考点19  碳的几种单质

命题趋势

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。

考查重点

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。

重点考向

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。

易错警示

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。

知识拓展

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）。

方法技巧

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。

跟踪训练

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

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

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

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

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

6. （2019山东东营）如图为金刚、石墨和C60的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法不正确的是（　　）

A．原子的排列方式改变，则构成的物质种类改变 

B．相同元素组成的不同物质，在足量的氧气中完全燃烧，产物相同 

C．相同元素组成的不同物质，化学性质相同 

D．在特定的条件下，石墨既可转化为金刚石，也可转化为C60

真题再现

1．（2021·辽宁沈阳·中考真题）下列关于物质的用途，说法错误的是（　　）

A．石墨可以作铅笔芯 B．氮气可以作保护气

C．盐酸可以除铁锈 D．碳酸钾可以作复合肥

2．（2021·广西玉林·中考真题）天然存在的最硬的物质是（　　）

A．金刚石 B．铁矿石 C．石墨 D．大理石

5．（2021·广东广州·中考真题）金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如图所示。下列说法正确的是

A．构成金刚石和石墨的原子大小不同

B．金刚石和石墨中原子排列方式相同

C．1g金刚石和1g石墨所含原子数相同

D．金刚石和石墨在氧气中都不能燃烧

3．（2020·江苏无锡·中考真题）下列物质的性质与用途对应关系错误的是（　　）

A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃

B．木炭具有吸附性，可用作燃料

C．氮气化学性质稳定，可用作保护气

D．钨的熔点高，可用于制作灯丝

3．（2020·湖南长沙·中考真题）两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2010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

4．（2020·江苏南京·中考真题）C60在能源、信息、医药等领域有着广阔的应用前景。关于C60的叙述不正确的是（   ）

A．该物质由C60分子构成

B．该物质由60个碳原子构成

C．其相对分子质量为720

D．C60和C70是两种物质

5．（2019·江苏无锡·中考真题）2019年5月30日，中国石墨烯产业高质量发展论坛在无锡举行。石墨烯是由碳原子组成的导电导热性能很强、硬度很大的一种新材料。下列叙述错误的是（　　）

A．石墨烯是一种单质 B．石墨烯是一种化合物

C．石墨烯具有导电性 D．石墨烯具有导热性

考向二、碳单质的化学性质

【要点补充】还原反应：含氧化合物中的氧被夺去的反应。

跟踪训练

1．（2021·广西中考真题）列有关碳和碳的氧化物的说法，正确的是（    ）

A．焦炭能用于冶金工业，是因为其具有氧化性

B．在一定条件下，一氧化碳与二氧化碳可以相互转化

C．碳具有可燃性，木炭在空气中燃烧只生成二氧化碳

D．高温条件下，一氧化碳与氧化铁发生的反应属于置换反应

2．将一种黑色粉末装入试管中加强热后，有红色物质生成，同时产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则此黑色粉末是（    ）

A．氧化铜 B．木炭粉和二氧化碳 C．木炭粉 D．氧化铜和木炭粉

3．我国古代的珍贵字画，虽年深日久仍不变色，原因是常温下墨汁中的含碳单质（    ）

A．化学性质稳定 B．具有氧化性

C．具有还原性 D．具有可燃性

4．（2020湖南邵阳）下列有关碳和碳的氧化物的说法错误的是（　　）

A．CO和CO2的化学性质不同，是因为分子的构成不同

B．金刚石和石墨的物理性质不同，是因为碳原子的构成不同

C．清明上河图至今图案清晰可见，是因为常温下碳单质的化学性质稳定

D．CO2通入紫色石蕊试液中，试液变成红色的原因是CO2能和水反应生成酸

5．当CuO中混有少量碳粉时，可以用下列哪种方法提纯（    ）

A．隔绝空气加热混合物                 B．在氧气流中加热混合物

C．加足量水搅拌过滤                   D．用筛子将碳粉筛去

6．木炭与氧化铜、一氧化碳与氧化铜反应的实验装置分别如图所示。下列说法正确的是（    ）

A．一氧化碳与氧化铜的反应中A的作用是尾气处理

B．木炭、一氧化碳与氧化铜的反应中，都只有碳元素的化合价发生变化

C．两个实验中都可以观察到红色固体变黑

D．木炭、一氧化碳与氧化铜的反应都属于置换反应

真题再现

1．（2021·江苏苏州）下列有关物质的性质与用途对应关系正确的是（   ）

A．石墨质软，可用作电池电极 

B．氮气难溶于水，可用作保护气

C．醋酸有挥发性，可用于除水垢 

D．固体氢氧化钠有吸水性，可用作干燥剂

2．（2021·湖南永州）木炭或燃气在氧气不足的情况下燃烧，容易产生CO气体，下列关于CO气体的叙述不正确的是（    ）

A．CO气体可以用作燃料

B．在相对密闭的环境里，CO气体容易使人发生中毒

C．将CO和O2的混合气体通入NaOH溶液中，会生成Na2CO3和H2O

D．高温下，CO气体可与Fe2O3等含铁氧化物反应生成Fe和CO2

3．（2021·广西中考真题）列有关碳和碳的氧化物的说法，正确的是（   ）

A．焦炭能用于冶金工业，是因为其具有氧化性

B．在一定条件下，一氧化碳与二氧化碳可以相互转化

C．碳具有可燃性，木炭在空气中燃烧只生成二氧化碳

D．高温条件下，一氧化碳与氧化铁发生的反应属于置换反应

4．在2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2↑反应中，还原剂是（　　）

A．C　　　　　　　B．CO2　　　　　　　C．Fe2O3　　　　　　　D．Fe

5．两份质量相等的碳,一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳,另一份与氧气反应全部生成一氧化碳,则前者与后者消耗氧气的质量比为（    ）

A．2:1  B．1:2 

C．3:4  D．3:8

考向三、木炭还原氧化铜实验

(1)实验装置(如图所示)：

(2)现象：试管内的黑色粉末逐渐变成红色，澄清石灰水变浑浊。

(3)操作要点：

a．把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；

b．将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管；

c．集中加热；

d．过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。

易错警示

实验操作目的及注意事项

a．反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。

b．试管口应略向下倾斜：防止冷凝水倒流使试管炸裂。

c．在酒精灯上加网罩的目的：集中火焰、提高温度。

d．配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。

e．实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。

知识拓展

（1）工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑

（2）高温下，木炭还能与二氧化碳反应：C+CO22CO

（3）高温下，木炭还能与水反应：C（红热）+H2O（蒸汽）CO+H2O

方法技巧

解答这类题目，首先要理解和熟记碳的化学性质及其反应现象、化学方程式和用途等相关知识。然后根据所给的实验、问题情景或图表信息等，结合所学的相关知识和技能，以及自己的生产或生活经验所得，细致地分析题意或图表信息等各种信息资源，联系起来综合分析，按照题目要求进行认真地选择或解答。

跟踪训练

1．【2020四川成都】按如图进行实验，下列分析或结论正确的是（   ）

A.导管口刚有气泡冒出说明反应开始

B.实验结束应立即倒出粉末

C.木炭能使氧化铜还原为铜

D.固体减少的质量一定等于生成二氧化碳质量

2．已知：C+2CuO2Cu+CO2↑。如图表示一定量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中，某变量y随加热时间的变化趋势，其中纵坐标y表示（    ）

3．用纯净的木炭粉还原氧化铜粉末时，可能发生的化学反应是：C+2CuO2Cu+CO2↑，C+2CuOCu+CO↑．某同学设计实验，欲证明氧化铜中含有氧元素，实验装置如图。有关说法不正确的是（　　）

A．实验前先通入N2的目的是排尽玻璃管中的空气，防止干扰 

B．本实验能证明含氧元素的证据是澄清石灰水变浑浊 

C．硬质玻璃管中黑色固体变红，可以证明氧化铜含有氧元素 

D．本实验的不足是没有处理尾气

4．在高温条件下，碳能使二氧化碳转变成一氧化碳：C+CO22CO，下列说法不正确的是（    ）

A．反应中碳发生了还原反应

B．产物是空气污染物之一

C．该反应为吸热反应

D．该反应中原子数目在反应前后不变

5．已知：2CuO+C2Cu+CO2↑．如图表示一定质量的CuO和C固体混合物在受热过程中各物质质量随时间的变化趋势。下列说法中错误的是（　　）

A．t1时，开始发生反应 

B．t1和t2时，固体中铜元素质量保持不变 

C．b是固体混合物的质量 

D．d是二氧化碳的质量

6．某化学兴趣小组的同学探究木炭还原氧化铜的实验，实验装置如图。实验时，a中的固体由黑色变红色，b中的试管内产生气泡和白色沉淀。

【査阅资料】氧化亚铜（Cu2O）是红色固体，能与稀硫酸发生如下

反应：Cu2O＋H2SO4＝Cu＋CuSO4＋H2O。

【提出问题】已知实验后a中的红色固体含有单质铜，是否还含有

氧化亚铜（Cu2O）呢？

【实验验证】取a中的红色固体少量于试管中，加入____________

溶液，试管中出现___________________________________，证明固体中确实含有Cu2O。

【提出问题】木炭还原氧化铜产生的气体是什么？

【提出猜想】猜想一：CO2；猜想二：CO；猜想三：_________________。

【提出质疑】甲同学认为猜想二不正确，他的理由是____________________________。

【验证猜想】乙同学将木炭还原氧化铜产生的气体通入灼热的氧化铜粉末中，黑色固体变红，证明猜想______是正确的，该反应的化学方程式为____________________________________。

【交流反思】兴趣小组认为上图装置不够完善，为了防止尾气对空气的污染，应该把上图装置中的b部分装置换成下列______装置（填字母序号）。

A                   B                    C                     D

真题再现

1．（2021广州市江南外国语学校一模）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

2.实验室可利用碱式碳酸铜【化学式：Cu2(OH)2CO3】受热分解生成氧化铜、水和二氧化碳，制备氧化铜，并进行碳粉还原氧化铜的实验。

（1）制备氧化铜并检验产物，装置如下图所示（省略夹持仪器）：

步骤一：连接A和B，打开活塞，通入空气。
步骤二：关闭活塞，连上C和D，开始加热。
步骤三：在加热过程中，记录在B中固体质量变化如下表，在t3时停止加热。

①B中发生反应的化学方程式为：                                    

②C中试剂是                      。

③选择t3时停止加热的理由是                               
（2）一定量碳粉还原（1）中制得的氧化铜并检验产物，装置如下图所示：

实验过程中，观察到F中溶液变浑浊，E中的现象是                       

反应完全后，若仅撤走酒精喷灯停止加热，可能导致的后果是                

（3）若（1）中省略步骤三，对（2）中反应物判断可能产生的影响及原因是

3. 为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件，用木炭粉和氧化铜的干燥混合物进行系列实验。

（査阅资料）

①碳还原氧化铜得到的铜中可能含有少量的氧化亚铜；

②氧化亚铜为红色固体，能与稀硫酸反应：Cu2O+H2SO4=CuSO4+H2O+Cu。

③铜不能与稀硫酸反应

（进行实验）实验1：取质量比为1：11的木炭粉和氧化铜混合物1.3g，进行实验。

 实验2：取一定量的混合物，用1-2装置进行实验。

（解释与结论）

（1）木炭还原氧化铜的化学方程式是                                          。

（2）实验1-2中，证明产生了CO2的现象是                                      

（3）实验1的目的是                                                          。

（4）实验2的结论是                                        

（反思与评价）

（5）实验2没有进行质量比为1：14的实验，理由是                                     

（6）为检验2-4的红色固体中是否含Cu2O，所需的试剂是                              。

4．（2019•虹口区一模）某小组进行了如下实验，请完成相关分析。

①如图一所示进行实验，试管1中的现象是　   　，操作X是　     　。该实验得出的结论是：活性炭具有　 　性。

②取少量生石灰进行如图二所示实验，加入一定量水后，触摸试管壁感觉　

 　；上层清液的溶质是　   　，升高温度沉淀质量　  　（选填“变大”“变小”或“不变”）。

③如图三所示进行碳和氧化铜反应的实验，Ⅰ中观察到的现象是　     　，反应的化学方程式是　                    　。

5．（2019•来安一模）木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。教材用如图1实验介绍这一知识。

（1）木炭与氧化铜反应的化学方程式是　                　。

（2）酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是　                 　。

（3）固定试管时，试管口要略向下倾斜，其目的是　                　。

（4）图I与教材中的装置还是略作了改进，实验结束时，可先用弹簧夹夹紧橡皮管，再熄灭酒精灯，这样做的目的除了防止石灰水倒吸入热的试管，使试管炸裂外，还可以防止　           　。

（5）为了提高成功率，某研究小组设计如图Ⅱ方案进行实验。

【实验研究】

分别称取2g木炭与CuO混合物，按每种比例重复实验3次。实验记录如下表：

总质量相同（2g）但木炭与CuO比例不同的实验对比表:

由实验数据分析，除温度外，影响实验的因素是　               　；从产物分析，该反应混合物的最佳比例范围是　                  　。

【注意：若完成【装置与改进】和【交流与讨论同可奖励4分，化学试卷总分不超过60分。】

【装置改进】

稳定的高温是本实验成功的关键因素之一，实验装置也会影响加热的效率。图Ⅱ装置将卧式装置改为直立式装置，实验时，将反应混合物夯实于底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部。你认为该设计是否更好？　 　（填“是“或“否”）；理由是　                       　。

【交流讨论】

由于试管中有空气，实验时应注意：

①混合物需进行预热，除了使试管受热均匀外，另外的目的是　        　。

②理论上讲并不能把石灰水变浑浊作为木炭跟CuO开始反应的充分证据。其理由是　                              　。