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第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性
学习导航
01核心素养目标——明确内容要求，落实学习任务
02知识思维导图——构建知识体系，加强学习记忆
03课题知识梳理——梳理教材内容，掌握基础知识
04知识当堂检测——课堂自我检测，发现知识盲点
05重难点强训练——探究重点难点，突破学习任务
06巩固分层练习——课后训练巩固，提升能力素养
01核心素养目标——明确内容要求，落实学习任务
1.通过情景设置、小组讨论及多媒体展示使学生掌握金刚石，石墨的物理性质和用途，了解C60的相关信息，从而认识物质的结构、性质和用途的关系。
2.通过对生活中一些常见碳单质的使用情况，了解碳单质在常温下的稳定性和可燃性。
3.通过学习探究碳的化学性质，重点掌握碳还原氧化铜实验的装置、现象和结论。
02知识思维导图——明确内容要求，落实学习任务
03课题知识梳理——梳理教材内容，掌握基础知识
碳的单质
1．金刚石、石墨和C60的结构、组成及化学式
物质 金刚石 石墨 C60
结构模型
宏观组成 都是由 碳 元素组成的单质
构成物质的粒子 碳原子 碳原子 C60分子
化学式 C C C60
2．金刚石、石墨和C60的性质及用途
种类 物理性质 用途
金刚石 无色透明的固体，天然存在的最硬的物质 可作钻机钻头、裁玻璃等
石墨 灰黑色，很软，有滑腻感，熔点高，具有优良的导电性能 可用于制造铅笔芯、高铁列车的受电弓滑板、干电池的电极材料等
C60 由C60分子构成 可用于超导、催化、能源及医学等领域
活性炭、木炭(主要成分为碳单质) 具有疏松多孔的结构，具有吸附性 可用于吸附色素、异味等
物理性质差异大的原因 碳原子的排列方式不同
碳单质的化学性质
1．碳单质的化学性质
（1）常温下稳定性强（古代字画能长久保存的原因）。
（2）可燃性：
（O2充足)完全燃烧生成CO2化学方程式：C+O2 点燃 CO2 ；
（O2不足）不完全燃烧生成CO化学方程式：2C+O2 点燃 2CO。
还原性：
C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑（置换反应）
3C+2Fe2O3 高温 4Fe+3CO2↑ （置换反应）
碳还原金属氧化物规律：
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
应用：冶金工业。
C+CO2 高温 2CO （吸热反应）
【木炭还原氧化铜实验探究】；
实验装置：
实验步骤：
a.连接仪器，检查装置的气密性；
b.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；
c.将试管固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中；
d.打开弹簧夹，用酒精灯加热混合物几分钟；
e.先撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象。
化学方程式：C＋2CuO 高温 2Cu＋CO2↑
实验现象：黑色粉末变成 红 色；澄清石灰水 变浑浊
实验结论：木炭能够还原氧化铜生成 铜 单质和 二氧化碳 ；该实验说明木炭具有 还原 性。
【实验分析】：
①在酒精灯上加网罩的目的：集中火焰，提高温度。
②反应结束时，要先撤出导管，再停止加热的目的：防止石灰水倒吸入热的试管中，使试管炸裂。
③用弹簧夹夹紧乳胶管后，要待试管冷却后再将粉末倒出：防止热的铜重新被氧化。
04知识当堂检测——课堂自我检测，发现知识盲点
1.2024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不活泼
【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，故选项A说法正确；
B、微粒之间有间隔，所以制成的钻石中碳原子之间有间隔，故选项B说法正确；
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，故选项C说法错误；
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，故选项D说法正确。
故选C。
2．中国科研团队受“弓弩”等结构启发，研制出碳单质家族的新成员—“碳弹簧”，该新型碳材料由多孔碳材料制作而成。下列关于“碳弹簧”的说法正确的是
A．常温下，“碳弹簧”的化学性质很活泼
B．“碳弹簧”中碳原子静止不动
C．在一定条件下，“碳弹簧”可以与氧化铜发生反应
D．“碳弹簧”在氧气中燃烧只能生成二氧化碳
【答案】C
【详解】A、“碳弹簧”是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，说法错误，不符合题意；
B、“碳弹簧”中碳原子在不断运动，说法错误，不符合题意；
C、“碳弹簧”是碳单质，碳具有还原性，在高温条件下可与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，说法正确，符合题意；
D、“碳弹簧”是碳单质，碳具有可燃性，在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，说法错误，不符合题意。
故选：C。
3.物质的性质决定了物质的用途，下列几种常见物质的性质、用途不一致的是
A．氧气支持燃烧——用于气焊 B．酒精可燃——作消毒剂
C．金刚石硬度大——用于裁玻璃 D．石墨导电——作电极材料
【答案】B
【详解】A、 氧气支持燃烧，可用于气焊（气焊利用氧气与可燃气体混合产生高温火焰）。不符合题意；
B、 酒精可燃，能用作燃料，酒精用于消毒是因为酒精能使蛋白质变性。符合题意；
C、 金刚石是自然界中硬度最大的物质，可用于裁玻璃。不符合题意；
D、 石墨具有良好的导电性），可作电极材料。不符合题意；
故选B。
4.“碳家族”的成员很多，用途很广。
(1)用来切割玻璃的碳单质是 （填名称），因为它具有 的性质，对应的结构模型是图中的 （填字母）；石墨棒可以作电极，是因为它具有 性。
(2)如图是碳原子的原子结构示意图，原子核内质子数是 个，最外层电子数是 个。
(3)结构决定性质，性质决定用途，说法错误的是 。
A．不同的物质具有不同的结构
B．不同的物质具有不同的性质
C．不同的物质组成的元素一定不同
D．同种元素能组成不同物质是因为原子内部结构不同
(4)如图是高温下木炭与氧化铜反应的实验装置。
①Ⅰ处试管中观察到的现象是 。
②反应结束后先进行的操作是 。
A．熄灭酒精喷灯
B．从石灰水中撤出导管
③Ⅰ处试管中剩余固体随着时间的变化如图，分析错误的是 。
A．t1时反应开始
B．生成铜的质量为ng
C．生成气体的质量为（m﹣n）g
D．t2时反应结束
【答案】(1) 金刚石 硬度大 a 导电
(2) 6 4
(3)CD
(4) 黑色固体逐渐变红 B B
【详解】（1）用来切割玻璃的碳单质是金刚石，因为它具有硬度大的性质；金刚石是正四面体结构，对应的结构模型是图中的a；
石墨棒可以作电极，是因为它具有导电性。
（2）原子结构示意图中，圆圈内的数字表示原子的质子数，则原子核内质子数为6；离核最远的为最外层电子，则碳原子最外层电子数为4。
（3）A、不同的物质具有不同的结构，比如金刚石和石墨的结构不同，该选项说法正确；
B、不同的物质具有不同的性质，比如金刚石和石墨的物理性质不同，该选项说法正确；
C、不同的物质组成的元素可能相同，比如一氧化碳和二氧化碳都是由碳、氧元素组成，该选项说法错误；
D、同种元素能组成不同物质是因为原子的排列方式不同，比如金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，该选项说法错误。
故选：CD。
（4）①Ⅰ处试管中发生的反应是碳和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳，观察到的现象是黑色固体逐渐变红。
②反应结束后先进行的操作是从石灰水中撤出导管，再熄灭酒精喷灯，防止水倒流进试管使试管炸裂，故选：B。
③A、碳和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳，由图可知，t1时固体质量开始减少，说明此时反应开始，该选项说法正确；
B、由图可知，反应后剩余固体的质量为ng，若碳和氧化铜恰好完全反应，则生成铜的质量为ng，若一种反应物有剩余，则生成铜的质量小于ng，该选项说法错误；
C、碳和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳，固体减少的质量即为生成气体的质量，由图可知，生成气体的质量为（m-n）g，该选项说法正确；
D、由图可知，t2之后固体质量不再改变，说明t2时反应结束，故选项说法正确。
故选：B。
5.兴趣小组把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地放入试管，按图进行实验。实验中观察到黑色粉末变为红色，澄清石灰水变浑浊。
(1)把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀的目的是 ，实验中酒精灯加网罩的目的是 。
(2)实验结束时先撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管后，再停止加热的原因是 。
(3)实验中测得反应前后木炭粉末和氧化铜粉末的混合物的质量减少了0.88g，计算实验中生成的铜的质量 。(写出计算过程)
(4)为了使所有氧化铜能充分反应，木炭粉末与氧化铜粉末的最合适的质量比是___________(填字母)。
A．3∶36 B．3∶42 C．3∶48 D．3∶80
【答案】(1) 增大反应物的接触面积，使其充分反应 集中火焰，提高温度
(2)防止石灰水倒吸进入试管，使试管炸裂；防止空气进入试管，生成的铜被氧化（合理即可）
(3)设生成铜的质量为x，
x=2.56g；
(4)A
【详解】（1）把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀的目的是：增大反应物的接触面积，使其充分反应；
酒精灯加网罩可以集中火焰，提高温度；
（2）熄灭酒精灯后，试管内的气压变小，石灰水会倒吸进入试管，刚加热完的试管遇到冷的石灰水，就会炸裂，而先撤掉导管，可以防止试管炸裂；
用弹簧夹夹紧橡皮管，则可以防止外部的空气进入试管，避免氧气热的铜反应；
（3）见答案；
（4）根据可知，计算参加反应的CuO与C的质量比为40：3，即氧化铜与木炭按照40：3的质量比混合后，理论上能恰好完全反应，为了使氧化铜中的铜完全被还原，应该增大木炭的质量或减小氧化铜的质量，据此分析，应选质量比36：3，故选A。
05重难点强训练——探究重点难点，突破学习任务
问题一 金刚石、石墨、C60的区别
【解题技巧】：
金刚石、石墨、C60物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同；
金刚石是天然存在最硬的物质，用于切割玻璃；
石墨具有导电性，可以作电池的电极；
活性炭疏松多孔具有吸附性，吸附色素和异味，属于物理变化。
例：下列关于碳单质的说法错误的是
A．石墨具有金属光泽，有优良的导电性能，是天然存在的最硬的物质
B．石墨烯和碳纳米管在材料、催化、信息等诸多领域中有重要应用
C．石墨粉和黏土粉末按一定比率混合可以制铅笔芯
D．金刚石、石墨和里碳原子的排列方式不同，因此在性质和用途上存在明显差异
【答案】A
【详解】A、石墨具有金属光泽和优良的导电性能，但石墨质地较软，天然存在的最硬的物质是金刚石，说法错误，符合题意；
B、石墨烯和碳纳米管在材料、催化、信息等诸多领域中有重要应用，说法正确，不符合题意；
C、石墨粉和黏土粉末按一定比率混合可以制铅笔芯，说法正确，不符合题意；
D、金刚石、石墨和的碳原子排列方式不同，因此在性质和用途上存在明显差异，说法正确，不符合题意。
故选：A。
变式1：下列关于碳单质的说法错误的是
A．金刚石和石墨都是由碳元素组成的
B．金刚石硬度大，可用于切割玻璃
C．石墨能导电，可作电极
D．活性炭有吸附性，可除去水中的钙、镁化合物
【答案】D
【详解】A、金刚石和石墨都是碳元素的同素异形体，即由同一种碳原子构成，只是原子排列方式不同（金刚石是立体网状结构，石墨是层状结构）。正确。
B、金刚石是自然界中硬度最大的物质，其坚硬特性使其常用于切割玻璃、大理石等硬质材料。这属于金刚石的典型应用。正确。
C、石墨具有良好的导电性，因此，石墨常用于制作电极，如干电池中的电极棒。正确。
D、活性炭具有疏松多孔的结构，能吸附色素、异味和某些有机杂质（如氯气），常用于净水器去除异味和颜色。但水中的钙、镁化合物（如硫酸镁）是溶解的离子，活性炭无法有效吸附或去除这些离子。错误。
故选D。
变式2：下列叙述中，因果关系不成立的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质，因此可用于裁玻璃
B．石墨具有导电性，因此常用于制铅笔芯
C．活性炭疏松多孔，有吸附性，因此可用于防毒面具吸附毒气
D．木炭具有还原性，因此用于冶炼金属
【答案】B
【详解】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，因此可用于裁玻璃，故正确；
B、石墨具有导电性，可用作电极，石墨质软，呈深灰色，因此常用于制铅笔芯，故错误；
C、活性炭疏松多孔，有吸附性，可吸附有毒气体，因此可用于防毒面具吸附毒气，故正确；
D、木炭具有还原性，可用于冶炼金属，故正确；
故选B。
变式3：下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是
A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质
C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构
【答案】D
【详解】A、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，则构成它们的原子大小相同，说法错误，不符合题意；
B、金刚石是自然界中存在的硬度最大的物质，但并非是所有物质中硬度最大的，说法错误，不符合题意；
C、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，说法错误，不符合题意；
D、物质的结构决定其性质，具有独特性质是因为它有独特的结构，说法正确，符合题意。
故选：D。
问题二 碳单质的化学性质
【解题技巧】：
碳单质在常温下化学性质不活泼，可以书写字画年久不褪色；
碳单质具有可燃性，可以作燃料；
例：碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是
A．碳纳米管是一种新型化合物
B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳
C．碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳
D．碳纳米管在常温下化学性质稳定
【答案】A
【详解】A、化合物是由不同种元素组成的纯净物，而单质是由同种元素组成的纯净物（如金刚石、石墨）。题干明确碳纳米管“由碳原子构成”，说明它只含碳元素，因此属于单质，不是化合物，此说法错误。
B、碳单质（如木炭）在氧气充足时完全燃烧，会生成二氧化碳。碳纳米管由碳原子构成，属于碳单质，因此完全燃烧的生成物应为二氧化碳。此说法正确。
C、碳单质在氧气不足时不完全燃烧，会生成一氧化碳。碳纳米管作为碳单质，在燃烧不完全的条件下，也应生成一氧化碳。此说法正确。
D、碳的单质（如金刚石、石墨）在常温下不易与其他物质反应，化学性质稳定。这是因为碳原子结构在常温下不易被破坏。碳纳米管由碳原子构成，同样属于碳单质，因此在常温下化学性质稳定。此说法正确。
故选A。
变式1：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．熔点高 B．导电性能好 C．化学性质不活泼 D．吸附能力强
【答案】C
【详解】墨主要成分是碳，常温下碳化学性质不活泼（稳定），所以字画能保存长久不变色，与熔点、导电性、吸附性无关。
故选C。
变式2：中国有上千年的书法文物，书法中用到的墨主要含碳，这体现了“碳”的
A．稳定性 B．可燃性 C．吸附性 D．导电性
【答案】A
【详解】书法中用到的墨主要含碳，历经上千年字迹仍能保存完好，是因为常温下碳的化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，能长久保存，体现了碳的稳定性。而可燃性是碳能燃烧的性质；吸附性一般是活性炭等具有的吸附杂质等的性质；导电性是指物质传导电流的能力，均与墨汁书写字迹长久保存无关。
故选A。
变式3：2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列有关说法正确的是
A．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 B．碳纤维与金刚石的性质完全相同
C．碳纤维是一种新型化合物 D．碳纤维是一种金属单质
【答案】A
【详解】A、碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质，在氧气中充分燃烧时，会生成二氧化碳，该选项说法正确；
B、碳纤维的主要成分为碳，金刚石是碳的单质，但由于原子排列方式不同，它们的物理性质（如硬度、导电性）有显著差异，该选项说法不正确；
C、化合物是由不同种元素组成的纯净物，碳纤维的主要成分为碳单质，不属于化合物，该选项说法不正确；
D、碳是非金属元素，因此碳纤维是非金属单质，不是金属单质，该选项说法不正确。
故选A。
问题三 碳还原氧化铜实验
【解题技巧】：
碳具有还原性，可以冶炼金属；
①在酒精灯上加网罩的目的：集中火焰，提高温度。
②反应结束时，要先撤出导管，再停止加热的目的：防止石灰水倒吸入热的试管中，使试管炸裂。
③用弹簧夹夹紧乳胶管后，要待试管冷却后再将粉末倒出：防止热的铜重新被氧化。
例：按一定质量比例取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如图，下列说法正确的是
A．M点对应的固体物质只有两种
B．N点对应的固体为黑色
C．0～t2 min内，固体中铜元素的质量分数不变
D．反应后产生气体的总质量为(a－b)g
【答案】D
【详解】A、碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，有气体生成固体质量减少，M点时固体质量还有减小的趋势，还未完全反应，此时对应的固体物质有氧化铜、碳、铜三种物质，错误；
B、N点时，固体质量不再减小，恰好完全反应，对应的固体为铜，为紫红色不是黑色，错误；
C、根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，反应过程中铜元素的质量不变，但是0～t2min内，固体的质量减少，固体中铜元素的质量分数增大，错误；
D、根据质量守恒定律，化学反应前后，物质的总质量不变，碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，反应后产生气体的总质量为(a－b)g，正确。
故选D。
变式1：某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是
A．该反应说明木炭具有还原性
B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素
D．装置中发生反应：
【答案】C
【详解】A、在该反应中，木炭夺取了氧化铜中的氧，使氧化铜被还原为铜，这说明木炭具有还原性，A 正确。
B、由于反应生成了铜，铜是红色固体，而反应物氧化铜是黑色固体，所以反应过程中黑色氧化铜变为红色固体，B 正确。
C、在反应中，铜元素的化合价从 + 2价降低到0价；碳元素的化合价从0价升高到 + 4价，C 错误。
D、装置中发生的反应就是木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，化学方程式为，D 正确。
故选C。
变式2：《天工开物》中记载中国古代重要的冶金技术之一火法炼铜：“凡铜砂入炉，与木炭同煅，火力到时，铜质如流，泻出成砣”。氧气充足时炼铜炉内炭火温度可达1200℃左右；铜的熔点为1083℃。
(1)铜砂的主要成分为碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]，受热时发生反应的化学方程式为Cu2（OH）2CO32CuO+H2O+CO2↑，该反应的基本类型是 。
(2)木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，装置如图所示。写出反应的化学方程式： 。试管中观察到的现象是 。实验过程中还可能生成一氧化碳的原因是： 。
(3)“火力到时，铜质如流，泻出成砣”，此法冶炼得到的铜不是粉末状而是块状的原因是 。
【答案】(1)分解反应
(2) 黑色固体逐渐变为红色 反应生成的二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳
(3)氧气充足时，炭火温度高于铜的熔点，反应过程中铜熔化成液体，冷却至室温后凝固成块状
【详解】（1）该反应符合“一变多”的特点，属于分解反应；
（2）木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；
木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，故试管中观察到的现象是：黑色固体逐渐变为红色；
反应生成的二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳，故实验过程中还可能生成一氧化碳；
（3）氧气充足时炼铜炉内炭火温度可达1200℃左右；铜的熔点为1083℃。故“火力到时，铜质如流，泻出成砣”，是因为氧气充足时，炭火温度高于铜的熔点，反应过程中铜熔化成液体，冷却至室温后凝固成块状，故此法冶炼得到的铜不是粉末状而是块状。
变式3：某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
(1)加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的方程式为 ，b试管中的现象为 。
(2)实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还应立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
(3)利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
【答案】(1) 黑色粉末逐渐变成红色 澄清石灰水变浑浊
(2) 将导管撤出石灰水 防止b中的石灰水倒吸入a中，使试管炸裂 防止灼热的铜被氧化
(3)碳和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳
【详解】（1）碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，铜是红色固体，氧化铜为黑色固体，可观察到a中黑色粉末逐渐变成红色；
方程式为：；
二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以可观察到b中澄清石灰水逐渐变浑浊；
（2）实验结束时，移开酒精喷灯后，立即用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是温度下降，防止b试管内液体被倒吸入a中，使a试管炸裂；
停止加热时，被还原的铜温度很高，如果与氧气接触，铜会与氧气反应生成氧化铜，所以停止加热时，应先将导管从试管b中撤出，并用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管a冷却后再把试管里的粉末倒出。移开酒精喷灯后，立即用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是防止灼热的铜被氧化；
（3）由于木炭和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，所以一氧化碳不一定是木炭和氧化铜反应生成的。
06巩固分层练习——课后训练巩固，提升能力素养
【巩固基础】：
1.碳单质中，质地较软，可以用作锂电池负极的是
A．金刚石 B．石墨 C．炭黑 D．活性炭
【答案】B
【详解】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，不符合题意；
B、石墨质软，具有良好的导电性，可用作锂电池负极，符合题意；
C、炭黑质地较脆，不符合题意；
D、活性炭质地较脆，具有吸附性，能吸附色素及异味，不符合题意。
故选：B。
2.劳动赋能，助力成长。下列劳动项目与所涉及的化学知识不相符的是
A．使用煤炉时，用扇子往炉中扇风——使空气流通，提供充足的氧气
B．清理家中鱼缸并通入氧气——氧气易溶于水
C．用活性炭去除冰箱异味——活性炭具有吸附性
D．用镶有金刚石的玻璃刀切割玻璃——金刚石的硬度大
【答案】B
【详解】A、使用煤炉时，用扇子往炉中扇风是为了使空气流通，提供充足的氧气。扇风能增加空气流动，提供更多氧气，促进燃烧。正确。
B、鱼缸通氧气是增加溶解的氧气，但氧气本身不易溶于水。错误。
C、活性炭是一种多孔材料，具有强吸附性，能吸附异味分子，正确。
D、金刚石是天然存在的最硬物质，可用于切割玻璃等硬物。正确。
故选B。
3.下列对物质的用途的解释正确的是
选项 用途 解释
A 焦炭能把铁从它的氧化物矿石里提炼出来 焦炭具有可燃性
B 石墨能够作为电池的电极材料 石墨具有润滑性
C 活性炭可作防毒面具的滤毒剂 活性炭具有吸附性
D 用墨书写的字画能长时间保存 碳具有深灰色、质软的性质
A．A B．B C．C D．D
【答案】C
【详解】A、焦炭能把铁从它的氧化物矿石里提炼出来，是因为焦炭具有还原性，与焦炭具有可燃性无关，说法错误，不符合题意；
B、石墨能够作为电池的电极材料，是因为石墨具有导电性，与石墨具有润滑性无关，说法错误，不符合题意；
C、活性炭可作防毒面具的滤毒剂，是因为活性炭具有吸附性，说法正确，符合题意；
D、用墨书写的字画能长时间保存，是因为墨的主要成分是碳，常温下碳的化学性质稳定，与碳具有深灰色、质软的性质无关，说法错误，不符合题意。
故选：C。
4.“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是
A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4
C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片
【答案】C
【详解】A、合成材料是通过化学合成方法制成的人造有机高分子材料，如塑料、合成纤维和合成橡胶。“超级黑”是碳纳米管材料，属于碳单质，是无机非金属材料，错误。
B、在单质中，元素的化合价均为0。“超级黑”是碳纳米管，由碳原子组成，属于碳单质，因此碳元素的化合价为0。错误。
C、碳单质在氧气充足且点燃的条件下能燃烧，生成二氧化碳。“超级黑”是碳纳米管，由碳元素组成，属于碳单质，因此在点燃条件下能与氧气反应而燃烧。正确。
D、题干明确说明“超级黑”的导热效率为铜的7倍，而铜是常用的散热片材料（因其导热性好）。因此，“超级黑”的导热性能更优，完全适合用于制作散热片。错误。
故选C。
5.阅读下面科普短文。请回答下列问题。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
石墨烯是一种单层碳原子晶体，石墨烯的厚度只有，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。石墨烯具有优良的性能，石墨烯的基本化学性质与石墨类似。在纺织、电子等领域具有广泛应用。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)石墨烯是由 （填“分子”“原子”或“离子”）构成的。
(2)石墨烯在足量的氧气中充分燃烧，反应的化学方程式 ；
(3)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为 。
【答案】(1)原子
(2)
(3)石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管
【详解】（1）短文第一句明确说明“石墨烯是一种单层碳原子晶体”，这直接指出石墨烯的构成单元是碳原子，所以石墨烯属于原子构成的物质（类似金刚石或石墨），故填：原子。
（2）短文提到“石墨烯的基本化学性质与石墨类似”，石墨是碳元素组成的单质，碳单质（如木炭、石墨）在足量氧气中充分燃烧时，会生成二氧化碳，由此推断石墨烯的燃烧反应相同，所以石墨烯在足量的氧气中充分燃烧，反应的化学方程式为：。故填：。
（3）短文最后部分说明：“石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。”故填：石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管。
6.碳纤维是一种含碳量在90%以上的碳材料，由不同原料经聚合、纺丝、氧化、高温碳化而成，其化学性质与碳相似。碳纤维复合材料具有低密度、高强度、耐高温、高化学稳定性、抗腐蚀、耐摩擦等优异的物理及化学性能，被广泛应用于航空航天、轨道交通、车辆制造、体育用品等领域，图1为国产碳纤维复合材料在翼型风帆上的应用。为提高碳纤维的强度，须将碳纤维原丝进行预氧化处理，测得碳纤维在不同高温下与拉伸强度的关系图(见图2)。
(1)碳纤维是否属于碳单质 (填“是”或“否”)。
(2)碳纤维的制造经历“氧化”“高温碳化”，这两个环节主要发生 (填“物理”或“化学”)变化。依据图2，碳化温度1370~1400℃下，碳纤维拉伸强度随碳化温度的增大而 。
(3)翼型风帆为远洋船舶提供辅助动力，减少船舶的燃油消耗。翼型风帆选用碳纤维复合材料的优点是 (多选)。
a．密度小 b．硬度小 c．耐腐蚀 d．强度高
(4)预测碳纤维的化学性质有 (写一点)。
(5)碳纤维主要成分为碳元素，形成过程复杂，其中包括化学反应： ，则X的化学式为 。产品C2H3N中碳、氮元素质量比为 (最简比)。
【答案】(1)否
(2) 化学 减小
(3)acd
(4)可燃性/还原性(合理即可)
(5) H2O 12：7
【详解】（1）碳纤维是一种含碳量在90%以上的碳材料，因此它不属于碳单质；
（2）碳纤维的制造过程中的“氧化”和“高温碳化”环节，涉及到物质的组成和性质的改变，因此主要发生的是化学变化；
依据图2，碳化温度在1370～1400℃下，碳纤维的拉伸强度随碳化温度的增大而减小；
（3）a.碳纤维复合材料的密度较小，有助于减轻风帆的重量，提高船舶的燃油效率，故正确；
b.碳纤维复合材料的硬度实际上是较大的，故错误；
c.碳纤维复合材料具有良好的耐腐蚀性，适合在海洋环境中使用，故正确；
d.碳纤维复合材料具有很高的强度，能够承受风力的拉扯，提供稳定的辅助动力，故正确；
故答案为：acd；
（4）碳纤维是一种含碳量在90%以上的碳材料，碳纤维的化学性质之一是具有可燃性或还原性等；
（5）化学反应前后，原子的种类和数目不变。根据可知，反应前有4个碳原子、18个氢原子、2个氮原子和6个氧原子，反应后有4个碳原子、6个氢原子和2个氮原子，因此6X中必须包含12个氢原子和6个氧原子，即X的化学式为H2O；
产品C2H3N中碳、氮元素的质量比为（12×2）：14 = 24：14 = 12：7。
7.阅读科普短文并回答问题：
在常温下为黑色或深棕色的固体，密度为，熔点280℃以上。分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。分子形状像一个足球，因此也被称为富勒烯或足球烯。在惰性气体（如氦气或氩气）气氛下，通过石墨电极之间的电弧放电，使石墨蒸发，冷却后形成。由于具有这种独特的分子结构，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，与K等金属反应生成的化合物是超导体。
(1)是由 构成的。
(2)由石墨制得属于 变化（填“物理”或“化学”）。
(3)下列属于物理性质的是______（填字母）。
A．密度为 B．能与K等金属反应 C．熔点280℃以上
(4)的应用 （写一点即可）。
【答案】(1)分子
(2)化学
(3)AC
(4)用于超导材料的研制
【详解】（1）分子是保持物质化学性质的一种微粒，是由分子构成的。
故本问答案为：分子。
（2）物理变化是没有新物质生成的变化，化学变化是有新物质生成的变化。由石墨制得，石墨和是两种不同的物质，有新物质生成，所以属于化学变化。
故本问答案为：化学。
（3）物理性质是指物质不需要发生化学变化就表现出来的性质。
A、密度为，密度属于物理性质，A正确。
B、能与K等金属反应，这表现的是的化学性质，B错误。
C、熔点以上，熔点属于物理性质，C正确。
故本问答案为：AC。
（4）根据题目信息可知，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景，所以的应用可以写用于超导材料的研制（答案不唯一）。故本问答案为：用于超导材料的研制（答案不唯一）。
8.松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管中有红色固体生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。
(1)左侧试管内发生反应的化学方程式 ；反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因 （文字描述）。
【提出问题】剩余黑色固体是什么？
【猜想假设】
(2)猜想一：；猜想二： （填化学式）；猜想三：C和；猜想四：。经过讨论同学们一致认为无需验证就知道猜想 是错误的。
【进行实验】
(3)
实验操作 现象 结论
取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧 无明显现象 猜想 成立
【拓展延伸】
(4)此实验中体现出的碳的化学性质可以用于 （填一种用途）。
(5)为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是_________（填序号）。
A． B． C．
【答案】(1) 防止生成的灼热的铜被空气中的氧气氧化（合理即可）
(2) C 四
(3)一
(4)冶金工业（合理即可）
(5)A
【详解】（1）碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为：；
灼热的铜在高温下会与氧气反应，因此反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因是：防止生成的灼热的铜被空气中的氧气氧化；
（2） 氧化铜和木炭均为黑色，由题意可知，猜想二为碳，化学式为 C ；
铜是红色固体，不是黑色，所以无需验证就知道猜想四是错误的；
（3）取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧，无明显现象，说明固体中没有碳，碳在空气中灼烧会与氧气反应，所以猜想一成立。
（4）此实验中碳能还原氧化铜，体现了碳的还原性，可用于冶炼金属。
（5）根据化学方程式 可知，反应中C和CuO的质量比为（1×12）：（64×2+16×2)=3:40，因为木炭中含有杂质，为使氧化铜完全反应，木炭和氧化铜的质量比应大于3：40，故选A。
【能力提升】：
1.石墨可用于制造高铁列车的受电弓碳滑板，受电弓碳滑板是高铁列车与正线接触网直接接触的重要受流部件，安装在受电弓的最上部（如图所示）。石墨的下列性质与此应用无关的是
A．滑腻感 B．金属光泽 C．导电性 D．熔点高
【答案】B
【详解】高铁列车依靠车顶的受电弓滑板与接触网持续摩擦获取电力，石墨可用于制造受电弓滑板，说明石墨具有良好的导电性、滑腻感，同时摩擦会产生热量，说明石墨熔点高。该用途与石墨具有金属光泽无关。故选B。
2．关于金刚石和石墨的说法中，不正确的是
A．它们都是由原子构成的物质
B．1g金刚石和1g石墨所含原子数相同
C．石墨具有滑腻感，因此可用作电极
D．金刚石和石墨中碳原子排列方式不同，两者物理性质不同
【答案】C
【详解】A、金刚石和石墨都是由碳原子直接构成的，因此它们是由原子构成的物质，此选项正确；
B、金刚石和石墨都由碳原子构成，碳原子的相对原子质量相同，因此，相同质量的金刚石和石墨中，所含碳原子数目相同，此选项正确；
C、石墨具有滑腻感是因为其层状结构中，层与层之间作用力弱，容易滑动，但石墨用作电极的主要原因是其具有良好的导电性，与滑腻感无关，此选项错误；
D、金刚石中碳原子呈三维网状排列，结构坚硬，石墨中碳原子呈层状排列，层间易滑动，排列方式不同导致物理性质差异，如金刚石硬度大、不导电，石墨软、滑腻、导电，此选项正确。
故选C。
3.下列关于物质性质及用途的描述中，错误的是
A．木炭具有还原性，可冶炼金属 B．稀有气体化学性质不活泼，可用于霓虹灯
C．氮气的化学性质不活泼，可作为保护气 D．石墨具有导电性，用作电池的电极材料
【答案】B
【详解】A、木炭具有还原性，可冶炼金属，选项正确；
B、稀有气体化学性质不活泼，可用作保护气，选项错误；
C、氮气的化学性质不活泼，可作为保护气，选项正确；
D、石墨具有导电性，用作电池的电极材料，选项正确；
故选B。
4.根据图示，下列说法中描述错误的是
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．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族
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、石墨和碳纳米管都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，故选项说法不正确；
B、金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是碳的单质，都可以在氧气中燃烧生成二氧化碳，故选项说法正确；
C、碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族，故选项说法正确；
D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子排列方式不同，故选项说法正确。
故选A。
5.家用净水器的广泛应用反映了人们对饮用水安全的重视。如图是某家用净水器的工作原理(其中棉的作用是除去泥沙、铁锈等，反渗透膜的作用是除去重金属、细菌、病毒等)，下列有关说法错误的是
A．棉可过滤除去水中的大颗粒物
B．活性炭能吸附水中一些溶解的杂质，除去异味
C．反渗透膜的作用相当于蒸馏操作
D．经过净水机处理后的水属于混合物
【答案】C
【详解】A、PP棉能除去水中的泥沙、铁锈等，主要用于除去大颗粒不溶性杂质，不符合题意。
B、活性炭具有疏松多孔的结构，能吸附水中一些溶解的杂质，除去异味，不符合题意。
C、RO反渗透膜的作用是除去多种金属离子、细菌、病毒等，而蒸馏(利用混合液体中各组分沸点不同进行分离)操作可以除去水中的所有杂质，故RO反渗透膜的作用与蒸馏操作不一样，符合题意。
D、经过净水机处理后的水中还含有可溶性杂质等，属于混合物，不符合题意。
故选C。
6.单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。工业上通过以下反应将自然界中的二氧化硅（）转化为硅：，下列分析正确的是
A．二氧化硅发生了氧化反应 B．碳发生了还原反应
C．碳表现还原性 D．该反应中没有化合价的变化
【答案】C
【详解】A、物质失去氧的反应是还原反应，根据化学方程式可知，二氧化硅失去氧变成硅，发生了还原反应，说法错误，不符合题意；
B、物质得到氧的反应是氧化反应，根据化学方程式可知，碳得到氧变成一氧化碳，发生了氧化反应，说法错误，不符合题意；
C、物质夺取氧的性质是还原性，根据化学方程式可知，碳得到氧变成一氧化碳，则碳表现还原性，说法正确，符合题意；
D、在该反应中硅元素由+4价变为0价，碳元素由0价变为+2价，反应前后碳元素、硅元素的化合价均发生变化，说法错误，不符合题意。
故选：C。
7.我们学习很多的化学物质，有很多的用途。
(1)浓盐酸具有挥发性，盐酸挥发属于 (选填“物理”或“化学”)变化。
(2)金刚石可以用来切割玻璃，是因为具有 的物理性质。金刚石、石墨和碳60互为 ，其中碳元素以 (选填“游离”或“化合”)态存在。
(3)光伏产品遍及全球。生产中涉及反应：。X的化学式是 。1molSiO2中约含 个氧原子(用科学计数法表示)。
【答案】(1)物理
(2) 硬度大 ；同素异形体 ；游离；
(3)CO ；
【详解】（1）盐酸挥发是氯化氢分子运动到空气中，无新物质生成，属于物理变化。
（2）金刚石可切割玻璃，是因为具有硬度大的物理性质；
金刚石、石墨、碳60是由碳元素组成的不同单质，互为同素异形体；
它们均由碳元素组成单质，碳元素以游离态存在（单质中元素为游离态）。
（3）根据质量守恒定律，化学反应前后，原子的种类和个数不变。反应前Si、O、C的个数分别是1、2、2，反应后除2X外Si、O、C的个数分别是1、0、0，则2X含有2个O、2个C，X含有1个O、1个C，X的化学式为CO；
1mol SiO2含2mol氧原子，1mol粒子约含6.02×1023个，故氧原子数目为。
8.在人类文明的长河中，冶金技术是推动社会进步的重要里程碑。早在数千年前，古代工匠便掌握了利用碳来冶炼金属的奥秘，这一技术不仅改变了工具和武器的制造方式，更深刻影响了人类历史的进程。
(1)古代冶金的核心燃料是木炭，木炭质地疏松多孔，具有优异的 性，可以去除一些食品或工业产品里的色素和异味。
(2)木炭燃烧释放大量热量，为冶炼金属提供了必需的高温条件，木炭在氧气充足的条件下燃烧的现象为 ，其文字表达式为 。
(3)某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
①加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的文字表达式为 ，b试管中的现象为 。
②实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还因立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
③利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
(4)随着技术的发展人类还发现了其他碳单质，如金刚石和石墨，它们的结构模型如图所示，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的排列方式不同
C．金刚石和石墨的物理性质相同 D．金刚石和石墨的相互转化为物理变化
【答案】(1)吸附
(2) 剧烈燃烧、发出白光、放出热量
(3) 黑色粉末变为红色 澄清的石灰水变浑浊 将导管撤出石灰水 防止澄清的石灰水倒吸，炸裂试管 防止生成的铜被空气中的氧气氧化 由于木炭和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，则一氧化碳不一定是木炭和氧化铜反应生成的
(4)B
【详解】（1）木炭质地疏松多孔，具有优异的吸附性，可以去除一些食品或工业产品里的色素和异味；
（2）木炭在氧气充足的条件下燃烧反应生成二氧化碳，现象为剧烈燃烧、发出白光、放出热量，反应的文字表达式为：；
（3）①木炭和氧化铜在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，加热一段时间后，观察到a试管中的现象为黑色粉末变为红色，反应的文字表达式为：，b试管中的现象为澄清的石灰水变浑浊；
②实验结束时，应先将导管撤出石灰水，防止澄清的石灰水倒吸，炸裂试管；移开酒精喷灯后，还因立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是防止生成的铜被空气中的氧气氧化 ；
③由于木炭和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，则一氧化碳不一定是木炭和氧化铜反应生成的；
（4）A、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，碳原子的大小相同，故选项错误；
B、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但碳原子的排列方式不同，故选项正确；
C、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但碳原子的排列方式不同，所以物理性质不同，故选项错误；
D、金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但碳原子的排列方式不同，所以物理性质不同，所以金刚石和石墨的相互转化为化学变化，故选项错误；
故选：B。
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第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性
学习导航
01核心素养目标——明确内容要求，落实学习任务
02知识思维导图——构建知识体系，加强学习记忆
03课题知识梳理——梳理教材内容，掌握基础知识
04知识当堂检测——课堂自我检测，发现知识盲点
05重难点强训练——探究重点难点，突破学习任务
06巩固分层练习——课后训练巩固，提升能力素养
01核心素养目标——明确内容要求，落实学习任务
1.通过情景设置、小组讨论及多媒体展示使学生掌握金刚石，石墨的物理性质和用途，了解C60的相关信息，从而认识物质的结构、性质和用途的关系。
2.通过对生活中一些常见碳单质的使用情况，了解碳单质在常温下的稳定性和可燃性。
3.通过学习探究碳的化学性质，重点掌握碳还原氧化铜实验的装置、现象和结论。
02知识思维导图——明确内容要求，落实学习任务
03课题知识梳理——梳理教材内容，掌握基础知识
碳的单质
1．金刚石、石墨和C60的结构、组成及化学式
物质 金刚石 石墨 C60
结构模型
宏观组成 都是由 元素组成的单质
构成物质的粒子 碳原子 碳原子 C60分子
化学式 C C C60
2．金刚石、石墨和C60的性质及用途
种类 物理性质 用途
金刚石 无色透明的固体，天然存在的最硬的物质 可作钻机钻头、裁玻璃等
石墨 灰黑色，很软，有 ，熔点高，具有优良的 性能 可用于制造铅笔芯、高铁列车的受电弓滑板、干电池的电极材料等
C60 由 构成 可用于超导、催化、能源及医学等领域
活性炭、木炭(主要成分为碳单质) 具有 的结构，具有 性 可用于吸附色素、异味等
物理性质差异大的原因 碳原子的 不同
碳单质的化学性质
1．碳单质的化学性质
（1）常温下______________强（古代字画能长久保存的原因）。
（2） ：
（O2充足)完全燃烧生成CO2化学方程式：____________ ；
（O2不足）不完全燃烧生成CO化学方程式：_________________。
还原性：
C+2CuO 高温 2Cu+CO2↑（置换反应）
3C+2Fe2O3 高温 4Fe+3CO2↑ （置换反应）
碳还原金属氧化物规律：
碳 + 某些金属氧化物 金属单质 + CO2↑
应用：冶金工业。
C+CO2 高温 2CO （吸热反应）
【木炭还原氧化铜实验探究】；
实验装置：
实验步骤：
a.连接仪器，检查装置的气密性；
b.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；
c.将试管固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中；
d.打开弹簧夹，用酒精灯加热混合物几分钟；
e.先撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象。
化学方程式：C＋2CuO 高温 2Cu＋CO2↑
实验现象：黑色粉末变成 色；澄清石灰水 实验结论：木炭能够还原氧化铜生成 单质和 ；该实验说明木炭具有 性。 【实验分析】：
①在酒精灯上加网罩的目的： 。
②反应结束时，要先撤出导管，再停止加热的目的： 。
③用弹簧夹夹紧乳胶管后，要待试管冷却后再将粉末倒出： 。
04知识当堂检测——课堂自我检测，发现知识盲点
1.2024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不活泼
2．中国科研团队受“弓弩”等结构启发，研制出碳单质家族的新成员—“碳弹簧”，该新型碳材料由多孔碳材料制作而成。下列关于“碳弹簧”的说法正确的是
A．常温下，“碳弹簧”的化学性质很活泼
B．“碳弹簧”中碳原子静止不动
C．在一定条件下，“碳弹簧”可以与氧化铜发生反应
D．“碳弹簧”在氧气中燃烧只能生成二氧化碳
3.物质的性质决定了物质的用途，下列几种常见物质的性质、用途不一致的是
A．氧气支持燃烧——用于气焊 B．酒精可燃——作消毒剂
C．金刚石硬度大——用于裁玻璃 D．石墨导电——作电极材料
4.“碳家族”的成员很多，用途很广。
(1)用来切割玻璃的碳单质是 （填名称），因为它具有 的性质，对应的结构模型是图中的 （填字母）；石墨棒可以作电极，是因为它具有 性。
(2)如图是碳原子的原子结构示意图，原子核内质子数是 个，最外层电子数是 个。
(3)结构决定性质，性质决定用途，说法错误的是 。
A．不同的物质具有不同的结构
B．不同的物质具有不同的性质
C．不同的物质组成的元素一定不同
D．同种元素能组成不同物质是因为原子内部结构不同
(4)如图是高温下木炭与氧化铜反应的实验装置。
①Ⅰ处试管中观察到的现象是 。
②反应结束后先进行的操作是 。
A．熄灭酒精喷灯
B．从石灰水中撤出导管
③Ⅰ处试管中剩余固体随着时间的变化如图，分析错误的是 。
A．t1时反应开始
B．生成铜的质量为ng
C．生成气体的质量为（m﹣n）g
D．t2时反应结束
5.兴趣小组把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地放入试管，按图进行实验。实验中观察到黑色粉末变为红色，澄清石灰水变浑浊。
(1)把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀的目的是 ，实验中酒精灯加网罩的目的是 。
(2)实验结束时先撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管后，再停止加热的原因是 。
(3)实验中测得反应前后木炭粉末和氧化铜粉末的混合物的质量减少了0.88g，计算实验中生成的铜的质量 。(写出计算过程)
(4)为了使所有氧化铜能充分反应，木炭粉末与氧化铜粉末的最合适的质量比是___________(填字母)。
A．3∶36 B．3∶42 C．3∶48 D．3∶80
05重难点强训练——探究重点难点，突破学习任务
问题一 金刚石、石墨、C60的区别
【解题技巧】：
金刚石、石墨、C60物理性质差异大的原因： ；
金刚石是天然存在最硬的物质，用于 ；
石墨具有 性，可以作电池的电极；
活性炭疏松多孔具有 性， ，属于 变化。
例：下列关于碳单质的说法错误的是
A．石墨具有金属光泽，有优良的导电性能，是天然存在的最硬的物质
B．石墨烯和碳纳米管在材料、催化、信息等诸多领域中有重要应用
C．石墨粉和黏土粉末按一定比率混合可以制铅笔芯
D．金刚石、石墨和里碳原子的排列方式不同，因此在性质和用途上存在明显差异
【答案】A
【详解】A、石墨具有金属光泽和优良的导电性能，但石墨质地较软，天然存在的最硬的物质是金刚石，说法错误，符合题意；
B、石墨烯和碳纳米管在材料、催化、信息等诸多领域中有重要应用，说法正确，不符合题意；
C、石墨粉和黏土粉末按一定比率混合可以制铅笔芯，说法正确，不符合题意；
D、金刚石、石墨和的碳原子排列方式不同，因此在性质和用途上存在明显差异，说法正确，不符合题意。
故选：A。
变式1：下列关于碳单质的说法错误的是
A．金刚石和石墨都是由碳元素组成的
B．金刚石硬度大，可用于切割玻璃
C．石墨能导电，可作电极
D．活性炭有吸附性，可除去水中的钙、镁化合物
变式2：下列叙述中，因果关系不成立的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质，因此可用于裁玻璃
B．石墨具有导电性，因此常用于制铅笔芯
C．活性炭疏松多孔，有吸附性，因此可用于防毒面具吸附毒气
D．木炭具有还原性，因此用于冶炼金属
变式3：下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是
A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质
C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构
问题二 碳单质的化学性质
【解题技巧】：
碳单质在 ，可以书写字画年久不褪色；
碳单质具有可燃性，可以 ；
例：碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是
A．碳纳米管是一种新型化合物
B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳
C．碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳
D．碳纳米管在常温下化学性质稳定
【答案】A
【详解】A、化合物是由不同种元素组成的纯净物，而单质是由同种元素组成的纯净物（如金刚石、石墨）。题干明确碳纳米管“由碳原子构成”，说明它只含碳元素，因此属于单质，不是化合物，此说法错误。
B、碳单质（如木炭）在氧气充足时完全燃烧，会生成二氧化碳。碳纳米管由碳原子构成，属于碳单质，因此完全燃烧的生成物应为二氧化碳。此说法正确。
C、碳单质在氧气不足时不完全燃烧，会生成一氧化碳。碳纳米管作为碳单质，在燃烧不完全的条件下，也应生成一氧化碳。此说法正确。
D、碳的单质（如金刚石、石墨）在常温下不易与其他物质反应，化学性质稳定。这是因为碳原子结构在常温下不易被破坏。碳纳米管由碳原子构成，同样属于碳单质，因此在常温下化学性质稳定。此说法正确。
故选A。
变式1：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．熔点高 B．导电性能好 C．化学性质不活泼 D．吸附能力强
变式2：中国有上千年的书法文物，书法中用到的墨主要含碳，这体现了“碳”的
A．稳定性 B．可燃性 C．吸附性 D．导电性
变式3：2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列有关说法正确的是
A．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 B．碳纤维与金刚石的性质完全相同
C．碳纤维是一种新型化合物 D．碳纤维是一种金属单质
问题三 碳还原氧化铜实验
【解题技巧】：
碳具有还原性，可以 ；
①在酒精灯上加网罩的目的： 。
②反应结束时，要先撤出导管，再停止加热的目的： 。
③用弹簧夹夹紧乳胶管后，要待试管冷却后再将粉末倒出： 。
例：按一定质量比例取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如图，下列说法正确的是
A．M点对应的固体物质只有两种
B．N点对应的固体为黑色
C．0～t2 min内，固体中铜元素的质量分数不变
D．反应后产生气体的总质量为(a－b)g
【答案】D
【详解】A、碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，有气体生成固体质量减少，M点时固体质量还有减小的趋势，还未完全反应，此时对应的固体物质有氧化铜、碳、铜三种物质，错误；
B、N点时，固体质量不再减小，恰好完全反应，对应的固体为铜，为紫红色不是黑色，错误；
C、根据质量守恒定律，化学反应前后，元素的种类和质量不变，反应过程中铜元素的质量不变，但是0～t2min内，固体的质量减少，固体中铜元素的质量分数增大，错误；
D、根据质量守恒定律，化学反应前后，物质的总质量不变，碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，反应后产生气体的总质量为(a－b)g，正确。
故选D。
变式1：某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是
A．该反应说明木炭具有还原性
B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素
D．装置中发生反应：
变式2：《天工开物》中记载中国古代重要的冶金技术之一火法炼铜：“凡铜砂入炉，与木炭同煅，火力到时，铜质如流，泻出成砣”。氧气充足时炼铜炉内炭火温度可达1200℃左右；铜的熔点为1083℃。
(1)铜砂的主要成分为碱式碳酸铜[Cu2（OH）2CO3]，受热时发生反应的化学方程式为Cu2（OH）2CO32CuO+H2O+CO2↑，该反应的基本类型是 。
(2)木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，装置如图所示。写出反应的化学方程式： 。试管中观察到的现象是 。实验过程中还可能生成一氧化碳的原因是： 。
(3)“火力到时，铜质如流，泻出成砣”，此法冶炼得到的铜不是粉末状而是块状的原因是 。
变式3：某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
(1)加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的方程式为 ，b试管中的现象为 。
(2)实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还应立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
(3)利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
06巩固分层练习——课后训练巩固，提升能力素养
【巩固基础】：
1.碳单质中，质地较软，可以用作锂电池负极的是
A．金刚石 B．石墨 C．炭黑 D．活性炭
2.劳动赋能，助力成长。下列劳动项目与所涉及的化学知识不相符的是
A．使用煤炉时，用扇子往炉中扇风——使空气流通，提供充足的氧气
B．清理家中鱼缸并通入氧气——氧气易溶于水
C．用活性炭去除冰箱异味——活性炭具有吸附性
D．用镶有金刚石的玻璃刀切割玻璃——金刚石的硬度大
3.下列对物质的用途的解释正确的是
选项 用途 解释
A 焦炭能把铁从它的氧化物矿石里提炼出来 焦炭具有可燃性
B 石墨能够作为电池的电极材料 石墨具有润滑性
C 活性炭可作防毒面具的滤毒剂 活性炭具有吸附性
D 用墨书写的字画能长时间保存 碳具有深灰色、质软的性质
A．A B．B C．C D．D
4.“超级黑”是碳纳米管制造的新型材料，其传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列有关“超级黑”的说法正确的是
A．“超级黑”是一种合成材料 B．“超级黑”中碳元素的化合价为+4
C．一定条件下，“超级黑”能燃烧 D．“超级黑”不可用于制作散热片
5.阅读下面科普短文。请回答下列问题。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
石墨烯是一种单层碳原子晶体，石墨烯的厚度只有，是目前为止最薄的二维纳米碳材料。石墨烯具有优良的性能，石墨烯的基本化学性质与石墨类似。在纺织、电子等领域具有广泛应用。纺织领域是石墨烯应用的新兴领域，纺织面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)石墨烯是由 （填“分子”“原子”或“离子”）构成的。
(2)石墨烯在足量的氧气中充分燃烧，反应的化学方程式 ；
(3)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为 。
6.碳纤维是一种含碳量在90%以上的碳材料，由不同原料经聚合、纺丝、氧化、高温碳化而成，其化学性质与碳相似。碳纤维复合材料具有低密度、高强度、耐高温、高化学稳定性、抗腐蚀、耐摩擦等优异的物理及化学性能，被广泛应用于航空航天、轨道交通、车辆制造、体育用品等领域，图1为国产碳纤维复合材料在翼型风帆上的应用。为提高碳纤维的强度，须将碳纤维原丝进行预氧化处理，测得碳纤维在不同高温下与拉伸强度的关系图(见图2)。
(1)碳纤维是否属于碳单质 (填“是”或“否”)。
(2)碳纤维的制造经历“氧化”“高温碳化”，这两个环节主要发生 (填“物理”或“化学”)变化。依据图2，碳化温度1370~1400℃下，碳纤维拉伸强度随碳化温度的增大而 。
(3)翼型风帆为远洋船舶提供辅助动力，减少船舶的燃油消耗。翼型风帆选用碳纤维复合材料的优点是 (多选)。
a．密度小 b．硬度小 c．耐腐蚀 d．强度高
(4)预测碳纤维的化学性质有 (写一点)。
(5)碳纤维主要成分为碳元素，形成过程复杂，其中包括化学反应： ，则X的化学式为 。产品C2H3N中碳、氮元素质量比为 (最简比)。
7.阅读科普短文并回答问题：
在常温下为黑色或深棕色的固体，密度为，熔点280℃以上。分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。分子形状像一个足球，因此也被称为富勒烯或足球烯。在惰性气体（如氦气或氩气）气氛下，通过石墨电极之间的电弧放电，使石墨蒸发，冷却后形成。由于具有这种独特的分子结构，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，与K等金属反应生成的化合物是超导体。
(1)是由 构成的。
(2)由石墨制得属于 变化（填“物理”或“化学”）。
(3)下列属于物理性质的是______（填字母）。
A．密度为 B．能与K等金属反应 C．熔点280℃以上
(4)的应用 （写一点即可）。
8.松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管中有红色固体生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。
(1)左侧试管内发生反应的化学方程式 ；反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因 （文字描述）。
【提出问题】剩余黑色固体是什么？
【猜想假设】
(2)猜想一：；猜想二： （填化学式）；猜想三：C和；猜想四：。经过讨论同学们一致认为无需验证就知道猜想 是错误的。
【进行实验】
(3)
实验操作 现象 结论
取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧 无明显现象 猜想 成立
【拓展延伸】
(4)此实验中体现出的碳的化学性质可以用于 （填一种用途）。
(5)为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是_________（填序号）。
A． B． C．
【能力提升】：
1.石墨可用于制造高铁列车的受电弓碳滑板，受电弓碳滑板是高铁列车与正线接触网直接接触的重要受流部件，安装在受电弓的最上部（如图所示）。石墨的下列性质与此应用无关的是
A．滑腻感 B．金属光泽 C．导电性 D．熔点高
2．关于金刚石和石墨的说法中，不正确的是
A．它们都是由原子构成的物质
B．1g金刚石和1g石墨所含原子数相同
C．石墨具有滑腻感，因此可用作电极
D．金刚石和石墨中碳原子排列方式不同，两者物理性质不同
3.下列关于物质性质及用途的描述中，错误的是
A．木炭具有还原性，可冶炼金属 B．稀有气体化学性质不活泼，可用于霓虹灯
C．氮气的化学性质不活泼，可作为保护气 D．石墨具有导电性，用作电池的电极材料
4.根据图示，下列说法中描述错误的是
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．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族
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
5.家用净水器的广泛应用反映了人们对饮用水安全的重视。如图是某家用净水器的工作原理(其中棉的作用是除去泥沙、铁锈等，反渗透膜的作用是除去重金属、细菌、病毒等)，下列有关说法错误的是
A．棉可过滤除去水中的大颗粒物
B．活性炭能吸附水中一些溶解的杂质，除去异味
C．反渗透膜的作用相当于蒸馏操作
D．经过净水机处理后的水属于混合物
6.单晶硅是制作电子集成电路的基础材料。工业上通过以下反应将自然界中的二氧化硅（）转化为硅：，下列分析正确的是
A．二氧化硅发生了氧化反应 B．碳发生了还原反应
C．碳表现还原性 D．该反应中没有化合价的变化
7.我们学习很多的化学物质，有很多的用途。
(1)浓盐酸具有挥发性，盐酸挥发属于 (选填“物理”或“化学”)变化。
(2)金刚石可以用来切割玻璃，是因为具有 的物理性质。金刚石、石墨和碳60互为 ，其中碳元素以 (选填“游离”或“化合”)态存在。
(3)光伏产品遍及全球。生产中涉及反应：。X的化学式是 。1molSiO2中约含 个氧原子(用科学计数法表示)。
8.在人类文明的长河中，冶金技术是推动社会进步的重要里程碑。早在数千年前，古代工匠便掌握了利用碳来冶炼金属的奥秘，这一技术不仅改变了工具和武器的制造方式，更深刻影响了人类历史的进程。
(1)古代冶金的核心燃料是木炭，木炭质地疏松多孔，具有优异的 性，可以去除一些食品或工业产品里的色素和异味。
(2)木炭燃烧释放大量热量，为冶炼金属提供了必需的高温条件，木炭在氧气充足的条件下燃烧的现象为 ，其文字表达式为 。
(3)某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
①加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的文字表达式为 ，b试管中的现象为 。
②实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还因立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
③利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
(4)随着技术的发展人类还发现了其他碳单质，如金刚石和石墨，它们的结构模型如图所示，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的排列方式不同
C．金刚石和石墨的物理性质相同 D．金刚石和石墨的相互转化为物理变化
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