考点19  碳的几种单质

考点精讲

碳单质在中考中会结合碳单质的化学式或分子模型,考查微观构成和宏观组成及各种碳单质的物理性质及其用途之间的关系。在实验探究题和图框推断题中考查木炭还原氧化铜的反应原理或通过反应物的特点及实验现象推导反应。主要以选择题和填空题形式出现，有时也会出现在简答题中，有时结合其他知识点综合考查。涉及的命题点有：

①碳单质的物理性质和化学性质；

②几种碳单质物理性质存在较大差异的原因；

③碳单质的用途等。

1. 单质碳的性质；

②碳单质物理性质存在较大差异的原因；

③碳单质的用途。

考向一、碳单质的物理性质和用途

1. 金刚石、石墨和C60

2. 木炭、活性炭、焦炭和炭黑

木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质的主要成分都是碳单质，它们的结构与石墨类似。

①木炭：具有疏松多孔的结构，有吸附性，常用于吸附色素和异味。

②活性炭：用于防毒面具、制糖、吸附色素和异味。

③焦炭：用于冶金工业。

④炭黑：常用于制造墨、油漆、颜料等。

C60由分子构成，C60可以表示一个C60分子，每个分子由60个碳原子构成。

同素异形体

同素异形体是指由同样的单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质。同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。例如磷的两种同素异形体，红磷和白磷，它们的着火点分别是240和40摄氏度，但是充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷；白磷有剧毒，可溶于二硫化碳，红磷（如制品不纯时可含少量黄磷，可致黄磷中毒，经常吸入红磷尘，可引起慢性磷中毒，遇明火、高热、摩擦、撞击有引起燃烧的危险，与溴混合能发生燃烧，与大多数氧化剂如氯酸盐、硝酸盐、高氯酸盐或高锰酸盐等组成爆炸性能十分敏感的化合物，燃烧时放出有毒的刺激性烟雾 。），却不溶于二硫化碳。同素异形体之间在一定条件下可以相互转化，这种转化是一种化学变化。

碳的同素异形体：金刚石、石墨、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔；

磷的同素异形体：白磷和红磷；

氧的同素异形体：氧气、臭氧、四聚氧（O4）和红氧（O8）。

①一种元素可以组成不同种单质；

②石墨在一定条件下可以转化为金刚石，该变化为化学变化；

③活性炭的吸附性是物理性质。

真题解析

1. （2020本溪、辽阳、葫芦岛）下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是（    ）

A.都能导电           B.都是黑色固体

C.硬度都很小         D.都由碳元素组成

【答案】D

【解析】A、金刚石不能导电，石墨具有良好的导电性，不符合题意；

B、石墨是灰黑色固体，金刚石是无色透明的固体，不符合题意；

C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨是自然界中最软的物质之一，不符合题意；

D、金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，符合题意。故选D。

【解题技巧】本题难度不大，掌握碳单质的物理性质和碳单质的组成是正确解答本题的关键。

2. （2020湖南长沙）两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2020年诺贝尔奖。石墨烯是

由碳元素组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是（　　）

A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃 

B．石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属 

C．活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质

D．金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的

【答案】A

【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可以做钻头，切割玻璃大理石等，正确；

B、石墨有金属光泽，有导电性，但不是金属，选项错误；

C、活性炭具有吸附性，但不可以吸附所有物质，选项错误；

D、金刚石、石墨是由碳原子直接构成的，但足球烯（C60）是由碳分子构成的，选项错误；

故选：A。

3. 石墨烯是一种由碳原子组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，碳纳米管主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，它们的微观结构如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．碳元素只能组成碳纳米管和石墨烯两种单质 

B．碳纳米管不与其他物质发生反应 

C．构成石墨烯的原子间有一定间隔 

D．构成碳纳米管的原子不再运动

【答案】C。

【解析】A、碳元素可以组成多种单质，例如金刚石、石墨、碳60等，故A错；

B、碳纳米管不易与其他物质发生反应，并不是不能反应，故B错；

C、原子之间都有间隔，故C正确；

D、原子始终在不断运动，故D错。

4. （2018四川雅安）金刚石、石墨、C60物理性质有很大差异的原因是（　　）

A．原子种类不同     B．原子大小不同   C．原子排列方式不同                D．原子数目不同

【答案】C

【解析】金刚石、石墨、C60均是由碳原子构成的固态非金属单质，但是由于金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同造成了金刚石、石墨、C60物理性质具有很大差异。

故选C。

5. 下列关于碳单质用途的叙述中，错误的是（　　）

A．金刚石不仅能刻划玻璃，还能装在钻头上钻凿坚硬的岩层

B．干电池里的碳棒是石墨制成的

C．防毒面具用活性炭吸收有毒气体

D．制糖工业用炭黑来吸附有色物质

【答案】D

【解析】A、金刚石的硬度大，金刚石不仅能刻划玻璃，还能装在钻头上钻凿坚硬的岩层；正确；

B、由于石墨能够导电，干电池里的电极是石墨制成的；正确；

C、由于活性炭具有疏松多孔结构而具有吸附性，所以防毒面具用活性炭吸收有毒气体；正确；

D、由于活性炭具有疏松多孔结构而具有吸附性，所以制糖工业的脱色剂一般用活性炭，不用炭黑（炭黑较为细腻，容易进入糖中，很难分离，炭黑一般用于加工墨汁等）；错误。

故选D。

真题解析

一、单选题

1．下列实验方案及现象与结论一致的是

A．A B．B C．C D．D

2．下列解决生活中实际问题的方法与相应科学原理不对应的是

A．A B．B C．C D．D

3．下列实验操作、实验现象与结论对应关系不正确的是

A．A B．B C．C D．D

4．下列物质的性质与其用途不匹配的是

A．氮气化学性质不活泼——用于粮食瓜果保护气 B．铝制成铝箔——铝具有良好的导电性

C．干冰易升华——用于人工降雨 D．金刚石硬度大——用于切割玻璃

5．某同学用如图所示装置验证二氧化碳与水的反应。已知，氮气的密度比空气的小；该装置气密性良好，锥形瓶中放入的是用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花。具体操作有：①从a端通入二氧化碳；②从a端通入氮气；③从分液漏斗中滴加适量水；④从b端通入二氧化碳；⑤从b端通入氮气。下列实验操作顺序最合理的是（注：序号可以重复使用）

A．①③⑤① B．④②①③ C．④②③① D．①⑤③①

二、填空题

6．北京冬奥会中的“黑科技”令人耳目一新。

(1)新技术——利用CO2跨临界直冷制冰技术将“水立方”变成“冰立方”，可实现CO2循环利用和碳排放几乎为零，该技术可有效缓解的环境问题是______。水变成冰的过程属于______（填“物理变化”或“化学变化”）。

(2)新能——火炬“飞扬”采用氢气作为燃料。请写出氢气燃烧的化学方程式：______。

(3)新材料——特制的坐板能够让观众在现场温暖观赛，坐板采用了柔性石墨烯，具有良好的发热性能。已知石墨烯是由碳原子直接构成的。请你推测石墨烯具有的一条化学性质：______。

7．根据所学化学知识回答下列问题：

(1)生活中常用活性炭来净化水，是利用活性炭的_______性除去杂质和臭味。

(2)消防队员用高压水枪灭火，其灭火原理是_______。

8．人体通过肺与外界进行气体交换，吸入空气中的氧气，排出二氧化碳和水蒸气，小晶同学感到疑惑，她问化学老师：“人体排出的二氧化碳究竟是空气中原有的，还是人体代谢的最终产物呢？”老师让她自己想办法来证明这个问题，地采用了如图所示装置进行实验（信息：二氧化碳易与氢氧化钠溶液反应而被吸收）。

(1)人吸气时，应将活塞A____（填“打开”或“关闭”），活塞B____（填“打开”或“关闭”）；

(2)人呼气时，应将活塞A_______，活塞B______，此时可观察到丙瓶内的现象是______________________；

(3)甲瓶中所装试剂的作用是_____，乙瓶中所装试剂的作用是____，上述操作反复进行，能证明人呼出的气体中所含的二氧化碳不是来自空气，而是人体代谢产物。

三、推断题

9．A、B、C、D、E是初中化学常见的物质，它们的转化关系如图所示（“→”表示物质间转化关系，部分反应物、生成物及反应条件已略去）。其中A、B、E均为氧化物，B的固体俗称干冰且B、E组成元素相同；C、D为酸、碱、盐中不同类别的化合物，D在工业上广泛用于玻璃、造纸、纺织和洗涤剂的生产等。

(1)B的化学式为是________；

(2)D→A反应中可以观察到的现象是________。

(3)写出B→A反应的化学方程式________。

四、实验题

10．某化学兴趣小组对木炭还原氧化铜的气体产物成分进行实验探究。

(1)按图甲装置完成实验，观察到现象：________，初步得出“木炭还原氧化铜生成Cu和CO2”的结论。

(2)为了进一步探究木炭还原氧化铜的反应原理，采用数字化传感器改进实验(装置如图乙所示)，对不同质量比的CuO与C反应产生的气体进行数据采集如图(1ppm＝0.000 1%)。

①实验前必须检查图乙装置的气密性，操作方法：_______。

②添加药品，加热前向三颈烧瓶和硬质短试管通入足量的氦气，目的是_______。

③分析图丙，CO2浓度下降的原因可能是_______。

④分析图丁，可得出反应物的质量比与产生的CO含量的关系是_________。

(3)从环保角度对图甲装置提出改进建议：__________。