6.1 碳单质的多样性（培优专练）化学新教材人教版九年级上册

第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 目 录 攻题型 定点突破，夯实要点 题型1 常见碳单质的结构、物理性质与用途 题型2 碳单质物理性质差异的微观解释 题型3 新型碳单质的研究 题型4 碳单质的稳定性 题型5 碳单质与氧气的反应 题型6 碳单质与氧化物的反应 题型7 实验探究木炭还原氧化物 题型8 还原反应概念的理解 练综合 融会贯通，拓展提升 题型1 常见碳单质的结构、物理性质与用途 1．（2026·广东江门·一模）富勒烯（C60）在超导、催化等领域具有应用前景。C60属于（ ） A．混合物 B．单质 C．化合物 D．氧化物 【答案】B 【解析】富勒烯（）只由碳元素组成，属于同种元素组成的纯净物，因此是单质。 故选B。 2．特殊条件下制备的金刚石薄膜可作光学仪器涂层，这一应用与其下列性质无关的是 A．硬度大 B．透光性好 C．常温下化学性质稳定 D．导热性好 【答案】D 【解析】A.硬度大可让涂层耐磨、不易被刮花，符合涂层的使用要求，与应用相关；硬度大可让涂层耐磨、不易被刮花，符合涂层的使用要求，与应用相关； B.光学仪器的核心需求是透光，透光性好直接适配光学用途，与应用相关； C.常温下化学性质稳定可保证涂层长期使用不发生变质，延长仪器寿命，与应用相关； D.导热性好和光学仪器涂层的功能、使用要求均无关联，符合题意。 3．“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。”这里的“炭”指木炭。下列关于木炭的说法正确的是 A．冬天可使用燃烧木炭的方法给蔬菜大棚提供气体肥料 B．燃烧木炭取暖，要关闭门窗减少热量散失 C．木炭、石墨都含有碳元素，所以性质相同 D．木炭具有吸附性，可除去水中全部杂质 【答案】A 【解析】A.木炭充分燃烧生成，是植物光合作用的原料，可作气体肥料，说法正确。 B.关闭门窗时氧气不足，木炭不完全燃烧会生成有毒的，易引发中毒，说法错误。 C.木炭和石墨均由碳元素组成，但二者碳原子排列方式不同，物理性质差异极大，性质并不完全相同，说法错误。 D.木炭的吸附性仅能除去水中的色素、异味及部分不溶性杂质，无法去除全部可溶性杂质，说法错误。 4．金刚石薄膜可应用于AI芯片的封装散热领域，是当前一项重要的技术创新，目前利用石墨制备金刚石的技术也已趋于成熟。请回答： （1）结合材料，写出金刚石薄膜具备的一条性质。 （2）从微观角度分析，石墨转化为金刚石的过程中发生改变的是什么？ 【答案】（1）导热性好 （2）碳原子的排列方式 【解析】（1）根据材料中“金刚石薄膜可应用于AI芯片的封装散热领域”，可以得出金刚石薄膜具备的性质是导热性好。   （2）石墨和金刚石都是由碳原子构成的单质，但二者的碳原子排列方式不同，所以石墨转化为金刚石的过程中，发生改变的是碳原子的排列方式。 5．（2026·长沙长郡集团·一模）金刚石薄膜具有良好的光学透明性和高度的化学稳定性，在许多领域有广泛的应用。石墨向金刚石的转变如图所示，下列相关叙述错误的是（    ） A. 石墨质软，金刚石硬度大 B. 该变化过程中碳原子的排列方式发生改变 C. 石墨转变为金刚石的过程属于物理变化 D. 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】C 【解析】A、石墨为层状结构，质软；金刚石为空间立体网状结构，是天然存在的硬度最大的物质，叙述正确； B、由结构示意图可知，石墨和金刚石的碳原子排列方式不同，转变过程中碳原子排列方式发生改变，叙述正确； C、石墨和金刚石是两种不同的碳单质，该过程有新物质生成，属于化学变化，不属于物理变化，叙述错误； D、物质的性质在很大程度上决定物质的用途，除此之外还需要考虑价格、资源、是否易加工等因素，不是唯一决定因素，叙述正确； 故选C。 题型2 碳单质物理性质差异的微观解释 6．化学为研发新材料、发展优质生产力作出突出贡献。 （1）2026年3月，我国率先实现T1200级超高强度碳纤维的规模化生产，该碳纤维是纳米级高度取向的石墨片层结构，性能优异。T1200级碳纤维是________（填“单质”或“化合物”），它与金刚石、石墨的性能差异显著的原因是__________。 （2）干水不会湿手，因为每滴水都被纳米包围。将纳米和水充分搅拌即可制得干水（如图），该过程发生的是________（填“物理”或“化学”）变化，此干水中水的质量分数为________。 【答案】（1） 单质 碳原子的排列方式不同 （2） 物理 95% 【解析】（1）碳纤维仅由碳元素组成的纯净物，属于单质；不同碳单质的物理性质差异大，核心原因是内部碳原子的空间排列方式不同。 （2）制备干水的过程只是纳米SiO2和水物理混合，无新物质生成，属于物理变化； 干水总质量为5g+95g=100g，水的质量分数=95g÷100g×100%=95%。 题型3 新型碳单质的研究 7．清华大学研究团队基于无皱褶单晶石墨材料，实现固体表面宏观尺度近零摩擦。下列说法错误的是 A．常温下，该石墨材料化学性质不活泼 B．石墨和金刚石均属于碳单质，两者物理性质相同 C．该单晶石墨材料完全燃烧的产物为二氧化碳 D．该技术有望使未来的机械轴承达到近乎零磨损，大幅度提升设备寿命 【答案】B 【解析】A. 石墨属于碳单质，常温下碳单质的化学性质不活泼，即使受日光照射或与氧气接触也不易起变化，正确； B. 石墨和金刚石均由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，错误； C. 该单晶石墨材料属于碳单质，碳单质完全燃烧生成二氧化碳，正确； D. 该技术实现了近零摩擦，可大幅降低机械轴承的磨损，从而提升设备寿命，符合技术应用逻辑，正确。 8．2025年，许维教授团队首次合成了新型碳材料C6。认识新物质一般遵循：组成—结构—性质—用途的科学思路，下列说法错误的是 A．C6是碳单质 B．一个C6分子由6个碳原子构成 C．通过实验探究C6的化学性质 D．C6可作灭火材料 【答案】D 【解析】A.C6是仅由碳元素组成的纯净物，属于碳单质，表述正确。 B.化学式中元素符号右下角的数字代表1个分子中所含该原子的个数，因此1个分子由6个碳原子构成，表述正确。 C.物质的化学性质可通过实验探究确定，符合题干给出的认识新物质的科学思路，表述正确。 D.碳单质普遍具有可燃性，作为碳单质可以燃烧，因此不能用作灭火材料，表述错误。 9．（2026·山东济南·一模）浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”，“碳海绵”具有高弹性和疏松多孔的结构，主要成分是石墨烯和碳纳米管。下列关于“碳海绵”的说法中不正确的是 A．“碳海绵”是一种单质 B．“碳海绵”在一定条件下可还原氧化铜 C．“碳海绵”常温下化学性质不活泼 D．“碳海绵”具有吸附性 【答案】A 【解析】A、单质是由同种元素组成的纯净物，“碳海绵”主要成分为石墨烯和碳纳米管两种碳单质，它们是两种不同的碳单质，因此‘碳海绵’是由两种碳单质组成的混合物，不属于单质，该选项符合题意。 B、碳海绵的主要成分都是碳单质，碳单质具有还原性，一定条件下可以还原氧化铜，该选项不符合题意。 C、碳单质常温下化学性质不活泼，因此碳海绵常温下化学性质稳定，该选项不符合题意。 D、碳海绵有疏松多孔的结构，因此具有吸附性，该选项不符合题意。 故选A。 题型4 碳单质的稳定性 10．《天工开物》中提及“凡墨，烧烟凝质而为之……”。后人赞其坚如玉，黑如漆，书写万载而不褪。这体现了墨(炭黑)具有的性质是 A．导电性 B．稳定性 C．可燃性 D．吸附性 【答案】B 【解析】题干中“书写万载而不褪”是核心判断依据，说明墨（炭黑，主要成分为碳单质）书写后长时间不会发生化学变化、字迹不变质，对应碳单质常温下化学性质稳定、不易与其他物质反应的特点，因此体现的是稳定性。故选B。 11．（2026·长沙一中集团·一模）长沙子弹库战国帛书是迄今为止发现的中国最早的帛书，距今两千多年仍墨迹清晰，这是因为在常温下单质碳的（    ） A．硬度大 B．导电性能好 C．吸附能力强 D．化学性质不活泼 【答案】D 【解析】常温下单质碳的化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应，因此主要成分为碳单质的墨书写的字迹能长时间保持清晰。硬度大、导电性好、吸附能力强的性质均与墨迹长期保存无关，故选D。 题型5 碳单质与氧气的反应 12．《卖炭翁》中有这样一段话：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。满面尘灰烟火色，两鬓苍苍十指黑。”下列说法错误的是 A．常温下木炭可长期保存 B．“烧炭”的过程“薪”发生不完全燃烧 C．“烟”的主要成分是二氧化碳 D．造成“十指黑”的主要原因是炭呈黑色 【答案】C 【解析】A.常温下碳单质的化学性质稳定，因此木炭可以长期保存，说法正确。 B.烧炭是将木材（薪）通过不完全燃烧，去除杂质得到木炭，说法正确。 C.化学中“烟”是固体小颗粒分散形成的，二氧化碳是无色气体，不可能是烟的主要成分，文中的“烟”主要是燃烧产生的固体炭颗粒，说法错误。 D.木炭本身为黑色，烧炭过程中炭会附着在手上，因此造成“十指黑”，说法正确。 13．碳是重要的生命元素，碳及其化合物的综合利用使世界变得更加绚丽多彩。化学兴趣小组的同学们对碳及其燃烧产物进行了结构化的梳理和整合。联系实际，解决问题： 石墨 多样性←碳单质应用 碳素笔书写档案 金刚石 生活中可做燃料 等 工业上用于冶炼金属 （1）碳单质具有多样性，金刚石具有的一种用途是___________，是由___________构成的。 （2）用黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，这是因为___________。 （3）碳单质可以作燃料，碳不充分燃烧的化学方程式为___________，碳不充分燃烧的产物会污染空气，常见的空气污染物还包括___________(举一例)。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，例如木炭能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质，该反应的现象是___________，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物是___________。 【答案】（1） 作钻头(合理即可) 分子/分子 （2）常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定 （3） 二氧化硫(合理即可) （4） 黑色固体粉末逐渐变红 一氧化碳 【解析】（1）金刚石硬度大，可以作钻头，C60是由分子或者C60分子构成的，故填：作钻头(合理即可) ；分子或者C60 分子。 （2）常温下，碳的化学性质不活泼，故黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，故填：常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定。 （3）碳不充分燃烧生成一氧化碳，化学方程式：，常见空气污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧等，故填：；二氧化硫。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，木炭能与氧化铜发生化学反应炼出红色铜单质同时生成二氧化碳，现象黑色固体粉末逐渐变红，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物有一氧化碳，一氧化碳也具有还原性，故填：黑色固体粉末逐渐变红；一氧化碳。 题型6 碳单质与氧化物的反应 14．化学反应伴随着热量变化，请写出相关的化学方程式。 （1）放热反应示例：任写一个常见的燃烧反应___________。 （2）吸热反应示例：碳和二氧化碳在高温条件生成一氧化碳___________。 【答案】（1） （2） 【解析】（1）铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，化学方程式为； （2）碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，化学方程式为。 15．高温条件下C与Fe2O3反应的化学方程式为_______，发生还原反应的物质是_______。 【答案】 3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ Fe2O3/氧化铁 【解析】高温条件下C与反应生成二氧化碳和铁，反应的化学方程式为3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑；Fe2O3中的氧元素被碳夺去，因此发生还原反应的物质是Fe2O3；故填：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑；Fe2O3或氧化铁。 题型7 实验探究木炭还原氧化物 16．(24-25九上·广东广州海珠区·期末)如图是碳与氧化铜反应的装置，下列说法正确的是 A．该反应试管口应放一团棉花 B．观察到导管口有气泡冒出证明反应生成 C．停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管 D．该实验使用网罩主要防止火苗熄灭 【答案】C 【解析】A、碳还原氧化铜的实验不会产生流速过快的气流，所以导管口不用塞棉花，不符合题意； B、观察到导管口有气泡冒出，不能证明反应生成二氧化碳，因为还可能是装置内气体受热膨胀逸出，不符合题意； C、停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管，防止液体倒流，炸裂试管，符合题意； D、该实验的反应条件是高温，使用网罩主要是集中火焰，提高温度，不符合题意。 故选C。 17．某实验小组为了探究木炭燃烧产生的气体，他们将生成的气体通入硬质玻璃管中并做了如图实验，装置如图。下列说法不合理的是 A．硬质玻璃管内黑色粉末变红色，说明木炭燃烧产生的气体有CO B．试管中澄清石灰水变浑浊，说明木炭燃烧产生的气体有CO2 C．最右侧导管排出的气体被点燃，火焰为蓝色，说明木炭燃烧产生的气体有CO D．实验室不可用点燃木炭的方法制取CO2，因为会混有CO 【答案】B 【分析】木炭充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，因此木炭燃烧可能会有一氧化碳和二氧化碳两种生成物。一氧化碳具有可燃性、还原性和毒性，二氧化碳不可燃、不支持燃烧，能使澄清石灰水变浑浊。 【解析】A. 硬质玻璃管内黑色粉末变红色，说明木炭燃烧产生的气体有具有还原性的一氧化碳，它与氧化铜反应生成了铜，正确； B. 试管中澄清石灰水变浑浊，只能说明接触到了二氧化碳，无法确定这部分二氧化碳是一氧化碳还原氧化铜产生的还是木炭燃烧产生的，错误； C. 最右侧导管排出的气体能被点燃，且火焰为蓝色，说明木炭燃烧产生的气体中有一氧化碳，正确； D. 实验室制取气体时要求制取的气体较纯净，因此不可用点燃木炭的方法制取二氧化碳，因为会混有一氧化碳，正确。 题型8 还原反应概念的理解 18．传统文化古文献记载“投泥泼水愈光明”，高温下碳与水蒸气反应，该反应中碳表现 A．可燃性 B．氧化性 C．还原性 D．稳定性 【答案】C 【解析】反应方程式为， 反应中碳夺取了水中的氧元素，发生氧化反应，在反应中作还原剂，因此表现还原性，故选C。 19．钛合金常用于航天领域，工业上制取钛的反应之一为TiCl4 + 2MgTi + 2MgCl2，该反应中体现还原性的物质是 A．TiCl4 B．Mg C．Ti D．MgCl2 【答案】B 【解析】在氧化还原反应中，还原剂具有还原性，其化合价升高、被氧化。该反应中，Mg的化合价从0升至+2，被氧化，体现还原性；TiCl4中Ti的化合价从+4降至0，被还原，体现氧化性。故体现还原性的物质是Mg。 故选B。 20．2026年春晚节目《武BOT》中机器人芯片使用高纯硅制造。工业上用来制取粗硅，下列说法正确的是 A．生成CO的原因是不足 B．该反应为化合反应 C．硅元素在地壳中的含量最高 D．该反应体现了C的还原性 【答案】D 【解析】A、该反应没有氧气参与，生成一氧化碳不是因为氧气不足，故选项说法错误； B、该反应是一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物，不属于化合反应，故选项说法错误； C、地壳中元素含量前四位为氧、硅、铝、铁，含量最高的是氧元素，故选项说法错误； D、该反应中C夺取SiO2中的氧元素，体现了C的还原性，故选项说法正确。 故选：D。 限时：30分钟 满分：60分 一、选择题（每题2分，共10题，共20分） 1．宏观物质都是由微观粒子构成的。构成金刚石的微粒是 A．分子 B．原子 C．离子 D．质子 【答案】B 【解析】金刚石属于碳单质，由碳原子构成。 2．物质的性质决定物质的用途。下列物质的性质和用途对应关系不一致的是（ ） A．焦炭用作冶金工业——氧化性 B．金刚石用于裁玻璃——硬度大 C．炭黑用于制作墨汁——常温下化学性质稳定 D．石墨用作电极——导电性 【答案】A 【解析】A、焦炭用于冶金工业，是利用其还原性，可将金属氧化物中的金属还原出来，不是氧化性，故选项说法错误； B、金刚石是天然存在的硬度最大的物质，可用于裁玻璃，故选项说法正确； C、炭黑主要成分为碳，常温下碳的化学性质稳定，因此炭黑可制作墨汁，书写的内容能长期保存，故选项说法正确； D、石墨具有良好的导电性，因此可以用作电池电极，故选项说法正确； 故选：A。 3．我们知道物质的性质决定其用途，下列物质的用途中，利用其化学性质的是 A．石墨作电极 B．酒精用作燃料 C．铜用于制作导线 D．液氮用于冷冻麻醉 【答案】B 【解析】A.石墨作电极利用其导电性，导电性不需要发生化学变化即可体现，属于物理性质，错误。 B.酒精用作燃料利用其可燃性，可燃性需要通过燃烧这一化学变化才能表现，属于化学性质，正确。 C.铜制作导线利用其导电性、延展性，二者均属于物理性质，错误。 D.液氮用于冷冻麻醉利用其气化吸热的性质，气化属于物理变化，对应性质为物理性质，错误。 4．关于碳元素的单质，下列说法正确的是 A．碳单质都不具有还原性 B．所有碳单质都很容易燃烧 C．石墨既不传热，也不导电 D．金刚石是硬度最大的天然物质 【答案】D 【解析】A.碳单质均具有还原性，例如高温下碳可还原氧化铜生成铜和二氧化碳，A错误； B.不同碳单质着火点差异极大，如金刚石着火点很高，很难燃烧，B错误； C.石墨具有优良的导电性和导热性，常被用于制作电极、导热部件，C错误； D.金刚石是天然存在的硬度最大的物质，表述正确。 5．C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界，关于C60的叙述不正确的是 A．C60是由60个碳原子构成的分子 B．C60分子结构酷似足球，俗称“足球烯” C．C60独特的结构决定它特殊的物理和化学性质 D．C60不能和氧气反应生成二氧化碳 【答案】D 【解析】A、1个分子由60个碳原子构成，表述正确。 B、分子结构呈足球状，俗称“足球烯”，表述正确。 C、物质的结构决定性质，的特殊结构决定它具有特殊的物理和化学性质，表述正确。 D、属于碳单质，具有可燃性，完全燃烧时可和氧气反应生成二氧化碳，表述错误。 6．我国科学家发现在高温高压条件下石墨形成六方金刚石的全新路径。有关六方金刚石的说法中，正确的是 A．该转化路径属于物理变化 B．该路径能在常温常压下进行 C．与O2反应生成碳的氧化物 D．碳原子排列方式与石墨相同 【答案】C 【解析】A. 石墨和六方金刚石是不同的碳单质，该转化有新物质生成，属于化学变化，故A错误。 B. 题干明确该转化需在高温高压条件下进行，常温常压无法发生，故B错误。 C. 六方金刚石属于碳单质，具有可燃性，与O2反应可生成碳的氧化物（CO或CO2），故C正确。 D. 六方金刚石和石墨是不同的碳单质，碳原子排列方式不同，故D错误。 7．我国科研团队在嫦娥五号月壤样品中首次发现天然形成的单壁碳纳米管和石墨碳，其化学性质与单质碳相似，下列说法不正确的是 A．它们都是由碳原子构成的 B．碳纳米管充分燃烧的产物是二氧化碳 C．碳纳米管和石墨碳的结构中，碳原子排列方式不同 D．它们在常温下化学性质活泼，故而不易被发现 【答案】D 【解析】A. 单壁碳纳米管、石墨碳都属于碳单质，均由碳原子直接构成，说法正确。 B. 碳单质具有可燃性，充分燃烧的产物为二氧化碳，说法正确。 C. 碳纳米管和石墨碳是不同的碳单质，二者的碳原子排列方式不同，说法正确。 D. 单质碳常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，并非化学性质活泼，说法错误。 8．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 【解析】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。 9．木炭还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验装置如图所示。下列说法不正确的是 A．两个实验中都可以观察到红色固体变为黑色 B．两个实验中碳元素的化合价均发生改变 C．两个实验中都可以看到澄清的石灰水变浑浊 D．两个实验分别是利用了木炭、一氧化碳的还原性 【答案】A 【解析】A、木炭、一氧化碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，两个实验中都可以观察到黑色固体变为红色，故选项说法错误； B、木炭、一氧化碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，木炭中碳元素为0价，一氧化碳中碳元素为+2价，二氧化碳中碳元素为+4价，则两个实验中碳元素的化合价均发生改变，分别由0价、+2价变为+4价，故选项说法正确；C、木炭、一氧化碳具有还原性，与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，两个实验中都可以看到澄清的石灰水变浑浊，故选项说法正确； D、木炭、一氧化碳夺取了氧化铜中的氧，均具有还原性，故选项说法正确； 故选：A。 10．木炭与CuO反应产生的气体除，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的关系如图2。下列说法错误的是 A．实验前排尽装置内的空气，以免影响实验结果 B．实验中观察到试管内的黑色粉末逐渐变为红色 C．气体产物中有CO的原因可能是 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 【解析】A．装置内空气中的可与木炭反应生成碳的氧化物，也可能氧化生成的，会干扰的测定，因此实验前需要排尽装置内空气，A正确。 B．反应中黑色的被还原为红色的，因此可观察到黑色粉末逐渐变红，B正确。 C．木炭还原首先生成，若木炭过量，高温下会与C发生反应，因此气体产物中可能有，C正确。 D．由图2可知，越大（），生成的体积分数越高，即木炭与的质量比越小，生成的越少，D错误。 二、非选择题（共4题，每空2分，共40分） 11．（8分）请回答下列问题。 （1）下图是三种碳单质的结构模型，其中表示足球烯的是________。 A． B． C． （2）石墨可用于制造高铁受电弓滑板，在列车行进中承受摩擦热量并传输电力。下列性质与该应用有关的有________。（不定项） A．滑腻感 B．金属光泽 C．导电性 D．熔点高 （3）石墨烯是从石墨中分离出的单层石墨片，它属于碳的一种________。（选择“A．单质”或“B．化合物”） （4）以木炭、孔雀石和空气为原料可以制取单质铜。已知孔雀石经高温煅烧生成氧化铜、水、二氧化碳。其中木炭的作用有：产生还原剂CO、直接与氧化铜反应生成铜、________。 【答案】（1）C （2）ACD （3）A （4）燃烧放热，为反应提供所需的高温条件 【解析】（1）图A是金刚石的立体网状结构，图B是石墨的层状结构，图C是足球烯（）的球状分子结构，因此选C。 （2）滑腻感可减小滑板摩擦损耗，导电性满足传输电力的需求，熔点高保证摩擦产热时材料不会熔化失效，金属光泽与该用途无关，因此选ACD。 （3）石墨烯是仅由碳元素组成的纯净物，属于单质。 （4）孔雀石高温煅烧、木炭还原氧化铜都需要高温环境，木炭燃烧可释放大量热量，提供反应所需的高温。 12．（12分）“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___________。 【答案】（1）抗拉强度高(合理即可) （2）使分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离，得到高纯度的碳原子(合理即可) （3）构成它们的碳原子的排列方式不同 （4） 抗氧化 （5）稀缺、价格昂贵(合理即可) 【解析】（1）从题干“1米长的碳纤维仅0.5g”可得出其密度小的特点，“抗拉强度是钢材的7~8倍”可得出其强度远高于钢材的优势。 （2）原文明确说明该高温处理过程的作用是将分子里的氢、氧等杂质彻底剥离，最终得到仅含高纯度碳原子的碳纤维。 （3）石墨和碳纤维都属于碳单质，物质的结构决定性质，二者碳原子的排列方式存在差异，因此物理性质（强度等）差异极大。 （4）碳纤维的主要成分为碳单质，在氧气中完全燃烧生成二氧化碳；题干提到碳纤维在空气中温度高于400℃时会发生明显氧化，因此在高温氧化环境应用需要提升其抗氧化性能。 （5）“黑色”对应其外观特征，“黄金”对应其极高的性能优势和产业应用价值，属于重要的战略材料。 13．（6分）围炉煮茶让传统文化回归现代生活。回答下列问题。 （1）《淮南万毕术》中记载：“矾石水服之，不畏寒。”现代自来水厂向水中加入明矾的作用是_____。 （2）明代古籍《茶疏》中记载：“火，必以坚木炭为上。”请写出“木炭”充分燃烧的化学方程式： _______。木炭燃烧后的炭黑可用于制墨，元代水墨画《富春山居图》保存至今而不变色，其原因是常温下碳单质的化学性质______。 【答案】（1）使水中悬浮的杂质快速沉降 （2） 稳定（不活泼） 【解析】（1）明矾溶于水后会形成胶状物，这种胶状物可以吸附水中的悬浮杂质，使它们聚集形成较大颗粒，从而加快沉降速度，达到初步净水的效果。 （2）木炭的主要成分是碳，在氧气充足的条件下充分燃烧，会生成二氧化碳，故化学方程式为。 炭黑的主要成分是碳单质，在常温下，碳单质的化学性质非常稳定（不活泼)，不易与空气中的氧气、水分等发生反应，因此用炭黑制成的水墨画能够长期保存而不变色。 14．（14分）碳是重要的生命元素，碳及其化合物的综合利用使世界变得更加绚丽多彩。化学兴趣小组的同学们对碳及其燃烧产物进行了结构化的梳理和整合。联系实际，解决问题： 石墨 多样性←碳单质应用 碳素笔书写档案 金刚石 生活中可做燃料 等 工业上用于冶炼金属 （1）碳单质具有多样性，金刚石具有的一种用途是___________，是由___________构成的。 （2）用黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，这是因为___________。 （3）碳单质可以作燃料，碳不充分燃烧的化学方程式为___________，碳不充分燃烧的产物会污染空气，常见的空气污染物还包括___________(举一例)。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，例如木炭能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质，该反应的现象是___________，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物是___________。 【答案】（1） 作钻头(合理即可) 分子/分子 （2）常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定 （3） 二氧化硫(合理即可) （4） 黑色固体粉末逐渐变红 一氧化碳 【解析】（1）金刚石硬度大，可以作钻头，C60是由分子或者C60分子构成的，故填：作钻头(合理即可) ；分子或者C60 分子。 （2）常温下，碳的化学性质不活泼，故黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，故填：常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定。 （3）碳不充分燃烧生成一氧化碳，化学方程式：，常见空气污染物有二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧等，故填：；二氧化硫。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，木炭能与氧化铜发生化学反应炼出红色铜单质同时生成二氧化碳，现象黑色固体粉末逐渐变红，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物有一氧化碳，一氧化碳也具有还原性，故填：黑色固体粉末逐渐变红；一氧化碳。 1 / 2 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 $ 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 题型1 常见碳单质的结构、物理性质与用途 1．B 2．D 3．A 4．（1）导热性好 （2）碳原子的排列方式 5．C 题型2 碳单质物理性质差异的微观解释 6．（1） 单质 碳原子的排列方式不同 （2） 物理 95% 题型3 新型碳单质的研究 7．B 8．D 9．A 题型4 碳单质的稳定性 10．B 11．D 题型5 碳单质与氧气的反应 12．C 13．（1） 作钻头(合理即可) 分子/分子 （2）常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定 （3） 二氧化硫(合理即可) （4） 黑色固体粉末逐渐变红 一氧化碳 题型6 碳单质与氧化物的反应 14．（1） （2） 15．3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ Fe2O3/氧化铁 题型7 实验探究木炭还原氧化物 16．C 17．B 题型8 还原反应概念的理解 18．C 19．B 20．D 限时：30分钟 满分：60分 一、选择题（每题2分，共10题，共20分） 1．B 2．A 3．B 4．D 5．D 6．C 7．D 8．D 9．A 10．D 二、非选择题（共4题，每空2分，共40分） 11．（8分）（1）C （2）ACD （3）A （4）燃烧放热，为反应提供所需的高温条件 12．（12分）（1）抗拉强度高(合理即可) （2）使分子里的氢、氧等杂质被彻底剥离，得到高纯度的碳原子(合理即可) （3）构成它们的碳原子的排列方式不同 （4） 抗氧化 （5）稀缺、价格昂贵(合理即可) 13．（6分）（1）使水中悬浮的杂质快速沉降 （2） 稳定（不活泼） 14．（14分）（1） 作钻头(合理即可) 分子/分子 （2）常温下，碳的化学性质不活泼或者稳定 （3） 二氧化硫(合理即可) （4）黑色固体粉末逐渐变红 一氧化碳 1 / 2 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 $ 第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 碳单质的多样性 目 录 攻题型 定点突破，夯实要点 题型1 常见碳单质的结构、物理性质与用途 题型2 碳单质物理性质差异的微观解释 题型3 新型碳单质的研究 题型4 碳单质的稳定性 题型5 碳单质与氧气的反应 题型6 碳单质与氧化物的反应 题型7 实验探究木炭还原氧化物 题型8 还原反应概念的理解 练综合 融会贯通，拓展提升 题型1 常见碳单质的结构、物理性质与用途 1．（2026·广东江门·一模）富勒烯（C60）在超导、催化等领域具有应用前景。C60属于（ ） A．混合物 B．单质 C．化合物 D．氧化物 2．特殊条件下制备的金刚石薄膜可作光学仪器涂层，这一应用与其下列性质无关的是 A．硬度大 B．透光性好 C．常温下化学性质稳定 D．导热性好 3．“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。”这里的“炭”指木炭。下列关于木炭的说法正确的是 A．冬天可使用燃烧木炭的方法给蔬菜大棚提供气体肥料 B．燃烧木炭取暖，要关闭门窗减少热量散失 C．木炭、石墨都含有碳元素，所以性质相同 D．木炭具有吸附性，可除去水中全部杂质 4．金刚石薄膜可应用于AI芯片的封装散热领域，是当前一项重要的技术创新，目前利用石墨制备金刚石的技术也已趋于成熟。请回答： （1）结合材料，写出金刚石薄膜具备的一条性质。 （2）从微观角度分析，石墨转化为金刚石的过程中发生改变的是什么？ 5．（2026·长沙长郡集团·一模）金刚石薄膜具有良好的光学透明性和高度的化学稳定性，在许多领域有广泛的应用。石墨向金刚石的转变如图所示，下列相关叙述错误的是（    ） A. 石墨质软，金刚石硬度大 B. 该变化过程中碳原子的排列方式发生改变 C. 石墨转变为金刚石的过程属于物理变化 D. 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 题型2 碳单质物理性质差异的微观解释 6．化学为研发新材料、发展优质生产力作出突出贡献。 （1）2026年3月，我国率先实现T1200级超高强度碳纤维的规模化生产，该碳纤维是纳米级高度取向的石墨片层结构，性能优异。T1200级碳纤维是________（填“单质”或“化合物”），它与金刚石、石墨的性能差异显著的原因是__________。 （2）干水不会湿手，因为每滴水都被纳米包围。将纳米和水充分搅拌即可制得干水（如图），该过程发生的是________（填“物理”或“化学”）变化，此干水中水的质量分数为________。 题型3 新型碳单质的研究 7．清华大学研究团队基于无皱褶单晶石墨材料，实现固体表面宏观尺度近零摩擦。下列说法错误的是 A．常温下，该石墨材料化学性质不活泼 B．石墨和金刚石均属于碳单质，两者物理性质相同 C．该单晶石墨材料完全燃烧的产物为二氧化碳 D．该技术有望使未来的机械轴承达到近乎零磨损，大幅度提升设备寿命 8．2025年，许维教授团队首次合成了新型碳材料C6。认识新物质一般遵循：组成—结构—性质—用途的科学思路，下列说法错误的是 A．C6是碳单质 B．一个C6分子由6个碳原子构成 C．通过实验探究C6的化学性质 D．C6可作灭火材料 9．（2026·山东济南·一模）浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”，“碳海绵”具有高弹性和疏松多孔的结构，主要成分是石墨烯和碳纳米管。下列关于“碳海绵”的说法中不正确的是 A．“碳海绵”是一种单质 B．“碳海绵”在一定条件下可还原氧化铜 C．“碳海绵”常温下化学性质不活泼 D．“碳海绵”具有吸附性 题型4 碳单质的稳定性 10．《天工开物》中提及“凡墨，烧烟凝质而为之……”。后人赞其坚如玉，黑如漆，书写万载而不褪。这体现了墨(炭黑)具有的性质是 A．导电性 B．稳定性 C．可燃性 D．吸附性 11．（2026·长沙一中集团·一模）长沙子弹库战国帛书是迄今为止发现的中国最早的帛书，距今两千多年仍墨迹清晰，这是因为在常温下单质碳的（    ） A．硬度大 B．导电性能好 C．吸附能力强 D．化学性质不活泼 题型5 碳单质与氧气的反应 12．《卖炭翁》中有这样一段话：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中。满面尘灰烟火色，两鬓苍苍十指黑。”下列说法错误的是 A．常温下木炭可长期保存 B．“烧炭”的过程“薪”发生不完全燃烧 C．“烟”的主要成分是二氧化碳 D．造成“十指黑”的主要原因是炭呈黑色 13．碳是重要的生命元素，碳及其化合物的综合利用使世界变得更加绚丽多彩。化学兴趣小组的同学们对碳及其燃烧产物进行了结构化的梳理和整合。联系实际，解决问题： 石墨 多样性←碳单质应用 碳素笔书写档案 金刚石 生活中可做燃料 等 工业上用于冶炼金属 （1）碳单质具有多样性，金刚石具有的一种用途是___________，是由___________构成的。 （2）用黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，这是因为___________。 （3）碳单质可以作燃料，碳不充分燃烧的化学方程式为___________，碳不充分燃烧的产物会污染空气，常见的空气污染物还包括___________(举一例)。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，例如木炭能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质，该反应的现象是___________，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物是___________。 题型6 碳单质与氧化物的反应 14．化学反应伴随着热量变化，请写出相关的化学方程式。 （1）放热反应示例：任写一个常见的燃烧反应___________。 （2）吸热反应示例：碳和二氧化碳在高温条件生成一氧化碳___________。 15．高温条件下C与Fe2O3反应的化学方程式为_______，发生还原反应的物质是_______。 题型7 实验探究木炭还原氧化物 16．(24-25九上·广东广州海珠区·期末)如图是碳与氧化铜反应的装置，下列说法正确的是 A．该反应试管口应放一团棉花 B．观察到导管口有气泡冒出证明反应生成 C．停止加热后需用弹簧夹夹紧乳胶管 D．该实验使用网罩主要防止火苗熄灭 17．某实验小组为了探究木炭燃烧产生的气体，他们将生成的气体通入硬质玻璃管中并做了如图实验，装置如图。下列说法不合理的是 A．硬质玻璃管内黑色粉末变红色，说明木炭燃烧产生的气体有CO B．试管中澄清石灰水变浑浊，说明木炭燃烧产生的气体有CO2 C．最右侧导管排出的气体被点燃，火焰为蓝色，说明木炭燃烧产生的气体有CO D．实验室不可用点燃木炭的方法制取CO2，因为会混有CO 题型8 还原反应概念的理解 18．传统文化古文献记载“投泥泼水愈光明”，高温下碳与水蒸气反应，该反应中碳表现 A．可燃性 B．氧化性 C．还原性 D．稳定性 19．钛合金常用于航天领域，工业上制取钛的反应之一为TiCl4 + 2MgTi + 2MgCl2，该反应中体现还原性的物质是 A．TiCl4 B．Mg C．Ti D．MgCl2 20．2026年春晚节目《武BOT》中机器人芯片使用高纯硅制造。工业上用来制取粗硅，下列说法正确的是 A．生成CO的原因是不足 B．该反应为化合反应 C．硅元素在地壳中的含量最高 D．该反应体现了C的还原性 限时：30分钟 满分：60分 一、选择题（每题2分，共10题，共20分） 1．宏观物质都是由微观粒子构成的。构成金刚石的微粒是 A．分子 B．原子 C．离子 D．质子 2．物质的性质决定物质的用途。下列物质的性质和用途对应关系不一致的是（ ） A．焦炭用作冶金工业——氧化性 B．金刚石用于裁玻璃——硬度大 C．炭黑用于制作墨汁——常温下化学性质稳定 D．石墨用作电极——导电性 3．我们知道物质的性质决定其用途，下列物质的用途中，利用其化学性质的是 A．石墨作电极 B．酒精用作燃料 C．铜用于制作导线 D．液氮用于冷冻麻醉 4．关于碳元素的单质，下列说法正确的是 A．碳单质都不具有还原性 B．所有碳单质都很容易燃烧 C．石墨既不传热，也不导电 D．金刚石是硬度最大的天然物质 5．C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界，关于C60的叙述不正确的是 A．C60是由60个碳原子构成的分子 B．C60分子结构酷似足球，俗称“足球烯” C．C60独特的结构决定它特殊的物理和化学性质 D．C60不能和氧气反应生成二氧化碳 6．我国科学家发现在高温高压条件下石墨形成六方金刚石的全新路径。有关六方金刚石的说法中，正确的是 A．该转化路径属于物理变化 B．该路径能在常温常压下进行 C．与O2反应生成碳的氧化物 D．碳原子排列方式与石墨相同 7．我国科研团队在嫦娥五号月壤样品中首次发现天然形成的单壁碳纳米管和石墨碳，其化学性质与单质碳相似，下列说法不正确的是 A．它们都是由碳原子构成的 B．碳纳米管充分燃烧的产物是二氧化碳 C．碳纳米管和石墨碳的结构中，碳原子排列方式不同 D．它们在常温下化学性质活泼，故而不易被发现 8．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 9．木炭还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验装置如图所示。下列说法不正确的是 A．两个实验中都可以观察到红色固体变为黑色 B．两个实验中碳元素的化合价均发生改变 C．两个实验中都可以看到澄清的石灰水变浑浊 D．两个实验分别是利用了木炭、一氧化碳的还原性 10．木炭与CuO反应产生的气体除，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的关系如图2。下列说法错误的是 A．实验前排尽装置内的空气，以免影响实验结果 B．实验中观察到试管内的黑色粉末逐渐变为红色 C．气体产物中有CO的原因可能是 D．其他条件相同，木炭与CuO的质量比越小，生成的CO越多 二、非选择题（共4题，每空2分，共40分） 11．（8分）请回答下列问题。 （1）下图是三种碳单质的结构模型，其中表示足球烯的是________。 A． B． C． （2）石墨可用于制造高铁受电弓滑板，在列车行进中承受摩擦热量并传输电力。下列性质与该应用有关的有________。（不定项） A．滑腻感 B．金属光泽 C．导电性 D．熔点高 （3）石墨烯是从石墨中分离出的单层石墨片，它属于碳的一种________。（选择“A．单质”或“B．化合物”） （4）以木炭、孔雀石和空气为原料可以制取单质铜。已知孔雀石经高温煅烧生成氧化铜、水、二氧化碳。其中木炭的作用有：产生还原剂CO、直接与氧化铜反应生成铜、________。 12．（12分）“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___________。 13．（6分）围炉煮茶让传统文化回归现代生活。回答下列问题。 （1）《淮南万毕术》中记载：“矾石水服之，不畏寒。”现代自来水厂向水中加入明矾的作用是_____。 （2）明代古籍《茶疏》中记载：“火，必以坚木炭为上。”请写出“木炭”充分燃烧的化学方程式： _______。木炭燃烧后的炭黑可用于制墨，元代水墨画《富春山居图》保存至今而不变色，其原因是常温下碳单质的化学性质______。 14．（14分）碳是重要的生命元素，碳及其化合物的综合利用使世界变得更加绚丽多彩。化学兴趣小组的同学们对碳及其燃烧产物进行了结构化的梳理和整合。联系实际，解决问题： 石墨 多样性←碳单质应用 碳素笔书写档案 金刚石 生活中可做燃料 等 工业上用于冶炼金属 （1）碳单质具有多样性，金刚石具有的一种用途是___________，是由___________构成的。 （2）用黑色碳素笔书写档案后的字迹不易褪色，这是因为___________。 （3）碳单质可以作燃料，碳不充分燃烧的化学方程式为___________，碳不充分燃烧的产物会污染空气，常见的空气污染物还包括___________(举一例)。 （4）碳单质可以用于冶炼金属，例如木炭能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质，该反应的现象是___________，除了木炭之外，还能与氧化铜发生化学反应炼出铜单质的氧化物是___________。 1 / 2 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