6.1 碳单质的多样性（题型专练）化学新教材人教版九年级上册

**基本信息** 以“结构-性质-用途”为主线，通过11类题型系统构建碳单质知识网络，融合概念辨析、实验探究与微观解释，培养化学观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础概念|1题型/1典例+3变式|同素异形体概念辨析|从元素组成切入，建立“同种元素可形成不同单质”认知| |性质与用途|4题型/4典例+8变式|结构-性质-用途对应法|通过金刚石、石墨等对比，揭示结构决定性质、性质决定用途的化学观念| |微观解释|1题型/1典例+3变式|微观粒子排列分析|从原子排列方式差异解释碳单质物理性质不同，培养微观探析能力| |实验探究|2题型/2典例+5变式|实验现象-结论推导|以木炭还原氧化铜为核心，训练科学探究与证据推理能力| |新型碳单质|1题型/1典例+3变式|信息迁移应用|结合石墨烯、T-碳等新物质，拓展物质多样性认知，体现科学态度|

课题1 碳单质的多样性（题型突破·举一反三） 题型01 同种元素组成的物质 题型02 金刚石的性质与用途 题型03 石墨的性质与用途 题型04 金刚石、石墨、C60等碳单质的综合考查 题型05 活性炭的吸附性 题型06 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 题型07 新型碳单质的结构和物理性质分析 题型08 碳单质的化学性质 题型09 实验探究——木炭还原氧化铜 题型10 木炭还原其他氧化物 ▌题型01 同种元素组成的物质 1．氧元素：O2（氧气）、O3（臭氧） 2．碳元素：金刚石、石墨、C60 3．磷元素：红磷、白磷 4．同种元素组成的物质不一定是纯净物。 【典例1】（2025-2026九上·广东肇庆·期末）下列对化学基本观念的认识错误的是 A．微粒观：保持化学性质的最小粒子是氮原子 B．变化观：一定条件下，和可以相互转化 C．结构观：金刚石坚硬而石墨质软，是由于碳原子排列方式不同 D．价值观：化学知识用途广泛，利用化学知识可治理环境污染，改善生存环境 【变式1-1】（2026·河南周口·三模）化学核心观念辨析，说法错误的是 A．元素观：红磷和白磷均由磷元素组成 B．分类观：纯碱属于盐、烧碱属于碱 C．转化观：CO和CO2一定条件下可相互转化 D．微粒观：金刚石和C60均由碳原子直接构成 【变式1-2】（2025-2026九上·吉林·期末）下列对宏观事实的微观解释正确的是 A．金刚石和石墨的物理性质不同——碳原子的结构不同 B．氢气经压缩储存在钢瓶中——压强增大，分子间间隔变大 C．一氧化碳和二氧化碳的化学性质不同——原子排列方式不同 D．过氧化氢分解生成水和氧气——化学变化中，分子分成原子，原子结合成新分子 【变式1-3】模型是对研究对象的本质特质、构成要素、相互关系一种概括性的描述，以下是关于碳的各种模型(如图)，说法不正确的是 A．四种物质都由碳元素组成 B．四种物质都属于单质 C．四种物质都是由原子直接构成的 D．四种物质具有相似的化学性质 ▌题型02 金刚石的性质与用途 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最 的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等 无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石 在特殊条件下制备的金刚石薄膜： 透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层 导热性好→用于集成电路基板散热 【典例2】（2025-2026九上·河南信阳·期末）物质是由微观粒子构成的。下列物质由原子构成的是 A．氢气 B．氯化氢 C．干冰 D．金刚石 【变式2-1】（2025-2026九上·广东梅州·期末）劳动创造美好生活。下列劳动项目所涉及的化学知识错误的是 选项 劳动项目 化学知识 A 干冰可作制冷剂 能溶于水 B 用镶嵌金刚石的刀裁玻璃 金刚石硬度大 C 用厨余垃圾自制花肥 物质发生缓慢氧化 D 往自制净水器内放入活性炭 活性炭具有吸附性 A．A B．B C．C D．D 【变式2-2】（2025-2026九上·四川成都·期末）下表总结了碳元素组成物质的性质及对应用途，其中有误的一项是 选项 物质 性质 用途 A 金刚石 硬度大 切割玻璃、作为钻机钻头 B 石墨 导电性好 干电池、受电弓滑板 C 活性炭 吸附性强 在冰箱中吸附异味 D 木炭 着火点高 用作燃料和还原剂 A．A B．B C．C D．D 【变式2-3】（2025-2026九上·云南大理·期末）阅读短文，回答下列问题。 钻石里的“六边形战士” 金刚石的碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨，被称为“硬度之王”。然而这一结构也有弱点：某些平面一旦受力，就容易错位滑移，限制其强度。于是科学家把眼光投向另一种结构更精美、性质更优越的超级钻石——六方金刚石。 六方金刚石的形成条件极为苛刻，我国科学家创新提出了一种由石墨到六方金刚石转变的方法，在可控的高温高压、准静水压条件下，压缩和加热石墨单晶，最终得到高纯度六方金刚石。 普通金刚石的碳原子以相同的键长相连接。而我们合成的六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的“碳-碳”键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，具备更优越的硬度、韧性。 (1)金刚石被称为“硬度之王”的原因是_______。其用途是_______。 (2)石墨和六方金刚石中都含有的元素是_______。 (3)普通金刚石和六方金刚石中碳原子的排列方式不同，造成它们的_______（填“物理”或“化学”）性质有明显差异。 (4)六方金刚石比普通金刚石具有更优越的硬度、韧性的原因是_______。 ▌题型03 石墨的性质与用途 物质 结构 性质 用途 石墨 层状 色、有 感、质软 做铅笔芯、润滑剂 熔点 做高温润滑剂 优良的 性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 【典例3】（2025-2026九上·湖北襄阳·期末）我国高速铁路的发展走在世界前列。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 【变式3-1】（2025-2026九上·山东菏泽·期末）下列对宏观事实的微观解释中，不正确的是 选项 宏观事实 微观解释 A 金刚石和石墨的硬度差异很大 碳原子的排列方式不同 B 一氧化碳和二氧化碳化学性质不同 分子构成不同 C 春天花香四溢 分子在不断地运动 D 气体压缩储存于钢瓶中 压强增大，气体分子变小 A．A B．B C．C D．D 【变式3-2】（2025-2026九上·河南南阳·期末）“物质的性质决定其用途”，下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．氮气化学性质稳定，可用于生产氮肥 B．石墨的熔点高，可用于生产铅笔芯 C．氦气密度小，可用作保护气 D．活性炭具有吸附性，可用于防毒面具 【变式3-3】（2025-2026九上·四川成都·期末）下列物质的用途主要是利用了其化学性质的是 A．利用氮气制造氮肥 B．利用氩氦刀治疗肿瘤 C．用金刚石来裁玻璃 D．用石墨做电池的电极 ▌题型04 金刚石、石墨、C60等碳单质的综合考查 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最 的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等 无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石 在特殊条件下制备的金刚石薄膜： 透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层 导热性好→用于集成电路基板散热 石墨 层状 色、有 感、质软 作铅笔芯、润滑剂 熔点 作高温润滑剂 优良的 性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 C60 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于 、 、材料、医学及生物等领域 区别与联系 ① 导致三者的物理性质存在明显差异； ②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本 。 【典例4】（2025-2026九上·四川绵阳·期末）金刚石、石墨、、碳纳米管都是碳的单质，下列说法错误的是 A．常温下，和碳纳米管的化学性质很活泼 B．石墨可以制作高铁的电刷 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是 D．这四种物质的物理性质有较大差异的原因是碳原子的排列方式不同 【变式4-1】（2025-2026九上·广东广州·期末）石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是 A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质 B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化 C．四种物质完全燃烧后产物相同 D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨的性质差异较大 【变式4-2】（2025-2026九上·黑龙江绥化·期末）1985年人类在金刚石和石墨之外又发现了一种新的碳单质—足球烯，后续又发现了碳纳米管、石墨烯、T-碳等碳单质。下列有关碳单质的说法正确的是 A．碳单质只含有碳元素 B．构成金刚石和石墨的原子种类不同 C．不同碳单质的物理性质是相同的 D．石墨烯燃烧只会生成二氧化碳 【变式4-3】（2025-2026九上·湖南衡阳·期末）碳及其化合物与生产生活密切相关。 (1)东晋葛洪在《抱朴子》中写道：“扶南出金刚……可以刻玉。人没水取之，虽铁椎击之亦不能伤。”文中所述物质“金刚”的结构是下图中的____（填序号，下同）。 (2)铅笔中无“铅”，铅笔芯的主要成分是石墨和黏土，利用石墨的物理性质是_____。 a.质软    b.吸附性    c.导电性    d.熔点高 ▌题型05 活性炭的吸附性 活性炭具有 的结构，具有吸附的能力，可以吸附一些食品和工业中的色素，制作防毒面具等。 【典例5】（2025-2026九上·陕西商洛·期末）开展跨学科实践活动中，下列做法所对应的解释正确的是 A．水质检测及自制净水器——活性炭可杀菌消毒 B．用橡皮泥制作水分子的模型——水是由氢原子和氧原子构成的 C．基于特定需求设计和制作简易供氧器——过氧化氢由氢气和氧气组成 D．设计垃圾的分类与回收利用方案——从物质组成、分类、转化及利用价值和保护环境等角度设计 【变式5-1】（2025-2026九上·云南曲靖·期末）碳单质在生产生活中用途越来越广泛，让人类的生活更多姿多彩。 (1)金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃；石墨有滑腻感，具有优良的导电性，可用于制造受电弓滑板。从微观结构角度解释金刚石和石墨物理性质差异的原因_____。 结合上述实例，简述物质的结构、性质与用途之间的关系_____。 (2)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。 ①宣纸制作中，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______操作相似。 ②《岳阳楼图》是元代夏永创作的墨笔画，此画能保存至今不变色的原因是______。 (3)制糖工业中利用______脱色生产白糖。 【变式5-2】（2025-2026九上·吉林白山·期末）某化学小组邀请你一起来完成以下有关水的实践活动。 (1)动手制作：自制净水器需要活性炭，主要利用活性炭的_________性。 (2)水质检测：对家乡的天然水进行检测，其中一项重要指标为________，通常以Ca2+、Mg2+含量计算。 (3)爱水措施：保护水资源的有效途径之一是__________。 【变式5-3】（2025-2026九上·河南驻马店·期末）金刚石、石墨都是碳单质，它们的物理性质不同的原因是________。为减少雾霾的吸入，人们出行经常戴口罩，是利用口罩中填充物（活性炭）的________性。     ▌题型06 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 物质 金刚石 石墨 C60 结构 立体网状 【典例6】（2025-2026九上·吉林·期末）如图是碳的几种单质的结构示意图。 (1)在一定条件下物质②转化为物质①属于________(填“物理”或“化学”)变化。 (2)物质③化学式的微观意义是________。 (3)①②③物理性质有所差异的原因是________。 【变式6-1】（2025-2026九上·重庆·期末）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   【变式6-2】（2025-2026九上·新疆伊犁·期末）碳与碳的化合物在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。 (1)“低碳行动”中的“碳”指的是________（填“C”“CO”或“”）。 (2)如图甲是碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数是________，碳元素在元素周期表中位于第________周期。 (3)碳的单质有多种，如图乙，具有下列结构的碳单质中，由分子构成的是________（填化学式），不同的碳单质其物理性质存在差异的原因是________。石墨在一定条件下转化为金刚石，该变化属于________（填“物理”或“化学”）变化。金刚石可燃烧，其反应的化学方程式为________。 (4)植物光合作用可表示为：，推测该有机物中一定含有的元素是________。 (5)催化转化器可将汽车尾气中的有毒气体转化为无毒气体，发生反应的微观示意图如下图所示： ①观察说明该化学反应前后没有发生改变的微观粒子是________（写名称）。 ②下列关于该反应的叙述中，正确的是________（填字母序号） a.反应前后，元素的化合价均发生改变 b.反应的产物均为无毒物质 c.反应物和生成物中都有氮元素的氧化物 d.反应前后，原子和分子的数目均保持不变 【变式6-3】（2025-2026九上·广西钦州·期末）阅读短文并回答问题。 石墨和金刚石一样，是碳元素的一种存在形式，不同的是金刚石是自然界中最坚硬的物质，石墨则是最软的矿物之一，常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的，它只由一层碳原子在平面上构成。石墨烯堪称目前世界上最薄的材料，同时，它又能导电。目前世界上最薄、最轻的全新材料石墨烯，其硬度比最硬的钢铁还要高100倍。 (1)图1为碳原子的结构示意图，碳原子的质子数为_____。常温下碳的化学性质_____（填“活泼”或“不活泼”）。 (2)图2、3对应两种碳单质，图2所示单质的名称是_____，它们组成元素相同，物理性质有差异的原因是_____。 (3)下列关于石墨烯的说法中，正确的是_____（填字母）。 A．自然界中不存在石墨烯 B．石墨和石墨烯属于同一种物质 C．石墨烯具有可燃性，充分燃烧可生成二氧化碳 D．石墨烯具有很多极端的物理性质 ▌题型07 新型碳单质的结构和物理性质分析 1．木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为 (由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于 物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 2．木炭与活性炭 ①探究木炭(或活性炭)的吸附性 实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，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 实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色 实验分析 木炭(或活性炭)有 ，吸附了水中的 ，色素减少，水的颜色变浅直至无色 ②木炭和活性炭都具有吸附能力 原因 都具有的 结构 用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的 、有 的物质 活性炭 a.用在防毒面具里吸附有毒气体； b.制糖工业中脱色以制取白糖； e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； d.吸附室内装修产生的有害气体 【典例7】（2025-2026九上·安徽·期末）我国科学家预言并合成的T-碳(如图)，其核心结构特征是由四个碳原子构成的正四面体结构单元，取代了立方金刚石中的单个碳原子，内部存在大量可利用的空隙。独特的结构使其在物质吸附和储能方面具备天然优势。下列关于T-碳说法正确的是 A．T-碳是一种化合物 B．T-碳具有良好的吸附性 C．T-碳燃烧一定会生成二氧化碳 D．T-碳的物理性质与金刚石相同 【变式7-1】（2025-2026九上·云南德宏·期末）“碳纳米泡沫”是一种纯碳新材料，每个泡沫含有约4000个碳原子，直径约6~9nm。下列叙述不正确的是 A．“碳纳米泡沫”和金刚石的化学性质相似 B．“碳纳米泡沫”完全燃烧的产物是CO2和H2O C．“碳纳米泡沫”可用于冶炼金属 D．“碳纳米泡沫”属于纯净物 【变式7-2】（2025-2026九上·江西上饶·期末）石墨烯是一种新型碳单质，它由单层碳原子以正六边形(蜂窝状)紧密排列形成。厚度仅为一个碳原子直径，是目前已知最薄的材料，具有优异的导电性、极强的韧性与硬度，且化学性质稳定，在电子、能源领域有广阔前景，而石墨是由大量石墨烯片层通过微弱作用力层层堆叠形成的，片层间易滑动，因此石墨质地较软，可用于制作铅笔芯、润滑剂等。 请根据上述材料及所学知识，回答下列问题： (1)石墨烯和石墨的关系是_____(填“同种物质”或“不同种物质”)，二者的物理性质差异较大(如硬度、导电性)，主要原因是______。 (2)下列关于石墨烯的说法正确的是______。 A．石墨烯属于化合物 B．石墨烯的化学性质稳定 C．石墨烯是目前已知最厚的材料 D．石墨烯中碳原子不进行运动 (3)工业上采用甲烷气体在一定条件下分解制取石墨烯(C)，同时产生氢气，请写出工业上制取石墨烯的化学方程式______。 【变式7-3】（2025-2026九上·湖南郴州·期末）阅读下列材料。 被誉为21世纪“黑色材料”的石墨烯（如图1），是从石墨中分离出来的一层或几层由碳原子构成的石墨片，其化学性质类似于石墨。工业上可采用甲烷气体在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯（C），同时产生氢气。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它比钻石还坚硬。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。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，促进新陈代谢。另外，石墨烯中的含氧基团能影响菌体的正常代谢，实验人员研究不同面料中掺加石墨烯后的抗菌效果（如图2）。随着科技水平的提升，功能化的石墨烯以及石墨烯的复合材料在智能生活、电子材料、生物医学、环保监测等方面展现了巨大的应用前景。 (1)结合材料，写出工业制取石墨烯的化学方程式________。 (2)从图2可知掺加石墨烯后面料的抑菌率________（填“增强”或“减弱”）。 (3)下列说法正确的是__________（填字母）。 A．石墨烯常温下化学性质活泼 B．石墨烯可用于制作新能源电池 C．金刚石的硬度大于石墨烯 D．面料的抑菌率与菌体种类有关 ▌题型08 性质、结构、用途的关系 结构决定性质，性质决定用途；用途反映性质，性质反映结构。 【典例8】（2025-2026九上·河南驻马店·期末）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．酒精具有可燃性，可用作溶剂 B．氮气难溶于水，可用作保护气 C．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 D．石墨具有金属光泽，可用作润滑剂 【变式8-1】（2025-2026九上·江西赣州·期末）下列物质的性质和用途对应关系正确的是 A．氧气能支持燃烧——用作高能燃料 B．石墨质地较软——常用于润滑剂 C．金刚石质地坚硬——用于裁玻璃 D．氮气无色无臭气体——常用作食品保护气 【变式8-2】（2025-2026九上·广东东莞·期末）物质的性质决定用途，下列性质与用途匹配的是 A．液氧具有助燃性，可作燃料 B．稀有气体通电时发出不同颜色的光，可用于制作电光源 C．金刚石因其透光性好，可用于切割玻璃 D．氢气的密度比空气小，可作清洁燃料 【变式8-3】（2025-2026九上·重庆永川·期末）下列物质的性质与用途对应关系错误的是 选项 物质 性质 用途 A 金刚石 硬度大 用于裁切玻璃 B 石墨 导电性好 用于制高铁列车的受电弓滑板 C 活性炭 吸附性强 用于制冰箱除臭剂 D 氧气 助燃性 用作燃料 A．A B．B C．C D．D ▌题型09 碳单质的化学性质 1．常温下碳的稳定性 （1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子最外层有 个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的 （很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。 2．碳与氧气的反应—可燃性 在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。 氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳 现象： 。 氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳 — 3．碳与某些氧化物的反应—还原性 （1）碳在高温的条件下可以和某些氧化物，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性 （2） （3）3C + 2Fe2O3 4Fe + 3CO2↑ （4） 【典例9】（2025-2026九上·广东江门·期末）氧气制取和性质的结构图如图所示，下列有关说法正确的是 A．高锰酸钾和过氧化氢制取氧气的发生装置相同 B．铁丝燃烧的反应属于化合反应 C．硫燃烧产生无色、无味的气体 D．木炭不充分燃烧产生 【变式9-1】（2025-2026九上·湖北宜昌·期末）阅读科普短文，回答问题。 石墨烯（C）是从石墨材料中剥离出来的碳单质，它是目前已知的世界上最薄的材料，在室温下可以单独稳定存在。石墨烯导电性比银还强，可用于芯片电路板的导电层，提升电子设备的信号传输效率，还具有优良的透光性能，可用于建筑、汽车等领域的高透光学玻璃涂层。石墨烯的基本化学性质与石墨类似，实验结果表明，石墨烯的着火点在700-800℃左右。 纺纱面料掺入石墨烯后，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)图1石墨烯与金刚石都是碳元素组成的单质，物理性质却有明显差异的原因是_______。 (2)由图2可知，将石墨烯掺入_______纺纱面料后，对白色念珠菌抑菌效果更好。 (3)当温度为700-800℃时，石墨烯充分燃烧的化学方程式为_______。 (4)石墨烯还具有极强的导热性能，请预测石墨烯还可用于_______（写一种用途）。 【变式9-2】（2025-2026九上·江苏镇江·期末）下列物质的转化在给定条件下不能实现的是 A． B． C． D． 【变式9-3】（2025-2026九上·河南南阳·期末）①我国的春节被列为非物质文化遗产。春节家家户户贴对联，用墨汁书写的春联可以经久不褪色，原因是______。②人们常用石墨作电极，是因为石墨具有____性。 ▌题型10 实验探究——木炭还原氧化铜 实验装置 实验步骤 ① ； ②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； ③将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管； ④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟； ⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管 后再把试管里的粉末倒在纸上 实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿， 粉末变为 ，澄清石灰水变 实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊 实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有 性 化学方程式 【典例10】（2025-2026九上·广西百色·期末）按下图1所示进行木炭还原氧化铜的实验，实验时试管①中固体的质量随加热时间的变化如下图2所示。下列分析正确的是 A．N点起可观察到红色固体开始变黑色 B．P点对应的固体物质有三种 C．N点到P点，固体中铜元素的质量分数不变 D．Q点对应的固体物质只有一种 【变式10-1】（2025-2026九上·四川广安·期末）木炭与CuO反应产生的气体除CO2，还可能有CO。用图1装置进行三组实验(每组实验中木炭与CuO的质量比不同，其他条件相同)，测得产生CO的体积分数随时间变化如图2。下列说法错误的是 A．气体产物中有CO的原因可能是 B．实验中观察到试管内的黑色粉末逐渐变为红色 C．实验前排尽装置内的空气，以免影响实验结果 D．其他条件相同，木炭与CuO的质量比越小，生成的CO越多 【变式10-2】（2025-2026九上·湖北武汉·期末）在进行碳粉还原氧化铜的分组实验中，不同小组实验的现象存在较明显的差异，为此化学兴趣小组对影响该实验成功的因素进行了探究。 【对话AI：实验成功的指标】 ①生成红色光亮的珠状或块状物（主要指标）；②过程中有明显的红热现象；③生成的气体使澄清石灰水变浑浊 【查阅资料】 ①将氧化铜还原为铜需确保较高的温度（600℃以上）。 ②该反应明显放热。 ③（氧化亚铜）为砖红色粉末，不溶于水，遇稀硫酸发生反应：。 【实验探究】 小组同学基于以上准备并经过预测后，开展了如下的实验探究，请回答有关问题。 Ⅰ．探究反应物的干燥程度对实验的影响 在相同条件下进行表1所示对比实验并记录实验现象： 表1  干燥程度不同的反应物实验的现象 反应混合物 0.2 g碳粉和2.0 g氧化铜直接混匀 0.2 g碳粉和2.0 g氧化铜干燥后混匀 实验现象 小部分红热，试管壁有大量水珠；出现少量暗红色无光泽小颗粒 部分红热，有火星；出现一定量红色光亮珠状物 (1)停止加热时，固体依然能保持红热，原因是________。 (2)实验现象表明水的存在对实验不利，除不利于反应物的接触外，结合查阅的资料，推测水对实验造成的不利还有________。 Ⅱ．探究反应物的总质量对实验的影响 分别称取干燥研磨后的反应混合物（碳粉与氧化铜质量比为）2.2 g、4.4 g、5.5 g，在相同实验条件下实验，实验现象如表2： 表2  总质量不同的反应物实验的现象 反应混合物质量 2.2 g 4.4 g 5.5 g 实验现象 部分红热，有火星；有砖红色粉末和少量红色光亮珠状物 完全红热，有火星；有较多红色光亮块状物 部分红热，有火星；有黑色粉末和少量暗红色小颗粒物 (3)4.4 g混合物发生的主要反应的化学方程式为________。 (4)实验现象表明，反应混合物总质量过大或过小都不利于实验，结合查阅的资料，推测总质量过小对实验不利的原因是________。 (5)设计实验证明2.2 g混合物发生反应后的固体中存在：________。 【实验结论】 反应混合物的总质量和干燥程度会对该实验能否成功产生影响。 【交流评价】 以上探究不充分，可能还存在其它影响因素，如碳粉与氧化铜的质量比或粒径大小等。 【变式10-3】（2025-2026九上·安徽滁州·期末）开展实验探究是培养学生科学素养、创新精神和实践能力的有效途径。化学小组同学用木炭还原氧化铜(足量)(如图所示)。数据记录如下：反应前木炭和氧化铜的混合物的总质量是，而反应时间和剩余固体的质量关系如下表所示 反应时间 剩余固体质量 请回答： (1)试管①的实验现象为_____，发生还原反应的物质是_____。 (2)该反应产生的的质量为_____ (3)参加反应的碳的质量是多少？(写出计算过程) ▌题型11 木炭还原其他氧化物 碳与某些氧化物的反应—还原性 1．碳在高温的条件下可以和某些氧化物，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性 2． 3．3C + 2Fe2O3 4Fe + 3CO2↑ 4． 【典例11】（2025-2026九上·湖南株洲·期末）试管中的黑色粉末加热变成红色固体，同时生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，这黑色粉末是 A．氧化铜 B．四氧化三铁和木炭粉 C．氧化铜和木炭粉 D．氧化铜和二氧化锰 【变式11-1】（2025-2026九上·广东东莞·期末）高铁车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能，工业上高温采用火法炼镍的原理是：，下列说法错误的是 A．反应中X的化学式为 B．NiO中Ni的化合价为价 C．碳过量时，气体产物中可能有CO D．此反应说明碳具有可燃性 【变式11-2】（2025-2026九上·四川乐山·期末）“5G”改变生活，中国芯彰显中国“智”造。乐山五通桥区是国家重要的多晶硅生产地，芯片的基材主要是高纯硅，下图是利用石英砂（主要成分）制取高纯硅的流程图，请回答下列问题： (1)与金刚石结构相似，则构成的粒子是__________（填“分子”、“原子”或“离子”）。 (2)步骤1发生的反应为：，上述反应中X是__________（填化学式），其中焦炭可以把硅从它的氧化物中__________（填“氧化”或“还原”）出来。 (3)步骤3中“蒸馏”属于__________（填“物理”或“化学”）变化。 (4)步骤4中物质M在该生产过程中可循环使用，写出步骤4反应的化学方程式：__________。 【变式11-3】（2025-2026九上·广东东莞·期末）芯片被称为“现代工业的粮食”，高纯度的硅可用于制造计算机芯片。工业上常用焦炭在高温下和二氧化硅反应制取硅，主要反应为。 (1)硅在地壳中的含量居第________位。 (2)反应中焦炭表现出________性（填“氧化”或“还原”）； (3)中氧元素的质量分数为________。（精确到0.1%，此空2分） (4)如图，生成一氧化碳的质量为________kg。 (5)根据化学方程式计算，至少需要焦炭的质量是多少（写出计算过程）？ / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题1 碳单质的多样性（题型突破·举一反三） ▌题型01 同种元素组成的物质 【典例1】A 【变式1-1】D 【变式1-2】D 【变式1-3】C ▌题型02 金刚石的性质与用途 【典例2】D 【变式2-1】A 【变式2-2】D 【变式2-3】(1) 碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨（合理即可） 切割大理石或裁玻璃 (2)或碳 (3)物理 (4)六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的碳碳键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点（合理即可） ▌题型03 石墨的性质与用途 【典例3】B 【变式3-1】D 【变式3-2】D 【变式3-3】A ▌题型04 金刚石、石墨、C60等碳单质的综合考查 【典例4】A 【变式4-1】D 【变式4-2】A 【变式4-3】 (1)c (2)a ▌题型05 活性炭的吸附性 【典例5】D 【变式5-1】(1) 碳原子的排列方式不同 结构决定性质，性质决定用途（用途反映性质，性质反映结构） (2) 过滤 常温下，碳单质的化学性质稳定（或不活泼） (3)活性炭 【变式5-2】(1)吸附 (2)硬度 (3)生活中一水多用，节约用水；工业废水处理达标后再排放等 【变式5-3】碳原子排列方式不同 吸附 ▌题型06 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 【典例6】(1)化学 (2)一个C60分子由60个碳原子构成 (3)碳原子的排列方式不同 【变式6-1】(1) 硅原子 ② (2) 碳原子排列方式发生了改变 ac 【变式6-2】(1)CO2 (2) 4 二 (3) C60 碳原子的排列方式不同 化学 (4)C、H (5) 碳原子、氮原子、氧原子 b 【变式6-3】(1) 6 不活泼 (2) 金刚石 碳原子的排列方式不同 (3)CD ▌题型07 新型碳单质的结构和物理性质分析 【典例7】B 【变式7-1】B 【变式7-2】(1)不同种物质 碳原子的排列方式不同 (2)B (3) 【变式7-3】(1) (2)增强 (3)BD ▌题型08 性质、结构、用途的关系 【典例8】C 【变式8-1】C 【变式8-2】B 【变式8-3】D ▌题型09 碳单质的化学性质 【典例9】B 【变式9-1】(1)碳原子的排列方式不同 (2)棉混 (3) (4)散热材料（合理即可） 【变式9-2】B 【变式9-3】常温下，碳单质的化学性质稳定 导电 ▌题型10 实验探究——木炭还原氧化铜 【典例10】B 【变式10-1】D 【变式10-2】(1)碳粉还原氧化铜是放热反应 (2)水的存在会吸收热量降低体系温度，可能导致生成氧化亚铜而不是光亮的铜，影响实验效果 (3) (4)反应放热总量少，散热较快，不易维持 600℃ 以上的高温，导致氧化铜不能充分还原为铜，而部分生成氧化亚铜 (5)取反应后固体加入稀硫酸，若观察到砖红色粉末减少或消失，溶液变蓝，且仍有红色固体存在，则证明固体中含有Cu2O。 【变式10-3】(1) 黑色固体变红 氧化铜（或） (2)4.4 (3)木炭还原氧化铜的化学方程式为，的相对原子质量为12，的相对原子质量为16，的相对分子质量为，设参加反应的碳的质量是， 解得。 答：参加反应的碳的质量是。 ▌题型11 木炭还原其他氧化物 【典例11】C 【变式11-1】D 【变式11-2】(1)原子 (2) CO 还原 (3)物理 (4) 【变式11-3】(1)二/2 (2)还原 (3)53.3% (4)84 (5)解：设焦炭的质量为x 答：至少需要焦炭的质量为36 kg。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题1 碳单质的多样性（题型突破·举一反三） 题型01 同种元素组成的物质 题型02 金刚石的性质与用途 题型03 石墨的性质与用途 题型04 金刚石、石墨、C60等碳单质的综合考查 题型05 活性炭的吸附性 题型06 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 题型07 新型碳单质的结构和物理性质分析 题型08 碳单质的化学性质 题型09 实验探究——木炭还原氧化铜 题型10 木炭还原其他氧化物 ▌题型01 同种元素组成的物质 1．氧元素：O2（氧气）、O3（臭氧） 2．碳元素：金刚石、石墨、C60 3．磷元素：红磷、白磷 4．同种元素组成的物质不一定是纯净物。 【典例1】（2025-2026九上·广东肇庆·期末）下列对化学基本观念的认识错误的是 A．微粒观：保持化学性质的最小粒子是氮原子 B．变化观：一定条件下，和可以相互转化 C．结构观：金刚石坚硬而石墨质软，是由于碳原子排列方式不同 D．价值观：化学知识用途广泛，利用化学知识可治理环境污染，改善生存环境 【答案】A 【详解】A、保持化学性质的最小粒子是氮分子，说法错误，符合题意； B、一定条件下，和可以相互转化，如在放电条件下，氧气可以转化为臭氧；而臭氧在催化剂等条件下也可以转化为氧气，说法正确，不符合题意； C、金刚石坚硬而石墨质软，是由于碳原子排列方式不同，说法正确，不符合题意； D、化学知识用途广泛，利用化学知识可治理环境污染，改善生存环境，说法正确，不符合题意。 故选：A。 【变式1-1】（2026·河南周口·三模）化学核心观念辨析，说法错误的是 A．元素观：红磷和白磷均由磷元素组成 B．分类观：纯碱属于盐、烧碱属于碱 C．转化观：CO和CO2一定条件下可相互转化 D．微粒观：金刚石和C60均由碳原子直接构成 【答案】D 【详解】A.红磷和白磷是磷元素的两种同素异形体，都仅由磷元素组成，表述正确。 B.纯碱是碳酸钠俗称，由金属阳离子和酸根阴离子构成，属于盐；烧碱是氢氧化钠，解离出的阴离子全部为OH－，属于碱，表述正确。 C.CO与氧气或金属氧化物反应可生成CO2，CO2和C高温反应可生成CO，CO和CO2一定条件下可相互转化，表述正确。 D.金刚石是由碳原子直接构成的碳单质，C60是由分子构成的碳单质，表述错误。 【变式1-2】（2025-2026九上·吉林·期末）下列对宏观事实的微观解释正确的是 A．金刚石和石墨的物理性质不同——碳原子的结构不同 B．氢气经压缩储存在钢瓶中——压强增大，分子间间隔变大 C．一氧化碳和二氧化碳的化学性质不同——原子排列方式不同 D．过氧化氢分解生成水和氧气——化学变化中，分子分成原子，原子结合成新分子 【答案】D 【详解】A、金刚石和石墨的物理性质不同，是因为它们的碳原子排列方式不同，说法错误，不符合题意； B、氢气经压缩储存在钢瓶中，是因为氢分子间有间隔，受压后，氢分子间的间隔变小，说法错误，不符合题意； C、一氧化碳和二氧化碳的化学性质不同，是因为它们的分子构成不同，一氧化碳由一氧化碳分子构成，二氧化碳由二氧化碳分子构成，由分子构成的物质，分子是保持其化学性质的最小粒子，所以二者化学性质不同，说法错误，不符合题意； D、过氧化氢分解生成水和氧气，是因为在化学变化中，分子可分为原子，原子可重新组合为新的分子，说法正确，符合题意。 故选：D。 【变式1-3】模型是对研究对象的本质特质、构成要素、相互关系一种概括性的描述，以下是关于碳的各种模型(如图)，说法不正确的是 A．四种物质都由碳元素组成 B．四种物质都属于单质 C．四种物质都是由原子直接构成的 D．四种物质具有相似的化学性质 【答案】C 【详解】A、金刚石、石墨、C60、石墨烯均是由碳元素组成的碳单质，不符合题意； B、金刚石、石墨、C60、石墨烯均是由碳元素组成的纯净物，均属于单质，不符合题意； C、C60是由C60分子构成的，金刚石、石墨、石墨烯均是由碳原子构成的，符合题意； D、金刚石、石墨、C60、石墨烯均属于碳单质，它们具有相似的化学性质，不符合题意。 故选C。 ▌题型02 金刚石的性质与用途 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最硬的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等 无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石 在特殊条件下制备的金刚石薄膜： 透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层 导热性好→用于集成电路基板散热 【典例2】（2025-2026九上·河南信阳·期末）物质是由微观粒子构成的。下列物质由原子构成的是 A．氢气 B．氯化氢 C．干冰 D．金刚石 【答案】D 【详解】A、氢气由氢分子构成。故选项A不符合题意； B、氯化氢由氯化氢分子构成。故选项B不符合题意； C、干冰（固态二氧化碳）由二氧化碳分子构成。故选项C不符合题意； D、金刚石是由碳原子直接构成的物质。故选项D符合题意。 故选D。 【变式2-1】（2025-2026九上·广东梅州·期末）劳动创造美好生活。下列劳动项目所涉及的化学知识错误的是 选项 劳动项目 化学知识 A 干冰可作制冷剂 能溶于水 B 用镶嵌金刚石的刀裁玻璃 金刚石硬度大 C 用厨余垃圾自制花肥 物质发生缓慢氧化 D 往自制净水器内放入活性炭 活性炭具有吸附性 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A、干冰升华吸热，用于制冷剂，与是否溶于水无关，选项错误； B、金刚石硬度大，可用于切割玻璃，选项正确； C、厨余垃圾可以与氧气发生氧化反应，用于自制化肥，选项正确； D、活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，在自制净水器内用于吸附水中异味有色物质，选项正确； 故选：A。 【变式2-2】（2025-2026九上·四川成都·期末）下表总结了碳元素组成物质的性质及对应用途，其中有误的一项是 选项 物质 性质 用途 A 金刚石 硬度大 切割玻璃、作为钻机钻头 B 石墨 导电性好 干电池、受电弓滑板 C 活性炭 吸附性强 在冰箱中吸附异味 D 木炭 着火点高 用作燃料和还原剂 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A、金刚石硬度大，可切割玻璃、作为钻机钻头，说法正确，不符合题意； B、石墨导电性好，可用于干电池、受电弓滑板，说法正确，不符合题意； C、活性炭吸附性强，可用于吸附冰箱中异味，说法正确，不符合题意； D、木炭用作燃料是利用其可燃性，用作还原剂是利用其还原性，与着火点高无关，说法错误，符合题意。 故选：D。 【变式2-3】（2025-2026九上·云南大理·期末）阅读短文，回答下列问题。 钻石里的“六边形战士” 金刚石的碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨，被称为“硬度之王”。然而这一结构也有弱点：某些平面一旦受力，就容易错位滑移，限制其强度。于是科学家把眼光投向另一种结构更精美、性质更优越的超级钻石——六方金刚石。 六方金刚石的形成条件极为苛刻，我国科学家创新提出了一种由石墨到六方金刚石转变的方法，在可控的高温高压、准静水压条件下，压缩和加热石墨单晶，最终得到高纯度六方金刚石。 普通金刚石的碳原子以相同的键长相连接。而我们合成的六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的“碳-碳”键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，具备更优越的硬度、韧性。 (1)金刚石被称为“硬度之王”的原因是_______。其用途是_______。 (2)石墨和六方金刚石中都含有的元素是_______。 (3)普通金刚石和六方金刚石中碳原子的排列方式不同，造成它们的_______（填“物理”或“化学”）性质有明显差异。 (4)六方金刚石比普通金刚石具有更优越的硬度、韧性的原因是_______。 【答案】(1) 碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨（合理即可） 切割大理石或裁玻璃 (2)或碳 (3)物理 (4)六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的碳碳键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点（合理即可） 【详解】（1）由短文可知，金刚石的碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨，被称为“硬度之王”；金刚石由于硬度较大，可以用于切割玻璃。 （2）石墨和金刚石都是由碳元素组成的，故石墨和六方金刚石中都含有的元素是碳。 （3）碳原子的排列方式不同，造成它们的物理性质不同，构成的微粒（碳原子）相同，化学性质相同。 （4）由短文可知，六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的“碳-碳”键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，具备更优越的硬度、韧性。 ▌题型03 石墨的性质与用途 物质 结构 性质 用途 石墨 层状 灰黑色、有滑腻感、质软 做铅笔芯、润滑剂 熔点高 做高温润滑剂 优良的导电性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 【典例3】（2025-2026九上·湖北襄阳·期末）我国高速铁路的发展走在世界前列。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 【详解】A、受电弓滑板与接触网摩擦时会产生大量热量，熔点高可以保证滑板在高温下不会熔化变形，因此与该应用有关，不符合题意； B、物质的颜色属于物理外观，与它作为导电、耐磨材料的功能没有直接关系，因此与该应用无关，符合题意； C、受电弓滑板的核心作用是从接触网获取电力，良好的导电性是实现这一功能的关键，因此与该应用有关，不符合题意； D、滑腻感意味着石墨质地柔软、有润滑性，可以减少滑板与接触网之间的摩擦损耗，延长使用寿命，因此与该应用有关，不符合题意； 故选B。 【变式3-1】（2025-2026九上·山东菏泽·期末）下列对宏观事实的微观解释中，不正确的是 选项 宏观事实 微观解释 A 金刚石和石墨的硬度差异很大 碳原子的排列方式不同 B 一氧化碳和二氧化碳化学性质不同 分子构成不同 C 春天花香四溢 分子在不断地运动 D 气体压缩储存于钢瓶中 压强增大，气体分子变小 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A、金刚石和石墨均是由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，不符合题意； B、由分子构成的物质，分子是保持物质化学性质的最小粒子，一氧化碳和二氧化碳分子构成不同，故化学性质不同，不符合题意； C、春天花香四溢，是因为分子在不断地运动，引起花香的分子四处扩散，不符合题意； D、气体压缩储存于钢瓶中，是因为分子之间存在间隔，压强增大，气体分子之间的间隔变小，分子的大小不变，符合题意。 故选D。 【变式3-2】（2025-2026九上·河南南阳·期末）“物质的性质决定其用途”，下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．氮气化学性质稳定，可用于生产氮肥 B．石墨的熔点高，可用于生产铅笔芯 C．氦气密度小，可用作保护气 D．活性炭具有吸附性，可用于防毒面具 【答案】D 【详解】A、氮气的化学性质稳定，这一性质决定了它可作保护气（如食品防腐、灯泡填充）。而生产氮肥是利用氮气能与氢气等物质发生化学反应生成含氮化合物（如氨气），并非利用其稳定性，性质与用途对应关系错误。 B、石墨用于生产铅笔芯，是因为石墨质软、呈灰黑色，在纸上划过会留下痕迹，与熔点高无关。熔点高的性质可用于制作石墨坩埚等耐高温材料，性质与用途对应关系错误。 C、氦气密度小，这一性质决定了它可用于填充飞艇、气球。而氦气用作保护气，是因为它属于稀有气体，化学性质极不活泼，不易与其他物质反应，性质与用途对应关系错误。 D、活性炭具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性，能够吸附色素、异味和有毒气体。防毒面具中使用活性炭，正是利用了它的吸附性来吸附有毒气体，性质与用途对应关系正确。 故选：D。 【变式3-3】（2025-2026九上·四川成都·期末）下列物质的用途主要是利用了其化学性质的是 A．利用氮气制造氮肥 B．利用氩氦刀治疗肿瘤 C．用金刚石来裁玻璃 D．用石墨做电池的电极 【答案】A 【详解】A、利用氮气制造氮肥，是因为氮气含氮元素，能通过一系列的反应生成氮肥，需要通过化学变化才能表现出来，利用的是其化学性质，符合题意； B、利用氩氦刀治疗肿瘤，是利用氩气和氦气的特性，通过改变压强来实现气体对病变组织的快速降温和升温，不需要通过化学变化就能表现出来，利用的是其物理性质，不符合题意； C、用金刚石来裁玻璃，是因为金刚石硬度大，硬度不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，不符合题意； D、用石墨做电池的电极，是因为石墨具有良好的导电性， 导电性不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，不符合题意。 故选A。 ▌题型04 金刚石、石墨、C60等碳单质的综合考查 物质 结构 性质 用途 金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最硬的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等 无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石 在特殊条件下制备的金刚石薄膜： 透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层 导热性好→用于集成电路基板散热 石墨 层状 灰黑色、有滑腻感、质软 作铅笔芯、润滑剂 熔点高 作高温润滑剂 优良的导电性 高铁列车的受电弓滑板、作电极 C60 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域 区别与联系 ①碳原子的排列方式不同导致三者的物理性质存在明显差异； ②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本相同。 【典例4】（2025-2026九上·四川绵阳·期末）金刚石、石墨、、碳纳米管都是碳的单质，下列说法错误的是 A．常温下，和碳纳米管的化学性质很活泼 B．石墨可以制作高铁的电刷 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是 D．这四种物质的物理性质有较大差异的原因是碳原子的排列方式不同 【答案】A 【详解】A、常温下，碳单质的化学性质稳定，C60和碳纳米管作为碳单质，化学性质不活泼，A错误； B、石墨具有导电性，可制作电刷，B正确； C、碳单质完全燃烧生成CO2，C正确； D、物理性质差异源于碳原子排列方式不同，D正确； 故选A。 【变式4-1】（2025-2026九上·广东广州·期末）石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是 A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质 B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化 C．四种物质完全燃烧后产物相同 D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨的性质差异较大 【答案】D 【详解】A、金刚石、石墨、和石墨烯都是由碳元素组成的单质，不符合题意； B、石墨和金刚石是由碳元素组成的两种不同单质，将石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化，不符合题意； C、四种物质都只含碳元素，完全燃烧后产物都是二氧化碳，不符合题意； D、金刚石、石墨中碳原子排列方式不同，所以物理性质差异较大，但它们的化学性质相似（都由碳元素组成）。符合题意。 故选D。 【变式4-2】（2025-2026九上·黑龙江绥化·期末）1985年人类在金刚石和石墨之外又发现了一种新的碳单质—足球烯，后续又发现了碳纳米管、石墨烯、T-碳等碳单质。下列有关碳单质的说法正确的是 A．碳单质只含有碳元素 B．构成金刚石和石墨的原子种类不同 C．不同碳单质的物理性质是相同的 D．石墨烯燃烧只会生成二氧化碳 【答案】A 【详解】A、碳单质是由碳元素组成的单质，只含碳元素，正确； B、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，构成它们的粒子种类相同，错误。 C、不同碳单质的碳原子排列方式不同，导致物理性质差异很大（比如金刚石硬度大，石墨质软且有滑腻感），错误。 D、石墨烯是由碳元素组成的单质，在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳，错误。 故选A。 【变式4-3】（2025-2026九上·湖南衡阳·期末）碳及其化合物与生产生活密切相关。 (1)东晋葛洪在《抱朴子》中写道：“扶南出金刚……可以刻玉。人没水取之，虽铁椎击之亦不能伤。”文中所述物质“金刚”的结构是下图中的____（填序号，下同）。 (2)铅笔中无“铅”，铅笔芯的主要成分是石墨和黏土，利用石墨的物理性质是_____。 a.质软    b.吸附性    c.导电性    d.熔点高 【答案】(1)c (2)a 【详解】（1）a是足球烯的结构图，b是石墨的结构图，c是金刚石的结构图，故材料中所述物质“金刚”的结构可能类似于图中的c；故填：c。 （2）石墨质软、呈灰黑色，常用于制作铅笔芯，与吸附性、导电性、熔点高无关；故填：a。 ▌题型05 活性炭的吸附性 活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附的能力，可以吸附一些食品和工业中的色素，制作防毒面具等。 【典例5】（2025-2026九上·陕西商洛·期末）开展跨学科实践活动中，下列做法所对应的解释正确的是 A．水质检测及自制净水器——活性炭可杀菌消毒 B．用橡皮泥制作水分子的模型——水是由氢原子和氧原子构成的 C．基于特定需求设计和制作简易供氧器——过氧化氢由氢气和氧气组成 D．设计垃圾的分类与回收利用方案——从物质组成、分类、转化及利用价值和保护环境等角度设计 【答案】D 【详解】A、活性炭具有吸附性，可吸附杂质，但不能杀菌消毒，故选项错误； B、水是由水分子构成的，水分子由氢原子和氧原子构成，故选项错误； C、过氧化氢由氢元素和氧元素组成，而非氢气和氧气组成，故选项错误； D、垃圾分类与回收利用方案设计需综合考虑物质组成、分类、转化、利用价值和环境保护等角度，故选项正确； 故选：D。 【变式5-1】（2025-2026九上·云南曲靖·期末）碳单质在生产生活中用途越来越广泛，让人类的生活更多姿多彩。 (1)金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃；石墨有滑腻感，具有优良的导电性，可用于制造受电弓滑板。从微观结构角度解释金刚石和石墨物理性质差异的原因_____。 结合上述实例，简述物质的结构、性质与用途之间的关系_____。 (2)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。 ①宣纸制作中，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______操作相似。 ②《岳阳楼图》是元代夏永创作的墨笔画，此画能保存至今不变色的原因是______。 (3)制糖工业中利用______脱色生产白糖。 【答案】(1) 碳原子的排列方式不同 结构决定性质，性质决定用途（用途反映性质，性质反映结构） (2) 过滤 常温下，碳单质的化学性质稳定（或不活泼） (3)活性炭 【详解】（1）金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但它们的原子排列方式不同。金刚石中碳原子排列成正四面体空间网状结构，这种结构非常坚固，所以金刚石硬度大；石墨中碳原子呈层状排列，层与层之间的作用力较弱，导致石墨有滑腻感且能导电。所以从微观结构角度解释金刚石和石墨物理性质差异的原因是碳原子的排列方式不同。 结构决定性质，性质决定用途。例如金刚石因为其碳原子特殊的排列方式，具有硬度大的性质，从而可用来裁玻璃；石墨由于其碳原子的层状排列，有滑腻感和导电性，可用于制造受电弓滑板。即物质的结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。 （2）①用竹帘从纸浆中分离固体纤维（纸）与液体，原理等同于化学实验中的过滤（分离固体与液体）。 ②墨由炭黑（碳单质）制成，碳在常温下化学性质稳定（或不活泼）（不易与氧气、水等反应），因此画作不易变色或变质。 （3）制糖工业中利用活性炭的吸附性（疏松多孔结构），吸附糖液中的色素杂质，从而脱色生产白糖。 【变式5-2】（2025-2026九上·吉林白山·期末）某化学小组邀请你一起来完成以下有关水的实践活动。 (1)动手制作：自制净水器需要活性炭，主要利用活性炭的_________性。 (2)水质检测：对家乡的天然水进行检测，其中一项重要指标为________，通常以Ca2+、Mg2+含量计算。 (3)爱水措施：保护水资源的有效途径之一是__________。 【答案】(1)吸附 (2)硬度 (3)生活中一水多用，节约用水；工业废水处理达标后再排放等 【详解】（1）活性炭具有疏松多孔的结构，能吸附水中的色素、异味等杂质。该过程属于物理变化，利用的是其吸附性。 （2）天然水中含较多钙、镁离子时，水质较硬。硬度是水质检测的重要指标。 （3）保护水资源需减少污染源（如工业废水、农药）并节约用水。 【变式5-3】（2025-2026九上·河南驻马店·期末）金刚石、石墨都是碳单质，它们的物理性质不同的原因是________。为减少雾霾的吸入，人们出行经常戴口罩，是利用口罩中填充物（活性炭）的________性。 【答案】碳原子排列方式不同 吸附 【详解】金刚石、石墨都是碳单质，它们的物理性质不同的原因是碳原子排列方式不同，活性炭具有疏松多孔的结构，表面积大，能吸附气体或液体中的杂质。     ▌题型06 从微观角度解释碳单质物理性质差异原因 物质 金刚石 石墨 C60 结构 立体网状 【典例6】（2025-2026九上·吉林·期末）如图是碳的几种单质的结构示意图。 (1)在一定条件下物质②转化为物质①属于________(填“物理”或“化学”)变化。 (2)物质③化学式的微观意义是________。 (3)①②③物理性质有所差异的原因是________。 【答案】(1)化学 (2)一个C60分子由60个碳原子构成 (3)碳原子的排列方式不同 【详解】（1）物质②是石墨，物质①是金刚石，二者结构不同，属于不同的物质，一定条件下石墨转化为金刚石属于化学变化。故填：化学。 （2）物质③是C60，其化学式的微观意义是一个C60分子由60个碳原子构成。故填：一个C60分子由60个碳原子构成。 （3）①（金刚石）②（石墨）③（C60）物理性质有所差异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。 【变式6-1】（2025-2026九上·重庆·期末）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 【答案】(1) 硅原子 ② (2) 碳原子排列方式发生了改变 ac 【详解】（1）硅为固态非金属单质，硅由硅原子构成；最外层电子数决定元素的化学性质，一般地，最外层电子数相同，元素的化学性质相似，所以与硅的化学性质最相似的是②。 （2）①硅和甲烷溶入镓、铁、镍组成的液态金属中，在标准大气压、1025℃条件下，硅与甲烷反应生成四氢化硅（SiH4）和石墨，反应条件复杂，可用“一定条件”来代替，故该反应的化学方程式为：；金刚石和石墨都是由碳原子构成的单质，把石墨转化成金刚石的微观实质是：碳原子排列方式发生了改变。 ②a.石墨和金刚石都由碳元素组成，但结构不同，属于两种不同的单质，再如氧气和臭氧都是由同种元素组成的不同种单质，故a选项正确；   b.物理变化的核心是“没有新物质生成”，金刚石与石墨是不同的物质，所以石墨转变为金刚石的过程中，生成了新的物质，属于化学变化，故b选项错误； c.物质的性质会影响其用途（例如金刚石硬度大，可用于切割），但用途还会受价格、资源、使用便利性等因素影响，故c选项正确； 故选ac。 【变式6-2】（2025-2026九上·新疆伊犁·期末）碳与碳的化合物在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。 (1)“低碳行动”中的“碳”指的是________（填“C”“CO”或“”）。 (2)如图甲是碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数是________，碳元素在元素周期表中位于第________周期。 (3)碳的单质有多种，如图乙，具有下列结构的碳单质中，由分子构成的是________（填化学式），不同的碳单质其物理性质存在差异的原因是________。石墨在一定条件下转化为金刚石，该变化属于________（填“物理”或“化学”）变化。金刚石可燃烧，其反应的化学方程式为________。 (4)植物光合作用可表示为：，推测该有机物中一定含有的元素是________。 (5)催化转化器可将汽车尾气中的有毒气体转化为无毒气体，发生反应的微观示意图如下图所示： ①观察说明该化学反应前后没有发生改变的微观粒子是________（写名称）。 ②下列关于该反应的叙述中，正确的是________（填字母序号） a.反应前后，元素的化合价均发生改变 b.反应的产物均为无毒物质 c.反应物和生成物中都有氮元素的氧化物 d.反应前后，原子和分子的数目均保持不变 【答案】(1)CO2 (2) 4 二 (3) C60 碳原子的排列方式不同 化学 (4)C、H (5) 碳原子、氮原子、氧原子 b 【详解】（1）“低碳行动”中的“碳”指的是二氧化碳； （2）依据碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数是4；周期数=电子层数，碳原子有2个电子层，因此碳元素位于第二周期； （3）金刚石、石墨均是由碳原子构成，C60是由C60分子构成；不同的碳单质其物理性质存在差异的原因是碳原子的排列方式不同；石墨、金刚石是两种不同的物质，石墨在一定条件下转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化；金刚石燃烧生成二氧化碳，化学方程式为； （4）反应前有碳、氧、氢三种元素，氧气中只含有氧元素，根据化学反应前后元素的种类不变，推测该有机物中一定含有的元素是碳元素、氢元素，可能含有氧元素； （5）①由微观示意图可看出，反应前有碳、氮、氧原子，反应后仍为碳、氮、氧原子，故该化学反应前后没有发生改变的微观粒子是碳原子、氮原子、氧原子； ②由微观示意图可知，该反应为一氧化碳和一氧化氮反应生成二氧化碳和氮气，化学方程式为； a、一氧化碳中碳元素显+2价，二氧化碳中碳元素显+4价，反应后碳元素的化合价发生改变；一氧化氮中氮元素显+2价，氮气中氮元素显0价，反应后氮元素的化合价发生改变；几种物质中氧元素均显-2价，反应后化合价不变，故错误； b、反应后生成二氧化碳和氮气，均为无毒物质，故正确； c、一氧化氮是氮的氧化物，生成物中氮气是单质，故错误； d、依据化学方程式可知，反应前后原子数目不变，分子数减少，故错误。 故选b。 【变式6-3】（2025-2026九上·广西钦州·期末）阅读短文并回答问题。 石墨和金刚石一样，是碳元素的一种存在形式，不同的是金刚石是自然界中最坚硬的物质，石墨则是最软的矿物之一，常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的，它只由一层碳原子在平面上构成。石墨烯堪称目前世界上最薄的材料，同时，它又能导电。目前世界上最薄、最轻的全新材料石墨烯，其硬度比最硬的钢铁还要高100倍。 (1)图1为碳原子的结构示意图，碳原子的质子数为_____。常温下碳的化学性质_____（填“活泼”或“不活泼”）。 (2)图2、3对应两种碳单质，图2所示单质的名称是_____，它们组成元素相同，物理性质有差异的原因是_____。 (3)下列关于石墨烯的说法中，正确的是_____（填字母）。 A．自然界中不存在石墨烯 B．石墨和石墨烯属于同一种物质 C．石墨烯具有可燃性，充分燃烧可生成二氧化碳 D．石墨烯具有很多极端的物理性质 【答案】(1) 6 不活泼 (2) 金刚石 碳原子的排列方式不同 (3)CD 【详解】（1）由原子结构示意图可知，碳原子的质子数为6；碳原子的最外层电子数为4，不易得失电子，故常温下碳的化学性质不活泼。 （2）图2中碳原子呈立体网状排列，故图2所示单质的名称是金刚石；图3中碳原子呈层状排列，二者的碳原子排列方式不同，故物理性质有差异。 （3）A、干信息为‘石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的’，而石墨是自然界存在的物质，据此可判断石墨烯来源于自然界，故‘自然界中不存在石墨烯’的说法错误，该选项不符合题意。 B、石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的，石墨和石墨烯不属于同一种物质，该选项不符合题意。 C、石墨烯由碳元素组成，故具有可燃性，充分燃烧可生成二氧化碳，该选项符合题意。 D、石墨烯是世界上最薄、最轻的全新材料，其硬度比最硬的钢铁还要高100倍，故具有很多极端的物理性质，该选项符合题意。 故选CD。 ▌题型07 新型碳单质的结构和物理性质分析 1．木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为无定形碳(由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于混合物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。 2．木炭与活性炭 ①探究木炭(或活性炭)的吸附性 实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，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 实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色 实验分析 木炭(或活性炭)有吸附性，吸附了水中的色素，色素减少，水的颜色变浅直至无色 ②木炭和活性炭都具有吸附能力 原因 都具有疏松多孔的结构 用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的色素、有异味的物质 活性炭 a.用在防毒面具里吸附有毒气体； b.制糖工业中脱色以制取白糖； e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； d.吸附室内装修产生的有害气体 【典例7】（2025-2026九上·安徽·期末）我国科学家预言并合成的T-碳(如图)，其核心结构特征是由四个碳原子构成的正四面体结构单元，取代了立方金刚石中的单个碳原子，内部存在大量可利用的空隙。独特的结构使其在物质吸附和储能方面具备天然优势。下列关于T-碳说法正确的是 A．T-碳是一种化合物 B．T-碳具有良好的吸附性 C．T-碳燃烧一定会生成二氧化碳 D．T-碳的物理性质与金刚石相同 【答案】B 【详解】A、T-碳是由碳原子构成的，是由碳元素组成的纯净物，属于单质，故说法错误； B、T-碳内部存在大量可利用的空隙，独特的结构使其在物质吸附和储能方面具备天然优势，所以T-碳具有良好的吸附性，故说法正确； C、T-碳燃烧不一定只生成二氧化碳，也可能不充分燃烧生成一氧化碳，故说法错误； D、因为它与金刚石的碳原子排列方式不同，所以T-碳的物理性质与金刚石相差很大，故说法错误。 故选B。 【变式7-1】（2025-2026九上·云南德宏·期末）“碳纳米泡沫”是一种纯碳新材料，每个泡沫含有约4000个碳原子，直径约6~9nm。下列叙述不正确的是 A．“碳纳米泡沫”和金刚石的化学性质相似 B．“碳纳米泡沫”完全燃烧的产物是CO2和H2O C．“碳纳米泡沫”可用于冶炼金属 D．“碳纳米泡沫”属于纯净物 【答案】B 【详解】A. “碳纳米泡沫”和金刚石均由碳元素组成，属于碳的同素异形体，化学性质相似，该项正确； B. 根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，“碳纳米泡沫”中不含氢元素，完全燃烧产物不可能生成水，该项错误； C. 碳单质具有还原性，高温下能还原金属氧化物，可用于冶炼金属，该项正确； D. “碳纳米泡沫”只由一种物质组成，属于纯净物，该项正确； 故选 B。 【变式7-2】（2025-2026九上·江西上饶·期末）石墨烯是一种新型碳单质，它由单层碳原子以正六边形(蜂窝状)紧密排列形成。厚度仅为一个碳原子直径，是目前已知最薄的材料，具有优异的导电性、极强的韧性与硬度，且化学性质稳定，在电子、能源领域有广阔前景，而石墨是由大量石墨烯片层通过微弱作用力层层堆叠形成的，片层间易滑动，因此石墨质地较软，可用于制作铅笔芯、润滑剂等。 请根据上述材料及所学知识，回答下列问题： (1)石墨烯和石墨的关系是_____(填“同种物质”或“不同种物质”)，二者的物理性质差异较大(如硬度、导电性)，主要原因是______。 (2)下列关于石墨烯的说法正确的是______。 A．石墨烯属于化合物 B．石墨烯的化学性质稳定 C．石墨烯是目前已知最厚的材料 D．石墨烯中碳原子不进行运动 (3)工业上采用甲烷气体在一定条件下分解制取石墨烯(C)，同时产生氢气，请写出工业上制取石墨烯的化学方程式______。 【答案】(1) 不同种物质 碳原子的排列方式不同 (2)B (3) 【详解】（1）石墨烯是单层碳原子构成的碳单质，石墨是多层石墨烯通过分子间作用力堆叠形成，二者结构不同属于不同物质。 碳单质物理性质差异的本质原因是碳原子的排列方式不同。 （2）A.石墨烯仅由碳元素组成，属于单质，错误。 B.题干明确说明石墨烯化学性质稳定，正确。 C.题干说明石墨烯是目前已知最薄的材料，错误。 D.所有构成物质的微粒都在永不停息地运动，碳原子也不例外，错误。 （3）反应物为甲烷，生成物为石墨烯（碳单质）和氢气，根据质量守恒定律配平，标注反应条件即可。 【变式7-3】（2025-2026九上·湖南郴州·期末）阅读下列材料。 被誉为21世纪“黑色材料”的石墨烯（如图1），是从石墨中分离出来的一层或几层由碳原子构成的石墨片，其化学性质类似于石墨。工业上可采用甲烷气体在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯（C），同时产生氢气。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它比钻石还坚硬。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。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，促进新陈代谢。另外，石墨烯中的含氧基团能影响菌体的正常代谢，实验人员研究不同面料中掺加石墨烯后的抗菌效果（如图2）。随着科技水平的提升，功能化的石墨烯以及石墨烯的复合材料在智能生活、电子材料、生物医学、环保监测等方面展现了巨大的应用前景。 (1)结合材料，写出工业制取石墨烯的化学方程式________。 (2)从图2可知掺加石墨烯后面料的抑菌率________（填“增强”或“减弱”）。 (3)下列说法正确的是__________（填字母）。 A．石墨烯常温下化学性质活泼 B．石墨烯可用于制作新能源电池 C．金刚石的硬度大于石墨烯 D．面料的抑菌率与菌体种类有关 【答案】(1) (2)增强 (3)BD 【详解】（1）由资料可知，工业上可采用甲烷气体在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯（C），同时产生氢气，化学方程式为； （2）由图2可知，掺加石墨烯后面料的抑菌率增强； （3）A、石墨烯属于碳单质，碳单质在常温下化学性质稳定，说法错误，不符合题意； B、由资料可知，石墨烯是从石墨中分离出来的一层或几层由碳原子构成的石墨片，石墨具有导电性，则石墨烯也具有导电性，因此石墨烯可用于制作新能源电池，说法正确，符合题意； C、由资料可知，石墨烯是人类已知强度最高的物质，它比钻石还坚硬，因此金刚石的硬度小于石墨烯，说法错误，不符合题意； D、由图2可知，面料的抑菌率与菌体种类有关，说法正确，符合题意。 故选：BD。 ▌题型08 性质、结构、用途的关系 结构决定性质，性质决定用途；用途反映性质，性质反映结构。 【典例8】（2025-2026九上·河南驻马店·期末）下列有关物质的性质与用途具有对应关系的是 A．酒精具有可燃性，可用作溶剂 B．氮气难溶于水，可用作保护气 C．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 D．石墨具有金属光泽，可用作润滑剂 【答案】C 【详解】A、酒精用作溶剂基于其溶解性，而非可燃性，不符合题意； B、氮气用作保护气基于其化学稳定性，而非难溶性，不符合题意； C、金刚石硬度大直接对应切割玻璃的用途，符合题意； D、石墨用作润滑剂基于其润滑性，而非金属光泽，不符合题意； 故选C。 【变式8-1】（2025-2026九上·江西赣州·期末）下列物质的性质和用途对应关系正确的是 A．氧气能支持燃烧——用作高能燃料 B．石墨质地较软——常用于润滑剂 C．金刚石质地坚硬——用于裁玻璃 D．氮气无色无臭气体——常用作食品保护气 【答案】C 【详解】A、氧气支持燃烧，但本身不是燃料，而是助燃剂，错误； B、石墨用于润滑剂主要基于其具有滑腻感而非软性，错误； C、金刚石硬度高，可用于切割玻璃，正确； D、氮气用作保护气主要基于其化学性质稳定，而非物理性质无色无臭，错误； 故选C。 【变式8-2】（2025-2026九上·广东东莞·期末）物质的性质决定用途，下列性质与用途匹配的是 A．液氧具有助燃性，可作燃料 B．稀有气体通电时发出不同颜色的光，可用于制作电光源 C．金刚石因其透光性好，可用于切割玻璃 D．氢气的密度比空气小，可作清洁燃料 【答案】B 【详解】A、液氧具有助燃性，但本身不能燃烧，所以不能作燃料，该选项性质与用途不匹配，不符合题意。 B、稀有气体在通电时会发出不同颜色的光，如氖气发红光、氩气发蓝紫光等，因此可用于制作电光源，像霓虹灯就是利用稀有气体的这一性质，该选项性质与用途匹配，符合题意。 C、金刚石可用于切割玻璃是因为金刚石是天然存在的最硬的物质，而不是因为其透光性好，该选项性质与用途不匹配，不符合题意。 D、氢气可做清洁燃料是因为氢气燃烧产物是水，无污染，而不是因为氢气密度比空气小，该选项性质与用途不匹配，不符合题意。 故选B。 【变式8-3】（2025-2026九上·重庆永川·期末）下列物质的性质与用途对应关系错误的是 选项 物质 性质 用途 A 金刚石 硬度大 用于裁切玻璃 B 石墨 导电性好 用于制高铁列车的受电弓滑板 C 活性炭 吸附性强 用于制冰箱除臭剂 D 氧气 助燃性 用作燃料 A．A B．B C．C D．D 【答案】D 【详解】A、金刚石硬度大，可用于裁切玻璃，说法正确，不符合题意； B、石墨具有良好的导电性，可用于制高铁列车的受电弓滑板，说法正确，不符合题意； C、活性炭具有吸附性，能吸附异味，可用于制冰箱除臭剂，说法正确，不符合题意； D、氧气具有助燃性，可用作助燃剂，氧气不具有可燃性，不能用作燃料，说法错误，符合题意。 故选：D。 ▌题型09 碳单质的化学性质 1．常温下碳的稳定性 （1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子最外层有4个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的化学性质不活泼（很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。 2．碳与氧气的反应—可燃性 在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。 氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳 C+O2CO2 现象：发出白光，放出大量的热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。 氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳 2C+O22CO — 3．碳与某些氧化物的反应—还原性 （1）碳在高温的条件下可以和某些氧化物，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性 （2） （3）3C + 2Fe2O3 4Fe + 3CO2↑ （4） 【典例9】（2025-2026九上·广东江门·期末）氧气制取和性质的结构图如图所示，下列有关说法正确的是 A．高锰酸钾和过氧化氢制取氧气的发生装置相同 B．铁丝燃烧的反应属于化合反应 C．硫燃烧产生无色、无味的气体 D．木炭不充分燃烧产生 【答案】B 【详解】A、高锰酸钾分解制氧气属于固体加热型，而过氧化氢制取氧气属于固液常温型，因此它们的制取发生装置不相同，故说法错误； B、铁丝燃烧生成四氧化三铁，符合多变一的特点，属于化合反应，故说法正确； C、在点燃的条件下，硫在氧气中燃烧，生成无色刺激性气味的气体，故说法错误； D、木炭不充分燃烧产生一氧化碳，故说法错误。 故选B。 【变式9-1】（2025-2026九上·湖北宜昌·期末）阅读科普短文，回答问题。 石墨烯（C）是从石墨材料中剥离出来的碳单质，它是目前已知的世界上最薄的材料，在室温下可以单独稳定存在。石墨烯导电性比银还强，可用于芯片电路板的导电层，提升电子设备的信号传输效率，还具有优良的透光性能，可用于建筑、汽车等领域的高透光学玻璃涂层。石墨烯的基本化学性质与石墨类似，实验结果表明，石墨烯的着火点在700-800℃左右。 纺纱面料掺入石墨烯后，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)图1石墨烯与金刚石都是碳元素组成的单质，物理性质却有明显差异的原因是_______。 (2)由图2可知，将石墨烯掺入_______纺纱面料后，对白色念珠菌抑菌效果更好。 (3)当温度为700-800℃时，石墨烯充分燃烧的化学方程式为_______。 (4)石墨烯还具有极强的导热性能，请预测石墨烯还可用于_______（写一种用途）。 【答案】(1)碳原子的排列方式不同 (2)棉混 (3) (4)散热材料（合理即可） 【详解】（1）石墨烯与金刚石均是由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大； （2）由图2可知，将石墨烯掺入棉混纺纱面料后，白色念珠菌抑菌率最高，因此效果更好； （3）石墨烯属于碳单质，当温度为700-800℃时，达到石墨烯的着火点，石墨烯充分燃烧生成二氧化碳，该反应的化学方程式为：； （4）石墨烯还具有极强的导热性能，说明石墨烯还可用于散热材料。 【变式9-2】（2025-2026九上·江苏镇江·期末）下列物质的转化在给定条件下不能实现的是 A． B． C． D． 【答案】B 【详解】A、氮气与氢气在一定条件下可合成氨气，故选项转化能实现。 B、铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，而不是氧化铁，故选项转化不能实现。 C、二氧化碳与碳在高温条件下反应生成一氧化碳，故选项转化能实现。 D、氯酸钾在二氧化锰催化作用和加热的条件下分解生成氯化钾，故选项转化能实现。 故选B。 【变式9-3】（2025-2026九上·河南南阳·期末）①我国的春节被列为非物质文化遗产。春节家家户户贴对联，用墨汁书写的春联可以经久不褪色，原因是______。②人们常用石墨作电极，是因为石墨具有____性。 【答案】 常温下，碳单质的化学性质稳定 导电 【详解】墨汁的主要成分是炭黑，属于碳单质。在常温下，碳的化学性质稳定，不易与空气中的氧气、水分等物质发生化学反应，因此用墨汁书写的春联可以经久不褪色； 石墨具有优良的导电性，能够传导电流，所以人们常用石墨作电极（如干电池的电极）。 故填：常温下，碳单质的化学性质稳定；导电。 ▌题型10 实验探究——木炭还原氧化铜 实验装置 实验步骤 ①检查装置气密性； ②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； ③将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管； ④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟； ⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上 实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，黑色粉末变为红色，澄清石灰水变浑浊 实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊 实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有还原性 化学方程式 2CuO+C2Cu+CO2↑ 【典例10】（2025-2026九上·广西百色·期末）按下图1所示进行木炭还原氧化铜的实验，实验时试管①中固体的质量随加热时间的变化如下图2所示。下列分析正确的是 A．N点起可观察到红色固体开始变黑色 B．P点对应的固体物质有三种 C．N点到P点，固体中铜元素的质量分数不变 D．Q点对应的固体物质只有一种 【答案】B 【详解】A、木炭在高温条件下还原氧化铜生成铜和二氧化碳，氧化铜是黑色固体，铜是红色固体，由图2可知，N点为固体质量减少的拐点，说明此时反应开始发生，因此从N点起可观察到黑色固体开始变红，错误。 B、P点后固体仍在不断减轻，所以P点时反应还未结束，此时固体物质有未反应完的氧化铜、生成的铜以及作为还原剂的木炭，共三种，正确。 C、N点到P点，反应在持续进行，氧化铜不断被还原为铜，根据质量守恒定律，固体中铜元素质量不变，但由于生成二氧化碳气体逸出，固体总质量在减少，所以固体中铜元素的质量分数增大，错误。 D、Q点时反应结束，固体物质的成分取决于反应物的用量。若木炭过量，固体为生成的铜和剩余的木炭；若氧化铜过量，固体为生成的铜和剩余的氧化铜；若恰好完全反应，固体只有生成的铜。因此Q点对应的固体物质不一定只有一种，错误。 故选B。 【变式10-1】（2025-2026九上·四川广安·期末）木炭与CuO反应产生的气体除CO2，还可能有CO。用图1装置进行三组实验(每组实验中木炭与CuO的质量比不同，其他条件相同)，测得产生CO的体积分数随时间变化如图2。下列说法错误的是 A．气体产物中有CO的原因可能是 B．实验中观察到试管内的黑色粉末逐渐变为红色 C．实验前排尽装置内的空气，以免影响实验结果 D．其他条件相同，木炭与CuO的质量比越小，生成的CO越多 【答案】D 【详解】A、木炭具有还原性，可能也还原了二氧化碳产生了一氧化碳，该选项不符合题意。 B、木炭还原氧化铜反应产生铜和二氧化碳，现象为黑色粉末逐渐变红，该选项不符合题意。 C、实验前需排尽装置内的空气，主要是为了防止空气中的氧气在高温下与木炭反应，干扰实验，同时空气中含有的二氧化碳也会对实验结果产生影响，该选项不符合题意。 D、由图2可知，木炭与的质量比越大，生成的越多，该选项符合题意。 故选D。 【变式10-2】（2025-2026九上·湖北武汉·期末）在进行碳粉还原氧化铜的分组实验中，不同小组实验的现象存在较明显的差异，为此化学兴趣小组对影响该实验成功的因素进行了探究。 【对话AI：实验成功的指标】 ①生成红色光亮的珠状或块状物（主要指标）；②过程中有明显的红热现象；③生成的气体使澄清石灰水变浑浊 【查阅资料】 ①将氧化铜还原为铜需确保较高的温度（600℃以上）。 ②该反应明显放热。 ③（氧化亚铜）为砖红色粉末，不溶于水，遇稀硫酸发生反应：。 【实验探究】 小组同学基于以上准备并经过预测后，开展了如下的实验探究，请回答有关问题。 Ⅰ．探究反应物的干燥程度对实验的影响 在相同条件下进行表1所示对比实验并记录实验现象： 表1  干燥程度不同的反应物实验的现象 反应混合物 0.2 g碳粉和2.0 g氧化铜直接混匀 0.2 g碳粉和2.0 g氧化铜干燥后混匀 实验现象 小部分红热，试管壁有大量水珠；出现少量暗红色无光泽小颗粒 部分红热，有火星；出现一定量红色光亮珠状物 (1)停止加热时，固体依然能保持红热，原因是________。 (2)实验现象表明水的存在对实验不利，除不利于反应物的接触外，结合查阅的资料，推测水对实验造成的不利还有________。 Ⅱ．探究反应物的总质量对实验的影响 分别称取干燥研磨后的反应混合物（碳粉与氧化铜质量比为）2.2 g、4.4 g、5.5 g，在相同实验条件下实验，实验现象如表2： 表2  总质量不同的反应物实验的现象 反应混合物质量 2.2 g 4.4 g 5.5 g 实验现象 部分红热，有火星；有砖红色粉末和少量红色光亮珠状物 完全红热，有火星；有较多红色光亮块状物 部分红热，有火星；有黑色粉末和少量暗红色小颗粒物 (3)4.4 g混合物发生的主要反应的化学方程式为________。 (4)实验现象表明，反应混合物总质量过大或过小都不利于实验，结合查阅的资料，推测总质量过小对实验不利的原因是________。 (5)设计实验证明2.2 g混合物发生反应后的固体中存在：________。 【实验结论】 反应混合物的总质量和干燥程度会对该实验能否成功产生影响。 【交流评价】 以上探究不充分，可能还存在其它影响因素，如碳粉与氧化铜的质量比或粒径大小等。 【答案】(1)碳粉还原氧化铜是放热反应 (2)水的存在会吸收热量降低体系温度，可能导致生成氧化亚铜而不是光亮的铜，影响实验效果 (3) (4)反应放热总量少，散热较快，不易维持 600℃ 以上的高温，导致氧化铜不能充分还原为铜，而部分生成氧化亚铜 (5)取反应后固体加入稀硫酸，若观察到砖红色粉末减少或消失，溶液变蓝，且仍有红色固体存在，则证明固体中含有Cu2O。 【详解】（1）停止加热时，固体依然能保持红热，原因是：碳还原氧化铜是放热反应，一旦开始，自身放热就能维持高温继续反应。 （2）水对实验造成的不利还有：水会汽化吸热，降低反应温度，导致温度不足以彻底还原氧化铜，生成砖红色的氧化亚铜(Cu2O)而非光亮铜。 （3）根据实验现象是完全红热；有火星，有较多红色光亮珠状物，说明反应完全，主要产物是铜。高温充分反应生成Cu和CO2，化学方程式为：。 （4）总质量过小对实验不利的原因是：反应放热总量少，散热较快，不易维持 600℃ 以上的高温，导致氧化铜不能充分还原为铜，而部分生成氧化亚铜。 （5）根据查阅资料：（氧化亚铜）为砖红色粉末，不溶于水，遇稀硫酸发生反应：，可利用稀硫酸与氧化亚铜反应来证明固体存在氧化亚铜。实验方法为：取反应后固体加入稀硫酸，若观察到砖红色粉末减少或消失，溶液变蓝，且仍有红色固体存在，则证明固体中含有Cu2O。 【变式10-3】（2025-2026九上·安徽滁州·期末）开展实验探究是培养学生科学素养、创新精神和实践能力的有效途径。化学小组同学用木炭还原氧化铜(足量)(如图所示)。数据记录如下：反应前木炭和氧化铜的混合物的总质量是，而反应时间和剩余固体的质量关系如下表所示 反应时间 剩余固体质量 请回答： (1)试管①的实验现象为_____，发生还原反应的物质是_____。 (2)该反应产生的的质量为_____ (3)参加反应的碳的质量是多少？(写出计算过程) 【答案】(1) 黑色固体变红 氧化铜（或） (2)4.4 (3)木炭还原氧化铜的化学方程式为，的相对原子质量为12，的相对原子质量为16，的相对分子质量为，设参加反应的碳的质量是， 解得。 答：参加反应的碳的质量是。 【详解】（1）木炭还原氧化铜的化学方程式为，黑色的氧化铜（）被还原为红色的铜（），因此试管①中观察到的现象是黑色固体变红； 还原反应的定义是物质失去氧的反应，在该反应中，失去氧元素转化为，因此 氧化铜（）发生了还原反应（木炭得到氧，发生氧化反应）。 故填：黑色固体变红；氧化铜（或）。 （2）根据质量守恒定律，反应前后固体质量的减少量等于生成的二氧化碳（气体逸出）的质量，其中反应前固体总质量为，反应后剩余固体质量（反应完全）为，则生成的质量为。 故填：4.4。 （3）见答案。 ▌题型11 木炭还原其他氧化物 碳与某些氧化物的反应—还原性 1．碳在高温的条件下可以和某些氧化物，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性 2． 3．3C + 2Fe2O3 4Fe + 3CO2↑ 4． 【典例11】（2025-2026九上·湖南株洲·期末）试管中的黑色粉末加热变成红色固体，同时生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，这黑色粉末是 A．氧化铜 B．四氧化三铁和木炭粉 C．氧化铜和木炭粉 D．氧化铜和二氧化锰 【答案】C 【分析】铜是一种红色金属，氧化铜为黑色，木炭粉也为黑色，碳与金属氧化物反应生成气体二氧化碳、二氧化碳使澄清石灰水变浑浊。 【详解】A、加热氧化铜不会生成气体二氧化碳，不符合题意； B、四氧化三铁和木炭粉高温下生成铁和二氧化碳，生成的铁粉是一种黑色物质，不符合题意； C、木炭粉和氧化铜的混合物是黑色粉末，加热时生成铜和二氧化碳，会观察到生成红色固体、能使澄清石灰水变浑浊的气体，符合题意； D、氧化铜和二氧化锰不能反应，不符合题意。故选C。 【变式11-1】（2025-2026九上·广东东莞·期末）高铁车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能，工业上高温采用火法炼镍的原理是：，下列说法错误的是 A．反应中X的化学式为 B．NiO中Ni的化合价为价 C．碳过量时，气体产物中可能有CO D．此反应说明碳具有可燃性 【答案】D 【详解】A、根据质量守恒定律，反应前后原子种类和数目不变，反应前有1个C、2个Ni和2个O，反应后2个Ni，故X为，A正确，不符合题意； B、NiO中O为-2价，根据化合物化合价代数和为零，Ni为+2价，B正确，不符合题意； C、碳过量时，与C在高温下反应生成CO，C正确，不符合题意； D、该反应中碳作为还原剂，体现还原性，而非可燃性，D错误，符合题意； 故选D。 【变式11-2】（2025-2026九上·四川乐山·期末）“5G”改变生活，中国芯彰显中国“智”造。乐山五通桥区是国家重要的多晶硅生产地，芯片的基材主要是高纯硅，下图是利用石英砂（主要成分）制取高纯硅的流程图，请回答下列问题： (1)与金刚石结构相似，则构成的粒子是__________（填“分子”、“原子”或“离子”）。 (2)步骤1发生的反应为：，上述反应中X是__________（填化学式），其中焦炭可以把硅从它的氧化物中__________（填“氧化”或“还原”）出来。 (3)步骤3中“蒸馏”属于__________（填“物理”或“化学”）变化。 (4)步骤4中物质M在该生产过程中可循环使用，写出步骤4反应的化学方程式：__________。 【答案】(1)原子 (2) CO 还原 (3)物理 (4) 【详解】（1）与金刚石结构相似，金刚石属于碳单质，由碳原子构成，则构成的粒子是原子； （2）根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类和数目不变，反应物中含Si、O、C的个数分别是1、2、2，已知生成物中含Si、C、O的个数分别是1、0、0，故生成物中还应含2个C、2个O，故X的化学式为：CO； 该反应中，焦炭得到氧，属于还原剂，能把硅从它的氧化物中还原出来； （3）步骤3中“蒸馏”是利用各物质沸点的不同将其分离，只是状态的改变，无新物质生成，属于物理变化； （4）根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，反应物中含Si、H、Cl，生成物中含Si，故生成物中还应含H、Cl，物质M在该生产过程中可循环使用，则M为氯化氢，则步骤4中反应为和氢气在1084℃条件下反应生成硅和HCl，该反应的化学方程式为：。 【变式11-3】（2025-2026九上·广东东莞·期末）芯片被称为“现代工业的粮食”，高纯度的硅可用于制造计算机芯片。工业上常用焦炭在高温下和二氧化硅反应制取硅，主要反应为。 (1)硅在地壳中的含量居第________位。 (2)反应中焦炭表现出________性（填“氧化”或“还原”）； (3)中氧元素的质量分数为________。（精确到0.1%，此空2分） (4)如图，生成一氧化碳的质量为________kg。 (5)根据化学方程式计算，至少需要焦炭的质量是多少（写出计算过程）？ 【答案】(1)二/2 (2)还原 (3)53.3% (4)84 (5)解：设焦炭的质量为x 答：至少需要焦炭的质量为36 kg。 【详解】（1）地壳中元素含量前四分别是：氧、硅、铝、铁，则硅在地壳中的含量居第二位。 （2）反应中焦炭夺取了二氧化硅中的氧元素，表现出还原性。 （3）中氧元素的质量分数为：。 （4）根据图中信息，生成一氧化碳的质量为84kg。 （5）见答案。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $