者都是由碳原子构成 B．构成二者的微粒不同 C．微粒间的化学结构不同 D．微粒间的间隔不同 【答案】C 【解析】金刚石、石墨均由碳原子构成，但两种物质的性质差异性很大，原因是碳原子的排列方式不同，即微粒间的化学结构不同。 故选：C。 2．（2026·河南周口·一模）河南南阳玉雕闻名全国，玉雕制作中常用的金刚石钻头利用了金刚石的（ ） A．硬度大 B．熔点高 C．导电性好 D．密度小 【答案】A 【解析】金刚石是天然存在的硬度最大的物质，制作钻头用于玉雕加工，利用的是其硬度大、可对硬度较高的玉石进行切割打磨的性质，与其熔点、导电性、密度无关。 知识点 化学研究物质的用途与制法 化学研究物质的用途与制法 1.金刚石和石墨性质与用途比较： 物质的性质 物质的用途 （1）金刚石是无色透明的晶体，具有特殊的光学性质 金刚石用于制造钻石 （2）金刚石硬度大 金刚石用于切割玻璃 （3）石墨为灰黑色质软的固体 石墨用于生产铅笔芯 （4）石墨是一种能导电的非金属 石墨用作电池的电极 （5）石墨矿是一种常见的矿产资源 由石墨制取的石墨烯是一种重要的新材料 2.物质的变化、性质与用途的关系 物质的性质大多需要在一定条件下发生变化时得以反映。已知物质的性质和在一定条件下可能发生的变化，就可以依据这些性质和变化来合理地利用物质。例如，金刚石和石墨的性质不同，其用途也有明显差异。 3.充分利用自然界的自然资源 地壳里蕴藏的煤炭、石油、天然气作为燃料直接使用，不仅浪费资源，而且会带来较为严重的环境污染。可以通过化学工艺，制造和合成价值更高的药物、合成纤维、塑料和合成橡胶等。 教材延伸： 我国科学家制备金刚石的突破性成果 1998年，中国科学技术大学钱逸泰带领团队以四氯化碳和金属钠为原料，在一定条件下反应制成了纳米级金刚石。5年后，该团队通过改进技术，使用二氧化碳为原料制备得到金刚石。 近年来，我国发展了更丰富且成熟的技术来制备结构优良的金刚石晶体，2019年中国科学院研究人员利用化学气相沉积法，以天然金刚石的籽晶片作为“种子”，以甲烷作为“养料”，像“种粮食”一样获得精美的人造金刚石。这些成果为我国成为人造金刚石第一大国奠定了重要的基础。 随学随练 1．（25-26八年级下·黑龙江大庆·阶段检测）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是（ ） A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．铜有金属光泽，可用作导线 C．氮气难溶于水，可用作保护气 D．酒精具有可燃性，可用作溶剂 【答案】A 【解析】A、金刚石硬度大，可用于切割玻璃 ，正确； B、铜有导电性，可用作导线，与具有金属光泽无关，错误； C、氮气化学性质稳定，可用作保护气，与难溶于水无关，错误； D、酒精可用作溶剂与具有可燃性无关，错误。 故选A。 2．（2026·陕西宝鸡·一模）下列物质的性质与用途对应关系不正确的是（ ） A．干冰升华吸热——用于食品的冷藏保鲜 B．氧气具有助燃性——用作火箭燃料 C．稀有气体通电发光——用于霓虹灯 D．金刚石硬度大——用于切割玻璃 【答案】B 【解析】A、干冰升华吸热，可用于冷藏食品，正确； B、氧气具有助燃性，但本身不是燃料，而是助燃剂，错误； C、稀有气体通电发光用于霓虹灯，正确； D、金刚石硬度大可用于切割玻璃，正确； 故选B。 拓展 物质的性质与用途 （一）关系与区别 1.关系：性质决定用途，用途反映性质 2.区别：性质是特点特性，没有具体的使用情境，用途是具体情境中性质的表现和反映。例如，作燃料是木炭的用途，可燃性就是性质。 （二）常考化学性质及用途 1.定义：物质在化学变化中表现出来的性质。 2.举例：物质的可燃性、还原性、毒性、氧化性、稳定性、助燃性等。 3.用途：做燃料，做还原剂，做助燃剂，做保护气。 （三）常考物理性质及用途 1.定义：物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质。 2.举例：物质的颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、溶解性、挥发性、密度、光泽、导电性等。 活学活用 1．（2026·广西贺州·二模）下列有关物质的用途与性质，对应关系不正确的是（ ） A．金刚石用于钻探机钻头——硬度大 B．石墨用于制作铅笔芯——质软，深灰色 C．N2用作保护气——不与任何物质反应 D．CO2用作气体肥料——参与光合作用 【答案】C 【解析】A、金刚石硬度大，可作钻头，对应关系正确； B、石墨质软，在纸上划过会留下深灰色的痕迹，用于制作铅笔芯，对应关系正确； C、氮气的化学性质不活泼，用作保护气，氮气在一定条件下能其他物质反应，对应关系错误； D、二氧化碳是光合作用的原料，用作气体肥料，对应关系正确。 故选C。 2．（2026·江苏镇江·一模）下列物质的用途主要与化学性质有关的是（ ） A．用金刚石切割玻璃 B．用液氮作医疗冷冻剂 C．用水银制作温度计 D．用酒精作实验室燃料 【答案】D 【解析】A、用金刚石切割玻璃，是因为金刚石是天然存在的最硬的物质，硬度属于物理性质； B、用液氮作医疗冷冻剂，是因为液氮汽化吸热，能使温度降低，不需要通过化学变化就能表现出来，利用的是其物理性质； C、用水银制作温度计，是因为汞原子之间的间隔随温度的变化而变化，不需要通过化学变化就能表现出来，利用的是其物理性质； D、用酒精作燃烧，是因为酒精具有可燃性，可燃性属于化学性质。 故选D。 拓展 物质的组成与变化 一种物质可以通过化学变化变成其他物质，但反应物和生成物中元素种类相同 例如：石墨转和金刚石都是由碳元素组成的，所以石墨转可以转变成金刚石，转变过程发生的是化学变化。 活学活用 1．（26-27九年级·全国·暑假作业）金刚石、石墨、和碳纳米管都是重要的碳单质(化学结构如下图所示)。下列有关说法中，正确的是（ ） A．四种物质都是由碳原子直接构成的 B．这四种物质之间的相互转化是物理变化 C．这四种物质在氧气中完全燃烧后的产物是不同的 D．这四种物质中碳原子之间形成的化学结构不同 【答案】D 【解析】A. C60是由C60分子构成的，并非由碳原子直接构成，该选项错误。 B. 四种物质属于不同的碳单质，相互转化过程中有新物质生成，属于化学变化，该选项错误。 C. 四种物质都仅由碳元素组成，在氧气中完全燃烧的产物均为二氧化碳，产物相同，该选项错误。 D. 由结构示意图可看出，四种物质中碳原子的排列方式即化学结构不同，该选项正确。 2．（2026·福建漳州·一模）金刚石、石墨、C60是三种含有碳元素的单质，物理性质不同，化学性质相似。 （1）金刚石硬度很大对应的一种用途是 。 （2）石墨常作为电池的电极，是利用石墨性质中的 。 （3）石墨在5万~6万大气压及1000℃~2000℃高温下，与金属铁、钴、镍共同作用，可使石墨转变成金刚石，该变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。 【答案】（1）用作钻探机的钻头等 （2）导电性 （3）化学 【解析】（1）金刚石的硬度很大，可以用来切割玻璃等； （2）将石墨制作成电极，说明石墨具有导电性； （3）石墨在5-6万大气压及1000℃至2000℃度高温下，与金属铁、钴、镍共同作用，可使石墨转变成金刚石，此过程生成了新物质，该反应属于化学变化。 题型 物质的组成和结构 ▌例1 （25-26九年级上·全国·课后作业）下列关于金刚石和石墨的描述，说法不正确的是（ ） A．石墨很软，因此可用作干电池电极 B．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属 C．性质差异大，因为原子的排列方式不同 D．一定条件下，石墨可以转化为金刚石 【答案】A 【解析】A、石墨用作干电池电极的主要原因是其具有良好的导电性，而不是因为其质地软，选项A不正确； B、金刚石是天然存在的最硬的物质，硬度高使其可用于切割或加工坚硬金属，选项B正确； C、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，因为碳原子的排列方式不同，导致两者物理性质差异很大，选项C正确； D、在高温、高压和催化剂条件下，碳原子的排列方式可以发生改变，石墨可转化为金刚石，选项D正确。 故选A。 解题贴士 结构决定性质，性质是结构的反映；性质决定用途，用途是性质的体现。 ▌对点练1-1 （25-26九年级下·河北·二轮复习）某智能机器人的手臂关节采用新型复合材料，内含石墨烯涂层以增强导电性和耐磨性。石墨烯是从石墨中分离出的单层碳原子材料，共导电性优于铜，强度极高。下列相关说法正确的是（ ） A．石墨烯与金刚石均由碳分子构成 B．石墨烯的碳原子排列方式与金刚石不同 C．石墨烯属于合成材料 D．石墨烯在氧气中完全燃烧生成一氧化碳 【答案】B 【解析】A. 石墨烯和金刚石均由碳原子直接构成，而非碳分子，两者均为碳的单质，结构上无分子存在，故A错误； B. 石墨烯为平面六元环结构，金刚石为四面体结构，原子排列方式不同，故B正确； C. 石墨烯是天然石墨的单层结构，属于无机非金属材料，而非人工合成的合成材料，故C错误； D. 碳单质完全燃烧生成二氧化碳（CO₂），一氧化碳（CO）为不完全燃烧产物，故D错误。 故选：B。 ▌对点练1-2 （25-26八年级上·全国·课后作业）如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是（ ） A．这四种物质都很软，可作润滑剂 B．这四种物质碳原子的排列方式相同 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2 D．这四种物质的物理性质都相同 【答案】C 【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质；石墨很软，可作润滑剂，说法错误，不符合题意； B、金刚石、石墨、、碳纳米管这四种物质碳原子的排列方式不相同，说法错误，不符合题意； C、金刚石、石墨、、碳纳米管这四种物质都是由碳元素组成的碳单质，它们完全燃烧后的产物都是，说法正确，符合题意； D、金刚石、石墨、、碳纳米管这四种物质碳原子的排列方式不相同，所以它们的物理性质有差异，说法错误，不符合题意。 故选：C。 题型 物质的性质和用途 ▌例2 （25-26八年级下·黑龙江绥化·期中）碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。如图为金刚石、石墨、和石墨烯的结构模型，图中小球代表碳原子。 （1）金刚石、石墨、都是由_________组成的单质，其中由_________（填“分子”或“原子”）构成。 （2）石墨在一定条件下转化为金刚石，该反应属于_________（填“物理”或“化学”）变化。 （3）石墨的用途可以是_________（填标号）。 A．用作电极 B．用于切割大理石 （4）金刚石和石墨的组成元素相同，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子_________不同。 【答案】（1）碳元素 分子 （2）化学 （3）A （4）排列方式 【解析】（1）金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质； 是由分子构成； （2）在一定条件下，石墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化； （3）石墨具有良好导电性，可作电极；石墨硬度小，不能切割大理石； （4）金刚石为空间网状结构，石墨为层状结构，二者碳原子的排列方式不同，因此物理性质差异较大。 解题贴士 物质的性质决定用途 物质的性质大多需要在一定条件下发生变化时得以反映。人们认识了物质的性质和在一定条件下可能发生的变化，就可以依据这些性质和变化来合理地利用物质。例如，金刚石，和石墨的性质不同，其用途也有明显差异。因此，合理利用物质的性质，对提高人们的生活质量和促进社会发展具有重要作用。 ▌对点练2-1 （2026·河南周口·一模）下列物质的性质和用途对应关系正确的是（ ） A．酒精具有可燃性——用作消毒剂 B．氮气化学性质不活泼——用于制造硝酸 C．氧气具有助燃性——用作燃料 D．石墨能导电——用作干电池的电极 【答案】D 【解析】A、 酒精作消毒剂是利用其能使蛋白质变性的性质，与可燃性无关，对应错误； B、氮气化学性质不活泼可作保护气，制造硝酸是利用其含有氮元素可发生化学反应转化为硝酸，对应错误； C、氧气有助燃性但无可燃性，不能用作燃料，对应错误； D、石墨具有导电性，可作干电池电极，对应正确。 故选D。 ▌对点练2-2 （26-27九年级·全国·暑假作业）下列物质的用途正确的是（ ） A．金刚石裁玻璃 B．活性炭做电车的电刷 C．用石墨制成的墨汁绘画 D．用木炭脱色制白糖 【答案】A 【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于裁玻璃，说法正确，符合题意； B、活性炭具有吸附性，但不具备良好的导电性和耐磨性，不适合制作电车的电刷，说法错误，不符合题意； C、用炭黑制成的墨汁绘画，而不是石墨，说法错误，不符合题意； D、虽然木炭具有吸附性，但工业上通常是用活性炭来脱色制白糖，说法错误，不符合题意。 故选：A。 基础通关 阅读下列资料，完成下面小题。 透明的金刚石、灰黑色的石墨和足球状、空心球体结构的都是由碳元素组成的单质。金刚石可用来切割大理石、加工坚硬的金属。石墨很软，有滑腻感。常温下为固体，能与K等金属反应生成超导材料，如图所示的独特结构使之有可能在催化、医学等领域具有广泛应用。 1．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，正确的是（ ） A．所有的碳单质都能导电 B．、、等碳单质可能是一种未来革命性材料 2．浙江大学制造出了超轻物质，取名“碳海绵”（如图，主要成分是石墨烯和碳纳米管），刷新了超轻固体材料的世界纪录，也是目前吸油力最强的材料。下列对碳海绵的说法错误的是（ ） A．在一定条件下可还原氧化铜 B．常温下是轻质透明且易变质的固体 C．使用时须特别注意防火 D．可处理海上石油泄漏 3．金刚石、石墨和都是由碳元素组成的单质，它们在物理性质方面差异显著，其原因是构成它们原子的（ ） A．种类不同 B．排列方式不同 C．质量不同 D．大小不同 【答案】1．B 2．B 3．B 【解析】1．A、不是所有碳单质都能导电，例如金刚石不能导电，说法错误，故不符合题意。 B、C60、C70、C90等碳材料具有特殊的结构和性质，在材料科学等领域有很大的应用潜力，是一种未来革命性材料，说法正确，故符合题意。 故选B。 2．A、碳海绵主要成分是石墨烯和碳纳米管，都属于碳单质， 碳单质在一定条件下具有还原性，可还原氧化铜，A正确； B、题干中未提及碳海绵是透明的，且碳在常温下化学性质稳定，但在一定条件下也会发生反应，不能说不易变质，B 错误; C、碳海绵主要成分是碳，碳具有可燃性，使用时须特别注意防火，C正确; D、碳海绵是目前吸油力最强的材料，可处理海上石油泄漏，D正确； 故选B。 3．金刚石、石墨和都是由碳元素组成的单质，它们在物理性质方面差异显著，其原因是构成它们原子的排列方式不同。 4．（25-26八年级下·上海·期末）金刚石的结构模型是（ ） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】A、该模型为空间正四面体延伸的立体网状结构，符合金刚石的结构特征，故选项符合题意。 B、该模型为层状结构，是石墨的结构模型，故选项不符合题意。 C、该模型为足球状结构，是（足球烯）的结构模型，故选项不符合题意。 D、该模型为管状结构，是碳纳米管的结构模型，故选项不符合题意。 5．（26-27九年级·全国·暑假作业）下列关于金刚石和石墨的说法正确的是（ ） A．金刚石和石墨在氧气中充分燃烧，产物都是CO2 B．金刚石和石墨的化学式都为C，因此两者为同种物质 C．金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，但两者的物理性质相同 D．在一定条件下，石墨可以合成金刚石，这一变化属于物理变化 【答案】A 【解析】A、金刚石和石墨均为碳元素组成的单质，在氧气中充分燃烧均生成二氧化碳，A正确； B、因两者原子排列不同，并非同种物质，B错误； C、两者物理性质（如硬度、导电性）差异显著，C错误； D、石墨转化为金刚石涉及原子重排，属于化学变化，D错误。 故选：A。 6．（26-27八年级·上海·暑假作业）下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是（ ） A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质 C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构 【答案】D 【解析】A、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，则构成它们的原子大小相同，说法错误，不符合题意； B、金刚石是自然界中存在的硬度最大的物质，但并非是所有物质中硬度最大的，说法错误，不符合题意； C、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，说法错误，不符合题意； D、物质的结构决定其性质，具有独特性质是因为它有独特的结构，说法正确，符合题意。 故选：D。 7．（25-26九年级上·河北衡水·期中）“钻石恒久远，一颗永流传”这句广告词被某杂志评为20世纪的经典广告之一，该广告词能体现钻石的性质是（ ） A．不导热 B．不能导电 C．化学性质稳定 D．熔点低 【答案】C 【解析】钻石是经过琢磨的金刚石（碳的单质），碳在常温下化学性质稳定（或不活泼），很难与其它物质发生反应，保存的时间较长，所以说“钻石恒久远，一颗永流传”； 故选C。 8．（2026·河南信阳·三模）金刚石薄膜可用作透镜等光学仪器的涂层。下列关于金刚石薄膜性质的推测不正确的是（ ） A．硬度大 B．透光性好 C．见光易分解 D．导热效果好 【答案】C 【解析】A.金刚石是天然存在硬度最大的物质，硬度大的推测合理，表述正确。 B.透镜类光学仪器需要涂层具备良好透光性才不会影响使用效果，该推测合理，表述正确。 C.金刚石是碳单质，常温下化学性质非常稳定，见光不会分解，且若见光易分解无法长期作为光学涂层使用，该推测错误。 D.金刚石导热性远优于多数常见金属，导热效果好的推测合理，表述正确。 9．（25-26九年级上·全国·单元复习）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、、碳纳米管等。下列对于碳单质的认识中，正确的是（ ） A．石墨转化为金刚石属于物理变化 B．所有碳单质的性质完全相同 C．金刚石、石墨、都是由原子构成 D．充分燃烧产物只有二氧化碳 【答案】D 【解析】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，选项说法错误； B、金刚石、石墨等碳单质中碳原子的排列方式不同，碳单质的物理性质差异很大，选项说法错误； C、金刚石、石墨由原子构成，C60由C60分子构成，选项说法错误。 D、碳单质具有可燃性，根据质量守恒定律，C60充分燃烧产物只有二氧化碳，选项说法正确； 故选D。 10．（2026·河南周口·二模）物质的性质决定用途。下列对应关系成立的是（ ） A．石墨有滑腻感，可用作电极 B．干冰升华吸热，可用作食品保鲜剂 C．焦炭有还原性，可用作吸附剂 D．金刚石无色透明，可用于切割玻璃 【答案】B 【解析】A、石墨具有导电性，能用作电极；石墨有滑腻感，可制作润滑剂，故选项错误。 B、干冰升华能吸热，可以用作食品的保鲜剂，故选项正确。 C、焦炭具有还原性，可用来冶炼金属；活性炭有吸附性，可用作吸附剂，故选项错误。 D、金刚石无色透明，可制作装饰品；金刚石硬度大，可用于切割玻璃，故选项错误。 故选B。 素养提升 （25-26九年级下·江苏徐州·期中）阅读下列材料，完成下列小题： 世界上最黑的物质“超级黑”是以木材为原料，在1500℃高温下炭化，就形成了比头发丝细一万倍的由碳原子构成的纳米管碳单质，其吸光率高达99.65%。超黑涂料可提高太阳能电池的吸光性能，用于制造隐形材料和伪装材料等。 11．“超级黑”材料主要由碳元素组成。下列说法正确的是（ ） A．碳的单质都是黑色的 B．“超级黑”的形成仅有物理变化 C．“超级黑”与金刚石结构不同 D．“超级黑”常温下化学性质不稳定 12．下列关于“超级黑”的说法错误的是（ ） A．“超级黑”可用于新能源开发 B．“超级黑”、石墨、C60都是碳原子构成的 C．“超级黑”可以还原氧化铁 D．“超级黑”吸光率高被用作隐形飞机材料 【答案】11．C 12．B 【解析】11．A. 碳的单质不都是黑色，例如金刚石是无色透明的碳单质，错误。 B. 木材在1500℃下炭化生成新的碳单质，属于化学变化，不是仅有物理变化，错误。 C. “超级黑”是碳纳米管结构，金刚石为空间网状正八面体结构，二者结构不同，正确。 D. 碳单质常温下化学性质稳定，错误。 12．A. 由题干可知“超级黑”可提高太阳能电池的吸光性能，可用于新能源开发，正确。 B. 是由分子构成的，不是直接由碳原子构成，错误。 C. 碳单质具有还原性，高温下可以还原氧化铁，正确。 D. 题干明确说明“超级黑”吸光率高，可用于制造隐形材料和伪装材料，正确。 13．（25-26八年级下·山东德州·阶段检测）中国已建成全球规模最大、技术最先进、运营最成熟的高速铁路网，在里程、速度、技术、标准、出海等方面均稳居世界前列。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。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．熔点高 B．灰黑色 C．导电性好 D．滑腻感 【答案】B 【解析】A、受电弓滑板与接触网摩擦会产生大量热量，熔点高可避免滑板高温熔化，与应用有关。 B、灰黑色是石墨的外观颜色，对受电弓滑板的输电、耐磨等功能无影响，与应用无关。 C、受电弓滑板需要传输电力获取能量，导电性好是核心必备性质，与应用有关。 D、滑腻感使石墨具有优良润滑性，可减小滑板与接触网的摩擦损耗，与应用有关。 14．（25-26九年级上·湖南长沙·期末）碳纤维具有良好的导电性、强度大、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀性和膨胀系数小等特点，广泛用于航天航空领域。下列属于碳纤维的化学性质的是（ ） A．碳纤维具有导电性 B．碳纤维抗拉强度大 C．碳纤维耐腐蚀性强 D．碳纤维具有导热性 【答案】C 【解析】A、碳纤维具有导电性是不需要发生化学变化就能表现出来的性质，是物理性质。A不符合题意； B、碳纤维抗拉强度大是不需要发生化学变化就能表现出来的性质，是物理性质。B不符合题意； C、碳纤维耐腐蚀性强是碳纤维在化学变化中表现出来的性质，属于化学性质。C符合题意； D、碳纤维具有导热性是不需要发生化学变化就能表现出来的性质，是物理性质。D不符合题意。 故选C。 15．（25-26九年级上·全国·课后作业）碳家族的成员很多，用途很广，下列关于碳的应用与其性质不对应的是（ ） A．木炭作燃料——碳有可燃性 B．利用石墨作电极材料——石墨具有导电性 C．金刚石作钻探机的钻头——金刚石硬度大 D．用墨汁书写的字画经久不褪色——石墨耐高温 【答案】D 【解析】A、木炭能作燃料，是因为碳具有可燃性，燃烧时能释放出大量的热，为燃烧提供能量，性质与用途对应正确，不符合题意； B、石墨能够作电极材料，是因为石墨具有导电性，能够让电流顺利通过，性质与用途对应正确，不符合题意； C、金刚石能作钻探机的钻头，是因为金刚石硬度大，在钻探过程中能够轻易地穿透坚硬的岩石等物质，性质与用途对应正确，不符合题意； D、用墨汁书写的字画经久不褪色，是因为墨汁中含有碳，常温下碳的化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，而不是因为石墨耐高温，性质与用途对应错误，符合题意； 故选D。 迁移创新 16．（2026·海南海口·二模）石墨烯是指由单层碳原子组成的二维薄片(图1)。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。面料中掺入石墨烯后，石墨烯可吸收人体的热能，再以远红外线的形式辐射回人体，减少热量损失。石墨烯还能影响菌体的正常代谢，使其无法生存。其他条件相同时，不同面料中掺入石墨烯后的抑菌效果如图2所示。 （1）石墨烯与金刚石都是碳单质，但二者性质差异却很大，从微观角度解释其原因。 （2）根据图2分析石墨烯混纺面料的优点。 （3）除了可以做抗菌面料外，写出石墨烯在纺织领域中的另一种应用，并说明理由。 【答案】（1）碳原子的排列方式不同 （2）对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等常见致病菌的抑菌率更高，抗菌抑菌效果好 （3）应用：制作保暖纺织面料；理由：石墨烯可吸收人体热能再以远红外线辐射回人体，减少热量损失，能提升面料保暖性 【解析】（1）同种元素组成的不同碳单质，物理性质差异的微观本质就是碳原子的排列方式不同，金刚石为立体网状结构，石墨烯为单层平面结构，排列不同导致性质差异大。 （2）对比相同基体的普通混纺纱和石墨烯混纺纱，添加石墨烯后对三种常见致病菌的抑菌率都明显升高，因此可得出石墨烯混纺面料抗菌效果更好的结论。 （3）略。 17．（25-26九年级上·全国·单元复习）石墨烯——改变世界的神奇新材料 石墨烯（C）是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图所示，与金刚石的碳原子排列方式不同，物理性质差异巨大，石墨烯的导电性比银还强，具有极强的导热性和优良的透光性。 科学家提出，给石墨烯“打上”许多特定大小的孔，制成单层纳米孔维薄膜，可进行海水淡化，其工作原理如下图所示。 （1）石墨烯是由_________（填“分子”、“原子”或“离子”）构成的。 （2）石墨烯与金刚石物理性质存在着明显差异的原因是___________。 （3）石墨烯的物理性质有___________。（任写一条即可） （4）石墨烯海水淡化膜允许__________（填微观粒子名称）通过。 【答案】（1）原子 （2）碳原子的排列方式不同 （3）导电性强（合理即可） （4）水分子 【解析】（1）石墨烯是由碳原子直接构成的二维晶体，属于由原子构成的物质。 （2）石墨烯与金刚石都由碳原子构成，但碳原子的排列方式不同，导致二者物理性质差异巨大。 （3）根据题干信息，石墨烯具有导电性强、导热性极强、透光性优良等物理性质。 （4）从海水淡化原理图可知，石墨烯纳米孔薄膜允许水分子通过，而阻止钠离子和氯离子等盐分通过，从而实现海水淡化。 18．（25-26九年级上·河北·期末）电影《流浪地球2》中的太空电梯给同学们留下了深刻印象。清华大学团队研发的超长碳纳米管可能会成为未来建造太空电梯的材料。碳纳米管是碳单质的一种。请根据下图回答问题： （1）图1、2、3是碳元素的三种单质，其中图2表示的物质是_______（填名称），它们的物理性质差异很大的原因是_______。 （2）中国高铁惊艳世界，“大国重器”扬我国威。高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是_______性。 （3）到目前为止，碳纳米管是人类能造出来最坚固的材料，请推测碳纳米管可能具有的一条化学性质_______。 【答案】（1）石墨 碳原子的排列方式不同 （2）导电 （3）可燃性 【解析】（1）图2表示的物质是石墨； 图1、2、3是碳元素的三种单质，分别为金刚石、石墨、，它们的物理性质差异很大的原因是碳原子的排列方式不同； （2）高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是导电性； （3）碳纳米管是碳单质的一种，碳单质与氧气在点燃条件下生成二氧化碳，则碳纳米管可能具有的一条化学性质是可燃性。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章 开启化学之门 第2节 化学研究什么 第2课时  化学研究物质的组成和结构、用途与制法 课标要点 1.知道物质由元素组成、由微观粒子构成，了解元素组成与物质结构的基本概念。 2.通过金刚石和石墨的对比，理解同种元素可组成不同物质，结构差异导致性质不同。 3.初步建立“组成和结构决定性质，性质决定用途”的化学思维模型。 4.了解化学在物质制法和用途开发中的重要作用。 学习重难点 重点： 1.物质组成与结构的关系； 2.性质与用途的关系； 3.观察实验并记录现象的方法。 难点： 1.从微观结构角度解释物质性质的差异； 2实验现象的观察与分析。 知识点 化学研究物质的组成和结构 化学研究物质的组成和结构 1.物质的成分实验探究：分别灼烧葡萄糖、 砂糖、面粉 实验过程 实验现象 实验结论 取少量葡萄糖、砂糖、面粉，分别放在燃烧匙中，在酒精灯上加热，直至完全烧焦。 都有 生成 这些物质中都含有 2.物质都由元素组成 从宏观看，物质是由 组成的，世间万物仅由90多种元素组成。有些物质仅由一种元素组成，如氧气由氧元素组成，氮气由 组成，金刚石、石墨均由 组成。更多的物质由两种或更多种元素组成，如二氧化碳由 两种元素组成，碳酸氢铵由 、 、 、 四种元素组成。 3.物质都由微观粒子构成 从微观看，物质都是由肉眼看不见的、极小的 构成的，各种纯净物质都具有一定的 （物质组成和结构的不同导致了物质性质的差异）。 4.结构不同的物质，表现出的性质也不相同 材料 微观结构模型 性质 金刚石 （碳原子构成） 石墨 （碳原子构成） C60 （C60分子构成） 教材延伸： 1.金刚石、石墨都是由碳元素组成的，也都是由碳原子直接构成的，但由于碳原子的排列方式不同，金刚石是正八面体结构，石墨为细鳞片状结构。结构不同，导致二者在物理性质上有很大的差异，也影响其性质和用途。 2.金刚石是自然界最坚硬的物质，而石墨却很软。 随学随练 1．（25-26八年级上·山东淄博·期中）金刚石、石墨两种物质的性质差异性很大，原因是（ ） A．二者都是由碳原子构成 B．构成二者的微粒不同 C．微粒间的化学结构不同 D．微粒间的间隔不同 2．（2026·河南周口·一模）河南南阳玉雕闻名全国，玉雕制作中常用的金刚石钻头利用了金刚石的（ ） A．硬度大 B．熔点高 C．导电性好 D．密度小 知识点 化学研究物质的用途与制法 化学研究物质的用途与制法 1.金刚石和石墨性质与用途比较： 物质的性质 物质的用途 （1）金刚石是无色透明的晶体，具有特殊的光学性质 金刚石用于 （2）金刚石硬度大 金刚石用于 （3）石墨为灰黑色质软的固体 石墨用于 （4）石墨是一种能导电的非金属 石墨用作 （5）石墨矿是一种常见的矿产资源 由石墨制取的石墨烯是一种重要的 2.物质的变化、性质与用途的关系 物质的性质大多需要在一定条件下发生 时得以反映。已知物质的性质和在一定条件下可能发生的变化，就可以依据这些性质和变化来合理地利用物质。例如，金刚石和石墨的性质不同，其用途也有明显差异。 3.充分利用自然界的自然资源 地壳里蕴藏的煤炭、石油、天然气作为燃料直接使用，不仅 ，而且会带来较为严重的 。可以通过化学工艺，制造和合成价值更高的药物、合成纤维、塑料和合成橡胶等。 教材延伸： 我国科学家制备金刚石的突破性成果 1998年，中国科学技术大学钱逸泰带领团队以四氯化碳和金属钠为原料，在一定条件下反应制成了纳米级金刚石。5年后，该团队通过改进技术，使用二氧化碳为原料制备得到金刚石。 近年来，我国发展了更丰富且成熟的技术来制备结构优良的金刚石晶体，2019年中国科学院研究人员利用化学气相沉积法，以天然金刚石的籽晶片作为“种子”，以甲烷作为“养料”，像“种粮食”一样获得精美的人造金刚石。这些成果为我国成为人造金刚石第一大国奠定了重要的基础。 随学随练 1．（25-26八年级下·黑龙江大庆·阶段检测）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是（ ） A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．铜有金属光泽，可用作导线 C．氮气难溶于水，可用作保护气 D．酒精具有可燃性，可用作溶剂 2．（2026·陕西宝鸡·一模）下列物质的性质与用途对应关系不正确的是（ ） A．干冰升华吸热——用于食品的冷藏保鲜 B．氧气具有助燃性——用作火箭燃料 C．稀有气体通电发光——用于霓虹灯 D．金刚石硬度大——用于切割玻璃 拓展 物质的性质与用途 （一）关系与区别 1.关系：性质决定用途，用途反映性质 2.区别：性质是特点特性，没有具体的使用情境，用途是具体情境中性质的表现和反映。例如，作燃料是木炭的用途，可燃性就是性质。 （二）常考化学性质及用途 1.定义：物质在化学变化中表现出来的性质。 2.举例：物质的可燃性、还原性、毒性、氧化性、稳定性、助燃性等。 3.用途：做燃料，做还原剂，做助燃剂，做保护气。 （三）常考物理性质及用途 1.定义：物质不需要发生化学变化就能表现出来的性质。 2.举例：物质的颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、溶解性、挥发性、密度、光泽、导电性等。 活学活用 1．（2026·广西贺州·二模）下列有关物质的用途与性质，对应关系不正确的是（ ） A．金刚石用于钻探机钻头——硬度大 B．石墨用于制作铅笔芯——质软，深灰色 C．N2用作保护气——不与任何物质反应 D．CO2用作气体肥料——参与光合作用 2．（2026·江苏镇江·一模）下列物质的用途主要与化学性质有关的是（ ） A．用金刚石切割玻璃 B．用液氮作医疗冷冻剂 C．用水银制作温度计 D．用酒精作实验室燃料 拓展 物质的组成与变化 一种物质可以通过 变成其他物质，但反应物和生成物中 相同 例如：石墨转和金刚石都是由碳元素组成的，所以石墨转可以转变成金刚石，转变过程发生的是化学变化。 活学活用 1．（26-27九年级·全国·暑假作业）金刚石、石墨、和碳纳米管都是重要的碳单质(化学结构如下图所示)。下列有关说法中，正确的是（ ） A．四种物质都是由碳原子直接构成的 B．这四种物质之间的相互转化是物理变化 C．这四种物质在氧气中完全燃烧后的产物是不同的 D．这四种物质中碳原子之间形成的化学结构不同 2．（2026·福建漳州·一模）金刚石、石墨、C60是三种含有碳元素的单质，物理性质不同，化学性质相似。 （1）金刚石硬度很大对应的一种用途是 。 （2）石墨常作为电池的电极，是利用石墨性质中的 。 （3）石墨在5万~6万大气压及1000℃~2000℃高温下，与金属铁、钴、镍共同作用，可使石墨转变成金刚石，该变化属于 （填“物理”或“化学”）变化。 题型 物质的组成和结构 ▌例1 （25-26九年级上·全国·课后作业）下列关于金刚石和石墨的描述，说法不正确的是（ ） A．石墨很软，因此可用作干电池电极 B．金刚石很硬，可用来加工坚硬的金属 C．性质差异大，因为原子的排列方式不同 D．一定条件下，石墨可以转化为金刚石 解题贴士 结构决定性质，性质是结构的反映；性质决定用途，用途是性质的体现。 ▌对点练1-1 （25-26九年级下·河北·二轮复习）某智能机器人的手臂关节采用新型复合材料，内含石墨烯涂层以增强导电性和耐磨性。石墨烯是从石墨中分离出的单层碳原子材料，共导电性优于铜，强度极高。下列相关说法正确的是（ ） A．石墨烯与金刚石均由碳分子构成 B．石墨烯的碳原子排列方式与金刚石不同 C．石墨烯属于合成材料 D．石墨烯在氧气中完全燃烧生成一氧化碳 ▌对点练1-2 （25-26八年级上·全国·课后作业）如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是（ ） A．这四种物质都很软，可作润滑剂 B．这四种物质碳原子的排列方式相同 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2 D．这四种物质的物理性质都相同 题型 物质的性质和用途 ▌例2 （25-26八年级下·黑龙江绥化·期中）碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。如图为金刚石、石墨、和石墨烯的结构模型，图中小球代表碳原子。 （1）金刚石、石墨、都是由_________组成的单质，其中由_________（填“分子”或“原子”）构成。 （2）石墨在一定条件下转化为金刚石，该反应属于_________（填“物理”或“化学”）变化。 （3）石墨的用途可以是_________（填标号）。 A．用作电极 B．用于切割大理石 （4）金刚石和石墨的组成元素相同，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子_________不同。 解题贴士 物质的性质决定用途 物质的性质大多需要在一定条件下发生变化时得以反映。人们认识了物质的性质和在一定条件下可能发生的变化，就可以依据这些性质和变化来合理地利用物质。例如，金刚石，和石墨的性质不同，其用途也有明显差异。因此，合理利用物质的性质，对提高人们的生活质量和促进社会发展具有重要作用。 ▌对点练2-1 （2026·河南周口·一模）下列物质的性质和用途对应关系正确的是（ ） A．酒精具有可燃性——用作消毒剂 B．氮气化学性质不活泼——用于制造硝酸 C．氧气具有助燃性——用作燃料 D．石墨能导电——用作干电池的电极 ▌对点练2-2 （26-27九年级·全国·暑假作业）下列物质的用途正确的是（ ） A．金刚石裁玻璃 B．活性炭做电车的电刷 C．用石墨制成的墨汁绘画 D．用木炭脱色制白糖 基础通关 阅读下列资料，完成下面小题。 透明的金刚石、灰黑色的石墨和足球状、空心球体结构的都是由碳元素组成的单质。金刚石可用来切割大理石、加工坚硬的金属。石墨很软，有滑腻感。常温下为固体，能与K等金属反应生成超导材料，如图所示的独特结构使之有可能在催化、医学等领域具有广泛应用。 1．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，正确的是（ ） A．所有的碳单质都能导电 B．、、等碳单质可能是一种未来革命性材料 2．浙江大学制造出了超轻物质，取名“碳海绵”（如图，主要成分是石墨烯和碳纳米管），刷新了超轻固体材料的世界纪录，也是目前吸油力最强的材料。下列对碳海绵的说法错误的是（ ） A．在一定条件下可还原氧化铜 B．常温下是轻质透明且易变质的固体 C．使用时须特别注意防火 D．可处理海上石油泄漏 3．金刚石、石墨和都是由碳元素组成的单质，它们在物理性质方面差异显著，其原因是构成它们原子的（ ） A．种类不同 B．排列方式不同 C．质量不同 D．大小不同 4．（25-26八年级下·上海·期末）金刚石的结构模型是（ ） A． B． C． D． 5．（26-27九年级·全国·暑假作业）下列关于金刚石和石墨的说法正确的是（ ） A．金刚石和石墨在氧气中充分燃烧，产物都是CO2 B．金刚石和石墨的化学式都为C，因此两者为同种物质 C．金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，但两者的物理性质相同 D．在一定条件下，石墨可以合成金刚石，这一变化属于物理变化 6．（26-27八年级·上海·暑假作业）下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是（ ） A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质 C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构 7．（25-26九年级上·河北衡水·期中）“钻石恒久远，一颗永流传”这句广告词被某杂志评为20世纪的经典广告之一，该广告词能体现钻石的性质是（ ） A．不导热 B．不能导电 C．化学性质稳定 D．熔点低 8．（2026·河南信阳·三模）金刚石薄膜可用作透镜等光学仪器的涂层。下列关于金刚石薄膜性质的推测不正确的是（ ） A．硬度大 B．透光性好 C．见光易分解 D．导热效果好 9．（25-26九年级上·全国·单元复习）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、、碳纳米管等。下列对于碳单质的认识中，正确的是（ ） A．石墨转化为金刚石属于物理变化 B．所有碳单质的性质完全相同 C．金刚石、石墨、都是由原子构成 D．充分燃烧产物只有二氧化碳 10．（2026·河南周口·二模）物质的性质决定用途。下列对应关系成立的是（ ） A．石墨有滑腻感，可用作电极 B．干冰升华吸热，可用作食品保鲜剂 C．焦炭有还原性，可用作吸附剂 D．金刚石无色透明，可用于切割玻璃 素养提升 （25-26九年级下·江苏徐州·期中）阅读下列材料，完成下列小题： 世界上最黑的物质“超级黑”是以木材为原料，在1500℃高温下炭化，就形成了比头发丝细一万倍的由碳原子构成的纳米管碳单质，其吸光率高达99.65%。超黑涂料可提高太阳能电池的吸光性能，用于制造隐形材料和伪装材料等。 11．“超级黑”材料主要由碳元素组成。下列说法正确的是（ ） A．碳的单质都是黑色的 B．“超级黑”的形成仅有物理变化 C．“超级黑”与金刚石结构不同 D．“超级黑”常温下化学性质不稳定 12．下列关于“超级黑”的说法错误的是（ ） A．“超级黑”可用于新能源开发 B．“超级黑”、石墨、C60都是碳原子构成的 C．“超级黑”可以还原氧化铁 D．“超级黑”吸光率高被用作隐形飞机材料 13．（25-26八年级下·山东德州·阶段检测）中国已建成全球规模最大、技术最先进、运营最成熟的高速铁路网，在里程、速度、技术、标准、出海等方面均稳居世界前列。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。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．熔点高 B．灰黑色 C．导电性好 D．滑腻感 14．（25-26九年级上·湖南长沙·期末）碳纤维具有良好的导电性、强度大、抗疲劳、耐高温、耐腐蚀性和膨胀系数小等特点，广泛用于航天航空领域。下列属于碳纤维的化学性质的是（ ） A．碳纤维具有导电性 B．碳纤维抗拉强度大 C．碳纤维耐腐蚀性强 D．碳纤维具有导热性 15．（25-26九年级上·全国·课后作业）碳家族的成员很多，用途很广，下列关于碳的应用与其性质不对应的是（ ） A．木炭作燃料——碳有可燃性 B．利用石墨作电极材料——石墨具有导电性 C．金刚石作钻探机的钻头——金刚石硬度大 D．用墨汁书写的字画经久不褪色——石墨耐高温 迁移创新 16．（2026·海南海口·二模）石墨烯是指由单层碳原子组成的二维薄片(图1)。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。面料中掺入石墨烯后，石墨烯可吸收人体的热能，再以远红外线的形式辐射回人体，减少热量损失。石墨烯还能影响菌体的正常代谢，使其无法生存。其他条件相同时，不同面料中掺入石墨烯后的抑菌效果如图2所示。 （1）石墨烯与金刚石都是碳单质，但二者性质差异却很大，从微观角度解释其原因。 （2）根据图2分析石墨烯混纺面料的优点。 （3）除了可以做抗菌面料外，写出石墨烯在纺织领域中的另一种应用，并说明理由。 17．（25-26九年级上·全国·单元复习）石墨烯——改变世界的神奇新材料 石墨烯（C）是从石墨材料中剥离出来，由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。其结构如图所示，与金刚石的碳原子排列方式不同，物理性质差异巨大，石墨烯的导电性比银还强，具有极强的导热性和优良的透光性。 科学家提出，给石墨烯“打上”许多特定大小的孔，制成单层纳米孔维薄膜，可进行海水淡化，其工作原理如下图所示。 （1）石墨烯是由_________（填“分子”、“原子”或“离子”）构成的。 （2）石墨烯与金刚石物理性质存在着明显差异的原因是___________。 （3）石墨烯的物理性质有___________。（任写一条即可） （4）石墨烯海水淡化膜允许__________（填微观粒子名称）通过。 18．（25-26九年级上·河北·期末）电影《流浪地球2》中的太空电梯给同学们留下了深刻印象。清华大学团队研发的超长碳纳米管可能会成为未来建造太空电梯的材料。碳纳米管是碳单质的一种。请根据下图回答问题： （1）图1、2、3是碳元素的三种单质，其中图2表示的物质是_______（填名称），它们的物理性质差异很大的原因是_______。 （2）中国高铁惊艳世界，“大国重器”扬我国威。高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是_______性。 （3）到目前为止，碳纳米管是人类能造出来最坚固的材料，请推测碳纳米管可能具有的一条化学性质_______。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $