6.1 碳单质的多样性 第1课时（培优讲义）化学新教材人教版九年级上册

本讲义聚焦碳单质的多样性核心知识点，系统梳理金刚石、石墨、C₆₀及无定形碳的结构、性质与用途，通过对比表格、实验探究和概念辨析，构建“结构决定性质，性质决定用途”的学习支架。 该资料以“结构-性质-用途”为主线，结合实验分析（如活性炭吸附实验）和典例解析，培养学生化学观念与科学思维。课中辅助教师引导学生建立微观与宏观联系，课后通过分层练习帮助学生查漏补缺，强化知识应用能力。

第六单元   碳和碳的氧化物  课题1  碳单质的多样性    课时1  碳单质的多样性 考点 1 碳的单质 1．金刚石 金刚石 结构 化学式 构成微粒 物理性质 C 由碳原子构成 无色透明的固体，天然存在的最硬的物质。 2．金刚石的物理性质与用途 物理性质 对应的用途 无色透明的固体，折光性好 制装饰品——钻石； 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、制钻头； 特殊条件下制备的金刚石薄膜 透光性好、硬度大； 用作透镜等光学仪器的涂层； 导热性好 用于集成电路基板散热。 3．石墨 石墨 结构 化学式 构成微粒 物理性质 C 由碳原子构成 灰黑色、有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有优良的导电性能。 4．石墨的物理性质与用途 物理性质 对应的用途 灰黑色固体、很软，有滑腻感 制铅笔芯 有优良的导电性 做电极 有优良的导电性、有滑腻感、熔点高 做高铁列车的受电弓滑板 熔点高，耐高温 做坩埚 熔点高，有滑腻感 做机械高温润滑剂 5．C60的结构：C60由C60分子构成，每个C60分子是由60个碳原子构成的，C60分子结构形似足球。 C60的分子结构和足球相似 6．C60的性质和应用： 化学式 构成微粒 物理性质 应用 C60 由C60分子构成 C60独特的分子结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质。 超导、催化、能源及医学领域等。 拓展延伸： 新形态存在的碳单质 （1）碳纳米管：直径几纳米~几十纳米，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、信息等领域。 （2）石墨烯：目前世界上人工制得的最薄的材料，有优异的导电、导热性等。 （3）石墨炔、T-碳等。 深度理解 1．同种元素组成的物质不一定是单质，也可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等） 同种元素组成的纯净物才是单质。 2．石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。 3.金刚石和石墨都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。 归纳总结： 碳单质多种多样，结构排列是根源；金刚石硬石墨软，导电润滑不一般。 活性炭能来吸附，性质决定其用途；同素异形要记牢，碳炭二字要分辨。 【进阶典例】（2026·湖南邵阳·二模）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．碳原子的排列方式不同 D．微粒间的间隔不同 【答案】C 【分析】金刚石和石墨都是碳元素组成的单质，构成二者的微粒均为碳原子，二者性质差异大的根本原因是碳原子的排列方式不同：金刚石是空间立体网状结构，石墨是层状结构。 【解析】A.二者均由碳原子构成是客观事实，但这不是性质差异的原因，错误。 B.构成二者的微粒都是碳原子，微粒种类相同，错误。 C.碳原子排列方式不同是性质差异的根本原因，正确。 D.微粒间隔不同是排列方式不同带来的结果，不是性质差异的根本原因，错误。 解题点睛 一、碳单质的基本概念 定义：由碳元素这一种元素组成的纯净物。 核心观点：同一种元素可以组成不同的单质 二、常见的三种碳单质 碳单质 金刚石 石墨 C₆₀（足球烯） 结构模型 空间网状结构（每个碳原子与4个碳原子相连） 层状结构（每一层内碳原子排列成六边形，层与层之间作用力弱） 分子结构（由60个碳原子构成，形似足球） 主要物理性质 ① 最硬的天然矿物 ② 无色透明、有光泽 ③ 不导电 ① 最软的矿物之一（有滑腻感） ② 灰黑色、不透明 ③ 能导电（良好导体） ① 不导电 ② 具有特殊的光、电、磁性能 主要用途 ① 切割玻璃、岩石（利用硬度大） ② 加工钻石首饰（利用有光泽） ① 做铅笔芯（利用软、深色） ② 做电极、电刷（利用能导电） ③ 做润滑剂（利用有滑腻感） 材料科学、超导体、医学等领域 三、结构、性质与用途的关系 决定关系：物质的结构决定了物质的性质，物质的性质决定了物质的用途。 反例理解：金刚石和石墨都是由碳元素组成的，但物理性质差异很大。根本原因是碳原子的排列方式不同。 化学性质相似性：虽然物理性质不同，但由于都是由碳原子构成，它们的化学性质相似（如都具有可燃性、还原性——将在后续课时学习）。 【拔高典例】（2026·山东济南·一模）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．这四种物质之间的相互转化是物理变化 B．这四种物质都是由碳元素组成的同一种物质 C．这四种物质中碳原子之间形成的化学结构不同 D．这四种物质在氧气中完全燃烧后的产物是不同的 【答案】C 【解析】A、四种物质属于不同的碳单质，相互转化时有新物质生成，属于化学变化，该选项错误； B、四种物质都由碳元素组成，但碳原子排列方式不同，属于不同的物质，该选项错误； C、由所给结构示意图可看出，四种物质的碳原子排列结构不同，即化学结构不同，该选项正确； D、四种物质都是碳单质，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。 【对点练1】（25-26九年级下·重庆·阶段检测）碳世界丰富多彩，根据如图回答下列问题： （1）图C代表的物质的名称为___________，木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与___________类似(从A、B、C中选择)。 （2）上述A、B、C三种物质的物理性质不同的原因是___________。 （3）图D中向盛有红棕色NO2气体的烧瓶中投入若干块木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到红棕色变浅的原因是木炭具有___________性。 【答案】（1）金刚石 B （2）碳原子排列方式不同 （3）吸附 【解析】（1）由图C的结构可知，该物质为金刚石； 木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与石墨类似，图B表示石墨，故填B。 （2）A为C60、B为石墨、C为金刚石，三者的碳原子排列方式不同，则它们的物理性质不同。 （3）木炭具有吸附性，能吸附色素，则颜色变浅。 【对点练2】（25-26八年级下·上海杨浦·期末）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 【答案】（1）单质 常温下化学性质不活泼（或可燃性、还原性，合理即可） （2）微粒的质量和体积都很小 （3）BC （4） 分解反应 A （5）B 【解析】（1）由同种元素组成的纯净物是单质，石墨烯和石墨都只由碳元素组成，属于单质；二者都是碳单质，组成元素相同，因此化学性质相似，碳单质常温下化学性质稳定，都具有可燃性和还原性，合理即可。 （2）1mm厚的石墨包含300万层石墨烯，说明构成石墨烯的碳原子体积、质量都非常小，体现了微观粒子质量和体积都很小的性质。 （3）元素周期表中，左上角数字是原子序数，且原子序数=原子核内质子数，因此碳的原子序数为6，碳原子质子数也为6，B、C正确；6不是碳原子的实际质量，A错误；相对原子质量的单位是“1”，不是“g”，D错误。 （4）①根据微观示意图，甲烷在高温、催化剂条件下分解，生成石墨烯（碳单质）和氢气，配平后得到化学方程式；该反应由一种物质生成两种物质，属于分解反应。 ②由化学方程式可知，1个甲烷分子分解生成1个碳原子（构成石墨烯的粒子），因此粒子个数比为1:1。 （5）根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，生成物甲醇和水含有C、H、O三种元素，反应物CO2​只含有C、O元素，因此加入的物质必须含有氢元素；结合产物的原子组成，加入H2​恰好满足元素配比，符合反应，因此选B。 考点 2 木炭、焦炭、活性炭和炭黑 1.无定形碳 （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 ①用在防毒面具里吸附有毒气体； ②制糖工业中脱色以制取白糖； ③城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； ④吸附室内装修产生的有害气体 （3）焦炭、炭黑 ①焦炭用于冶金工业，作还原剂。 ②炭黑用于制造油墨、油漆、鞋油、颜料、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。 特别提醒 （1）活性炭、木炭的吸附性是物理性质而不是化学性质。 （2）“碳”和“炭”的区别： “碳”是元素名称，常在书写碳元素单质和含有碳元素化合物的名称时使用。如：碳元素、一氧化碳、二氧化碳、碳酸钠、碳酸、碳氢化合物 “炭”表示由碳元素组成的具体物质。只在书写“焦炭、木炭、活性炭、炭黑”这些名称时用。 【进阶典例】（2026·陕西榆林·三模）下列劳动项目与所涉及的化学知识没有直接关联的是（ ） 选项 劳动项目 化学知识 A 清理家中鱼缸并通入氧气 氧气能供给呼吸 B 用铅笔芯粉末使门锁开启灵活 石墨具有导电性 C 湿衣服在阳光下比在阴凉处干得快 温度越高，分子运动速率越快 D 使用活性炭脱色制白糖 活性炭具有吸附性 【答案】B 【解析】A.氧气能供给呼吸，向鱼缸通入氧气是为了满足水生生物的呼吸需求，二者有直接关联，不符合题意。 B.铅笔芯主要成分为石墨，用铅笔芯粉末使门锁变灵活是利用了石墨具有滑腻感、可作润滑剂的性质，和石墨的导电性无关联，符合题意。 C.温度越高分子运动速率越快，阳光下温度高于阴凉处，水分子蒸发速率更快，因此湿衣服在阳光下干得更快，二者有直接关联，不符合题意。 D.活性炭具有疏松多孔的结构，有较强吸附性，可吸附色素，因此可用于制白糖时脱色，二者有直接关联，不符合题意。 解题点睛 一、无定形碳（了解） 种类：木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。 主要成分：也是碳单质，但内部结构不如金刚石、石墨规则。 重要性质：木炭和活性炭具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性。 用途：① 活性炭常用于净水器中吸附色素和异味； ② 木炭用于吸附一些气体或色素。 二、易错辨析与常考点 1.“碳”和“炭”的区别： 碳：是元素名称，用于描述物质成分，如“碳元素”、“二氧化碳”、“碳单质”。 炭：是具体物质名称，指无定形碳，如“木炭”、“活性炭”、“焦炭”。 “一种元素只能组成一种单质”是错误说法。例如，氧元素可以组成氧气（O₂）和臭氧（O₃），碳元素可以组成金刚石和石墨。 石墨在一定条件下可以转化为金刚石，这属于化学变化（因为生成了新物质）。 【拔高典例】（2026·河南南阳·三模）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 【答案】B 【解析】A.铅笔芯主要成分为石墨，石墨具有润滑性，可作为润滑剂缓解锁芯卡顿，解释正确。 B.氧气的溶解性为不易溶于水，鱼缸通入氧气是因为水中溶解的氧气量少，不足以供给鱼类呼吸，并非氧气易溶于水，解释错误。 C.常温下碳单质的化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，因此碳素墨汁书写的字迹长时间不褪色，解释正确。 D.活性炭具有疏松多孔的结构，吸附性强，可吸附异味、色素，因此能除去冰箱内异味，解释正确。 【对点练1】（2026·山东东营·模拟预测）下列物质的用途，利用其化学性质的是（ ） A．干冰用于人工降雨 B．活性炭用于冰箱内除去异味 C．氮气常用作保护气 D．稀有气体用于制造多种用途的电光源 【答案】C 【解析】A.干冰人工降雨利用干冰升华吸热的性质，升华是物理变化，属于物理性质，错误。 B.活性炭除异味利用其吸附性，吸附过程无新物质生成，属于物理性质，错误。 C.氮气作保护气利用氮气化学性质稳定、不易与其他物质发生化学反应的性质，属于化学性质，正确。 D.稀有气体作电光源利用其通电时发出不同颜色光的性质，该过程无新物质生成，属于物理性质，错误。 【对点练2】（2026·湖南长沙·三模）物质的性质很大程度上决定了物质的用途。下列有关碳单质的性质说法正确的是（ ） A．金刚石具有导电性，可用于制作钻头 B．石墨质地柔软、灰黑色，可用于制作铅笔芯 C．活性炭有可燃性，可用于防毒面具 D．木炭具有吸附性，可用于冶炼金属 【答案】B 【解析】A.金刚石可制作钻头是因为硬度极高，且金刚石几乎不导电，错误。 B.石墨质地柔软、呈灰黑色，划过物体表面会留下深灰色痕迹，因此可制作铅笔芯，正确。 C.活性炭用于防毒面具是利用其强吸附性吸附有毒气体，和可燃性无关，错误。 D.木炭用于冶炼金属是利用其还原性，可将金属氧化物还原为金属单质，和吸附性无关，错误。 1．（2026·江西九江·二模）我国科学家合成了全新分子——C6，开创了“表面合成极小尺寸分子碳”的新范式。下列有关C6的说法正确的是（ ） A．C6属于新型化合物 B．每个C6分子由6个碳原子构成 C．C6的相对分子质量为72 g D．C6与C60的组成、结构和性质完全相同 【答案】B 【解析】A. 化合物是由不同种元素组成的纯净物，C6仅由碳元素一种元素组成，属于单质，不属于化合物，A错误。 B. 化学式中元素符号右下角的数字表示1个分子中所含该原子的个数，因此每个C6分子由6个碳原子构成，B正确。 C. 相对分子质量的单位为“1”，通常省略不写，不是“g”，C6的相对分子质量为72，C错误。 D. C6与C60的组成元素相同，但分子构成不同，因此结构、性质均不相同，D错误。 2．（25-26八年级下·山东泰安·期末）下列对宏观事实的微观解释不正确的是（ ） A．氧气在加压后可装入钢瓶——氧分子之间间隔变小 B．一定条件下石墨可转变成金刚石——原子种类发生改变 C．CO和CO2化学性质不同——分子的构成不同 D．酒精需要密封保存——酒精分子在不停运动 【答案】B 【解析】A.气体加压后体积减小，是压强增大导致分子间间隔变小，正确； B.石墨和金刚石均由碳原子构成，二者转化过程中仅碳原子的排列方式发生改变，原子种类不变，错误； C.不同分子的化学性质不同，和的分子构成不同，因此化学性质存在差异，正确； D.酒精分子在永不停息地做无规则运动，不密封会挥发逸散，因此需要密封保存，正确。 3．（2026·山东青岛·预测模拟）下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是（ ） A．三种物质都是由碳原子直接构成的 B．在三种物质中碳原子的排列方式都不相同 C．三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同 D．三种物质的组成元素相同，它们的性质也相同 【答案】B 【解析】A、金刚石、石墨都是由碳原子直接构成的单质，C60是由C分子构成的单质，故A错误； B、由金刚石、石墨和C60的结构模型图可知，三者中碳原子的排列方式不同，故B正确； C、相同元素组成的不同碳单质，它们的组成元素均为碳元素，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同，故C错误； D、由金刚石、石墨和C的结构模型图可知，碳原子的排列方式不同，物理性质差异很大，则相同元素组成的不同物质，性质不完全相同，故D错误。 故选B。 4．（2026·黑龙江齐齐哈尔·二模）性质决定用途，用途体现性质。下列归纳错误的是（ ） A．金刚石硬度大，可作铅笔芯 B．活性炭具有吸附性，可用于净水 C．氮气化学性质稳定，可作保护气 D．酒精具有可燃性，可作燃料 【答案】A 【解析】A.铅笔芯的原料是石墨，利用的是石墨质软、呈深灰色的性质；金刚石是自然界硬度最大的物质，可用于切割玻璃、钻探等，不能作铅笔芯，对应关系错误。 B.活性炭有疏松多孔的结构，吸附性强，可吸附水中的色素、异味，因此可用于净水，对应关系正确。 C.氮气常温下化学性质稳定，不易与其他物质反应，因此可作食品保护气、焊接保护气等，对应关系正确。 D.酒精具有可燃性，燃烧时释放大量热量，因此可作燃料，对应关系正确。 5．（2026·河南周口·模拟预测）我国研发的“金刚石—石墨复合散热膜”已应用于5G基站芯片，解决了高温散热难题。下列关于金刚石和石墨的说法，正确的是（ ） A．硬度都很大 B．都能导电 C．完全燃烧的产物不同 D．内部的碳原子排列方式不同 【答案】D 【解析】A.金刚石硬度很大，但石墨质软，错误。 B.石墨能导电，但金刚石不导电，错误。 C.金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，完全燃烧的产物都是二氧化碳，产物相同，错误。 D.金刚石和石墨物理性质差异很大，本质原因就是二者内部碳原子的排列方式不同，正确。 6．（2026·上海闵行·三模）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 【答案】D 【解析】A. 金刚石和石墨都是碳元素组成的单质，因此元素种类相同，正确； B. 金刚石和石墨是两种不同的物质，相互转化有新物质生成，属于化学变化，正确； C. 石墨和金刚石均是碳单质，碳单质完全燃烧的产物均是二氧化碳，正确； D. 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，故物理性质存在差异，碳原子本身的结构相同，错误。 7．（2026·山东潍坊·一模）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。 8．（2026·广东深圳·二模）锂电池在多种场景具有广泛的应用，生产该电池时，为了提高电池的性能需添加适量的石墨烯（如图2）作导电剂。锂元素在元素周期表中的信息如图1，石墨烯的含量对电阻的影响如图3。下列说法中正确的是（ ）    A．石墨烯是新型化合物 B．锂原子核内有3个质子 C．锂元素的相对原子质量为6.941g D．生产电池时石墨烯含量越高，电池的导电性能越好 【答案】B 【解析】A、石墨烯是由碳元素组成的单质，不是化合物，A 错误； B、元素信息示意图左上角数字表示原子序数，原子序数=质子数，锂元素原子序数为3，所以锂原子核内有3个质子，B 正确； C、元素信息示意图汉字下面的数字表示相对原子质量，相对原子质量单位是 “1”，不是 “g”，锂元素的相对原子质量为6.941，C 错误； D、由图 3 可知，在一定范围内，随着石墨烯含量增加，电阻先减小后增大，说明不是石墨烯含量越高，电池的导电性能就越好，D 错误。 故选B。 9．（2026·山西长治·二模）下列物质的用途与性质对应正确的是（ ） A．石墨作电极利用其硬度大 B．金刚石用于电钻的钻头利用其吸附性强 C．活性炭在防毒面具中吸附毒气利用其导电性好 D．木炭用作燃料利用其具有可燃性 【答案】D 【解析】A.石墨作电极是利用其优良的导电性，且石墨质软硬度小，性质和用途不匹配； B.金刚石是自然界天然存在的硬度最大的物质，用作钻头是利用其硬度大的性质，金刚石无吸附性，性质和用途不匹配； C.活性炭结构疏松多孔，具有强吸附性，防毒面具中吸附毒气是利用其吸附性，和导电性无关，性质和用途不匹配； D.木炭具有可燃性，燃烧时释放大量热量，可用作燃料，性质和用途匹配。 10．（2026·湖南长沙·三模）碳和碳的氧化物与人类生产、生活密切相关。下列有关分析错误的是（ ） A．金刚石、石墨都是碳的单质 B．活性炭可以吸附一些食品和工业产品里的色素 C．是由分子构成的化合物 D．金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用在钻探机的钻头上 【答案】C 【解析】A、金刚石、石墨都是碳的单质，说法正确，不符合题意； B、活性炭具有吸附性，可以吸附一些食品和工业产品里的色素，说法正确，不符合题意； C、是由碳元素组成的纯净物，属于单质，由分子构成，说法错误，符合题意； D、金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用在钻探机的钻头上，说法正确，不符合题意。 故选：C。 11．（2026·安徽阜阳·一模）近日，我国科学家成功将石墨转化为百微米级、高度有序的六方金刚石，其被誉为“超级钻石”。下列说法错误的是（ ） A．“超级钻石”和石墨是同一种物质 B．“超级钻石”在一定条件下可以还原氧化铜 C．“超级钻石”和石墨在氧气中完全燃烧的产物都是 D．“超级钻石”中碳原子在不断运动 【答案】A 【解析】A、石墨、“超级钻石”是碳元素组成的两种不同单质，二者碳原子排列方式不同，不属于同一种物质，说法错误，符合题意； B、“超级钻石”是碳元素组成的碳单质，碳单质具有还原性，在一定条件下可还原氧化铜，说法正确，不符合题意； C、石墨、“超级钻石”是碳元素组成的碳单质，碳单质具有可燃性，在氧气中完全燃烧的产物是，说法正确，不符合题意； D、构成物质的微粒总在不断运动，故“超级钻石”中碳原子在不断运动，说法正确，不符合题意。 故选：A。 12．（2026·四川广安·一模）以化合价为纵坐标、物质类别为横坐标所绘制的图像叫“价—类”二维图。如图所示为碳及其氧化物的“价—类”二维图，据图判断，下列选项正确的是（ ） A．a点的物质只能是金刚石 B．c点物质与b点物质可以相互转化 C．c点物质是空气污染物之一 D．a点物质充分燃烧得到b点物质 【答案】B 【解析】A、a处物质化合价为0，属于碳的单质，有金刚石、石墨等物质，错误； B、c点碳元素的化合价为+4，属于氧化物，是二氧化碳，b点碳元素的化合价为+2，属于氧化物，是一氧化碳，二氧化碳和碳在高温下反应生成一氧化碳，一氧化碳和氧气反应转化为二氧化碳，可以相互转化，正确； C、c点物质是二氧化碳，不属于空气污染物之一，错误； D、a点物质是碳，充分燃烧得到二氧化碳，b点物质是一氧化碳，错误； 故选B。 13．（25-26九年级上·安徽安庆·阶段检测）下列说法错误的是（ ） A．石墨的导电性好，可用作电池的电极 B．一定条件下，石墨转化为金刚石是化学变化 C．金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质 D．用活性炭脱色制白糖是利用活性炭能与色素发生化学反应 【答案】D 【解析】A、石墨导电性好，可用作电极，不符合题意； B、石墨转化为金刚石是化学变化，不符合题意； C、金刚石、石墨和都是由碳元素组成的单质，不符合题意； D、活性炭脱色制白糖是利用其吸附性，属于物理变化，而非化学反应，符合题意； 故选D。 14．（2026·辽宁沈阳·二模）学习化学要建立化学观念。下列描述正确的是（ ） A．守恒观：10gC 在10gO2中充分燃烧生成20gCO2 B．能量观：化学变化过程中一定伴随着放热现象 C．变化观：镁在一定条件下可以转化为氧化镁 D．结构观：金刚石、石墨中碳原子的种类不同，两者物理性质差异较大 【答案】C 【解析】A、碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为，碳、氧气、二氧化碳的质量比为，则10gC在10g中充分燃烧，碳有剩余，则生成的质量小于20g，说法错误，不符合题意； B、化学变化过程中伴随着能量变化，不一定是放热现象，也可能是吸热现象，说法错误，不符合题意； C、镁在氧气中燃烧生成氧化镁，故镁在一定条件下可以转化为氧化镁，说法正确，符合题意； D、金刚石、石墨两者物理性质差异较大，是因为它们的碳原子排列方式不同，说法错误，不符合题意。 故选：C。 15．（2026·甘肃陇南·三模）如图是我国科学家成功合成的C10和C14两种碳分子材料，二者在物理性质上表现出不同的特性。下列说法中不正确的是（ ） A．C10和C14都属于新型有机物 B．构成C10和C14的分子不同 C．二者物理性质存在差异是由于原子排列方式不同 D．C10和C14在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳 【答案】A 【解析】A、C10、C14均是由碳元素组成的纯净物，属于单质，说法错误，符合题意； B、C10是由C10分子构成的，C14是由C14分子构成的，二者构成的分子不同，说法正确，不符合题意； C、二者物理性质存在差异是由于碳原子排列方式不同，说法正确，不符合题意； D、C10、C14均是由碳元素组成的碳单质，碳单质具有可燃性，在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳，说法正确，不符合题意。 故选：A。 16．（2026·河北邯郸·一模）碳单质在自然界里广泛存在。下列关于它们的叙述正确的是（ ） A．木炭、活性炭、焦炭、炭黑、金刚石、石墨都属于碳单质 B．所有碳单质燃烧一定会生成 C．金刚石、石墨、都是由碳原子直接构成的 D．碳单质的物理性质差别很大，但是化学性质相似 【答案】D 【解析】A、木炭、活性炭、焦炭、炭黑主要成分是碳单质，但它们还含有一些杂质，属于混合物；而金刚石、石墨是由碳元素组成的纯净物，属于碳单质，该选项错误； B、碳单质在氧气充足时燃烧生成CO2，但在氧气不充足时燃烧会生成CO，并非一定生成CO2，该选项错误； C、金刚石、石墨是由碳原子直接构成的；而C60是由C60分子构成的，每个C60分子由 60 个碳原子构成，该选项错误； D、由于碳原子的排列方式不同，导致碳单质的物理性质差别很大，比如金刚石硬度大，石墨质软且能导电；但它们都是由碳元素组成的单质，化学性质相似，在常温下化学性质稳定，在一定条件下都能与氧气等发生化学反应，该选项正确。 故选D。 17．（2026·河南平顶山·二模）现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是（ ） ①同一种元素可以形成多种单质    ②同种元素构成的物质不一定是纯净物 ③单质可能存在复杂的分子结构 ④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。 A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④ 【答案】D 【解析】①同一种元素可以形成多种单质，如氧元素可以形成氧气、臭氧，碳元素可以形成金刚石、石墨，该说法正确； ②同种元素构成的物质有多种，故同种元素构成的物质不一定是纯净物，如C60和C90形成的物质中只含碳元素一种元素，但属于混合物，该说法正确； ③单质中可能含有多个原子，可能存在复杂的分子结构，该说法正确； ④同种元素形成的单质之间能相互转化，单质越多，则存在的相互转化也可能越多，该说法正确。 故选D。 18．（2026·安徽铜陵·三模）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： 下列有关说法错误的是（ ） A．碳纤维属于无定形碳 B．一定条件下石墨变成金刚石属于物理变化 C．不同碳单质中碳原子的排列方式不同 D．不同的碳单质，化学性质相似 【答案】B 【解析】A、从图中看出碳纤维属于无定形碳，A正确； B、金刚石和石墨是碳元素形成的不同单质，石墨在一定条件下转变为金刚石，属于化学变化，B错误； C、不同碳单质中碳原子的排列方式不同，C正确； D、化学性质由元素原子的最外层电子数决定，不同碳单质组成元素相同，其最外层电子数相同，因此化学性质相似，D正确。 故选B。 1．（2026·陕西·中考真题）科技引领世界，科技创造未来。 （1）我国自主研制的首艘超深水大洋钻探船——“梦想号”，其使用的钻头材料用到了金刚石，这是利用了金刚石硬度_________的性质。金刚石是碳元素组成的_________(填“单质”或“化合物”)。 （2）在天问二号上首次实现在轨应用的智能热控材料二氧化钒(VO2)中钒元素的化合价为_________。 （3）中国在光子芯片和量子芯片等前沿领域取得了一系列突破。生产芯片的其中一步反应为：，则X是_________。 【答案】（1）大 单质 （2）+4价 （3） 【解析】（1）金刚石是天然存在硬度最大的物质，适合做钻探钻头； 金刚石是只由碳元素组成的纯净物，属于单质。 （2）化合物中各元素正负化合价代数和为0，氧元素通常显-2价，设钒元素化合价为，则，解得。 （3）根据质量守恒定律，化学反应前后原子种类、数目不变。反应物共有1个Si原子、2个O原子、2个C原子，生成物中已有2个C原子、2个O原子，因此X只含1个Si原子，化学式为。 2．（2026·天津河北·二模）在宏观、微观和符号之间建立联系是学习化学的重要思维方式。 （1）金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如下图所示。 ①金刚石和石墨都是_____元素组成的单质。 ②它们的原子______不同，因此物理性质存在着明显差异。 （2）下列选项中，表示氧原子结构示意图的是 (填序号)。 A． B． C． D． （3）手机的液晶显示屏使用了由铟(In)、镓(Ga)制成的透明电极。铟、镓属于不同种元素是因为它们原子中的_____(填“质子数”“中子数”或“电子数”)不同。 （4）下图为某化学反应的微观示意图。 根据图示写出反应的化学方程式_____。 【答案】（1）碳/C 排列方式 （2）C （3）质子数 （4） 【解析】（1）①金刚石、石墨都属于碳单质，仅由碳元素组成； ②略。 （2）氧原子质子数为8，原子中质子数=核外电子数，因此核外共8个电子，排布为第一层2个、第二层6个，故选C。 （3）元素是质子数（核电荷数）相同的一类原子的总称，不同种元素的本质区别是质子数不同。 （4）根据微观示意图，反应物是甲烷和氧气，反应条件为点燃，生成物是二氧化碳和水，化学方程式。 3．（25-26九年级上·广东惠州·期末）阅读下列科技短文并回答问题。 石墨烯(化学式为C)是从石墨中分离出的单层的石墨片，是目前为止最薄的二维纳米碳材料，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。因其结构特殊，具有很多优异性能，如高导热性、高导电性及高强度等，被誉为“新材料之王”。 石墨烯是世界上导电性最好的材料，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。石墨烯在电子、复合材料、医疗健康、纺织等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图1所示。 纺织领域是石墨烯应用的新兴领域，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，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。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。图2为石墨烯海水淡化膜工作原理。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。 （1）石墨烯在许多领域都具有广泛的应用，目前石墨烯应用占比最高的领域是___________。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，硅元素位于地壳含量的第___________位。 （2）从材料可知，石墨烯在纺织面料中的作用是___________。(回答一点即可) （3）石墨烯海水淡化膜可以通过的微粒是___________(填微粒符号)。 （4）写出石墨烯充分燃烧的化学方程式___________。 （5）下列说法正确的是__________(填字母)。 A．石墨烯和金刚石是两种不同的物质 B．石墨烯中碳原子静止不动 C．石墨烯具有导电性 【答案】（1）电子领域 2 （2）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 （3） （4） （5）AC 【解析】（1）由图1可知，目前石墨烯应用占比最高的领域是电子领域； 地壳中元素含量前五分别是氧、硅、铝、铁、钙，故硅元素位于地壳含量的第2位； （2）由资料可知，石墨烯在纺织面料中的作用是：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； （3）由图2可知，石墨烯海水淡化膜可以通过的微粒是水分子，其符号为； （4）石墨烯充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为； （5）A、石墨烯和金刚石是两种不同的物质，说法正确，符合题意； B、石墨烯中碳原子在不断运动，说法错误，不符合题意； C、由资料可知，石墨烯具有导电性，说法正确，符合题意。 故选：AC。 4．（2026·陕西西安·二模）中国科学家研制出一种名为“碳弹簧”的新型碳材料，被认为是制造智能磁性材料的理想原料。因其超轻、超弹、耐极温，有望用于外太空探测。 （1）“碳弹簧”由多孔碳材料制作而成。碳元素能组成多种碳单质，但它们的物理性质存在较大差异，原因是____________。 （2）（四氧二铁酸钴）也是制造智能磁性材料的原料之一，已知该物质中铁元素为价，则钴元素化合价为___________。 （3）将“碳弹簧”在一定条件下转化为石墨，该变化属于___________（填“物理”或“化学”）变化。 【答案】（1）碳原子排列方式不同 （2） （3）化学 【解析】（1）碳元素组成的不同碳单质，如金刚石、石墨等，物理性质差异大，是因为碳原子的排列方式不同。 （2）在CoFe2O4中，氧元素显−2价，铁元素为+3价，设钴元素化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，可得，解得x=+2。 （3）“碳弹簧” 和石墨是不同的物质，有新物质生成的变化属于化学变化，所以将 “碳弹簧” 在一定条件下转化为石墨属于化学变化。 5．（25-26九年级上·福建宁德·阶段检测）认识模型是学好化学的有效路径。 （1）图1是碳元素在周期表中的信息，碳元素的相对原子质量为_____，它属于_____（填“金属”或“非金属”）元素。 （2）图2是小明画的碳原子结构模型，第一层最多排2个电子，他应在第二电子层上再画_____个电子。 （3）图3是三种物质的结构模型，其中的是由_____构成（填“分子”或“原子”或“离子”）。 （4）关于金刚石和石墨的说法中，不正确的是_____（填字母）。 A．它们都属于碳的单质 B．石墨转化为金刚石属于物理变化 C．它们完全燃烧的产物都是二氧化碳 D．它们的碳原子排列方式不同 （5）图4是某反应的微观示意图，写出该反应的化学方程式：______，反应后Ni/G催化剂可以重复使用的原因是_____。 【答案】（1）12.01 非金属 （2）4 （3）分子 （4）B （5） Ni/G催化剂反应前后质量和化学性质不变 【解析】（1）在元素周期表的一格中，名称下方的数字为相对原子质量，它属于金属元素，故填：碳；金属。 （2）原子中质子数=电子数，碳原子核内质子数为6，则核外共有6个电子，第一层最多排2个电子，所以他应在第二电子层上再画4个电子； （3）由图3可知，是由分子构成的； （4）A、金刚石和石墨都是由碳元素组成的，都属于碳单质，选项正确； B、石墨、金刚石是碳元素形成的不同单质，即石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化，选项错误； C、金刚石、石墨和C60都属于碳的单质，它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳，选项正确； D、金刚石、石墨和C60中碳原子的排列方式不同，物理性质有很大差异，选项正确。 故选B； （5）根据微观示意图可知，一氧化碳和一氧化氮在Ni/G催化剂作用下反应生成氮气和二氧化碳，化学方程式为； 反应中Ni/G催化剂可以重复使用，是因为Ni/G催化剂在反应前后质量和化学性质都不会发生改变。 6．（25-26九年级上·云南怒江·期末）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原子晶体，其微观结构如图1，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。 根据以上材料回答下列问题： （1）石墨烯属于纯净物中的______（填“单质”或“化合物”），同样由碳元素组成的石墨和金刚石物理性质差异很大的原因是_______；在一定条件下，石墨烯可以转化为金刚石，该变化属于______（填“物理”或“化学”变化）。 （2）纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有_______（任写一条）。分析图2，综合来看，______（填“氨纶混纺纱”或“棉混纺纱”）面料中掺入石墨烯后的抗菌效果最好。 （3）下列有关说法正确的有_______（填字母序号，多选）。 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 【答案】（1）单质 碳原子的排列方式不同 化学 （2）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；能影响菌体的正常代谢（合理即可） 棉混纺纱 （3）bc 【解析】（1）石墨烯中只含碳元素，属于单质； 石墨和金刚石都是由碳原子直接构成的，但由于碳原子的排列方式不同，则它们的物理性质不同； 石墨烯转化为金刚石的过程中，有新物质生成，属于化学变化。 （2）根据材料可知，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，而且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，则纺织面料中掺入石墨烯后可以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、能影响菌体的正常代谢等； 由图2可知，菌体种类相同时，石墨烯棉混纺纱面料的抑菌率均高于其它，抑菌率越高，表明抗菌性能越强，故棉混纺纱面料中掺入石墨烯后的抗菌效果最好 （3）a、由题给信息可知，抑菌率越高，表明抗菌性能越强，该选项说法错误； b、由图2可知，不同的面料对不同的菌体的抑菌率不同，所以面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，该选项说法正确； c、由图2可知，石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强，该选项说法正确。 故选bc。 7．（25-26九年级上·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 【解析】（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。 8．（2026·广东深圳·三模）人们对碳单质的研究从未止步。近期科学家在1025℃条件下、将硅融入液态金属中，通入甲烷气体，硅（Si）与甲烷反应生成四氢化硅和石墨（C），石墨在液态金属表面转化成金刚石薄膜。石墨的碳层间距是0.335 nm，能够嵌入锂离子，目前被广泛应用于锂离子电池负极材料，但地球上锂资源有限，钠资源更为丰富，综合考虑性能优势（见表），钠离子电池正成为研究热点。石墨的碳层难以嵌入，而另一种碳单质——硬碳（可通过在氩气或氮气中对生物质原料高温碳化制成），其碳层间距约为0.37~0.40 nm，能够嵌入，电池依靠在正极和负极之间移动来进行充电和放电，充电时，从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。回答问题： 表：锂离子电池和钠离子电池部分性能对比 电池重量 能量密度 循环寿命（次） 低温性能（容量保持率） 锂离子电池 较轻 高 5000+ 60~70% 钠离子电池 较重 较低 1000~4000 88%以上 （1）写出硅与甲烷发生反应的化学方程式________。 （2）1图中________（填“甲”或“乙”）为金刚石的结构模型。石墨在液态金属表面转化为金刚石薄膜发生的是________（填“物理”或“化学”）变化。 （3）根据表中信息可知：与锂离子电池相比，钠离子电池的优点是________。 （4）由2图分析可知硬碳作为电池的________（填“正”或“负”）极。 （5）制备硬碳时通入氩气或氮气，目的是________。 （6）下列说法正确的是________（填序号）。 A．同种元素可组成不同的单质 B．钠离子和锂离子质子数相同 C．废旧电池不能随意掩埋处理 D．钠离子电池更适合应用于笔记本电脑中 【答案】（1）CH4+SiSiH4+C （2）乙 化学 （3）低温性能好 （4）负 （5）作保护气 （6）AC 【解析】（1）在1025℃条件下，将硅融入液态金属中，通入甲烷（CH4）气体，硅（Si）与甲烷反应生成四氢化硅（SiH4 ）和石墨（C），该反应的化学方程式为：CH4+SiSiH4+C。 （2）金刚石是立体网状结构，石墨是层状结构，则1图中乙为金刚石的结构模型，石墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化。 （3）对比表中参数，钠离子电池 −20℃ 容量保持率远高于锂离子电池，因此其优点为低温性能好。 （4）Na+电池依靠Na+在正极和负极之间移动来进行充电和放电，充电时，Na+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反，故硬碳作为电池的负极。 （5）制备硬碳时通入氩气或氮气，是利用氩气或氮气化学性质很不活泼，不易与生物质发生反应，可作保护气。 （6）A.同种元素可以组成不同的单质，如碳元素可组成金刚石、石墨等不同单质，符合题意； B.钠离子的质子数是11，锂离子的质子数是3，质子数不相同，不符合题意； C.废旧电池含重金属等有害物质，不能随意掩埋处理，否则会污染水源和土壤，应回收处理，符合题意； D.钠离子电池较重，能量密度低，不适合应用于笔记本电脑中，不符合题意。 9．（2026·内蒙古通辽·二模）阅读科普短文，回答下列问题。 碳元素，生命与地球的核心元素，以简单的原子结构书写一个又一个新篇章。 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)，其中石墨和金刚石以其自身优异的性能备受科学家的喜爱。 石墨原是制铅笔芯的原料之一，自2004年科学家“剥出”仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯后，石墨烯的制备方法层出不穷，产业化步伐正在加快。2025年8月，中国科学院创新性开发出曲面单原子铁催化剂(CS Fe/N-C)，碳元素以石墨烯的形式作为催化剂的载体。该催化剂可在质子交换膜燃料电池中替代铂等贵金属催化剂，并具备优异的输出性能与长期稳定性。 金刚石作为目前工业化生产中最硬材料，通常用于加工、研磨材料。近年来，金刚石的其他优异特性被逐渐发现和挖掘，如室温下高导热率、极低的热膨胀系数、良好的化学稳定性等。2025年11月，中国科学院研究团队制备出超低翘曲的4英寸金刚石超薄膜(厚度<100μm)，利用金刚石优异的导热和绝缘性能，将金刚石超薄膜直接与芯片键合来降低结温(芯片实际的工作温度)。 （1）碳纤维属于________(填字母)。 A．无定形碳 B．过渡态碳 C．晶形碳 （2）石墨烯具有导电性，金刚石具有良好的绝缘性，原因是_________________________。 （3）高温下，碳单质还能将二氧化碳转化为一氧化碳，该反应的化学方程式为_________________。 （4）金刚石超薄膜具有的性质是____________________________。 【答案】（1）A （2）碳原子排列方式不同 （3） （4）优异的导热性和绝缘性 【解析】（1）由题图可知，碳纤维属于无定形碳，故选A； （2）石墨烯和金刚石都属于碳的单质，二者性质不同的原因是碳原子排列方式不同； （3）高温下，碳和二氧化碳反应生成一氧化碳，该反应的化学方程式为：； （4）金刚石超薄膜利用的是金刚石优异的导热性和绝缘性。 10．（25-26九年级上·上海·阶段检测）上海地处长江下游的三角洲，拥有丰富的淡水水系资源。随着上海市逐步推进建设集约化供水工程，全市16辖区的居民现今都能用上自来水厂管线直供的自来水，彻底告别了曾经的深井取水时代。 （1）研究水的组成 ①写出图1装置中反应的化学方程式______。 ②结合图1、2，若A试管中收集的是气体A，则A试管应连接电源______（填“正”或“负”）极。 ③氢气与氧气燃烧生成水，此化学反应的基本类型是______。 A．化合反应    B．分解反应    C．置换反应    D．复分解反应 （2）水的净化 ①图中，加入的A物质是净水剂，该物质的作用______。 ②若经过操作①后，所得液体中仍有浑浊，其原因可能是______（不定项）。 A．液面高于滤纸边缘         B．滤纸没有紧贴漏斗内壁而留有气泡 C．滤纸破损         D．漏斗下端没有紧贴烧杯内壁 （3）自来水厂通常使用Cl2对水体进行处理，其作用是______。 A．杀菌消毒 B．吸附杂质 C．蒸发溶剂 D．过滤沉淀 （4）操作②中，通过下图中的装置可以除去水中的色素和异味。则粒状固体层填充的固体一般是________（填名称）。 （5）碳在地壳中的含量不高，但在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。下列属于纯净物的是______。 A．木炭 B．焦炭 C．炭黑 D．石墨 （6）随着科技的发展，人们开始通过电解饱和食盐水的方法，利用海水中丰富的氯化钠资源制取某种重要的化工原料，在生产中也被称为氯碱工业。电解饱和食盐水的方程式为，则X为______。 A．Na2O B．NaH C．NaOH D．HCl 【答案】（1）2H2O2H2↑+O2↑ 负 A （2）吸附悬浮杂质，加速沉降 AC （3）A （4）活性炭 （5）D （6）C 【解析】（1）①图1装置中发生的是电解水的反应，水在通电条件下分解生成氢气和氧气，该反应的化学方程式为2H2O2H2↑+O2↑。 ②由图2可知，气体A的体积较大，根据电解水时“正氧负氢、氢二氧一”的规律，体积大的是氢气，所以A试管生成的气体A是氢气，氢气在负极产生，故A试管应连接电源负极。 ③氢气和氧气在点燃的条件下反应生成水，该反应是由两种物质反应生成一种物质，符合“多变一”的特征，所以基本类型是化合反应。 故选A。 （2）①图中加入的A物质是净水剂，通常为明矾，其作用是吸附悬浮杂质，加速沉降。 ②A、液面高于滤纸边缘，会使部分液体未经过滤纸过滤直接流下，导致滤液浑浊，故A选项符合题意； B、滤纸没有紧贴漏斗内壁而留有气泡，只会影响过滤速度，不会使滤液浑浊，故B选项不符合题意； C、滤纸破损，会使杂质直接通过破损处进入滤液，导致滤液浑浊，故C选项符合题意； D、漏斗下端没有紧贴烧杯内壁，只会导致滤液溅出，不会使滤液浑浊，故D选项不符合题意。 故选AC。 （3）自来水厂通常使用Cl2对水体进行处理，其作用是杀菌消毒。 故选A。 （4）操作②中，要除去水中的色素和异味，利用的是活性炭的吸附性，所以粒状固体层填充的固体一般是活性炭。 （5）A、木炭中含有多种杂质，属于混合物，故A选项不符合题意； B、焦炭中含有多种杂质，属于混合物，故B选项不符合题意； C、炭黑中含有多种杂质，属于混合物，故C选项不符合题意； D、石墨是由一种物质组成的，属于纯净物，故D选项符合题意。 故选D。 （6）根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类、数目均不变，在反应中，反应前钠、氯、氢、氧原子个数分别为2、2、4、2；反应后的生成物中钠、氯、氢、氧原子个数分别为0、2、2、0。由此可知，2X中含有2个钠原子、2个氢原子和2个氧原子，所以物质X的化学式为NaOH。 故选C。 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1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 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    课时1  碳单质的多样性 考点 1 碳的单质 1．金刚石 金刚石 结构 化学式 构成微粒 物理性质 由 构成 无色透明的固体，天然存在的最 的物质。 2．金刚石的物理性质与用途 物理性质 对应的用途 的固体，折光性好 制装饰品—— ； 天然存在的最 的物质 、 、加工坚硬的金属、制钻头； 特殊条件下制备的金刚石薄膜 好、 大； 用作 的涂层； 导热性好 用于 。 3．石墨 石墨 结构 化学式 构成微粒 物理性质 由 构成 、有金属光泽的固体；很 ，有 ；熔点高，有优良的 。 4．石墨的物理性质与用途 物理性质 对应的用途 灰黑色固体、很软，有滑腻感 制 有优良的导电性 做 有优良的 、有 、熔点高 做高铁列车的受电弓滑板 熔点高，耐 做坩埚 熔点高，有 做机械高温润滑剂 5．C60的结构：C60由 构成，每个C60分子是由 构成的，C60分子结构形似足球。 C60的分子结构和足球相似 6．C60的性质和应用： 化学式 构成微粒 物理性质 应用 由 构成 C60独特的分子结构决定了它具有一些 的物理和化学性质。 、 、能源及医学领域等。 拓展延伸： 新形态存在的碳单质 （1）碳纳米管：直径几纳米~几十纳米，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、信息等领域。 （2）石墨烯：目前世界上人工制得的最薄的材料，有优异的导电、导热性等。 （3）石墨炔、T-碳等。 深度理解 1．同种元素组成的物质不一定是单质，也可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等） 同种元素组成的纯净物才是单质。 2．石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。 3.金刚石和石墨都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。 归纳总结： 碳单质多种多样，结构排列是根源；金刚石硬石墨软，导电润滑不一般。 活性炭能来吸附，性质决定其用途；同素异形要记牢，碳炭二字要分辨。 【进阶典例】（2026·湖南邵阳·二模）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．碳原子的排列方式不同 D．微粒间的间隔不同 解题点睛 一、碳单质的基本概念 定义：由碳元素这一种元素组成的纯净物。 核心观点：同一种元素可以组成不同的单质 二、常见的三种碳单质 碳单质 金刚石 石墨 C₆₀（足球烯） 结构模型 空间网状结构（每个碳原子与4个碳原子相连） 层状结构（每一层内碳原子排列成六边形，层与层之间作用力弱） 分子结构（由60个碳原子构成，形似足球） 主要物理性质 ① 最硬的天然矿物 ② 无色透明、有光泽 ③ 不导电 ① 最软的矿物之一（有滑腻感） ② 灰黑色、不透明 ③ 能导电（良好导体） ① 不导电 ② 具有特殊的光、电、磁性能 主要用途 ① 切割玻璃、岩石（利用硬度大） ② 加工钻石首饰（利用有光泽） ① 做铅笔芯（利用软、深色） ② 做电极、电刷（利用能导电） ③ 做润滑剂（利用有滑腻感） 材料科学、超导体、医学等领域 三、结构、性质与用途的关系 决定关系：物质的结构决定了物质的性质，物质的性质决定了物质的用途。 反例理解：金刚石和石墨都是由碳元素组成的，但物理性质差异很大。根本原因是碳原子的排列方式不同。 化学性质相似性：虽然物理性质不同，但由于都是由碳原子构成，它们的化学性质相似（如都具有可燃性、还原性——将在后续课时学习）。 【拔高典例】（2026·山东济南·一模）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．这四种物质之间的相互转化是物理变化 B．这四种物质都是由碳元素组成的同一种物质 C．这四种物质中碳原子之间形成的化学结构不同 D．这四种物质在氧气中完全燃烧后的产物是不同的 【对点练1】（25-26九年级下·重庆·阶段检测）碳世界丰富多彩，根据如图回答下列问题： （1）图C代表的物质的名称为___________，木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与___________类似(从A、B、C中选择)。 （2）上述A、B、C三种物质的物理性质不同的原因是___________。 （3）图D中向盛有红棕色NO2气体的烧瓶中投入若干块木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到红棕色变浅的原因是木炭具有___________性。 【对点练2】（25-26八年级下·上海杨浦·期末）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 考点 2 木炭、焦炭、活性炭和炭黑 1.无定形碳 （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 ①用在防毒面具里吸附有毒气体； ②制糖工业中脱色以制取白糖； ③城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理； ④吸附室内装修产生的有害气体 （3）焦炭、炭黑 ①焦炭用于冶金工业，作 剂。 ②炭黑用于制造 、 、 、 、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。 特别提醒 （1）活性炭、木炭的吸附性是物理性质而不是化学性质。 （2）“碳”和“炭”的区别： “碳”是元素名称，常在书写碳元素单质和含有碳元素化合物的名称时使用。如：碳元素、一氧化碳、二氧化碳、碳酸钠、碳酸、碳氢化合物 “炭”表示由碳元素组成的具体物质。只在书写“焦炭、木炭、活性炭、炭黑”这些名称时用。 【进阶典例】（2026·陕西榆林·三模）下列劳动项目与所涉及的化学知识没有直接关联的是（ ） 选项 劳动项目 化学知识 A 清理家中鱼缸并通入氧气 氧气能供给呼吸 B 用铅笔芯粉末使门锁开启灵活 石墨具有导电性 C 湿衣服在阳光下比在阴凉处干得快 温度越高，分子运动速率越快 D 使用活性炭脱色制白糖 活性炭具有吸附性 解题点睛 一、无定形碳（了解） 种类：木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。 主要成分：也是碳单质，但内部结构不如金刚石、石墨规则。 重要性质：木炭和活性炭具有疏松多孔的结构，因此具有吸附性。 用途：① 活性炭常用于净水器中吸附色素和异味； ② 木炭用于吸附一些气体或色素。 二、易错辨析与常考点 1.“碳”和“炭”的区别： 碳：是元素名称，用于描述物质成分，如“碳元素”、“二氧化碳”、“碳单质”。 炭：是具体物质名称，指无定形碳，如“木炭”、“活性炭”、“焦炭”。 “一种元素只能组成一种单质”是错误说法。例如，氧元素可以组成氧气（O₂）和臭氧（O₃），碳元素可以组成金刚石和石墨。 石墨在一定条件下可以转化为金刚石，这属于化学变化（因为生成了新物质）。 【拔高典例】（2026·河南南阳·三模）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 【对点练1】（2026·山东东营·模拟预测）下列物质的用途，利用其化学性质的是（ ） A．干冰用于人工降雨 B．活性炭用于冰箱内除去异味 C．氮气常用作保护气 D．稀有气体用于制造多种用途的电光源 【对点练2】（2026·湖南长沙·三模）物质的性质很大程度上决定了物质的用途。下列有关碳单质的性质说法正确的是（ ） A．金刚石具有导电性，可用于制作钻头 B．石墨质地柔软、灰黑色，可用于制作铅笔芯 C．活性炭有可燃性，可用于防毒面具 D．木炭具有吸附性，可用于冶炼金属 1．（2026·江西九江·二模）我国科学家合成了全新分子——C6，开创了“表面合成极小尺寸分子碳”的新范式。下列有关C6的说法正确的是（ ） A．C6属于新型化合物 B．每个C6分子由6个碳原子构成 C．C6的相对分子质量为72 g D．C6与C60的组成、结构和性质完全相同 2．（25-26八年级下·山东泰安·期末）下列对宏观事实的微观解释不正确的是（ ） A．氧气在加压后可装入钢瓶——氧分子之间间隔变小 B．一定条件下石墨可转变成金刚石——原子种类发生改变 C．CO和CO2化学性质不同——分子的构成不同 D．酒精需要密封保存——酒精分子在不停运动 3．（2026·山东青岛·预测模拟）下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球分别代表碳原子。下列有关说法正确的是（ ） A．三种物质都是由碳原子直接构成的 B．在三种物质中碳原子的排列方式都不相同 C．三种物质在足量氧气中燃烧的产物都不同 D．三种物质的组成元素相同，它们的性质也相同 4．（2026·黑龙江齐齐哈尔·二模）性质决定用途，用途体现性质。下列归纳错误的是（ ） A．金刚石硬度大，可作铅笔芯 B．活性炭具有吸附性，可用于净水 C．氮气化学性质稳定，可作保护气 D．酒精具有可燃性，可作燃料 5．（2026·河南周口·模拟预测）我国研发的“金刚石—石墨复合散热膜”已应用于5G基站芯片，解决了高温散热难题。下列关于金刚石和石墨的说法，正确的是（ ） A．硬度都很大 B．都能导电 C．完全燃烧的产物不同 D．内部的碳原子排列方式不同 6．（2026·上海闵行·三模）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 7．（2026·山东潍坊·一模）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 8．（2026·广东深圳·二模）锂电池在多种场景具有广泛的应用，生产该电池时，为了提高电池的性能需添加适量的石墨烯（如图2）作导电剂。锂元素在元素周期表中的信息如图1，石墨烯的含量对电阻的影响如图3。下列说法中正确的是（ ）    A．石墨烯是新型化合物 B．锂原子核内有3个质子 C．锂元素的相对原子质量为6.941g D．生产电池时石墨烯含量越高，电池的导电性能越好 9．（2026·山西长治·二模）下列物质的用途与性质对应正确的是（ ） A．石墨作电极利用其硬度大 B．金刚石用于电钻的钻头利用其吸附性强 C．活性炭在防毒面具中吸附毒气利用其导电性好 D．木炭用作燃料利用其具有可燃性 10．（2026·湖南长沙·三模）碳和碳的氧化物与人类生产、生活密切相关。下列有关分析错误的是（ ） A．金刚石、石墨都是碳的单质 B．活性炭可以吸附一些食品和工业产品里的色素 C．是由分子构成的化合物 D．金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用在钻探机的钻头上 11．（2026·安徽阜阳·一模）近日，我国科学家成功将石墨转化为百微米级、高度有序的六方金刚石，其被誉为“超级钻石”。下列说法错误的是（ ） A．“超级钻石”和石墨是同一种物质 B．“超级钻石”在一定条件下可以还原氧化铜 C．“超级钻石”和石墨在氧气中完全燃烧的产物都是 D．“超级钻石”中碳原子在不断运动 12．（2026·四川广安·一模）以化合价为纵坐标、物质类别为横坐标所绘制的图像叫“价—类”二维图。如图所示为碳及其氧化物的“价—类”二维图，据图判断，下列选项正确的是（ ） A．a点的物质只能是金刚石 B．c点物质与b点物质可以相互转化 C．c点物质是空气污染物之一 D．a点物质充分燃烧得到b点物质 13．（25-26九年级上·安徽安庆·阶段检测）下列说法错误的是（ ） A．石墨的导电性好，可用作电池的电极 B．一定条件下，石墨转化为金刚石是化学变化 C．金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质 D．用活性炭脱色制白糖是利用活性炭能与色素发生化学反应 14．（2026·辽宁沈阳·二模）学习化学要建立化学观念。下列描述正确的是（ ） A．守恒观：10gC 在10gO2中充分燃烧生成20gCO2 B．能量观：化学变化过程中一定伴随着放热现象 C．变化观：镁在一定条件下可以转化为氧化镁 D．结构观：金刚石、石墨中碳原子的种类不同，两者物理性质差异较大 15．（2026·甘肃陇南·三模）如图是我国科学家成功合成的C10和C14两种碳分子材料，二者在物理性质上表现出不同的特性。下列说法中不正确的是（ ） A．C10和C14都属于新型有机物 B．构成C10和C14的分子不同 C．二者物理性质存在差异是由于原子排列方式不同 D．C10和C14在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳 16．（2026·河北邯郸·一模）碳单质在自然界里广泛存在。下列关于它们的叙述正确的是（ ） A．木炭、活性炭、焦炭、炭黑、金刚石、石墨都属于碳单质 B．所有碳单质燃烧一定会生成 C．金刚石、石墨、都是由碳原子直接构成的 D．碳单质的物理性质差别很大，但是化学性质相似 17．（2026·河南平顶山·二模）现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是（ ） ①同一种元素可以形成多种单质    ②同种元素构成的物质不一定是纯净物 ③单质可能存在复杂的分子结构 ④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。 A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④ 18．（2026·安徽铜陵·三模）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： 下列有关说法错误的是（ ） A．碳纤维属于无定形碳 B．一定条件下石墨变成金刚石属于物理变化 C．不同碳单质中碳原子的排列方式不同 D．不同的碳单质，化学性质相似 1．（2026·陕西·中考真题）科技引领世界，科技创造未来。 （1）我国自主研制的首艘超深水大洋钻探船——“梦想号”，其使用的钻头材料用到了金刚石，这是利用了金刚石硬度_________的性质。金刚石是碳元素组成的_________(填“单质”或“化合物”)。 （2）在天问二号上首次实现在轨应用的智能热控材料二氧化钒(VO2)中钒元素的化合价为_________。 （3）中国在光子芯片和量子芯片等前沿领域取得了一系列突破。生产芯片的其中一步反应为：，则X是_________。 2．（2026·天津河北·二模）在宏观、微观和符号之间建立联系是学习化学的重要思维方式。 （1）金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如下图所示。 ①金刚石和石墨都是_____元素组成的单质。 ②它们的原子______不同，因此物理性质存在着明显差异。 （2）下列选项中，表示氧原子结构示意图的是 (填序号)。 A． B． C． D． （3）手机的液晶显示屏使用了由铟(In)、镓(Ga)制成的透明电极。铟、镓属于不同种元素是因为它们原子中的_____(填“质子数”“中子数”或“电子数”)不同。 （4）下图为某化学反应的微观示意图。 根据图示写出反应的化学方程式_____。 3．（25-26九年级上·广东惠州·期末）阅读下列科技短文并回答问题。 石墨烯(化学式为C)是从石墨中分离出的单层的石墨片，是目前为止最薄的二维纳米碳材料，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。因其结构特殊，具有很多优异性能，如高导热性、高导电性及高强度等，被誉为“新材料之王”。 石墨烯是世界上导电性最好的材料，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。石墨烯在电子、复合材料、医疗健康、纺织等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图1所示。 纺织领域是石墨烯应用的新兴领域，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，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。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。图2为石墨烯海水淡化膜工作原理。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。 （1）石墨烯在许多领域都具有广泛的应用，目前石墨烯应用占比最高的领域是___________。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，硅元素位于地壳含量的第___________位。 （2）从材料可知，石墨烯在纺织面料中的作用是___________。(回答一点即可) （3）石墨烯海水淡化膜可以通过的微粒是___________(填微粒符号)。 （4）写出石墨烯充分燃烧的化学方程式___________。 （5）下列说法正确的是__________(填字母)。 A．石墨烯和金刚石是两种不同的物质 B．石墨烯中碳原子静止不动 C．石墨烯具有导电性 4．（2026·陕西西安·二模）中国科学家研制出一种名为“碳弹簧”的新型碳材料，被认为是制造智能磁性材料的理想原料。因其超轻、超弹、耐极温，有望用于外太空探测。 （1）“碳弹簧”由多孔碳材料制作而成。碳元素能组成多种碳单质，但它们的物理性质存在较大差异，原因是____________。 （2）（四氧二铁酸钴）也是制造智能磁性材料的原料之一，已知该物质中铁元素为价，则钴元素化合价为___________。 （3）将“碳弹簧”在一定条件下转化为石墨，该变化属于___________（填“物理”或“化学”）变化。 5．（25-26九年级上·福建宁德·阶段检测）认识模型是学好化学的有效路径。 （1）图1是碳元素在周期表中的信息，碳元素的相对原子质量为_____，它属于_____（填“金属”或“非金属”）元素。 （2）图2是小明画的碳原子结构模型，第一层最多排2个电子，他应在第二电子层上再画_____个电子。 （3）图3是三种物质的结构模型，其中的是由_____构成（填“分子”或“原子”或“离子”）。 （4）关于金刚石和石墨的说法中，不正确的是_____（填字母）。 A．它们都属于碳的单质 B．石墨转化为金刚石属于物理变化 C．它们完全燃烧的产物都是二氧化碳 D．它们的碳原子排列方式不同 （5）图4是某反应的微观示意图，写出该反应的化学方程式：______，反应后Ni/G催化剂可以重复使用的原因是_____。 6．（25-26九年级上·云南怒江·期末）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原子晶体，其微观结构如图1，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。 根据以上材料回答下列问题： （1）石墨烯属于纯净物中的______（填“单质”或“化合物”），同样由碳元素组成的石墨和金刚石物理性质差异很大的原因是_______；在一定条件下，石墨烯可以转化为金刚石，该变化属于______（填“物理”或“化学”变化）。 （2）纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有_______（任写一条）。分析图2，综合来看，______（填“氨纶混纺纱”或“棉混纺纱”）面料中掺入石墨烯后的抗菌效果最好。 （3）下列有关说法正确的有_______（填字母序号，多选）。 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 7．（25-26九年级上·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 8．（2026·广东深圳·三模）人们对碳单质的研究从未止步。近期科学家在1025℃条件下、将硅融入液态金属中，通入甲烷气体，硅（Si）与甲烷反应生成四氢化硅和石墨（C），石墨在液态金属表面转化成金刚石薄膜。石墨的碳层间距是0.335 nm，能够嵌入锂离子，目前被广泛应用于锂离子电池负极材料，但地球上锂资源有限，钠资源更为丰富，综合考虑性能优势（见表），钠离子电池正成为研究热点。石墨的碳层难以嵌入，而另一种碳单质——硬碳（可通过在氩气或氮气中对生物质原料高温碳化制成），其碳层间距约为0.37~0.40 nm，能够嵌入，电池依靠在正极和负极之间移动来进行充电和放电，充电时，从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极；放电时则相反。回答问题： 表：锂离子电池和钠离子电池部分性能对比 电池重量 能量密度 循环寿命（次） 低温性能（容量保持率） 锂离子电池 较轻 高 5000+ 60~70% 钠离子电池 较重 较低 1000~4000 88%以上 （1）写出硅与甲烷发生反应的化学方程式________。 （2）1图中________（填“甲”或“乙”）为金刚石的结构模型。石墨在液态金属表面转化为金刚石薄膜发生的是________（填“物理”或“化学”）变化。 （3）根据表中信息可知：与锂离子电池相比，钠离子电池的优点是________。 （4）由2图分析可知硬碳作为电池的________（填“正”或“负”）极。 （5）制备硬碳时通入氩气或氮气，目的是________。 （6）下列说法正确的是________（填序号）。 A．同种元素可组成不同的单质 B．钠离子和锂离子质子数相同 C．废旧电池不能随意掩埋处理 D．钠离子电池更适合应用于笔记本电脑中 9．（2026·内蒙古通辽·二模）阅读科普短文，回答下列问题。 碳元素，生命与地球的核心元素，以简单的原子结构书写一个又一个新篇章。 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)，其中石墨和金刚石以其自身优异的性能备受科学家的喜爱。 石墨原是制铅笔芯的原料之一，自2004年科学家“剥出”仅由一层碳原子构成的薄片——石墨烯后，石墨烯的制备方法层出不穷，产业化步伐正在加快。2025年8月，中国科学院创新性开发出曲面单原子铁催化剂(CS Fe/N-C)，碳元素以石墨烯的形式作为催化剂的载体。该催化剂可在质子交换膜燃料电池中替代铂等贵金属催化剂，并具备优异的输出性能与长期稳定性。 金刚石作为目前工业化生产中最硬材料，通常用于加工、研磨材料。近年来，金刚石的其他优异特性被逐渐发现和挖掘，如室温下高导热率、极低的热膨胀系数、良好的化学稳定性等。2025年11月，中国科学院研究团队制备出超低翘曲的4英寸金刚石超薄膜(厚度<100μm)，利用金刚石优异的导热和绝缘性能，将金刚石超薄膜直接与芯片键合来降低结温(芯片实际的工作温度)。 （1）碳纤维属于________(填字母)。 A．无定形碳 B．过渡态碳 C．晶形碳 （2）石墨烯具有导电性，金刚石具有良好的绝缘性，原因是_________________________。 （3）高温下，碳单质还能将二氧化碳转化为一氧化碳，该反应的化学方程式为____________________________。 （4）金刚石超薄膜具有的性质是____________________________。 10．（25-26九年级上·上海·阶段检测）上海地处长江下游的三角洲，拥有丰富的淡水水系资源。随着上海市逐步推进建设集约化供水工程，全市16辖区的居民现今都能用上自来水厂管线直供的自来水，彻底告别了曾经的深井取水时代。 （1）研究水的组成 ①写出图1装置中反应的化学方程式______。 ②结合图1、2，若A试管中收集的是气体A，则A试管应连接电源______（填“正”或“负”）极。 ③氢气与氧气燃烧生成水，此化学反应的基本类型是______。 A．化合反应    B．分解反应    C．置换反应    D．复分解反应 （2）水的净化 ①图中，加入的A物质是净水剂，该物质的作用______。 ②若经过操作①后，所得液体中仍有浑浊，其原因可能是______（不定项）。 A．液面高于滤纸边缘         B．滤纸没有紧贴漏斗内壁而留有气泡 C．滤纸破损         D．漏斗下端没有紧贴烧杯内壁 （3）自来水厂通常使用Cl2对水体进行处理，其作用是______。 A．杀菌消毒 B．吸附杂质 C．蒸发溶剂 D．过滤沉淀 （4）操作②中，通过下图中的装置可以除去水中的色素和异味。则粒状固体层填充的固体一般是________（填名称）。 （5）碳在地壳中的含量不高，但在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。下列属于纯净物的是______。 A．木炭 B．焦炭 C．炭黑 D．石墨 （6）随着科技的发展，人们开始通过电解饱和食盐水的方法，利用海水中丰富的氯化钠资源制取某种重要的化工原料，在生产中也被称为氯碱工业。电解饱和食盐水的方程式为，则X为______。 A．Na2O B．NaH C．NaOH D．HCl 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1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $