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初中化学人教版（2024）九年级上册（2024）课题1 碳单质的多样性导学案
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这是一份初中化学人教版（2024）九年级上册（2024）课题1 碳单质的多样性导学案，共51页。学案主要包含了碳的单质，碳单质的化学性质，氧化还原反应等内容，欢迎下载使用。
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、碳的单质
1．碳单质的物理性质和用途
【易错提醒】
1．C60 中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。
2．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
3．同种元素组成的纯净物才是单质。
4．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。
2．其它碳单质
（1）焦炭、木炭、活性炭和炭黑主要成分也是 ，结构与 类似。
木炭、活性炭有 的结构，因此有 ，活性炭的 比木炭强。
（2）活性炭的应用：可用于 中除去毒气、制糖业中 以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。
防毒面具 环保活性炭包 冰箱除臭剂
（3）活性炭、木炭的吸附性是 而不是 。
【易错提醒】
“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。
二、碳单质的化学性质
碳的几种单质物理性质各不相同，而化学性质却 。
（由于碳的不同单质参加化学反应的 ，所以它们的化学性质是相似的。）
1． 下碳的化学性质
（1）原因：碳原子的最外层电子数为4，常温下 。
（2）用途：用炭黑制成的 书写绘画，档案资料用 书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
湖北出土的战国古墨 碳素墨水记录的上世纪80年代的工资表
2．
3.还原性
木炭还原氧化铜的实验
三、氧化还原反应
高温
1.碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
2.氧化还反应分析
CuO 氧元素，有氧化性，是氧化剂，被 ，发生 反应
C 氧元素，有还原性，是还原剂，被 ，发生 反应
：物质结合氧元素的反应。
：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
氧化剂：在反应中 的物质，具有 ，如CuO；
还原剂：在反应中 的物质，具有 ，如C、CO、H2等；
1．判断题
（1）金刚石很硬，所以可以用作装饰品( )
（2）航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( )
（3）石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( )
（4）金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同( )
（5）一种元素可能形成几种单质( )
（6）同种元素组成的不同种单质性质相同( )
（7）相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( )
（8）金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化( )
（9）金刚石和石墨混合在一起得到的肯定是纯净物( )
（10）金刚石和石墨的物理性质有很大差异是因为构成它们的原子大小不同( )
（11）金刚石和石墨常温下均为黑色固体，且硬度很大( )
（12）碳纳米管是一种新型的化合物。( )
（13）木炭、活性炭的主要成分是单质碳，因为它们具有疏松多孔的结构，都具有吸附性。( )
（14）活性炭的吸附性很强，可用作食品脱色剂( )
（15）石墨有滑腻感，具有导电性、还原性和常温下化学性质很稳定等性质( )
（16）用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色是因为碳具有还原性( )
（17）在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( )
（18）焦炭具有可燃性，可用于冶炼金属铁( )
（19）碳和氧气反应无论生成物是什么，都要放出热量( )
（20）有关 的反应中CuO发生了氧化反应( )
（21）加热氧化铜与木炭的混合物，红色粉末变黑，生成使澄清石灰水变浑浊的气体( )
（22）炽热的碳能还原二氧化碳( )
2．“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
(1)金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 ；
(2)干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 性；
(3)活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 性。
3．根据图片信息回答问题：
(1)古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质 ；
(2)石墨做电刷因为石墨具有 性、 性、熔点高的性质；
(3)防毒面具用活性炭做滤毒剂是因为它具 结构，有很强的 能力；
4．碳和碳的氧化物与我们的生活密切相关，请依据图示回答问题。
(1)图1是碳原子结构示意图，其原子核内质子数为 ，该元素在元素周期表中位于第 周期。
(2)碳元素组成的不同碳单质有广泛的用途。图2中用到的碳单质是 ，图3中用到的碳单质是 ，图4中用到的碳单质是 ；不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是 。
5．阅读下列短文，回答问题：
石墨、石墨烯、碳纳米管都是碳单质。石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
(1)从石墨中剥离出石墨烯属于 变化。
(2)石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大，原因是 。
(3)中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。下列石墨的性质与石墨制成的电刷无关的是
A．滑腻感B．还原性C．稳定性D．导电性
(4)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质 ；水的净化过程中通常会利用活性炭的 性除去色素和异味，因为其具有 的结构。
►问题一 同种元素组成的物质
【典例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是
A．臭氧（）B．液氧C．一氧化碳D．二氧化碳
【解题必备】
1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
2．同种元素组成的纯净物才是单质。
【变式1-1】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①②B．只有②③C．只有③④D．①②③④
【变式1-2】某物质含有一种元素
A．可能是纯净物也可能是混合物B．可能是单质也可能是化合物
C．一定是混合物D．一定是纯净物
►问题二 金刚石、石墨和C60
【典例2】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
【解题必备】
1．金刚石的性质和对应的用途：
（1）无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；
（2）硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；
（3）金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。
2．石墨的性质和对应的用途：
（1）石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；
（2）导电性好，可做电极；
（3）导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板；
3．石墨转化为金刚石是化学变化。
4．C60有特殊的物理和化学性质，可用于超导、催化、材料科学等领域。
【变式2-1】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是
A．石墨具有良好的导电性B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化
C．石墨可用于制作铅笔芯D．石墨常温下化学性质不活泼
【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是
A．组成的元素不同B．原子排列方式不同
C．构成的原子不同D．原子的结构不同
►问题三 碳单质的化学性质
【典例3】宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳
A．还原性好B．化学性质不活泼C．导电性能好D．吸附能力强
【解题必备】
常温下，碳的化学性质稳定。
可燃性
氧气充足，生成二氧化碳 C + O2 点燃 CO2
氧气不足，生成一氧化碳 2C + O2 点燃 2CO
还原性
（1）碳与氧化铜反应：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）碳与氧化铁反应：3C +2 Fe2O3 4Fe+3CO2↑
（3）碳与氧化铜反应：C + CO2 2CO
【变式3-1】将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是
A．COB．CO2和COC．O2和CO2D．无法确定
【变式3-2】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。
(1)X 的化学式为 。
(2)反应①的基本反应类型为 。
(3)该反应说明木炭具有 性。
►问题四 实验探究木炭还原氧化铜
【典例4】下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是
A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊
B．核反应中木炭具有还原性
C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8
D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度
【解题必备】
（1）化学方程式：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，澄清石灰水变浑浊。
（3）注意点： = 1 \* GB3 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
= 2 \* GB3 ②实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
= 3 \* GB3 ③待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
【变式4-1】用木炭还原氧化铜的实验如图所示：
(1)酒精灯加网罩的目的是 。
(2)刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是 。
(3)继续加热，观察到试管①中的现象是 。
(4)请写出试管①中发生反应的化学方程式是： ，该反应中木炭发生了 反应(填“氧化”或“还原”)；表示反应停止的现象 。
(5)该实验结束后，应先 然后再 。
【变式4-2】实验室将一定量的碳粉和氧化铜粉末混合共热，剩余固体随着时间的关系如图。下列说法不正确的是
A．t1时反应刚开始
B．生成铜的质量一定为ng
C．生成气体的质量为(m-n)g
D．剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变
►问题五 氧化还原反应
【典例5】我国古代将炉甘石(主要成分为ZnCO3)和木炭粉混合后加热到约800℃，有如下2个反应。下列说法不正确的是
①ZnCO3ZnO+CO2↑
②C+2ZnO2Zn+X↑
A．X的化学式为CO2B．反应①中元素化合价均没变
C．反应②中ZnO发生了还原反应D．反应②中碳具有氧化性
【解题必备】
以木炭还原氧化铜（C + 2CuO 2Cu+CO2↑）为例：
CuO失去氧元素，被还原，发生还原反应，是氧化剂，具有氧化性；
C夺取氧元素，被氧化，发生氧化反应，是还原剂，具有还原性 。
【变式5-1】明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．CB．SnO2C．COD．Sn
【变式5-2】工业上用石英砂、焦炭为原料制粗硅的化学方程式为。下列有关说法错误的是
A．反应中SiO2失去氧，发生氧化反应B．反应前后，碳元素的化合价升高
C．在该反应里，焦炭具有还原性D．参加反应的SiO2与C的质量比为5：2
1．在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列，高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是( )
A．稳定性B．滑腻感C．还原性D．导电性
2．“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是
A．石墨不具有润滑性B．C60单质是由碳原子直接构成的
C．金刚石和石墨都能导电D．常温下碳的化学性质不活泼
3．碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是
A．它是石墨B．它由碳原子构成C．它的结构不稳定D．它可用于超导领域
4．碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米的空心管，下列说法错误( )
A．碳纳米管是一种新型的化合物
B．碳纳米管常温下性质稳定
C．碳纳米管完全燃烧生成物是CO2
D．碳纳米管材料管道多，表面积大吸附强
5．关于碳的化学性质不正确的是( )
A．温度越高，碳的活动性越强
B．高温时碳能与二氧化碳反应
C．碳在氧气中充分燃烧是放热反应，而不充分燃烧时是吸热反应
D．碳在常温下能长时间保存不变质
6．铁制的菜刀在生产时要通过“粹火”处理来增加刀的硬度，具体操作是将红热的菜刀浸入水中急速冷却。此时发生反应如下，该反应中属于还原剂的是
A．FeB．H2OC．Fe3O4D．H2
7．如图所示是碳与氧化铜反应的实验装置，下列说法错误的是（ ）
A．网罩的作用：集中火焰并提高温度
B．理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量
C．a中黑色粉末变红说明碳具有还原性
D．反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
8．明代宋应星所著的《天工开物》中记载了用炉甘石（）与煤炭饼“火法炼锌”的方法，其中一个反应的化学方程式为。下列说法不正确的是
A．反应前后碳元素的化合价升高B．该反应说明碳具有还原性
C．碳与氧化锌的质量比为6：81D．“火法炼锌”过程中煤炭饼只能提供热量
9．物质的结构与性质、用途有密切关联，根据下图回答问题：
(1)图A表示的物质是由 (填“分子”或“原子”)构成。
(2)图B表示的物质可作铅笔芯的原因 ，图C表示的物质硬度大，可用作 。
(3)图B、C所表示的两种物质的物理性质不同的原因是 。
(4)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。从微观结构上分析，木炭具有 的结构，具有吸附性。
(5)在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是 ，使档案能长久保存。
10．在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的 不同。
(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有 的结构。
(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是 。
(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为 。
11．木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。化学兴趣小组按照课本实验方法(如图甲)，做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，他们决定对这个实验进行探究和改进。
(1)木炭与氧化铜反应的化学方程式是 。
(2)使用甲装置进行实验，在实验结束时先将导管从石灰水中移出再熄灭酒精灯的目的是 。
(3)甲图中酒精灯外加网罩的作用是 。
(4)检查了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
(5)待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。
12．为探究木炭还原氧化铜的最佳条件，用木炭粉和氧化铜进行一系列实验。
【查阅资料】
①木炭还原氧化铜得到铜中可能含有少量的氧化亚铜；
②氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸发生反应：；
③铜不能和稀硫酸发生化学反应。
【进行实验】取一定量的混合物，用如图所示的装置进行多次实验，获得如下实验数据与现象
【解释与结论】
(1)实验装置中，酒精灯加金属网罩的作用是 。
(2)表格中的实验现象是 ；本实验反应的化学方程式是 。
(3)由上述实验可以得到的结论是：木炭粉与氧化铜的质量比为 时，条件最佳。
(4)为了检验生成的红色固体中是否含有Cu2O，所需试剂是 。
(5)实验结束后，应当先 ，再 ，防止发生倒吸炸裂试管。
(6)下列有关该实验的说法不正确的是 。
a.反应开始的标志是试管b中气泡产生
b.这个反应不属于化合反应
c.铜元素是地壳中含量最高的金属元素
1．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，下列有关这三种物质的叙述，正确的是
A．物理性质相同B．碳原子的排列方式不同
C．在氧气中充分燃烧的产物不同D．石墨转化为金刚石是物理变化
2．2024年4月17日，全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是
A．提取过程中碳元素的质量不变B．制成的钻石中碳原子之间有间隔
C．制成的钻石中碳原子不运动D．常温下钻石的化学性质很稳定
3．氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似。下列说法错误的是（ ）
A．氮化硼由分子构成B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼属于化合物D．氮化硼可用于切割玻璃
4．科学家发现由C60制取的化合物M具有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述错误的是 ( )
A．由C60制取M的过程中发生了化学变化
B．化合物M中含有碳元素
C．C60中的碳原子比石墨中的大
D．C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
5．碳的单质除了金刚石、石墨和C60外，科学家们还合成了C90、C240、C540等系列物质，据此可作出的推测是（ ）
①同一种元素可以形成多种单质；
②单质可能存在复杂的分子结构；
③单质的研究具有广阔的前景；
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。
只有①②B．只有②③
C．只有③④D．①②③④
6．实验室利用下图装置进行碳还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是
A．装置①中固体变成红色，说明有单质铜生成
B．装置②用于收集CO2
C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始
D．若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，反应过程中还会产生一氧化碳，需进行尾气处理
7．兴趣小组同学将80g氧化铜和8.4g的炭粉在隔绝空气的密闭装置中持续加强热，通过传感器测得装置内CO2的质量变化如图所示。下列说法正确的是
A．a点炭粉一定完全反应
B．时，装置中气体只有CO2
C．时，装置中木炭的质量为2.4g
D．装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应
8．将一定质量的氧化铜粉末与1.5g碳单质的超细粉末装入试管后混合均匀，并在高温的条件下充分反应，实验过程中试管内固体质量的变化情况如下图所示，下列说法中正确的是(提示：碳单质只与氧化铜反应)
A．a的数值为17.2B．参加反应的氧化铜的质量为20g
C．13.1g剩余固体中含有12.8g铜D．此过程中，碳单质发生了还原反应
9．碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。
根据所学知识回答：
(1)图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为_______________，常温下碳的化学性质_______________，(填“活泼”或“不活泼”)。
(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是_____________________。
(3)写出石墨充分燃烧的化学方程式___________________________。
10．阅读下面科普短文。
纳米海绵是一种新型环保清洁产品，具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍。
纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。经过改良的纳米海绵具有良好的吸油能力、循环利用性以及环境友好等特性，可用于解决海上石油泄漏造成的污染。科学家测定了纳米海绵对不同油品的吸收能力(吸油质量比越高，其吸油能力越强)，结果如图1。吸油能力的差异性取决于油品自身的密度。油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。
纳米海绵还具有良好的循环利用性。通过挤压，可将纳米海绵吸附的油品挤出，经洗涤干燥后再次使用。图2为两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果。
随着科学技术的发展，纳米海绵的性能会不断提升，更好的服务于生活、生产。
依据文章内容回答下列问题。
(1)纳米海绵可以吸附物体表面污渍的原因是 。
(2)环己烷(C6H12)中，碳元素和氢元素的质量比为 。
(3)纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，其原因是 。
(4)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等。
②纳米海绵对环己烷吸收能力最强。
(5)由图2得到的实验结论：在其他条件相同时， ，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差。
11．中国“芯”彰显中国“智”造。芯片的基体材料是高纯硅｡如图是工业上以石英砂（主要成分是SiO2）为主要原料制取纯硅的一种工艺流程，请回答下列问题：
（1）SiO2中Si元素的化合价为 ｡
（2）流程①中发生反应的化学方程式为，该反应中焦炭表现出 （选填“还原”或“氧化”）性｡
（3）流程②中发生反应的基本类型是 ，写出流程③的化学方程式： ，该反应要在无氧气的环境中进行，原因是 （答出一种即可）｡
12．在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示，请回答下列问题：
(1)此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： ，左侧试管中的现象是 ；
(2)加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣
【提出问题】试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
甲同学的猜想：铜和氧化铜
乙同学的猜想：氧化铜和碳
丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜
丁同学的猜想：铜
你的猜想： ；
【收集证据】同学们一致认为，乙同学的猜想错误，原因是（用化学方程式表示） ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量（m）与加热时间（t）的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 （填“”、“”、“”或“”）
【讨论交流】
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，正确的操作是 （填字母）。
A．先熄灭酒精灯，再撤出导气管
B．先撤出导气管，再熄灭酒精灯
②此实验中体现的碳的化学性质可用于 （填一种用途）。
13．为测定 10g 氧化铜样品（含少量铜）中氧化铜的质量分数，在高温的条件下加入足量木炭粉使其完全反应，固体总质量随时间的变化如图所示：
(1)完全反应后，产生二氧化碳的总质量是 ；
(2)试计算氧化铜样品中氧化铜的质量分数（写出计算过程）。了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。
掌握单质碳的化学性质，熟悉碳与氧气、某些氧化物的反应。
熟悉木炭还原氧化铜的实验，了解还原反应。
重点:
金刚石、石墨的物理性质和用途；碳与氧气和氧化铜的反应。
难点:
碳与某些氧化物的反应；还原反应。
碳单质
金刚石
石墨
C60
化学式
构成微粒
由 构成
由 构成
由 构成
结构
物理性质
无色透明的的固体。天然存在的最 的物质。
特殊条件下制备的金刚石薄膜 好、 大；
好。
的有金属光泽的固体；很 ，有 ；熔点高，有良好的 。
有特殊的物理性质
用途
制装饰品(钻石)；制钻头、 、 ；
金刚石薄膜用作
；用于
。
作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂
用于超导、催化、
材料科学等领域
物理性质不同的原因
金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因：
反应物
氧气充足，碳
氧气不足，碳
化学方程式
质量比
碳与氧气的质量比为
碳与氧气的质量比为
结论
反应物相同时，若 不同，则 不同
反应后物质
成分分析
碳与氧气的质量比< 3/8，反应后物质是
碳与氧气的质量比= 3/8，反应后物质是
碳与氧气的质量比介于3/8和3/4时，反应后物质是
碳与氧气的质量比= 3/4，反应后物质是
碳与氧气的质量比> 3/8，反应后物质是
应用
（1）作燃料
（2）证明某物质含有碳元素（证明燃烧有二氧化碳生成）：
实验现象
= 1 \* GB3 ①黑色粉末逐渐变成 ；
= 2 \* GB3 ②澄清石灰水 。
化学方程式
实验结论
生成了红色的 和 ；
C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。
实验注意点
（1）木炭粉和氧化铜粉末烘干的原因： 防止木炭与水蒸气反应生成的氢气和一氧化碳与氧化铜反应。
（2）火焰加金属网罩的目的： 。
（3）实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的： 。
（4）待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因： 。
（5）木炭配比比理论值稍微多一点，因为木炭会和试管中的氧气反应，
应用
（1）冶炼金属（炼铁）：
（2）与二氧化碳反应： （吸热反应）
（烧得很旺的煤炉，添加大量的新煤后，炉火温度降低）
甲
乙
碳和氧化铜的质量比
1:9
1:10
1:11
1:12
1:13
实验现象
混有少量黑色物质
混有很少量黑色物质
混有极少量黑色物质
无黑色物质
混有较多黑色物质
________填写在（2）处，澄清石灰水变浑浊
第六单元 走进化学世界
课题1 碳单质的多样性
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、碳的单质
1．碳单质的物理性质和用途
【易错提醒】
1．C60 中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。
2．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
3．同种元素组成的纯净物才是单质。
4．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。
2．其它碳单质
（1）焦炭、木炭、活性炭和炭黑主要成分也是碳单质，结构与石墨类似。
木炭、活性炭有疏松多孔的结构，因此有吸附性，活性炭的吸附作用比木炭强。
（2）活性炭的应用：可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。
防毒面具 环保活性炭包 冰箱除臭剂
（3）活性炭、木炭的吸附性是物理性质而不是化学性质。
【易错提醒】
“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。
二、碳单质的化学性质
碳的几种单质物理性质各不相同，而化学性质却相似。
（由于碳的不同单质参加化学反应的最小粒子是相同的碳原子，所以它们的化学性质是相似的。）
1．常温下碳的化学性质不活泼
（1）原因：碳原子的最外层电子数为4，常温下不易得失电子。
（2）用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案资料用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
湖北出土的战国古墨 碳素墨水记录的上世纪80年代的工资表
2．可燃性
3.还原性
木炭还原氧化铜的实验
三、氧化还原反应
高温
1.碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
2.氧化还反应分析
CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应
C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应
氧化反应：物质结合氧元素的反应。
还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO；
还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等；
1．判断题
（1）金刚石很硬，所以可以用作装饰品( )
（2）航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( )
（3）石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( )
（4）金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同( )
（5）一种元素可能形成几种单质( )
（6）同种元素组成的不同种单质性质相同( )
（7）相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( )
（8）金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化( )
（9）金刚石和石墨混合在一起得到的肯定是纯净物( )
（10）金刚石和石墨的物理性质有很大差异是因为构成它们的原子大小不同( )
（11）金刚石和石墨常温下均为黑色固体，且硬度很大( )
（12）碳纳米管是一种新型的化合物。( )
（13）木炭、活性炭的主要成分是单质碳，因为它们具有疏松多孔的结构，都具有吸附性。( )
（14）活性炭的吸附性很强，可用作食品脱色剂( )
（15）石墨有滑腻感，具有导电性、还原性和常温下化学性质很稳定等性质( )
（16）用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色是因为碳具有还原性( )
（17）在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( )
（18）焦炭具有可燃性，可用于冶炼金属铁( )
（19）碳和氧气反应无论生成物是什么，都要放出热量( )
（20）有关 的反应中CuO发生了氧化反应( )
（21）加热氧化铜与木炭的混合物，红色粉末变黑，生成使澄清石灰水变浑浊的气体( )
（22）炽热的碳能还原二氧化碳( )
【答案】(1) × (2) √ (3) √ (4) × (5) √ (6) × (7)√ (8) √ (9) × (10) × (11) × (12)× (13) √ (14) √ (15) √ (16) × (17) √ (18) × (19)√ (20) × (21) × (22)√
2．“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
(1)金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 ；
(2)干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 性；
(3)活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 性。
【答案】(1)碳原子排列方式不同
(2)导电
(3)吸附
【详解】（1）金刚石和石墨都是碳单质，两者的性质差异大，金刚石硬度大、正八面体结构，石墨灰黑色的细鳞片状固体，原因是碳原子排列方式不同；
（2）使用石墨作为电极材料，说明石墨具有导电性；
（3）活性炭能作为冰箱除味剂，也能吸附水中的色素和异味，是因为活性炭有疏松多孔的结构，具有吸附性。
3．根据图片信息回答问题：
(1)古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质 ；
(2)石墨做电刷因为石墨具有 性、 性、熔点高的性质；
(3)防毒面具用活性炭做滤毒剂是因为它具 结构，有很强的 能力；
【答案】(1)不活泼（或稳定）
(2) 导电 润滑
(3) 疏松多孔 吸附
【详解】（1）古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质不活泼（稳定），不易与其它物质发生反应，故填：不活泼（或稳定）；
（2）石墨做电刷是因为石墨具有导电性、润滑性和熔点高的性质，故填：导电；润滑；
（3）活性炭具有疏松多孔的结构，从而具有吸附性，可以在防毒面具中做滤毒剂，故填：疏松多孔；吸附。
4．碳和碳的氧化物与我们的生活密切相关，请依据图示回答问题。
(1)图1是碳原子结构示意图，其原子核内质子数为 ，该元素在元素周期表中位于第 周期。
(2)碳元素组成的不同碳单质有广泛的用途。图2中用到的碳单质是 ，图3中用到的碳单质是 ，图4中用到的碳单质是 ；不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是 。
【答案】(1) 6 二
(2) 金刚石 石墨 活性炭 碳原子排列方式不同
【详解】（1）在原子结构示意图中，圆圈内的数字即为质子数，碳原子原子序数为6，因此碳原子核内有6个质子；
在原子结构示意图中，原子的电子层数即为该元素所在的周期数，碳原子的核外有2个电子层，因此碳元素在元素周期表中位于第二周期；
（2）图2中用到的碳单质是金刚石，金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用来裁玻璃；
图3中用到的碳单质是石墨，石墨质软，且呈深灰色，可用于制铅笔芯；
图4中用到的碳单质是活性炭，活性炭具有吸附性，可以作吸味剂；
不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是碳原子排列方式不同。
5．阅读下列短文，回答问题：
石墨、石墨烯、碳纳米管都是碳单质。石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
(1)从石墨中剥离出石墨烯属于 变化。
(2)石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大，原因是 。
(3)中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。下列石墨的性质与石墨制成的电刷无关的是
A．滑腻感B．还原性C．稳定性D．导电性
(4)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质 ；水的净化过程中通常会利用活性炭的 性除去色素和异味，因为其具有 的结构。
【答案】(1)化学
(2)原子排列方式不同
(3)B
(4) 稳定 吸附 疏松多孔
【详解】（1）从石墨中剥离出石墨烯，有新物质的生成，属于化学变化；
（2）结构决定性质，因为原子排列方式不同，所以石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大；
（3）高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力体现出石墨的滑腻感、稳定性、导电性，故选B；
（4）①“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质稳定；
②水的净化过程中通常会利用活性炭的吸附性除去色素和异味；
③活性炭具有疏松多孔的结构，所以具有吸附性，能除去水中的异味和色素。
►问题一 同种元素组成的物质
【典例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是
A．臭氧（）B．液氧C．一氧化碳D．二氧化碳
【答案】A
【详解】A、臭氧和氧气是由氧元素形成的不同单质，互为同素异形体，故选项正确；
B、液氧是液态的氧气，与氧气是同一种物质，不是同素异形体，故选项错误；
C、一氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误；
D、二氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误。
故选A。
【解题必备】
1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
2．同种元素组成的纯净物才是单质。
【变式1-1】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①②B．只有②③C．只有③④D．①②③④
【答案】D
【详解】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。
【变式1-2】某物质含有一种元素
A．可能是纯净物也可能是混合物B．可能是单质也可能是化合物
C．一定是混合物D．一定是纯净物
【答案】A
【详解】一种元素可组成不同的单质，如由氧元素组成的单质有氧气和臭氧，因此含有一种元素的不一定是纯净物，也有可能是由几种单质混合在一起的混合物；化合物是由两种及以上元素组成的纯净物，所以只含一种元素的一定不是化合物，故选：A。
►问题二 金刚石、石墨和C60
【典例2】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
【答案】A
【详解】A、金刚石、石墨、碳纳米管都是由碳原子构成的，是由分子构成的，说法错误，符合题意；
B、金刚石、石墨、碳纳米管、都属于碳单质，均可以在氧气中燃烧，说法正确，不符合题意；
C、碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点，说法正确，不符合题意；
D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子的排列方式不同，说法正确，不符合题意。
故选：A。
【解题必备】
1．金刚石的性质和对应的用途：
（1）无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；
（2）硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；
（3）金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。
2．石墨的性质和对应的用途：
（1）石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；
（2）导电性好，可做电极；
（3）导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板；
3．石墨转化为金刚石是化学变化。
4．C60有特殊的物理和化学性质，可用于超导、催化、材料科学等领域。
【变式2-1】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是
A．石墨具有良好的导电性B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化
C．石墨可用于制作铅笔芯D．石墨常温下化学性质不活泼
【答案】B
【详解】A、石墨具有良好的导电性，可用作电极材料，说法正确，不符合题意；
B、以石墨为原料制造金刚石，该过程中有新物质生成，属于化学变化，说法错误，符合题意；
C、石墨质软，能在纸上留下灰黑色的痕迹，可以用于制作铅笔芯，说法正确，不符合题意；
D、石墨在常温下不易与其他物质发生化学反应，因此表现出不活泼的化学性质，说法正确，不符合题意。
故选：B。
【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是
A．组成的元素不同B．原子排列方式不同
C．构成的原子不同D．原子的结构不同
【答案】B
【详解】A、金刚石和石墨都是由碳元素组成，该选项不符合题意；
B、金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，则物理性质有很大差异，该选项符合题意；
C、金刚石和石墨都是由碳原子构成，该选项不符合题意；
D、构成金刚石和石墨的碳原子结构相同，该选项不符合题意。
故选B。
►问题三 碳单质的化学性质
【典例3】宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳
A．还原性好B．化学性质不活泼C．导电性能好D．吸附能力强
【答案】B
【详解】宋代许道宁用墨（主要成分为单质碳）所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，是因为墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画长久保存不变色，是因为在常温下碳的化学性质不活泼，不易发生反应；
故选：B。
【解题必备】
常温下，碳的化学性质稳定。
可燃性
氧气充足，生成二氧化碳 C + O2 点燃 CO2
氧气不足，生成一氧化碳 2C + O2 点燃 2CO
还原性
（1）碳与氧化铜反应：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）碳与氧化铁反应：3C +2 Fe2O3 4Fe+3CO2↑
（3）碳与氧化铜反应：C + CO2 2CO
【变式3-1】将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是
A．COB．CO2和COC．O2和CO2D．无法确定
【答案】B
【详解】根据化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为：；根据化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为：；由题给条件可知，介于和之间，所以既生成了二氧化碳又生成了一氧化碳；
故选B。
【变式3-2】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。
(1)X 的化学式为 。
(2)反应①的基本反应类型为 。
(3)该反应说明木炭具有 性。
【答案】(1)ZnO
(2)分解反应
(3)还原
【详解】（1）由化学反应①的化学方程式可知，反应前出现了1个锌原子、1个碳原子和3个氧原子，反应后出现了1个碳原子和2个氧原子，根据质量守恒定律，反应后尚缺的1个锌原子和1个氧原子存在于X中，则X的化学式为ZnO，故填ZnO。
（2）由化学反应①的化学方程式可知，该反应是一种物质生成两种新物质的反应，符合分解反应的特点，属于分解反应，故填分解反应。
（3）由化学反应②的化学方程式可知，反应中，碳得到氧元素形成二氧化碳，表现了碳的还原性，故填还原。
►问题四 实验探究木炭还原氧化铜
【典例4】下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是
A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊
B．核反应中木炭具有还原性
C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8
D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度
【答案】C
【详解】A、木炭与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，会看到黑色固体变为红色，同时生成的二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，说法正确，不符合题意；
B、在该反应中木炭夺取了氧化铜中的氧，表现出还原性，说法正确，不符合题意；
C、若生成的气体中含有一氧化碳，一氧化碳中碳、氧元素质量比为 12:16=3:4，二氧化碳中碳、氧元素质量比为 3:8，所以反应时消耗碳、氧元素的质量比会大于 3:8，说法错误，符合题意；
D、酒精灯加网罩的目的主要是提高温度，而不是使火焰集中，说法正确，不符合题意。
故选C。
【解题必备】
（1）化学方程式：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，澄清石灰水变浑浊。
（3）注意点： = 1 \* GB3 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
= 2 \* GB3 ②实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
= 3 \* GB3 ③待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
【变式4-1】用木炭还原氧化铜的实验如图所示：
(1)酒精灯加网罩的目的是 。
(2)刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是 。
(3)继续加热，观察到试管①中的现象是 。
(4)请写出试管①中发生反应的化学方程式是： ，该反应中木炭发生了 反应(填“氧化”或“还原”)；表示反应停止的现象 。
(5)该实验结束后，应先 然后再 。
【答案】(1)集中火焰、提高温度
(2)此时逸出的气体是试管内的空气，而非二氧化碳
(3)固体由黑色逐渐变红
(4) 氧化 ②试管中导管口没有气泡冒出
(5) ②试管中的导管移出水面 熄灭酒精灯
【详解】（1）酒精灯火焰加上网罩后火焰会集中，从而提高了火焰的温度；
（2）刚开始加热时试管内空气膨胀逸出，此时碳和氧化铜未反应，没有二氧化碳生成，所以会有气泡产生，但石灰水不会变浑浊；
（3）碳和氧化铜反应能生成铜和二氧化碳，所以试管①中的现象应该是固体由黑色逐渐变红；
（4）碳和氧化铜在高温下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为：；
该反应中木炭得到氧，发生了氧化反应；表示反应停止的现象②试管中导管口没有气泡冒出；
（5）该实验结束后，应先将②试管中的导管移出水面，然后再熄灭酒精灯，以防冷水倒吸，炸裂试管。
【变式4-2】实验室将一定量的碳粉和氧化铜粉末混合共热，剩余固体随着时间的关系如图。下列说法不正确的是
A．t1时反应刚开始
B．生成铜的质量一定为ng
C．生成气体的质量为(m-n)g
D．剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变
【答案】B
【详解】A、由图可知，t1后固体质量才开始减少，则此时才开始反应，说法正确；
B、若碳过量，则剩余固体的质量为铜和碳，则铜的质量小于ng，说法错误；
C、根据反应前后物质的总质量不变，则生成的气体的质量为(m-n)g，说法正确；
D、根据质量守恒定律，反应前后固体中铜元素的质量不变，但固体质量减小，则剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变，说法正确。
故选B。
►问题五 氧化还原反应
【典例5】我国古代将炉甘石(主要成分为ZnCO3)和木炭粉混合后加热到约800℃，有如下2个反应。下列说法不正确的是
①ZnCO3ZnO+CO2↑
②C+2ZnO2Zn+X↑
A．X的化学式为CO2B．反应①中元素化合价均没变
C．反应②中ZnO发生了还原反应D．反应②中碳具有氧化性
【答案】D
【详解】A、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C、Zn、O的个数分别是1、2、2，已知的生成物中含C、Zn、O的个数分别是0、2、0，故生成物X中还应含1个C、2个O，X的化学式为CO2，选项A正确；
B、反应①中锌元素都显+2价，碳元素都显+4价，氧元素都显-2价，化合价没发生改变，选项B正确；
C、反应②中ZnO失去氧生成Zn，发生了还原反应，选项C正确；
D、反应②中碳得到氧生成二氧化碳，具有还原性，选项D不正确。
故选D。
【解题必备】
以木炭还原氧化铜（C + 2CuO 2Cu+CO2↑）为例：
CuO失去氧元素，被还原，发生还原反应，是氧化剂，具有氧化性；
C夺取氧元素，被氧化，发生氧化反应，是还原剂，具有还原性 。
【变式5-1】明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．CB．SnO2C．COD．Sn
【答案】B
【详解】根据可知，SnO2在该过程中失去了氧，发生了还原反应。故选B。
【变式5-2】工业上用石英砂、焦炭为原料制粗硅的化学方程式为。下列有关说法错误的是
A．反应中SiO2失去氧，发生氧化反应B．反应前后，碳元素的化合价升高
C．在该反应里，焦炭具有还原性D．参加反应的SiO2与C的质量比为5：2
【答案】A
【详解】A、在该反应中，二氧化硅失去了氧，发生了还原反应，该选项说法错误；
B、C中碳元素的化合价为0，CO中氧元素化合价为-2价，根据“化合物中各元素化合价代数和为零”，则其中碳元素的化合价为+2价，则反应前后，碳元素的化合价升高，该选项说法正确；
C、在该反应中，焦炭夺取了二氧化硅中的氧，体现了焦炭的还原性，该选项说法正确；
D、由方程式可知，参加反应的SiO2与C的质量比为（28+16×2）：（12×2）=5：2，该选项说法正确。
故选A。
1．在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列，高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是( )
A．稳定性B．滑腻感C．还原性D．导电性
【答案】C
【解析】
石墨电刷利用了石墨的导电性，电刷在运动的过程中为了减少摩擦，利用到滑腻感，同时互相摩擦产生大量的热量，要求石墨的化学性质稳定，故选C。
2．“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是
A．石墨不具有润滑性B．C60单质是由碳原子直接构成的
C．金刚石和石墨都能导电D．常温下碳的化学性质不活泼
【答案】D
【详解】A、石墨是自然界存在的最软的矿物之一，有滑腻感，具有润滑性，故A错误；
B、C60是由C60分子构成的，故B错误；
C、金刚石不具有导电性，故C错误；
D、常温下碳的化学性质不活泼，不易与其它物质反应，故D正确。
故选D。
3．碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是
A．它是石墨B．它由碳原子构成C．它的结构不稳定D．它可用于超导领域
【答案】D
【详解】A、如图是一种足球状的碳单质，它是C60，分析错误；
B、C60是由C60分子构成的，分析错误；
C、C60结构稳定，分析错误；
D、C60可用于超导领域，分析正确；
答案：D。
4．碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米的空心管，下列说法错误( )
A．碳纳米管是一种新型的化合物
B．碳纳米管常温下性质稳定
C．碳纳米管完全燃烧生成物是CO2
D．碳纳米管材料管道多，表面积大吸附强
【答案】A
【解析】A、碳纳米管是由碳元素组成的碳的单质,不是化合物，故说法错误；B、碳单质在常温型化学性质稳定，因此纳米碳管在常温下化学性质稳定，故说法正确；C、碳纳米管由碳元素组成，碳完全燃烧生成二氧化碳，说法正确；D、纳米碳管材料管道多，表面积大，吸附能力强，故说法正确；故选A。
5．关于碳的化学性质不正确的是( )
A．温度越高，碳的活动性越强
B．高温时碳能与二氧化碳反应
C．碳在氧气中充分燃烧是放热反应，而不充分燃烧时是吸热反应
D．碳在常温下能长时间保存不变质
【答案】C
【解析】A、常温下化学性质不活泼，但温度越高，碳的活动性越强，故选项说法正确。B、碳具有还原性，高温时碳能与二氧化碳反应，故选项说法正确。C、碳在氧气中充分燃烧是放热反应，不充分燃烧时也是放热反应，故选项说法错误。D、常温下化学性质不活泼，碳在常温下能长时间保存不变质，故选项说法正确。故选C。
6．铁制的菜刀在生产时要通过“粹火”处理来增加刀的硬度，具体操作是将红热的菜刀浸入水中急速冷却。此时发生反应如下，该反应中属于还原剂的是
A．FeB．H2OC．Fe3O4D．H2
【答案】A
【详解】在反应中，得到氧生成为，是还原剂；失去氧生成氢气，是氧化剂。
故选A。
【点睛】在化学反应中氧化剂和还原剂往往同时存在，初中一般利用“得氧”和“失氧”来判断，得氧的物质是还原剂，失氧的物质是氧化剂。
7．如图所示是碳与氧化铜反应的实验装置，下列说法错误的是（ ）
A．网罩的作用：集中火焰并提高温度
B．理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量
C．a中黑色粉末变红说明碳具有还原性
D．反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【答案】D
【解析】A、网罩可以使火焰集中，提高温度，正确。B、理论上a中减少的质量为反应生成的二氧化碳的质量，b中增加的质量为吸收二氧化碳的质量，理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量，正确。C、a中黑色粉末变红，说明碳能夺走氧化铜中的氧，说明碳具有还原性，正确。D、反应结束后立即把a中的物质铜倒出来，铜可能在较高温度下与空气中的氧气发生反应生成氧化铜，所以不能反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象，错误。故选D。
8．明代宋应星所著的《天工开物》中记载了用炉甘石（）与煤炭饼“火法炼锌”的方法，其中一个反应的化学方程式为。下列说法不正确的是
A．反应前后碳元素的化合价升高B．该反应说明碳具有还原性
C．碳与氧化锌的质量比为6：81D．“火法炼锌”过程中煤炭饼只能提供热量
【答案】D
【详解】A、碳单质中碳元素化合价为0，二氧化碳中碳元素显+4价，故反应前后碳元素的化合价升高，不符合题意；
B、该反应中，碳得到氧，属于还原剂，说明碳具有还原性，不符合题意；
C、该反应中，碳与氧化锌的质量比为：，不符合题意；
D、煤炭燃烧生成二氧化碳，放出大量的热，且二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳，故“火法炼锌”过程中煤炭饼的作用是：提供热量，提供还原剂一氧化碳，符合题意。
故选D。
9．物质的结构与性质、用途有密切关联，根据下图回答问题：
(1)图A表示的物质是由 (填“分子”或“原子”)构成。
(2)图B表示的物质可作铅笔芯的原因 ，图C表示的物质硬度大，可用作 。
(3)图B、C所表示的两种物质的物理性质不同的原因是 。
(4)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。从微观结构上分析，木炭具有 的结构，具有吸附性。
(5)在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是 ，使档案能长久保存。
【答案】(1)分子
(2) 石墨质软 玻璃刀的刀头（合理即可）
(3)碳原子的排列方式不同
(4)疏松多孔
(5)常温下碳的化学性质不活泼
【详解】（1）图A表示的物质是C60，是由C60分子构成的；
（2）图B、C所表示的两种物质分别为石墨、金刚石；石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，所以石墨可制铅笔芯；金刚石是天然存在的硬度最大的物质，所以金刚石可作玻璃刀的刀头；
（3）图B、C所表示的两种物质分别为石墨、金刚石；石墨和金刚石都是由碳原子构成的，但碳原子的排列方式不同，因此两种物质的物理性质不同；
（4）从微观结构上分析，木炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性；
（5）碳素墨水的主要成分是碳，在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是常温下碳的化学性质不活泼，使档案能长久保存。
10．在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的 不同。
(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有 的结构。
(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是 。
(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为 。
【答案】(1)碳原子的排列方式
(2)疏松多孔
(3)常温下，碳的化学性质不活泼
(4)C2H2
【详解】（1）金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子的排列方式不同；
（2）活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有疏松多孔的结构；
（3）在书写具有保存价值的图书档案时，应使用碳素墨水笔，是因为碳素墨水中含有炭黑，炭黑的主要成分是碳，碳在常温下化学性质不活泼；
（4）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，反应前有10个氧原子，反应后有10个氧原子、4个碳原子、4个氢原子，则2R分子中含有4个碳原子和4个氢原子，则每个R分子由2个碳原子和2个氢原子构成，则物质X的化学式为C2H2。
11．木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。化学兴趣小组按照课本实验方法(如图甲)，做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，他们决定对这个实验进行探究和改进。
(1)木炭与氧化铜反应的化学方程式是 。
(2)使用甲装置进行实验，在实验结束时先将导管从石灰水中移出再熄灭酒精灯的目的是 。
(3)甲图中酒精灯外加网罩的作用是 。
(4)检查了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
(5)待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。
【答案】(1)
(2)防止澄清石灰水倒流，引起热的试管炸裂
(3)集中火焰，提高温度
(4)不能
(5)空气进入试管，高温的铜会被氧化
【详解】（1）木炭和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：。
（2）加热固体时，停止加热时，为了防止澄清石灰水倒流，应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯。
（3）在酒精灯火焰上方罩网罩，可集中酒精灯火焰，提高温度。
（4）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，由于碳燃烧生成二氧化碳，则石灰水变浑浊时，不能确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
（5）由于高温的铜与空气接触会生成氧化铜，则关闭弹簧夹，可防止进入空气，使生成的铜重新被氧化。
12．为探究木炭还原氧化铜的最佳条件，用木炭粉和氧化铜进行一系列实验。
【查阅资料】
①木炭还原氧化铜得到铜中可能含有少量的氧化亚铜；
②氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸发生反应：；
③铜不能和稀硫酸发生化学反应。
【进行实验】取一定量的混合物，用如图所示的装置进行多次实验，获得如下实验数据与现象
【解释与结论】
(1)实验装置中，酒精灯加金属网罩的作用是 。
(2)表格中的实验现象是 ；本实验反应的化学方程式是 。
(3)由上述实验可以得到的结论是：木炭粉与氧化铜的质量比为 时，条件最佳。
(4)为了检验生成的红色固体中是否含有Cu2O，所需试剂是 。
(5)实验结束后，应当先 ，再 ，防止发生倒吸炸裂试管。
(6)下列有关该实验的说法不正确的是 。
a.反应开始的标志是试管b中气泡产生
b.这个反应不属于化合反应
c.铜元素是地壳中含量最高的金属元素
【答案】(1)集中火焰，提高温度
(2) 有红色固体生成
(3)1：12
(4)稀硫酸
(5) 移开导管 再熄灭酒精灯
(6)ac
【详解】（1）金属网罩的作用是为了使酒精灯集中火焰，并且提高火焰的温度，故填：集中火焰，提高温度；
（2）黑色的氧化铜被木炭还原成铜单质，同时生成二氧化碳，所以反应的实验现象是：黑色的氧化铜变红，澄清的石灰水变浑浊；反应的方程式为：；
（3）根据表格数据可知，碳与氧化铜的质量比为1：12时，条件最佳，因为此时无黑色物质，故填：1：12；
（4）根据题干信息可知，氧化亚铜可以与稀硫酸反应生成硫酸铜，硫酸铜溶液显蓝色，而铜不能与稀硫酸反应，故检验氧化亚铜可以用稀硫酸，故填：稀硫酸；
（5）实验结束后，若先移走酒精灯，试管内温度下降，压强变小，会在外界大气压的作用下澄清的石灰水会倒流入试管中炸裂试管，所以应当先将导管移出液面，再熄灭酒精灯，防止发生倒吸炸裂试管，故填：将导管移出液面；熄灭酒精灯；
（6）a、刚开始加热时试管内气体膨胀会逸出，b中有气泡产生，并不能说明反应开始，故该选项说法不正确；
b、高温下，碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，不符合“多变一”特征，是单质和化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，所以该反应不属于化合反应，属于置换反应，故该选项说法正确；
c、地壳中元素的含量最多的是氧元素，最多的金属元素的铝元素，故该选项说法错误；
故选择ac。
1．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，下列有关这三种物质的叙述，正确的是
A．物理性质相同B．碳原子的排列方式不同
C．在氧气中充分燃烧的产物不同D．石墨转化为金刚石是物理变化
【答案】B
【详解】A.因为这三种物质的碳原子的排列方式不同，它们的物理性质差异大，故选项说法错误；
B.因为它们是不同的物质，碳原子的排列方式不相同，故选项说法正确；
C.它们充分燃烧都生成二氧化碳，故选项说法错误；
D.石墨转化金刚石过程中有新物质生成，属于化学变化，故选项说法错误；
故选：B。
2．2024年4月17日，全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是
A．提取过程中碳元素的质量不变B．制成的钻石中碳原子之间有间隔
C．制成的钻石中碳原子不运动D．常温下钻石的化学性质很稳定
【答案】C
【详解】A、根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，所以提取过程中碳元素的质量不变，A正确；
B、微粒之间有间隔，所以制成的钻石中碳原子之间有间隔，B正确；
C、世界上所有物质都在不断运动，所以制成的钻石中碳原子在不断运动，C错误；
D、常温下碳单质的化学性质很稳定，钻石是碳单质，所以常温下钻石的化学性质很稳定，D正确。
故选：C。
3．氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似。下列说法错误的是（ ）
A．氮化硼由分子构成B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼属于化合物D．氮化硼可用于切割玻璃
【答案】A
【解析】A、由图示可知氮化硼由氮原子和硼原子构成，错误；B、氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似，氮化硼的硬度很大，正确；C、氮化硼是由两种元素组成的纯净物，属于化合物，正确；D、氮化硼硬度大，可用于切割玻璃，正确；故选A。
4．科学家发现由C60制取的化合物M具有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述错误的是 ( )
A．由C60制取M的过程中发生了化学变化
B．化合物M中含有碳元素
C．C60中的碳原子比石墨中的大
D．C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
【答案】C
【解析】A、由C60制取化合物M的过程有新物质M生成，发生了化学变化，叙述正确；B、由质量守恒定律可知，用C60制取化合物M中一定含有碳元素，叙述正确；C、C60中的碳原子和石墨中的的碳原子属于同种原子，体积与质量一样大，叙述错误；D、C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应中，反应物是两种，生成物是一种，属于化合反应，叙述正确。故选C。
5．碳的单质除了金刚石、石墨和C60外，科学家们还合成了C90、C240、C540等系列物质，据此可作出的推测是（ ）
①同一种元素可以形成多种单质；
②单质可能存在复杂的分子结构；
③单质的研究具有广阔的前景；
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。
只有①②B．只有②③
C．只有③④D．①②③④
【答案】D
【解析】①通过题干可知，碳元素能形成多种单质，所以同一种元素可以形成多种单质。正确。②C60等单质有比较复杂的分子结构，所以单质可能存在复杂的分子结构。正确。③不同的单质有不同的性质，可以有不同的用途，所以单质的研究具有广阔的前景。正确。④因为组成元素相同，所以同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。如将石墨可以转化为金刚石。正确。故选D。
6．实验室利用下图装置进行碳还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是
A．装置①中固体变成红色，说明有单质铜生成
B．装置②用于收集CO2
C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始
D．若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，反应过程中还会产生一氧化碳，需进行尾气处理
【答案】B
【详解】A、碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳，单质铜是红色的，A正确，不符合题意；
B、装置①为加热装置，应保持干燥，装置③中是溶液，为了避免不当操作导致装置③中的溶液倒吸入装置①使试管炸裂，故在装置①和装置③中间连接装置②，所以装置②的作用是防止倒吸，B错误，符合题意；
C、开始加热时，装置中的气体受热膨胀溢出，在装置③也会出现气泡，所以装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始，C正确，不符合题意；
D、根据碳与氧化铜反应的质量关系可知m（碳）：m（氧化铜） =3：40时，二者恰好完全反应，若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，即碳过量，则过量的碳会与生成的二氧化碳反应生成CO，D正确，不符合题意；
故选B。
7．兴趣小组同学将80g氧化铜和8.4g的炭粉在隔绝空气的密闭装置中持续加强热，通过传感器测得装置内CO2的质量变化如图所示。下列说法正确的是
A．a点炭粉一定完全反应
B．时，装置中气体只有CO2
C．时，装置中木炭的质量为2.4g
D．装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应
【答案】D
【分析】高温条件下，氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，碳与二氧化碳反应生成一氧化碳。设至少需要木炭的质量为x，生成二氧化碳的质量为y，
x=6g
y=2.2g，
设2.2g二氧化碳消耗炭粉的质量为z，
z=0.6g，
所以反应结束后剩余炭粉的质量=8.4g-6g-0.6g=1.8g，二氧化碳全部转化为一氧化碳。
【详解】A、由分析可知，a点炭粉剩余的质量=8.4g-6g=2.4g，故说法错误；
B、由分析可知，时，装置中气体只有一氧化碳，故说法错误；
C、由分析可知，时，装置中木炭的质量为1.8g，故说法错误；
D、由分析可知，装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应生成一氧化碳，故说法正确。
故选D。
8．将一定质量的氧化铜粉末与1.5g碳单质的超细粉末装入试管后混合均匀，并在高温的条件下充分反应，实验过程中试管内固体质量的变化情况如下图所示，下列说法中正确的是(提示：碳单质只与氧化铜反应)
A．a的数值为17.2B．参加反应的氧化铜的质量为20g
C．13.1g剩余固体中含有12.8g铜D．此过程中，碳单质发生了还原反应
【答案】C
【分析】由可得：ag-13.1g为生成二氧化碳的质量，根据题意可得有以下两种情况：
①当碳完全反应时，则（ag-13.1g）××100%=1.5g，a=18.6g，原混合固体中氧化铜的质量=18.6g-1.5g=17.1g，根据质量守恒定律可得参加反应的氧化铜的质量=（17.1g-13.1g）×100%=20g大于17.1g，故碳不能完全反应，此种情况不符合实际；
②当碳剩余时，根据质量守恒定律可得（ag-13.1g）××100%=（ag-1.5g）××100%，解得a=17.5g，原混合固体中氧化铜的质量=17.5g-1.5g=16g，生成铜的质量=16g××100%=12.8g。
【详解】A、由分析可知，a=17.5，故选项说法错误；
B、由分析可知，当参加反应的氧化铜的质量为20g时，不符合实际情况，故选项说法错误；
C、由分析可知，生成铜的质量为12.8g，故选项说法正确；
D、根据可知，在此反应中，碳夺取了氧化铜中的氧，被氧化，发生了氧化反应，体现出还原性，故选项说法错误；
故选C。
9．碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。
根据所学知识回答：
(1)图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为_______________，常温下碳的化学性质_______________，(填“活泼”或“不活泼”)。
(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是_____________________。
(3)写出石墨充分燃烧的化学方程式___________________________。
【答案】4 不活泼 碳原子的排列方式不同 C+O2CO2
【解析】(1)①为碳原子的结构示意图，离圆圈最远的弧线表示最外层，则其碳原子最外层电子数为4；既不容易得到电子，也不容易失去电子，则常温下碳的化学性质不活泼。(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是碳原子的排列方式不同。(3)石墨充分燃烧生成二氧化碳气体，反应的化学方程式为。
10．阅读下面科普短文。
纳米海绵是一种新型环保清洁产品，具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍。
纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。经过改良的纳米海绵具有良好的吸油能力、循环利用性以及环境友好等特性，可用于解决海上石油泄漏造成的污染。科学家测定了纳米海绵对不同油品的吸收能力(吸油质量比越高，其吸油能力越强)，结果如图1。吸油能力的差异性取决于油品自身的密度。油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。
纳米海绵还具有良好的循环利用性。通过挤压，可将纳米海绵吸附的油品挤出，经洗涤干燥后再次使用。图2为两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果。
随着科学技术的发展，纳米海绵的性能会不断提升，更好的服务于生活、生产。
依据文章内容回答下列问题。
(1)纳米海绵可以吸附物体表面污渍的原因是 。
(2)环己烷(C6H12)中，碳元素和氢元素的质量比为 。
(3)纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，其原因是 。
(4)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等。
②纳米海绵对环己烷吸收能力最强。
(5)由图2得到的实验结论：在其他条件相同时， ，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差。
【答案】(1)具有网状多孔的结构
(2)6：1
(3)柴油的密度比黑芝麻油大
(4) 对 错
(5)循环使用次数1～8之间
【详解】（1）纳米海绵具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍，故填具有网状多孔的结构。
（2）元素质量比等于相对分子质量乘以个数的比，即。
（3）油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，说明柴油的密度比黑芝麻油大，故填柴油的密度比黑芝麻油大。
（4）①纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。故纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等，说法正确，故填对；
②油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。故纳米海绵对四氯化碳吸收能力最强，说法错误，故填错；
（5）由图2两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果，可知在其他条件相同，循环使用次数1~8之间时，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差，故填循环使用次数1～8之间。
11．中国“芯”彰显中国“智”造。芯片的基体材料是高纯硅｡如图是工业上以石英砂（主要成分是SiO2）为主要原料制取纯硅的一种工艺流程，请回答下列问题：
（1）SiO2中Si元素的化合价为 ｡
（2）流程①中发生反应的化学方程式为，该反应中焦炭表现出 （选填“还原”或“氧化”）性｡
（3）流程②中发生反应的基本类型是 ，写出流程③的化学方程式： ，该反应要在无氧气的环境中进行，原因是 （答出一种即可）｡
【答案】 +4价 还原 化合反应 2H2+SiCl4Si+4HCl 防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化）
【详解】（1）SiO2中氧元素的化合价为-2价，设Si元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价的代数和为零，则x+(-2)×2=0，得x=+4价，故填：+4价；
（2）由化学方程式可知，焦炭将SiO2还原成Si，所以焦炭在此反应中表现出还原性，故填：还原；
（3）流程②中发生的反应为Si + Cl2→SiCl4，该反应是由两种物质生成一种物质，属于化合反应；流程③中H2和SiCl4在高温条件下，生成Si和HCl，反应的化学方程式为：2H2+SiCl4Si+4HCl；该反应要在无氧气的环境中进行，原因是防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化），故填：化合反应；2H2+SiCl4Si+4HCl；防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化）。
12．在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示，请回答下列问题：
(1)此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： ，左侧试管中的现象是 ；
(2)加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣
【提出问题】试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
甲同学的猜想：铜和氧化铜
乙同学的猜想：氧化铜和碳
丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜
丁同学的猜想：铜
你的猜想： ；
【收集证据】同学们一致认为，乙同学的猜想错误，原因是（用化学方程式表示） ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量（m）与加热时间（t）的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 （填“”、“”、“”或“”）
【讨论交流】
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，正确的操作是 （填字母）。
A．先熄灭酒精灯，再撤出导气管
B．先撤出导气管，再熄灭酒精灯
②此实验中体现的碳的化学性质可用于 （填一种用途）。
【答案】(1) 使火焰集中并提高温度 黑色固体中出现紫红色固体
(2) 铜、碳（或Cu、C） B 冶金工业
【详解】（1）在酒精灯火焰上罩网罩的目的是集中火焰，减少空气的流动，提高温度；左侧试管中氧化铜和碳都是黑色的粉末，反应生成的铜是红色的，所以现象是黑色固体中有红色固体产生。
（2）[猜想与假设]加热一段时间后停止加热，氧化铜和碳发生反应生成铜和二氧化碳，则反应进程考虑四种情况：①氧化铜和碳恰好完全反应，则固体只有铜；②碳粉过量，则固体是铜和碳；③氧化铜过量，则固体是铜和氧化铜；④加热一段时间，部分反应物反应生成了铜，反应时间不足，停止加热，不再反应，同时剩余氧化铜和碳，则固体为铜、碳和氧化铜混合物；
[收集证据]乙同学的猜想：氧化铜和碳，是不对的，因为氧化铜和碳高温发生反应生成铜和二氧化碳，用化学方程式表示为C+2CuO2Cu+CO2↑，反应已经进行一定时间，反应发生会产生铜，猜想中必须有铜；第一次对固体停止加热的时间点是t2，由于碳和氧化铜发生了反应，则一定有铜生成，则不可能是t1， 由于固体成分是碳、铜和氧化铜，说明再一次反应时仍然有铜生成，则选t2；
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，应先撤出导气管，再熄灭酒精灯，防止溶液倒流到试管，故选B；
②此实验中体现的碳的化学性质——还原性，则可用于冶金工业。
13．为测定 10g 氧化铜样品（含少量铜）中氧化铜的质量分数，在高温的条件下加入足量木炭粉使其完全反应，固体总质量随时间的变化如图所示：
(1)完全反应后，产生二氧化碳的总质量是 ；
(2)试计算氧化铜样品中氧化铜的质量分数（写出计算过程）。
【答案】(1)2.2g
(2)解：设氧化铜样品中氧化铜的质量为x。
氧化铜样品中氧化铜的质量分数为
答：氧化铜样品中氧化铜的质量分数为80%。
【详解】（1）根据图像可知，固体质量减少量为生成的二氧化碳的质量， ，故完全反应后，产生二氧化碳的总质量为2.2g，故填：2.2g。
（2）见答案。
了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。
掌握单质碳的化学性质，熟悉碳与氧气、某些氧化物的反应。
熟悉木炭还原氧化铜的实验，了解还原反应。
重点:
金刚石、石墨的物理性质和用途；碳与氧气和氧化铜的反应。
难点:
碳与某些氧化物的反应；还原反应。
碳单质
金刚石
石墨
C60
化学式
C
C
C60
构成微粒
由碳原子构成
由碳原子构成
由C60分子构成
结构
物理性质
无色透明的的固体。天然存在的最硬的物质。
特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。
灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的导电性。
有特殊的物理性质
用途
制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃；
金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。
作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂
用于超导、催化、
材料科学等领域
物理性质不同的原因
金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因：
原子的排列方式不同
反应物
氧气充足，碳完全燃烧
氧气不足，碳不完全燃烧
化学方程式
C + O2 点燃 CO2
2C + O2 点燃 2CO
质量比
碳与氧气的质量比为 3 ：8
碳与氧气的质量比为 3 ：4
结论
反应物相同时，若反应物的用量不同，则生成物不同
反应后物质
成分分析
碳与氧气的质量比< 3/8，反应后物质是CO2和O2
碳与氧气的质量比= 3/8，反应后物质是CO2
碳与氧气的质量比介于3/8和3/4时，反应后物质是CO2和CO
碳与氧气的质量比= 3/4，反应后物质是CO
碳与氧气的质量比> 3/8，反应后物质是CO和C
应用
（1）作燃料
（2）证明某物质含有碳元素（证明燃烧有二氧化碳生成）：点燃该物质，火焰上方罩内壁涂有澄清石灰水的烧杯，若浑浊，则有二氧化碳生成，从而证明该物质含有碳元素。
实验现象
= 1 \* GB3 ①黑色粉末逐渐变成光亮的红色；
= 2 \* GB3 ②澄清石灰水变浑浊。
化学方程式
C + 2CuO 2Cu+CO2↑
实验结论
生成了红色的铜和二氧化碳；
C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。
实验注意点
（1）木炭粉和氧化铜粉末烘干的原因： 防止木炭与水蒸气反应生成的氢气和一氧化碳与氧化铜反应。
（2）火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
（3）实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
（4）待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
（5）木炭配比比理论值稍微多一点，因为木炭会和试管中的氧气反应，
应用
（1）冶炼金属（炼铁）：2Fe2O3+3C高温4Fe+3CO2↑
（2）与二氧化碳反应：C+CO2高温2CO（吸热反应）
（烧得很旺的煤炉，添加大量的新煤后，炉火温度降低）
甲
乙
碳和氧化铜的质量比
1:9
1:10
1:11
1:12
1:13
实验现象
混有少量黑色物质
混有很少量黑色物质
混有极少量黑色物质
无黑色物质
混有较多黑色物质
________填写在（2）处，澄清石灰水变浑浊
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、碳的单质
1．碳单质的物理性质和用途
【易错提醒】
1．C60 中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。
2．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
3．同种元素组成的纯净物才是单质。
4．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。
2．其它碳单质
（1）焦炭、木炭、活性炭和炭黑主要成分也是 ，结构与 类似。
木炭、活性炭有 的结构，因此有 ，活性炭的 比木炭强。
（2）活性炭的应用：可用于 中除去毒气、制糖业中 以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。
防毒面具 环保活性炭包 冰箱除臭剂
（3）活性炭、木炭的吸附性是 而不是 。
【易错提醒】
“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。
二、碳单质的化学性质
碳的几种单质物理性质各不相同，而化学性质却 。
（由于碳的不同单质参加化学反应的 ，所以它们的化学性质是相似的。）
1． 下碳的化学性质
（1）原因：碳原子的最外层电子数为4，常温下 。
（2）用途：用炭黑制成的 书写绘画，档案资料用 书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
湖北出土的战国古墨 碳素墨水记录的上世纪80年代的工资表
2．
3.还原性
木炭还原氧化铜的实验
三、氧化还原反应
高温
1.碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
2.氧化还反应分析
CuO 氧元素，有氧化性，是氧化剂，被 ，发生 反应
C 氧元素，有还原性，是还原剂，被 ，发生 反应
：物质结合氧元素的反应。
：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
氧化剂：在反应中 的物质，具有 ，如CuO；
还原剂：在反应中 的物质，具有 ，如C、CO、H2等；
1．判断题
（1）金刚石很硬，所以可以用作装饰品( )
（2）航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( )
（3）石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( )
（4）金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同( )
（5）一种元素可能形成几种单质( )
（6）同种元素组成的不同种单质性质相同( )
（7）相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( )
（8）金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化( )
（9）金刚石和石墨混合在一起得到的肯定是纯净物( )
（10）金刚石和石墨的物理性质有很大差异是因为构成它们的原子大小不同( )
（11）金刚石和石墨常温下均为黑色固体，且硬度很大( )
（12）碳纳米管是一种新型的化合物。( )
（13）木炭、活性炭的主要成分是单质碳，因为它们具有疏松多孔的结构，都具有吸附性。( )
（14）活性炭的吸附性很强，可用作食品脱色剂( )
（15）石墨有滑腻感，具有导电性、还原性和常温下化学性质很稳定等性质( )
（16）用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色是因为碳具有还原性( )
（17）在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( )
（18）焦炭具有可燃性，可用于冶炼金属铁( )
（19）碳和氧气反应无论生成物是什么，都要放出热量( )
（20）有关 的反应中CuO发生了氧化反应( )
（21）加热氧化铜与木炭的混合物，红色粉末变黑，生成使澄清石灰水变浑浊的气体( )
（22）炽热的碳能还原二氧化碳( )
2．“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
(1)金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 ；
(2)干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 性；
(3)活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 性。
3．根据图片信息回答问题：
(1)古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质 ；
(2)石墨做电刷因为石墨具有 性、 性、熔点高的性质；
(3)防毒面具用活性炭做滤毒剂是因为它具 结构，有很强的 能力；
4．碳和碳的氧化物与我们的生活密切相关，请依据图示回答问题。
(1)图1是碳原子结构示意图，其原子核内质子数为 ，该元素在元素周期表中位于第 周期。
(2)碳元素组成的不同碳单质有广泛的用途。图2中用到的碳单质是 ，图3中用到的碳单质是 ，图4中用到的碳单质是 ；不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是 。
5．阅读下列短文，回答问题：
石墨、石墨烯、碳纳米管都是碳单质。石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
(1)从石墨中剥离出石墨烯属于 变化。
(2)石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大，原因是 。
(3)中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。下列石墨的性质与石墨制成的电刷无关的是
A．滑腻感B．还原性C．稳定性D．导电性
(4)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质 ；水的净化过程中通常会利用活性炭的 性除去色素和异味，因为其具有 的结构。
►问题一 同种元素组成的物质
【典例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是
A．臭氧（）B．液氧C．一氧化碳D．二氧化碳
【解题必备】
1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
2．同种元素组成的纯净物才是单质。
【变式1-1】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①②B．只有②③C．只有③④D．①②③④
【变式1-2】某物质含有一种元素
A．可能是纯净物也可能是混合物B．可能是单质也可能是化合物
C．一定是混合物D．一定是纯净物
►问题二 金刚石、石墨和C60
【典例2】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
【解题必备】
1．金刚石的性质和对应的用途：
（1）无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；
（2）硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；
（3）金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。
2．石墨的性质和对应的用途：
（1）石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；
（2）导电性好，可做电极；
（3）导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板；
3．石墨转化为金刚石是化学变化。
4．C60有特殊的物理和化学性质，可用于超导、催化、材料科学等领域。
【变式2-1】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是
A．石墨具有良好的导电性B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化
C．石墨可用于制作铅笔芯D．石墨常温下化学性质不活泼
【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是
A．组成的元素不同B．原子排列方式不同
C．构成的原子不同D．原子的结构不同
►问题三 碳单质的化学性质
【典例3】宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳
A．还原性好B．化学性质不活泼C．导电性能好D．吸附能力强
【解题必备】
常温下，碳的化学性质稳定。
可燃性
氧气充足，生成二氧化碳 C + O2 点燃 CO2
氧气不足，生成一氧化碳 2C + O2 点燃 2CO
还原性
（1）碳与氧化铜反应：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）碳与氧化铁反应：3C +2 Fe2O3 4Fe+3CO2↑
（3）碳与氧化铜反应：C + CO2 2CO
【变式3-1】将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是
A．COB．CO2和COC．O2和CO2D．无法确定
【变式3-2】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。
(1)X 的化学式为 。
(2)反应①的基本反应类型为 。
(3)该反应说明木炭具有 性。
►问题四 实验探究木炭还原氧化铜
【典例4】下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是
A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊
B．核反应中木炭具有还原性
C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8
D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度
【解题必备】
（1）化学方程式：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，澄清石灰水变浑浊。
（3）注意点： = 1 \* GB3 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
= 2 \* GB3 ②实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
= 3 \* GB3 ③待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
【变式4-1】用木炭还原氧化铜的实验如图所示：
(1)酒精灯加网罩的目的是 。
(2)刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是 。
(3)继续加热，观察到试管①中的现象是 。
(4)请写出试管①中发生反应的化学方程式是： ，该反应中木炭发生了 反应(填“氧化”或“还原”)；表示反应停止的现象 。
(5)该实验结束后，应先 然后再 。
【变式4-2】实验室将一定量的碳粉和氧化铜粉末混合共热，剩余固体随着时间的关系如图。下列说法不正确的是
A．t1时反应刚开始
B．生成铜的质量一定为ng
C．生成气体的质量为(m-n)g
D．剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变
►问题五 氧化还原反应
【典例5】我国古代将炉甘石(主要成分为ZnCO3)和木炭粉混合后加热到约800℃，有如下2个反应。下列说法不正确的是
①ZnCO3ZnO+CO2↑
②C+2ZnO2Zn+X↑
A．X的化学式为CO2B．反应①中元素化合价均没变
C．反应②中ZnO发生了还原反应D．反应②中碳具有氧化性
【解题必备】
以木炭还原氧化铜（C + 2CuO 2Cu+CO2↑）为例：
CuO失去氧元素，被还原，发生还原反应，是氧化剂，具有氧化性；
C夺取氧元素，被氧化，发生氧化反应，是还原剂，具有还原性 。
【变式5-1】明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．CB．SnO2C．COD．Sn
【变式5-2】工业上用石英砂、焦炭为原料制粗硅的化学方程式为。下列有关说法错误的是
A．反应中SiO2失去氧，发生氧化反应B．反应前后，碳元素的化合价升高
C．在该反应里，焦炭具有还原性D．参加反应的SiO2与C的质量比为5：2
1．在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列，高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是( )
A．稳定性B．滑腻感C．还原性D．导电性
2．“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是
A．石墨不具有润滑性B．C60单质是由碳原子直接构成的
C．金刚石和石墨都能导电D．常温下碳的化学性质不活泼
3．碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是
A．它是石墨B．它由碳原子构成C．它的结构不稳定D．它可用于超导领域
4．碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米的空心管，下列说法错误( )
A．碳纳米管是一种新型的化合物
B．碳纳米管常温下性质稳定
C．碳纳米管完全燃烧生成物是CO2
D．碳纳米管材料管道多，表面积大吸附强
5．关于碳的化学性质不正确的是( )
A．温度越高，碳的活动性越强
B．高温时碳能与二氧化碳反应
C．碳在氧气中充分燃烧是放热反应，而不充分燃烧时是吸热反应
D．碳在常温下能长时间保存不变质
6．铁制的菜刀在生产时要通过“粹火”处理来增加刀的硬度，具体操作是将红热的菜刀浸入水中急速冷却。此时发生反应如下，该反应中属于还原剂的是
A．FeB．H2OC．Fe3O4D．H2
7．如图所示是碳与氧化铜反应的实验装置，下列说法错误的是（ ）
A．网罩的作用：集中火焰并提高温度
B．理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量
C．a中黑色粉末变红说明碳具有还原性
D．反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
8．明代宋应星所著的《天工开物》中记载了用炉甘石（）与煤炭饼“火法炼锌”的方法，其中一个反应的化学方程式为。下列说法不正确的是
A．反应前后碳元素的化合价升高B．该反应说明碳具有还原性
C．碳与氧化锌的质量比为6：81D．“火法炼锌”过程中煤炭饼只能提供热量
9．物质的结构与性质、用途有密切关联，根据下图回答问题：
(1)图A表示的物质是由 (填“分子”或“原子”)构成。
(2)图B表示的物质可作铅笔芯的原因 ，图C表示的物质硬度大，可用作 。
(3)图B、C所表示的两种物质的物理性质不同的原因是 。
(4)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。从微观结构上分析，木炭具有 的结构，具有吸附性。
(5)在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是 ，使档案能长久保存。
10．在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的 不同。
(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有 的结构。
(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是 。
(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为 。
11．木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。化学兴趣小组按照课本实验方法(如图甲)，做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，他们决定对这个实验进行探究和改进。
(1)木炭与氧化铜反应的化学方程式是 。
(2)使用甲装置进行实验，在实验结束时先将导管从石灰水中移出再熄灭酒精灯的目的是 。
(3)甲图中酒精灯外加网罩的作用是 。
(4)检查了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
(5)待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。
12．为探究木炭还原氧化铜的最佳条件，用木炭粉和氧化铜进行一系列实验。
【查阅资料】
①木炭还原氧化铜得到铜中可能含有少量的氧化亚铜；
②氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸发生反应：；
③铜不能和稀硫酸发生化学反应。
【进行实验】取一定量的混合物，用如图所示的装置进行多次实验，获得如下实验数据与现象
【解释与结论】
(1)实验装置中，酒精灯加金属网罩的作用是 。
(2)表格中的实验现象是 ；本实验反应的化学方程式是 。
(3)由上述实验可以得到的结论是：木炭粉与氧化铜的质量比为 时，条件最佳。
(4)为了检验生成的红色固体中是否含有Cu2O，所需试剂是 。
(5)实验结束后，应当先 ，再 ，防止发生倒吸炸裂试管。
(6)下列有关该实验的说法不正确的是 。
a.反应开始的标志是试管b中气泡产生
b.这个反应不属于化合反应
c.铜元素是地壳中含量最高的金属元素
1．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，下列有关这三种物质的叙述，正确的是
A．物理性质相同B．碳原子的排列方式不同
C．在氧气中充分燃烧的产物不同D．石墨转化为金刚石是物理变化
2．2024年4月17日，全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是
A．提取过程中碳元素的质量不变B．制成的钻石中碳原子之间有间隔
C．制成的钻石中碳原子不运动D．常温下钻石的化学性质很稳定
3．氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似。下列说法错误的是（ ）
A．氮化硼由分子构成B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼属于化合物D．氮化硼可用于切割玻璃
4．科学家发现由C60制取的化合物M具有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述错误的是 ( )
A．由C60制取M的过程中发生了化学变化
B．化合物M中含有碳元素
C．C60中的碳原子比石墨中的大
D．C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
5．碳的单质除了金刚石、石墨和C60外，科学家们还合成了C90、C240、C540等系列物质，据此可作出的推测是（ ）
①同一种元素可以形成多种单质；
②单质可能存在复杂的分子结构；
③单质的研究具有广阔的前景；
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。
只有①②B．只有②③
C．只有③④D．①②③④
6．实验室利用下图装置进行碳还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是
A．装置①中固体变成红色，说明有单质铜生成
B．装置②用于收集CO2
C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始
D．若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，反应过程中还会产生一氧化碳，需进行尾气处理
7．兴趣小组同学将80g氧化铜和8.4g的炭粉在隔绝空气的密闭装置中持续加强热，通过传感器测得装置内CO2的质量变化如图所示。下列说法正确的是
A．a点炭粉一定完全反应
B．时，装置中气体只有CO2
C．时，装置中木炭的质量为2.4g
D．装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应
8．将一定质量的氧化铜粉末与1.5g碳单质的超细粉末装入试管后混合均匀，并在高温的条件下充分反应，实验过程中试管内固体质量的变化情况如下图所示，下列说法中正确的是(提示：碳单质只与氧化铜反应)
A．a的数值为17.2B．参加反应的氧化铜的质量为20g
C．13.1g剩余固体中含有12.8g铜D．此过程中，碳单质发生了还原反应
9．碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。
根据所学知识回答：
(1)图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为_______________，常温下碳的化学性质_______________，(填“活泼”或“不活泼”)。
(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是_____________________。
(3)写出石墨充分燃烧的化学方程式___________________________。
10．阅读下面科普短文。
纳米海绵是一种新型环保清洁产品，具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍。
纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。经过改良的纳米海绵具有良好的吸油能力、循环利用性以及环境友好等特性，可用于解决海上石油泄漏造成的污染。科学家测定了纳米海绵对不同油品的吸收能力(吸油质量比越高，其吸油能力越强)，结果如图1。吸油能力的差异性取决于油品自身的密度。油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。
纳米海绵还具有良好的循环利用性。通过挤压，可将纳米海绵吸附的油品挤出，经洗涤干燥后再次使用。图2为两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果。
随着科学技术的发展，纳米海绵的性能会不断提升，更好的服务于生活、生产。
依据文章内容回答下列问题。
(1)纳米海绵可以吸附物体表面污渍的原因是 。
(2)环己烷(C6H12)中，碳元素和氢元素的质量比为 。
(3)纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，其原因是 。
(4)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等。
②纳米海绵对环己烷吸收能力最强。
(5)由图2得到的实验结论：在其他条件相同时， ，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差。
11．中国“芯”彰显中国“智”造。芯片的基体材料是高纯硅｡如图是工业上以石英砂（主要成分是SiO2）为主要原料制取纯硅的一种工艺流程，请回答下列问题：
（1）SiO2中Si元素的化合价为 ｡
（2）流程①中发生反应的化学方程式为，该反应中焦炭表现出 （选填“还原”或“氧化”）性｡
（3）流程②中发生反应的基本类型是 ，写出流程③的化学方程式： ，该反应要在无氧气的环境中进行，原因是 （答出一种即可）｡
12．在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示，请回答下列问题：
(1)此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： ，左侧试管中的现象是 ；
(2)加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣
【提出问题】试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
甲同学的猜想：铜和氧化铜
乙同学的猜想：氧化铜和碳
丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜
丁同学的猜想：铜
你的猜想： ；
【收集证据】同学们一致认为，乙同学的猜想错误，原因是（用化学方程式表示） ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量（m）与加热时间（t）的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 （填“”、“”、“”或“”）
【讨论交流】
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，正确的操作是 （填字母）。
A．先熄灭酒精灯，再撤出导气管
B．先撤出导气管，再熄灭酒精灯
②此实验中体现的碳的化学性质可用于 （填一种用途）。
13．为测定 10g 氧化铜样品（含少量铜）中氧化铜的质量分数，在高温的条件下加入足量木炭粉使其完全反应，固体总质量随时间的变化如图所示：
(1)完全反应后，产生二氧化碳的总质量是 ；
(2)试计算氧化铜样品中氧化铜的质量分数（写出计算过程）。了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。
掌握单质碳的化学性质，熟悉碳与氧气、某些氧化物的反应。
熟悉木炭还原氧化铜的实验，了解还原反应。
重点:
金刚石、石墨的物理性质和用途；碳与氧气和氧化铜的反应。
难点:
碳与某些氧化物的反应；还原反应。
碳单质
金刚石
石墨
C60
化学式
构成微粒
由 构成
由 构成
由 构成
结构
物理性质
无色透明的的固体。天然存在的最 的物质。
特殊条件下制备的金刚石薄膜 好、 大；
好。
的有金属光泽的固体；很 ，有 ；熔点高，有良好的 。
有特殊的物理性质
用途
制装饰品(钻石)；制钻头、 、 ；
金刚石薄膜用作
；用于
。
作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂
用于超导、催化、
材料科学等领域
物理性质不同的原因
金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因：
反应物
氧气充足，碳
氧气不足，碳
化学方程式
质量比
碳与氧气的质量比为
碳与氧气的质量比为
结论
反应物相同时，若 不同，则 不同
反应后物质
成分分析
碳与氧气的质量比< 3/8，反应后物质是
碳与氧气的质量比= 3/8，反应后物质是
碳与氧气的质量比介于3/8和3/4时，反应后物质是
碳与氧气的质量比= 3/4，反应后物质是
碳与氧气的质量比> 3/8，反应后物质是
应用
（1）作燃料
（2）证明某物质含有碳元素（证明燃烧有二氧化碳生成）：
实验现象
= 1 \* GB3 ①黑色粉末逐渐变成 ；
= 2 \* GB3 ②澄清石灰水 。
化学方程式
实验结论
生成了红色的 和 ；
C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。
实验注意点
（1）木炭粉和氧化铜粉末烘干的原因： 防止木炭与水蒸气反应生成的氢气和一氧化碳与氧化铜反应。
（2）火焰加金属网罩的目的： 。
（3）实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的： 。
（4）待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因： 。
（5）木炭配比比理论值稍微多一点，因为木炭会和试管中的氧气反应，
应用
（1）冶炼金属（炼铁）：
（2）与二氧化碳反应： （吸热反应）
（烧得很旺的煤炉，添加大量的新煤后，炉火温度降低）
甲
乙
碳和氧化铜的质量比
1:9
1:10
1:11
1:12
1:13
实验现象
混有少量黑色物质
混有很少量黑色物质
混有极少量黑色物质
无黑色物质
混有较多黑色物质
________填写在（2）处，澄清石灰水变浑浊
第六单元 走进化学世界
课题1 碳单质的多样性
板块导航
01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务
02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆
03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识
04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点
05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务
06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养
一、碳的单质
1．碳单质的物理性质和用途
【易错提醒】
1．C60 中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。
2．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
3．同种元素组成的纯净物才是单质。
4．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。
2．其它碳单质
（1）焦炭、木炭、活性炭和炭黑主要成分也是碳单质，结构与石墨类似。
木炭、活性炭有疏松多孔的结构，因此有吸附性，活性炭的吸附作用比木炭强。
（2）活性炭的应用：可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；水的净化处理；冰箱去味；吸附装修产生的有害气体。
防毒面具 环保活性炭包 冰箱除臭剂
（3）活性炭、木炭的吸附性是物理性质而不是化学性质。
【易错提醒】
“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。
二、碳单质的化学性质
碳的几种单质物理性质各不相同，而化学性质却相似。
（由于碳的不同单质参加化学反应的最小粒子是相同的碳原子，所以它们的化学性质是相似的。）
1．常温下碳的化学性质不活泼
（1）原因：碳原子的最外层电子数为4，常温下不易得失电子。
（2）用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案资料用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
湖北出土的战国古墨 碳素墨水记录的上世纪80年代的工资表
2．可燃性
3.还原性
木炭还原氧化铜的实验
三、氧化还原反应
高温
1.碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
2.氧化还反应分析
CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应
C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应
氧化反应：物质结合氧元素的反应。
还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO；
还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等；
1．判断题
（1）金刚石很硬，所以可以用作装饰品( )
（2）航天飞机表面覆盖石墨瓦，主要是利用石墨熔点高、化学性质稳定( )
（3）石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨质软，颜色为深灰色，因为常温下碳的化学性质不活泼，所以用墨书写的文字可以长时间保存。( )
（4）金刚石硬度大，石墨质地较软，其主要原因是两者的构成微粒不同( )
（5）一种元素可能形成几种单质( )
（6）同种元素组成的不同种单质性质相同( )
（7）相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同( )
（8）金刚石、石墨与足球烯之间的转化为化学变化( )
（9）金刚石和石墨混合在一起得到的肯定是纯净物( )
（10）金刚石和石墨的物理性质有很大差异是因为构成它们的原子大小不同( )
（11）金刚石和石墨常温下均为黑色固体，且硬度很大( )
（12）碳纳米管是一种新型的化合物。( )
（13）木炭、活性炭的主要成分是单质碳，因为它们具有疏松多孔的结构，都具有吸附性。( )
（14）活性炭的吸附性很强，可用作食品脱色剂( )
（15）石墨有滑腻感，具有导电性、还原性和常温下化学性质很稳定等性质( )
（16）用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色是因为碳具有还原性( )
（17）在氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳。( )
（18）焦炭具有可燃性，可用于冶炼金属铁( )
（19）碳和氧气反应无论生成物是什么，都要放出热量( )
（20）有关 的反应中CuO发生了氧化反应( )
（21）加热氧化铜与木炭的混合物，红色粉末变黑，生成使澄清石灰水变浑浊的气体( )
（22）炽热的碳能还原二氧化碳( )
【答案】(1) × (2) √ (3) √ (4) × (5) √ (6) × (7)√ (8) √ (9) × (10) × (11) × (12)× (13) √ (14) √ (15) √ (16) × (17) √ (18) × (19)√ (20) × (21) × (22)√
2．“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
(1)金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 ；
(2)干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 性；
(3)活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 性。
【答案】(1)碳原子排列方式不同
(2)导电
(3)吸附
【详解】（1）金刚石和石墨都是碳单质，两者的性质差异大，金刚石硬度大、正八面体结构，石墨灰黑色的细鳞片状固体，原因是碳原子排列方式不同；
（2）使用石墨作为电极材料，说明石墨具有导电性；
（3）活性炭能作为冰箱除味剂，也能吸附水中的色素和异味，是因为活性炭有疏松多孔的结构，具有吸附性。
3．根据图片信息回答问题：
(1)古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质 ；
(2)石墨做电刷因为石墨具有 性、 性、熔点高的性质；
(3)防毒面具用活性炭做滤毒剂是因为它具 结构，有很强的 能力；
【答案】(1)不活泼（或稳定）
(2) 导电 润滑
(3) 疏松多孔 吸附
【详解】（1）古画保存很长时间而不变色的原因：常温下，碳的化学性质不活泼（稳定），不易与其它物质发生反应，故填：不活泼（或稳定）；
（2）石墨做电刷是因为石墨具有导电性、润滑性和熔点高的性质，故填：导电；润滑；
（3）活性炭具有疏松多孔的结构，从而具有吸附性，可以在防毒面具中做滤毒剂，故填：疏松多孔；吸附。
4．碳和碳的氧化物与我们的生活密切相关，请依据图示回答问题。
(1)图1是碳原子结构示意图，其原子核内质子数为 ，该元素在元素周期表中位于第 周期。
(2)碳元素组成的不同碳单质有广泛的用途。图2中用到的碳单质是 ，图3中用到的碳单质是 ，图4中用到的碳单质是 ；不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是 。
【答案】(1) 6 二
(2) 金刚石 石墨 活性炭 碳原子排列方式不同
【详解】（1）在原子结构示意图中，圆圈内的数字即为质子数，碳原子原子序数为6，因此碳原子核内有6个质子；
在原子结构示意图中，原子的电子层数即为该元素所在的周期数，碳原子的核外有2个电子层，因此碳元素在元素周期表中位于第二周期；
（2）图2中用到的碳单质是金刚石，金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用来裁玻璃；
图3中用到的碳单质是石墨，石墨质软，且呈深灰色，可用于制铅笔芯；
图4中用到的碳单质是活性炭，活性炭具有吸附性，可以作吸味剂；
不同碳单质物理性质存在明显差异的原因是碳原子排列方式不同。
5．阅读下列短文，回答问题：
石墨、石墨烯、碳纳米管都是碳单质。石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。
(1)从石墨中剥离出石墨烯属于 变化。
(2)石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大，原因是 。
(3)中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。下列石墨的性质与石墨制成的电刷无关的是
A．滑腻感B．还原性C．稳定性D．导电性
(4)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质 ；水的净化过程中通常会利用活性炭的 性除去色素和异味，因为其具有 的结构。
【答案】(1)化学
(2)原子排列方式不同
(3)B
(4) 稳定 吸附 疏松多孔
【详解】（1）从石墨中剥离出石墨烯，有新物质的生成，属于化学变化；
（2）结构决定性质，因为原子排列方式不同，所以石墨、石墨烯、碳纳米管的物理性质差异较大；
（3）高铁动车的运行依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力体现出石墨的滑腻感、稳定性、导电性，故选B；
（4）①“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质稳定；
②水的净化过程中通常会利用活性炭的吸附性除去色素和异味；
③活性炭具有疏松多孔的结构，所以具有吸附性，能除去水中的异味和色素。
►问题一 同种元素组成的物质
【典例1】由同种元素组成的不同种单质称为同素异形体。比如：红磷与白磷都是由磷元素组成的单质互为同素异形体。下列和氧气互为同素异形体的是
A．臭氧（）B．液氧C．一氧化碳D．二氧化碳
【答案】A
【详解】A、臭氧和氧气是由氧元素形成的不同单质，互为同素异形体，故选项正确；
B、液氧是液态的氧气，与氧气是同一种物质，不是同素异形体，故选项错误；
C、一氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误；
D、二氧化碳是由碳、氧元素形成的化合物，与氧气不是同素异形体，故选项错误。
故选A。
【解题必备】
1．同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）
2．同种元素组成的纯净物才是单质。
【变式1-1】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①②B．只有②③C．只有③④D．①②③④
【答案】D
【详解】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。
【变式1-2】某物质含有一种元素
A．可能是纯净物也可能是混合物B．可能是单质也可能是化合物
C．一定是混合物D．一定是纯净物
【答案】A
【详解】一种元素可组成不同的单质，如由氧元素组成的单质有氧气和臭氧，因此含有一种元素的不一定是纯净物，也有可能是由几种单质混合在一起的混合物；化合物是由两种及以上元素组成的纯净物，所以只含一种元素的一定不是化合物，故选：A。
►问题二 金刚石、石墨和C60
【典例2】根据图示，分析下列说法，其中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
【答案】A
【详解】A、金刚石、石墨、碳纳米管都是由碳原子构成的，是由分子构成的，说法错误，符合题意；
B、金刚石、石墨、碳纳米管、都属于碳单质，均可以在氧气中燃烧，说法正确，不符合题意；
C、碳纳米管具有尺寸小、导电性好等特点，说法正确，不符合题意；
D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子的排列方式不同，说法正确，不符合题意。
故选：A。
【解题必备】
1．金刚石的性质和对应的用途：
（1）无色透明，折光率高，可制成钻石做装饰品；
（2）硬度大，可制成钻头、玻璃刀、切割大理石等；
（3）金刚石薄膜透光性好、硬度大，可做光学窗口和透镜的涂层，又因为导热性好，可用于集成电路基板散热。
2．石墨的性质和对应的用途：
（1）石墨灰黑色，质软，可制作铅笔芯；
（2）导电性好，可做电极；
（3）导电性好、有滑腻感、耐高温，可做高铁列车的受电弓滑板；
3．石墨转化为金刚石是化学变化。
4．C60有特殊的物理和化学性质，可用于超导、催化、材料科学等领域。
【变式2-1】石墨是常见的碳单质。下列有关石墨说法错误的是
A．石墨具有良好的导电性B．以石墨为原料制造金刚石是物理变化
C．石墨可用于制作铅笔芯D．石墨常温下化学性质不活泼
【答案】B
【详解】A、石墨具有良好的导电性，可用作电极材料，说法正确，不符合题意；
B、以石墨为原料制造金刚石，该过程中有新物质生成，属于化学变化，说法错误，符合题意；
C、石墨质软，能在纸上留下灰黑色的痕迹，可以用于制作铅笔芯，说法正确，不符合题意；
D、石墨在常温下不易与其他物质发生化学反应，因此表现出不活泼的化学性质，说法正确，不符合题意。
故选：B。
【变式2-2】金刚石和石墨的物理性质有着很大的差异，主要原因是
A．组成的元素不同B．原子排列方式不同
C．构成的原子不同D．原子的结构不同
【答案】B
【详解】A、金刚石和石墨都是由碳元素组成，该选项不符合题意；
B、金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，则物理性质有很大差异，该选项符合题意；
C、金刚石和石墨都是由碳原子构成，该选项不符合题意；
D、构成金刚石和石墨的碳原子结构相同，该选项不符合题意。
故选B。
►问题三 碳单质的化学性质
【典例3】宋代许道宁用墨(主要成分为单质碳)所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳
A．还原性好B．化学性质不活泼C．导电性能好D．吸附能力强
【答案】B
【详解】宋代许道宁用墨（主要成分为单质碳）所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，是因为墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画长久保存不变色，是因为在常温下碳的化学性质不活泼，不易发生反应；
故选：B。
【解题必备】
常温下，碳的化学性质稳定。
可燃性
氧气充足，生成二氧化碳 C + O2 点燃 CO2
氧气不足，生成一氧化碳 2C + O2 点燃 2CO
还原性
（1）碳与氧化铜反应：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）碳与氧化铁反应：3C +2 Fe2O3 4Fe+3CO2↑
（3）碳与氧化铜反应：C + CO2 2CO
【变式3-1】将6g碳和12g氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应。则密闭容器中的物质是
A．COB．CO2和COC．O2和CO2D．无法确定
【答案】B
【详解】根据化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为：；根据化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为：；由题给条件可知，介于和之间，所以既生成了二氧化碳又生成了一氧化碳；
故选B。
【变式3-2】我国古代将炉甘石（ZnCO3）和木炭粉混合后，加热到约 800°C 可得到锌。主要发生的化学反应：①；② ，回答下列问题。
(1)X 的化学式为 。
(2)反应①的基本反应类型为 。
(3)该反应说明木炭具有 性。
【答案】(1)ZnO
(2)分解反应
(3)还原
【详解】（1）由化学反应①的化学方程式可知，反应前出现了1个锌原子、1个碳原子和3个氧原子，反应后出现了1个碳原子和2个氧原子，根据质量守恒定律，反应后尚缺的1个锌原子和1个氧原子存在于X中，则X的化学式为ZnO，故填ZnO。
（2）由化学反应①的化学方程式可知，该反应是一种物质生成两种新物质的反应，符合分解反应的特点，属于分解反应，故填分解反应。
（3）由化学反应②的化学方程式可知，反应中，碳得到氧元素形成二氧化碳，表现了碳的还原性，故填还原。
►问题四 实验探究木炭还原氧化铜
【典例4】下列关于木炭与氧化铜反应的实验说法不正确的是
A．实验中观察到黑色固体变为红色，澄清石灰水变浑浊
B．核反应中木炭具有还原性
C．若生成的气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳、氧元素的质量比小于3：8
D．酒精灯加网罩的目的是使火焰集中并提高温度
【答案】C
【详解】A、木炭与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，会看到黑色固体变为红色，同时生成的二氧化碳使澄清石灰水变浑浊，说法正确，不符合题意；
B、在该反应中木炭夺取了氧化铜中的氧，表现出还原性，说法正确，不符合题意；
C、若生成的气体中含有一氧化碳，一氧化碳中碳、氧元素质量比为 12:16=3:4，二氧化碳中碳、氧元素质量比为 3:8，所以反应时消耗碳、氧元素的质量比会大于 3:8，说法错误，符合题意；
D、酒精灯加网罩的目的主要是提高温度，而不是使火焰集中，说法正确，不符合题意。
故选C。
【解题必备】
（1）化学方程式：C + 2CuO 2Cu+CO2↑
（2）实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，澄清石灰水变浑浊。
（3）注意点： = 1 \* GB3 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
= 2 \* GB3 ②实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
= 3 \* GB3 ③待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
【变式4-1】用木炭还原氧化铜的实验如图所示：
(1)酒精灯加网罩的目的是 。
(2)刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是 。
(3)继续加热，观察到试管①中的现象是 。
(4)请写出试管①中发生反应的化学方程式是： ，该反应中木炭发生了 反应(填“氧化”或“还原”)；表示反应停止的现象 。
(5)该实验结束后，应先 然后再 。
【答案】(1)集中火焰、提高温度
(2)此时逸出的气体是试管内的空气，而非二氧化碳
(3)固体由黑色逐渐变红
(4) 氧化 ②试管中导管口没有气泡冒出
(5) ②试管中的导管移出水面 熄灭酒精灯
【详解】（1）酒精灯火焰加上网罩后火焰会集中，从而提高了火焰的温度；
（2）刚开始加热时试管内空气膨胀逸出，此时碳和氧化铜未反应，没有二氧化碳生成，所以会有气泡产生，但石灰水不会变浑浊；
（3）碳和氧化铜反应能生成铜和二氧化碳，所以试管①中的现象应该是固体由黑色逐渐变红；
（4）碳和氧化铜在高温下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为：；
该反应中木炭得到氧，发生了氧化反应；表示反应停止的现象②试管中导管口没有气泡冒出；
（5）该实验结束后，应先将②试管中的导管移出水面，然后再熄灭酒精灯，以防冷水倒吸，炸裂试管。
【变式4-2】实验室将一定量的碳粉和氧化铜粉末混合共热，剩余固体随着时间的关系如图。下列说法不正确的是
A．t1时反应刚开始
B．生成铜的质量一定为ng
C．生成气体的质量为(m-n)g
D．剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变
【答案】B
【详解】A、由图可知，t1后固体质量才开始减少，则此时才开始反应，说法正确；
B、若碳过量，则剩余固体的质量为铜和碳，则铜的质量小于ng，说法错误；
C、根据反应前后物质的总质量不变，则生成的气体的质量为(m-n)g，说法正确；
D、根据质量守恒定律，反应前后固体中铜元素的质量不变，但固体质量减小，则剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变，说法正确。
故选B。
►问题五 氧化还原反应
【典例5】我国古代将炉甘石(主要成分为ZnCO3)和木炭粉混合后加热到约800℃，有如下2个反应。下列说法不正确的是
①ZnCO3ZnO+CO2↑
②C+2ZnO2Zn+X↑
A．X的化学式为CO2B．反应①中元素化合价均没变
C．反应②中ZnO发生了还原反应D．反应②中碳具有氧化性
【答案】D
【详解】A、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C、Zn、O的个数分别是1、2、2，已知的生成物中含C、Zn、O的个数分别是0、2、0，故生成物X中还应含1个C、2个O，X的化学式为CO2，选项A正确；
B、反应①中锌元素都显+2价，碳元素都显+4价，氧元素都显-2价，化合价没发生改变，选项B正确；
C、反应②中ZnO失去氧生成Zn，发生了还原反应，选项C正确；
D、反应②中碳得到氧生成二氧化碳，具有还原性，选项D不正确。
故选D。
【解题必备】
以木炭还原氧化铜（C + 2CuO 2Cu+CO2↑）为例：
CuO失去氧元素，被还原，发生还原反应，是氧化剂，具有氧化性；
C夺取氧元素，被氧化，发生氧化反应，是还原剂，具有还原性 。
【变式5-1】明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．CB．SnO2C．COD．Sn
【答案】B
【详解】根据可知，SnO2在该过程中失去了氧，发生了还原反应。故选B。
【变式5-2】工业上用石英砂、焦炭为原料制粗硅的化学方程式为。下列有关说法错误的是
A．反应中SiO2失去氧，发生氧化反应B．反应前后，碳元素的化合价升高
C．在该反应里，焦炭具有还原性D．参加反应的SiO2与C的质量比为5：2
【答案】A
【详解】A、在该反应中，二氧化硅失去了氧，发生了还原反应，该选项说法错误；
B、C中碳元素的化合价为0，CO中氧元素化合价为-2价，根据“化合物中各元素化合价代数和为零”，则其中碳元素的化合价为+2价，则反应前后，碳元素的化合价升高，该选项说法正确；
C、在该反应中，焦炭夺取了二氧化硅中的氧，体现了焦炭的还原性，该选项说法正确；
D、由方程式可知，参加反应的SiO2与C的质量比为（28+16×2）：（12×2）=5：2，该选项说法正确。
故选A。
1．在“一带一路”伟大战略实施中，代表中国智造的高铁走在了前列，高铁动车与电路连接的石墨电刷没有用到石墨的性质是( )
A．稳定性B．滑腻感C．还原性D．导电性
【答案】C
【解析】
石墨电刷利用了石墨的导电性，电刷在运动的过程中为了减少摩擦，利用到滑腻感，同时互相摩擦产生大量的热量，要求石墨的化学性质稳定，故选C。
2．“碳家族”的成员很多。下列关于其成员说法正确的是
A．石墨不具有润滑性B．C60单质是由碳原子直接构成的
C．金刚石和石墨都能导电D．常温下碳的化学性质不活泼
【答案】D
【详解】A、石墨是自然界存在的最软的矿物之一，有滑腻感，具有润滑性，故A错误；
B、C60是由C60分子构成的，故B错误；
C、金刚石不具有导电性，故C错误；
D、常温下碳的化学性质不活泼，不易与其它物质反应，故D正确。
故选D。
3．碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是
A．它是石墨B．它由碳原子构成C．它的结构不稳定D．它可用于超导领域
【答案】D
【详解】A、如图是一种足球状的碳单质，它是C60，分析错误；
B、C60是由C60分子构成的，分析错误；
C、C60结构稳定，分析错误；
D、C60可用于超导领域，分析正确；
答案：D。
4．碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几个纳米的空心管，下列说法错误( )
A．碳纳米管是一种新型的化合物
B．碳纳米管常温下性质稳定
C．碳纳米管完全燃烧生成物是CO2
D．碳纳米管材料管道多，表面积大吸附强
【答案】A
【解析】A、碳纳米管是由碳元素组成的碳的单质,不是化合物，故说法错误；B、碳单质在常温型化学性质稳定，因此纳米碳管在常温下化学性质稳定，故说法正确；C、碳纳米管由碳元素组成，碳完全燃烧生成二氧化碳，说法正确；D、纳米碳管材料管道多，表面积大，吸附能力强，故说法正确；故选A。
5．关于碳的化学性质不正确的是( )
A．温度越高，碳的活动性越强
B．高温时碳能与二氧化碳反应
C．碳在氧气中充分燃烧是放热反应，而不充分燃烧时是吸热反应
D．碳在常温下能长时间保存不变质
【答案】C
【解析】A、常温下化学性质不活泼，但温度越高，碳的活动性越强，故选项说法正确。B、碳具有还原性，高温时碳能与二氧化碳反应，故选项说法正确。C、碳在氧气中充分燃烧是放热反应，不充分燃烧时也是放热反应，故选项说法错误。D、常温下化学性质不活泼，碳在常温下能长时间保存不变质，故选项说法正确。故选C。
6．铁制的菜刀在生产时要通过“粹火”处理来增加刀的硬度，具体操作是将红热的菜刀浸入水中急速冷却。此时发生反应如下，该反应中属于还原剂的是
A．FeB．H2OC．Fe3O4D．H2
【答案】A
【详解】在反应中，得到氧生成为，是还原剂；失去氧生成氢气，是氧化剂。
故选A。
【点睛】在化学反应中氧化剂和还原剂往往同时存在，初中一般利用“得氧”和“失氧”来判断，得氧的物质是还原剂，失氧的物质是氧化剂。
7．如图所示是碳与氧化铜反应的实验装置，下列说法错误的是（ ）
A．网罩的作用：集中火焰并提高温度
B．理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量
C．a中黑色粉末变红说明碳具有还原性
D．反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【答案】D
【解析】A、网罩可以使火焰集中，提高温度，正确。B、理论上a中减少的质量为反应生成的二氧化碳的质量，b中增加的质量为吸收二氧化碳的质量，理论上试管a中减少的质量等于试管b增加的质量，正确。C、a中黑色粉末变红，说明碳能夺走氧化铜中的氧，说明碳具有还原性，正确。D、反应结束后立即把a中的物质铜倒出来，铜可能在较高温度下与空气中的氧气发生反应生成氧化铜，所以不能反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象，错误。故选D。
8．明代宋应星所著的《天工开物》中记载了用炉甘石（）与煤炭饼“火法炼锌”的方法，其中一个反应的化学方程式为。下列说法不正确的是
A．反应前后碳元素的化合价升高B．该反应说明碳具有还原性
C．碳与氧化锌的质量比为6：81D．“火法炼锌”过程中煤炭饼只能提供热量
【答案】D
【详解】A、碳单质中碳元素化合价为0，二氧化碳中碳元素显+4价，故反应前后碳元素的化合价升高，不符合题意；
B、该反应中，碳得到氧，属于还原剂，说明碳具有还原性，不符合题意；
C、该反应中，碳与氧化锌的质量比为：，不符合题意；
D、煤炭燃烧生成二氧化碳，放出大量的热，且二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳，故“火法炼锌”过程中煤炭饼的作用是：提供热量，提供还原剂一氧化碳，符合题意。
故选D。
9．物质的结构与性质、用途有密切关联，根据下图回答问题：
(1)图A表示的物质是由 (填“分子”或“原子”)构成。
(2)图B表示的物质可作铅笔芯的原因 ，图C表示的物质硬度大，可用作 。
(3)图B、C所表示的两种物质的物理性质不同的原因是 。
(4)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。从微观结构上分析，木炭具有 的结构，具有吸附性。
(5)在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是 ，使档案能长久保存。
【答案】(1)分子
(2) 石墨质软 玻璃刀的刀头（合理即可）
(3)碳原子的排列方式不同
(4)疏松多孔
(5)常温下碳的化学性质不活泼
【详解】（1）图A表示的物质是C60，是由C60分子构成的；
（2）图B、C所表示的两种物质分别为石墨、金刚石；石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，所以石墨可制铅笔芯；金刚石是天然存在的硬度最大的物质，所以金刚石可作玻璃刀的刀头；
（3）图B、C所表示的两种物质分别为石墨、金刚石；石墨和金刚石都是由碳原子构成的，但碳原子的排列方式不同，因此两种物质的物理性质不同；
（4）从微观结构上分析，木炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性；
（5）碳素墨水的主要成分是碳，在书写档案时规定必须使用碳素墨水，原因是常温下碳的化学性质不活泼，使档案能长久保存。
10．在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。
(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的 不同。
(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有 的结构。
(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是 。
(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为 。
【答案】(1)碳原子的排列方式
(2)疏松多孔
(3)常温下，碳的化学性质不活泼
(4)C2H2
【详解】（1）金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子的排列方式不同；
（2）活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有疏松多孔的结构；
（3）在书写具有保存价值的图书档案时，应使用碳素墨水笔，是因为碳素墨水中含有炭黑，炭黑的主要成分是碳，碳在常温下化学性质不活泼；
（4）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，反应前有10个氧原子，反应后有10个氧原子、4个碳原子、4个氢原子，则2R分子中含有4个碳原子和4个氢原子，则每个R分子由2个碳原子和2个氢原子构成，则物质X的化学式为C2H2。
11．木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。化学兴趣小组按照课本实验方法(如图甲)，做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成，他们决定对这个实验进行探究和改进。
(1)木炭与氧化铜反应的化学方程式是 。
(2)使用甲装置进行实验，在实验结束时先将导管从石灰水中移出再熄灭酒精灯的目的是 。
(3)甲图中酒精灯外加网罩的作用是 。
(4)检查了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
(5)待反应结束，先将导气管从石灰水中取出，然后关闭止水夹，让产物自然冷却。若不关闭止水夹，可能出现的问题是 。待产物冷却后，同学们终于找到了期待已久的紫红色铜珠，实验获得了圆满成功。
【答案】(1)
(2)防止澄清石灰水倒流，引起热的试管炸裂
(3)集中火焰，提高温度
(4)不能
(5)空气进入试管，高温的铜会被氧化
【详解】（1）木炭和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：。
（2）加热固体时，停止加热时，为了防止澄清石灰水倒流，应先将导管移出水面，再熄灭酒精灯。
（3）在酒精灯火焰上方罩网罩，可集中酒精灯火焰，提高温度。
（4）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，由于碳燃烧生成二氧化碳，则石灰水变浑浊时，不能确定氧化铜和炭粉已经开始反应。
（5）由于高温的铜与空气接触会生成氧化铜，则关闭弹簧夹，可防止进入空气，使生成的铜重新被氧化。
12．为探究木炭还原氧化铜的最佳条件，用木炭粉和氧化铜进行一系列实验。
【查阅资料】
①木炭还原氧化铜得到铜中可能含有少量的氧化亚铜；
②氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸发生反应：；
③铜不能和稀硫酸发生化学反应。
【进行实验】取一定量的混合物，用如图所示的装置进行多次实验，获得如下实验数据与现象
【解释与结论】
(1)实验装置中，酒精灯加金属网罩的作用是 。
(2)表格中的实验现象是 ；本实验反应的化学方程式是 。
(3)由上述实验可以得到的结论是：木炭粉与氧化铜的质量比为 时，条件最佳。
(4)为了检验生成的红色固体中是否含有Cu2O，所需试剂是 。
(5)实验结束后，应当先 ，再 ，防止发生倒吸炸裂试管。
(6)下列有关该实验的说法不正确的是 。
a.反应开始的标志是试管b中气泡产生
b.这个反应不属于化合反应
c.铜元素是地壳中含量最高的金属元素
【答案】(1)集中火焰，提高温度
(2) 有红色固体生成
(3)1：12
(4)稀硫酸
(5) 移开导管 再熄灭酒精灯
(6)ac
【详解】（1）金属网罩的作用是为了使酒精灯集中火焰，并且提高火焰的温度，故填：集中火焰，提高温度；
（2）黑色的氧化铜被木炭还原成铜单质，同时生成二氧化碳，所以反应的实验现象是：黑色的氧化铜变红，澄清的石灰水变浑浊；反应的方程式为：；
（3）根据表格数据可知，碳与氧化铜的质量比为1：12时，条件最佳，因为此时无黑色物质，故填：1：12；
（4）根据题干信息可知，氧化亚铜可以与稀硫酸反应生成硫酸铜，硫酸铜溶液显蓝色，而铜不能与稀硫酸反应，故检验氧化亚铜可以用稀硫酸，故填：稀硫酸；
（5）实验结束后，若先移走酒精灯，试管内温度下降，压强变小，会在外界大气压的作用下澄清的石灰水会倒流入试管中炸裂试管，所以应当先将导管移出液面，再熄灭酒精灯，防止发生倒吸炸裂试管，故填：将导管移出液面；熄灭酒精灯；
（6）a、刚开始加热时试管内气体膨胀会逸出，b中有气泡产生，并不能说明反应开始，故该选项说法不正确；
b、高温下，碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，不符合“多变一”特征，是单质和化合物反应生成另一种单质和另一种化合物，所以该反应不属于化合反应，属于置换反应，故该选项说法正确；
c、地壳中元素的含量最多的是氧元素，最多的金属元素的铝元素，故该选项说法错误；
故选择ac。
1．金刚石、石墨、C60都由碳元素组成，下列有关这三种物质的叙述，正确的是
A．物理性质相同B．碳原子的排列方式不同
C．在氧气中充分燃烧的产物不同D．石墨转化为金刚石是物理变化
【答案】B
【详解】A.因为这三种物质的碳原子的排列方式不同，它们的物理性质差异大，故选项说法错误；
B.因为它们是不同的物质，碳原子的排列方式不相同，故选项说法正确；
C.它们充分燃烧都生成二氧化碳，故选项说法错误；
D.石墨转化金刚石过程中有新物质生成，属于化学变化，故选项说法错误；
故选：B。
2．2024年4月17日，全球首颗用牡丹制成的钻石亮相洛阳中国国花园。这颗“牡丹钻石”是通过把牡丹花中的碳元素提取出来制作而成。下列说法错误的是
A．提取过程中碳元素的质量不变B．制成的钻石中碳原子之间有间隔
C．制成的钻石中碳原子不运动D．常温下钻石的化学性质很稳定
【答案】C
【详解】A、根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，所以提取过程中碳元素的质量不变，A正确；
B、微粒之间有间隔，所以制成的钻石中碳原子之间有间隔，B正确；
C、世界上所有物质都在不断运动，所以制成的钻石中碳原子在不断运动，C错误；
D、常温下碳单质的化学性质很稳定，钻石是碳单质，所以常温下钻石的化学性质很稳定，D正确。
故选：C。
3．氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似。下列说法错误的是（ ）
A．氮化硼由分子构成B．氮化硼的硬度很大
C．氮化硼属于化合物D．氮化硼可用于切割玻璃
【答案】A
【解析】A、由图示可知氮化硼由氮原子和硼原子构成，错误；B、氮化硼（BN）是一种新型功能陶瓷，结构与金刚石相似，氮化硼的硬度很大，正确；C、氮化硼是由两种元素组成的纯净物，属于化合物，正确；D、氮化硼硬度大，可用于切割玻璃，正确；故选A。
4．科学家发现由C60制取的化合物M具有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述错误的是 ( )
A．由C60制取M的过程中发生了化学变化
B．化合物M中含有碳元素
C．C60中的碳原子比石墨中的大
D．C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应是化合反应
【答案】C
【解析】A、由C60制取化合物M的过程有新物质M生成，发生了化学变化，叙述正确；B、由质量守恒定律可知，用C60制取化合物M中一定含有碳元素，叙述正确；C、C60中的碳原子和石墨中的的碳原子属于同种原子，体积与质量一样大，叙述错误；D、C60在空气中燃烧生成二氧化碳的反应中，反应物是两种，生成物是一种，属于化合反应，叙述正确。故选C。
5．碳的单质除了金刚石、石墨和C60外，科学家们还合成了C90、C240、C540等系列物质，据此可作出的推测是（ ）
①同一种元素可以形成多种单质；
②单质可能存在复杂的分子结构；
③单质的研究具有广阔的前景；
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。
只有①②B．只有②③
C．只有③④D．①②③④
【答案】D
【解析】①通过题干可知，碳元素能形成多种单质，所以同一种元素可以形成多种单质。正确。②C60等单质有比较复杂的分子结构，所以单质可能存在复杂的分子结构。正确。③不同的单质有不同的性质，可以有不同的用途，所以单质的研究具有广阔的前景。正确。④因为组成元素相同，所以同种元素形成的单质之间可能存在更多的互相转化。如将石墨可以转化为金刚石。正确。故选D。
6．实验室利用下图装置进行碳还原氧化铜的实验。下列说法不正确的是
A．装置①中固体变成红色，说明有单质铜生成
B．装置②用于收集CO2
C．装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始
D．若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，反应过程中还会产生一氧化碳，需进行尾气处理
【答案】B
【详解】A、碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳，单质铜是红色的，A正确，不符合题意；
B、装置①为加热装置，应保持干燥，装置③中是溶液，为了避免不当操作导致装置③中的溶液倒吸入装置①使试管炸裂，故在装置①和装置③中间连接装置②，所以装置②的作用是防止倒吸，B错误，符合题意；
C、开始加热时，装置中的气体受热膨胀溢出，在装置③也会出现气泡，所以装置③中出现气泡，不能说明装置①中反应已开始，C正确，不符合题意；
D、根据碳与氧化铜反应的质量关系可知m（碳）：m（氧化铜） =3：40时，二者恰好完全反应，若m（碳）：m（氧化铜） >3：40，即碳过量，则过量的碳会与生成的二氧化碳反应生成CO，D正确，不符合题意；
故选B。
7．兴趣小组同学将80g氧化铜和8.4g的炭粉在隔绝空气的密闭装置中持续加强热，通过传感器测得装置内CO2的质量变化如图所示。下列说法正确的是
A．a点炭粉一定完全反应
B．时，装置中气体只有CO2
C．时，装置中木炭的质量为2.4g
D．装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应
【答案】D
【分析】高温条件下，氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，碳与二氧化碳反应生成一氧化碳。设至少需要木炭的质量为x，生成二氧化碳的质量为y，
x=6g
y=2.2g，
设2.2g二氧化碳消耗炭粉的质量为z，
z=0.6g，
所以反应结束后剩余炭粉的质量=8.4g-6g-0.6g=1.8g，二氧化碳全部转化为一氧化碳。
【详解】A、由分析可知，a点炭粉剩余的质量=8.4g-6g=2.4g，故说法错误；
B、由分析可知，时，装置中气体只有一氧化碳，故说法错误；
C、由分析可知，时，装置中木炭的质量为1.8g，故说法错误；
D、由分析可知，装置中CO2的质量减少的原因是高温下炭粉与二氧化碳反应生成一氧化碳，故说法正确。
故选D。
8．将一定质量的氧化铜粉末与1.5g碳单质的超细粉末装入试管后混合均匀，并在高温的条件下充分反应，实验过程中试管内固体质量的变化情况如下图所示，下列说法中正确的是(提示：碳单质只与氧化铜反应)
A．a的数值为17.2B．参加反应的氧化铜的质量为20g
C．13.1g剩余固体中含有12.8g铜D．此过程中，碳单质发生了还原反应
【答案】C
【分析】由可得：ag-13.1g为生成二氧化碳的质量，根据题意可得有以下两种情况：
①当碳完全反应时，则（ag-13.1g）××100%=1.5g，a=18.6g，原混合固体中氧化铜的质量=18.6g-1.5g=17.1g，根据质量守恒定律可得参加反应的氧化铜的质量=（17.1g-13.1g）×100%=20g大于17.1g，故碳不能完全反应，此种情况不符合实际；
②当碳剩余时，根据质量守恒定律可得（ag-13.1g）××100%=（ag-1.5g）××100%，解得a=17.5g，原混合固体中氧化铜的质量=17.5g-1.5g=16g，生成铜的质量=16g××100%=12.8g。
【详解】A、由分析可知，a=17.5，故选项说法错误；
B、由分析可知，当参加反应的氧化铜的质量为20g时，不符合实际情况，故选项说法错误；
C、由分析可知，生成铜的质量为12.8g，故选项说法正确；
D、根据可知，在此反应中，碳夺取了氧化铜中的氧，被氧化，发生了氧化反应，体现出还原性，故选项说法错误；
故选C。
9．碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。
根据所学知识回答：
(1)图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为_______________，常温下碳的化学性质_______________，(填“活泼”或“不活泼”)。
(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是_____________________。
(3)写出石墨充分燃烧的化学方程式___________________________。
【答案】4 不活泼 碳原子的排列方式不同 C+O2CO2
【解析】(1)①为碳原子的结构示意图，离圆圈最远的弧线表示最外层，则其碳原子最外层电子数为4；既不容易得到电子，也不容易失去电子，则常温下碳的化学性质不活泼。(2)金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种单质，它们的化学性质相似，但物理性质相差很大，原因是碳原子的排列方式不同。(3)石墨充分燃烧生成二氧化碳气体，反应的化学方程式为。
10．阅读下面科普短文。
纳米海绵是一种新型环保清洁产品，具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍。
纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。经过改良的纳米海绵具有良好的吸油能力、循环利用性以及环境友好等特性，可用于解决海上石油泄漏造成的污染。科学家测定了纳米海绵对不同油品的吸收能力(吸油质量比越高，其吸油能力越强)，结果如图1。吸油能力的差异性取决于油品自身的密度。油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。
纳米海绵还具有良好的循环利用性。通过挤压，可将纳米海绵吸附的油品挤出，经洗涤干燥后再次使用。图2为两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果。
随着科学技术的发展，纳米海绵的性能会不断提升，更好的服务于生活、生产。
依据文章内容回答下列问题。
(1)纳米海绵可以吸附物体表面污渍的原因是 。
(2)环己烷(C6H12)中，碳元素和氢元素的质量比为 。
(3)纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，其原因是 。
(4)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等。
②纳米海绵对环己烷吸收能力最强。
(5)由图2得到的实验结论：在其他条件相同时， ，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差。
【答案】(1)具有网状多孔的结构
(2)6：1
(3)柴油的密度比黑芝麻油大
(4) 对 错
(5)循环使用次数1～8之间
【详解】（1）纳米海绵具有网状多孔的结构，清洁过程中可以吸附物体表面的污渍，故填具有网状多孔的结构。
（2）元素质量比等于相对分子质量乘以个数的比，即。
（3）油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。纳米海绵对柴油的吸收能力比对黑芝麻油的强，说明柴油的密度比黑芝麻油大，故填柴油的密度比黑芝麻油大。
（4）①纳米海绵不仅可有效清洁茶垢、油垢等，还是很好的吸油材料。故纳米海绵可用于清洁茶杯、油烟机等，说法正确，故填对；
②油品密度越大，纳米海绵的吸油能力越强。故纳米海绵对四氯化碳吸收能力最强，说法错误，故填错；
（5）由图2两种吸油材料对泵油的循环吸收测试结果，可知在其他条件相同，循环使用次数1~8之间时，随循环使用次数的增加，纳米海绵吸油能力变化不明显，细菌纤维素的吸油能力变差，故填循环使用次数1～8之间。
11．中国“芯”彰显中国“智”造。芯片的基体材料是高纯硅｡如图是工业上以石英砂（主要成分是SiO2）为主要原料制取纯硅的一种工艺流程，请回答下列问题：
（1）SiO2中Si元素的化合价为 ｡
（2）流程①中发生反应的化学方程式为，该反应中焦炭表现出 （选填“还原”或“氧化”）性｡
（3）流程②中发生反应的基本类型是 ，写出流程③的化学方程式： ，该反应要在无氧气的环境中进行，原因是 （答出一种即可）｡
【答案】 +4价 还原 化合反应 2H2+SiCl4Si+4HCl 防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化）
【详解】（1）SiO2中氧元素的化合价为-2价，设Si元素的化合价为x，根据化合物中正负化合价的代数和为零，则x+(-2)×2=0，得x=+4价，故填：+4价；
（2）由化学方程式可知，焦炭将SiO2还原成Si，所以焦炭在此反应中表现出还原性，故填：还原；
（3）流程②中发生的反应为Si + Cl2→SiCl4，该反应是由两种物质生成一种物质，属于化合反应；流程③中H2和SiCl4在高温条件下，生成Si和HCl，反应的化学方程式为：2H2+SiCl4Si+4HCl；该反应要在无氧气的环境中进行，原因是防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化），故填：化合反应；2H2+SiCl4Si+4HCl；防止氢气中混有氧气在高温条件下发生爆炸（或防止生成的硅被氧化）。
12．在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示，请回答下列问题：
(1)此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： ，左侧试管中的现象是 ；
(2)加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣
【提出问题】试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
甲同学的猜想：铜和氧化铜
乙同学的猜想：氧化铜和碳
丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜
丁同学的猜想：铜
你的猜想： ；
【收集证据】同学们一致认为，乙同学的猜想错误，原因是（用化学方程式表示） ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量（m）与加热时间（t）的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 （填“”、“”、“”或“”）
【讨论交流】
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，正确的操作是 （填字母）。
A．先熄灭酒精灯，再撤出导气管
B．先撤出导气管，再熄灭酒精灯
②此实验中体现的碳的化学性质可用于 （填一种用途）。
【答案】(1) 使火焰集中并提高温度 黑色固体中出现紫红色固体
(2) 铜、碳（或Cu、C） B 冶金工业
【详解】（1）在酒精灯火焰上罩网罩的目的是集中火焰，减少空气的流动，提高温度；左侧试管中氧化铜和碳都是黑色的粉末，反应生成的铜是红色的，所以现象是黑色固体中有红色固体产生。
（2）[猜想与假设]加热一段时间后停止加热，氧化铜和碳发生反应生成铜和二氧化碳，则反应进程考虑四种情况：①氧化铜和碳恰好完全反应，则固体只有铜；②碳粉过量，则固体是铜和碳；③氧化铜过量，则固体是铜和氧化铜；④加热一段时间，部分反应物反应生成了铜，反应时间不足，停止加热，不再反应，同时剩余氧化铜和碳，则固体为铜、碳和氧化铜混合物；
[收集证据]乙同学的猜想：氧化铜和碳，是不对的，因为氧化铜和碳高温发生反应生成铜和二氧化碳，用化学方程式表示为C+2CuO2Cu+CO2↑，反应已经进行一定时间，反应发生会产生铜，猜想中必须有铜；第一次对固体停止加热的时间点是t2，由于碳和氧化铜发生了反应，则一定有铜生成，则不可能是t1， 由于固体成分是碳、铜和氧化铜，说明再一次反应时仍然有铜生成，则选t2；
①木炭还原氧化铜实验停止加热时要注意，为了防止试管炸裂，应先撤出导气管，再熄灭酒精灯，防止溶液倒流到试管，故选B；
②此实验中体现的碳的化学性质——还原性，则可用于冶金工业。
13．为测定 10g 氧化铜样品（含少量铜）中氧化铜的质量分数，在高温的条件下加入足量木炭粉使其完全反应，固体总质量随时间的变化如图所示：
(1)完全反应后，产生二氧化碳的总质量是 ；
(2)试计算氧化铜样品中氧化铜的质量分数（写出计算过程）。
【答案】(1)2.2g
(2)解：设氧化铜样品中氧化铜的质量为x。
氧化铜样品中氧化铜的质量分数为
答：氧化铜样品中氧化铜的质量分数为80%。
【详解】（1）根据图像可知，固体质量减少量为生成的二氧化碳的质量， ，故完全反应后，产生二氧化碳的总质量为2.2g，故填：2.2g。
（2）见答案。
了解金刚石、石墨的物理性质和主要用途，知道它们物理性质存在明显差异的原因。
掌握单质碳的化学性质，熟悉碳与氧气、某些氧化物的反应。
熟悉木炭还原氧化铜的实验，了解还原反应。
重点:
金刚石、石墨的物理性质和用途；碳与氧气和氧化铜的反应。
难点:
碳与某些氧化物的反应；还原反应。
碳单质
金刚石
石墨
C60
化学式
C
C
C60
构成微粒
由碳原子构成
由碳原子构成
由C60分子构成
结构
物理性质
无色透明的的固体。天然存在的最硬的物质。
特殊条件下制备的金刚石薄膜透光性好、硬度大；导热性好。
灰黑色的有金属光泽的固体；很软，有滑腻感；熔点高，有良好的导电性。
有特殊的物理性质
用途
制装饰品(钻石)；制钻头、切割大理石、裁玻璃；
金刚石薄膜用作光学窗口和透镜的涂层；用于集成电路基板散热。
作电极或电刷、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂
用于超导、催化、
材料科学等领域
物理性质不同的原因
金刚石、石墨和C60都是碳元素组成的单质，物理性质有明显差异的原因：
原子的排列方式不同
反应物
氧气充足，碳完全燃烧
氧气不足，碳不完全燃烧
化学方程式
C + O2 点燃 CO2
2C + O2 点燃 2CO
质量比
碳与氧气的质量比为 3 ：8
碳与氧气的质量比为 3 ：4
结论
反应物相同时，若反应物的用量不同，则生成物不同
反应后物质
成分分析
碳与氧气的质量比< 3/8，反应后物质是CO2和O2
碳与氧气的质量比= 3/8，反应后物质是CO2
碳与氧气的质量比介于3/8和3/4时，反应后物质是CO2和CO
碳与氧气的质量比= 3/4，反应后物质是CO
碳与氧气的质量比> 3/8，反应后物质是CO和C
应用
（1）作燃料
（2）证明某物质含有碳元素（证明燃烧有二氧化碳生成）：点燃该物质，火焰上方罩内壁涂有澄清石灰水的烧杯，若浑浊，则有二氧化碳生成，从而证明该物质含有碳元素。
实验现象
= 1 \* GB3 ①黑色粉末逐渐变成光亮的红色；
= 2 \* GB3 ②澄清石灰水变浑浊。
化学方程式
C + 2CuO 2Cu+CO2↑
实验结论
生成了红色的铜和二氧化碳；
C是还原剂，具有还原性。CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。
实验注意点
（1）木炭粉和氧化铜粉末烘干的原因： 防止木炭与水蒸气反应生成的氢气和一氧化碳与氧化铜反应。
（2）火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。
（3）实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。
（4）待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。
（5）木炭配比比理论值稍微多一点，因为木炭会和试管中的氧气反应，
应用
（1）冶炼金属（炼铁）：2Fe2O3+3C高温4Fe+3CO2↑
（2）与二氧化碳反应：C+CO2高温2CO（吸热反应）
（烧得很旺的煤炉，添加大量的新煤后，炉火温度降低）
甲
乙
碳和氧化铜的质量比
1:9
1:10
1:11
1:12
1:13
实验现象
混有少量黑色物质
混有很少量黑色物质
混有极少量黑色物质
无黑色物质
混有较多黑色物质
________填写在（2）处，澄清石灰水变浑浊
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