第六单元 课题1 金刚石、石墨和C60（含解析）—2022-2023学年九年级化学上册最新命题导向假期培优

第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
一、单选题
1.下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图，下列说法错误的是 ( )
A.这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2
B.常温下，C60和碳纳米管的化学性质很活泼
C.这四种物质的物理性质有较大差异的原因是碳原子的排列方式不同
D.石墨可以制作高铁的电刷
2.近日，科学家在高温高压条件下合成了一种新形态的金刚石——次晶金刚石。次晶金刚石是目前发现的非晶材料中硬度和热导率最高的材料，在高端技术领域和极端环境下具有重要的应用前景。下列有关说法正确的是 ( )
A.次晶金刚石是一种新型化合物 B.次晶金刚石中碳元素的化合价为+4
C.次晶金刚石很坚固，不能燃烧 D.石墨与次晶金刚石的碳原子排列方式不同
3.高铁是“中国制造”一张耀眼的名片，它带领中国走向世界。高铁列车与电路连接的石墨电刷没有利用的石墨性质是 ( )
A.稳定性 B.润滑性 C.还原性 D.导电性
4.2022年卡塔尔世界杯足球赛正在如火如荼进行中，化学中C60的分子结构和足球相似。下列关于碳单质的说法正确的是 ( )
A.碳单质在空气中燃烧只能生成二氧化碳
B.重要档案用碳素墨水书写只利用了碳的物理性质
C.金刚石、石墨和C60的物理性质有很大差异的原因是构成它们的原子大小不同
D.由于石墨具有良好的导电性，因此石墨可用于制高铁的电刷
5.被誉为“21世纪神奇材料”的石墨烯以其神奇特性承载着人们的无数想象。石墨烯是从石墨中分离出来的一层或几层碳原子构成的石墨片，用石墨烯和铝合金可制出一种具备特殊性能的烯合金，下列对石墨烯和烯合金的说法错误的是 ( )
A.石墨烯是一种新型的化合物 B.石墨烯在一定条件下能与氧气发生氧化反应
C.烯合金具有优良的导电性 D.烯合金是一种新型材料
6.“碳海绵”是已知最轻的固体材料(如图)，由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力(不吸水)，将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于碳海绵的说法不正确的是 ( )
A.具有吸附性 B.不可与氧气反应
C.可重复使用 D.可处理海上石油泄漏
7.激光打印机是常见的办公用品，它所用的墨粉主要成分是极细的碳粉。碳粉不具有的性质是 ( )
A.可燃性 B.易溶于水 C.还原性 D.常温下化学性质稳定
8.下列有关金刚石和石墨的说法中，正确的是 ( )
A.都是无色固体 B.都能导电 C.硬度都很大 D.都有可燃性
9.我国明代宋应星所著的《天工开物》已记载有炼锡(锡的元素符号为Sn)的方法，用化学方程式可表示为：。下列关于该反应的描述不正确的是 ( )
A.该炼锡方法会污染环境
B.CO在该反应中表现出了还原性
C.SnO2在反应中提供氧，发生了还原反应
D.该化学反应后，固体质量减小
10.利用如图装置进行实验。下列说法不正确的是 ( )
A.一段时间后有红色固体生成
B.反应后固体减少的质量一定等于生成铜的质量
C.该实验体现 C 的还原性
D.石灰水变浑浊说明发生了化学变化
11.“中国芯”的核心材料是单质硅，工业上制取粗硅的化学方程式为：。下列说法正确的是 ( )
A.Si 属于金属元素 B.X 的化学式为 CO2
C.该反应属于还原反应 D.Si 是地壳中含量最多的元素
12.对于化学反应C+CO22CO，下列说法不正确的是 ( )
A.在此反应中，碳单质体现了还原性 B.此反应只体现了碳元素的两种化合价
C.此反应方程式中有两种氧化物 D.此反应为化合反应
二、填空与简答题
13.木炭和活性炭是生活中和实验室常见的物质，以下是化学教材中有关木炭和活性炭的几个实验。
(1)实验Ⅰ中，若一开始就把红热的木炭迅速伸入盛氧气的集气瓶下部，会导致的后果是______。
(2)实验Ⅱ中小卵石、石英砂的作用是______；活性炭的作用是______。
(3)实验Ⅲ中金属网罩的作用是_______；实验一段时间后，观察到澄清石灰水变浑浊，原因是_______(用化学方程式表示)。
14.请回答下列与碳有关的问题。
(1)石墨作铅笔芯，主要利用石墨___________及灰黑色的性质；
(2)金刚石与石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，原因是___________不同；
(3)用碳素笔签署文件，字迹长时间不褪色，这是因为___________；
(4)C与CuO的反应中，反应的化学方程式___________，发生还原反应的物质是___________；该实验中，加热的酒精灯加网罩作用是___________。
15.某同学设计了如图所示的实验装置，进行碳还原性的验证，
对实验进行分析并回答问题。
(1)证明碳具有还原性的实验现象是什么？_______。
(2)实验结束后，先将导管撤出，再熄灭酒精灯的目的是什么？______。
(3)CuO发生_______(填“氧化”或“还原”)反应，写出该反应的化学方程式_______。
三、科学探究题
16.碳单质在生产生活中有着重要的用途。某学习小组以碳单质为主题，开展项目式学习。
【任务一】认识碳单质的性质和用途
(1)金刚石、石墨都是常见的碳单质，其物理性质差异很大的原因是_______。
(2)中国制造的高铁走在世界的前列。高铁动车与电路连接的石墨电刷利用到石墨的性质是_______(填字母序号)。
A.稳定性 B.滑腻感 C.还原性 D.导电性
【任务二】碳还原氧化铜实验的探究
某化学兴趣小组对碳和氧化铜在高温下反应的产物进行了如下探究
【查阅资料】
1.氧化亚铜(Cu2O)为红色固体；
2.氧化亚铜能和稀硫酸反应：
3.氮气不与碳和氧化铜发生反应。
【实验探究】
(3)加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气，目的是_______。
(4)点燃酒精喷灯，请写出碳和氧化铜反应的化学方程式_______。
探究一：探究生成的气体
【提出问题1】生成的气体中是否有一氧化碳？数据记录如下(假设固体生成物只有铜)：
反应前 氧化铜3.20g，碳粉2.00g混合均匀，放入48.48g的硬质玻璃管中：
反应后 称得硬质玻璃管和固体总质量52.72g
【数据处理】
(5)经测算，参加反应的碳元素质量为0.32g，因此气体生成物是_______。
探究二：探究产物的固体成分
【提出问题2】红色固体中是否有Cu2O？
【设计实验】
(6)取少量反应后暗红色固体，加入足量稀硫酸，观察到_______现象，说明暗红色固体含Cu2O。
(7)实验室在真空密闭容器内、相同温度下，按照表中的数据进行碳粉还原氧化铜实验，数字化仪器绘制出的密闭容器中气体质量随反应时间变化的曲线如图所示。(备注：“目数”是指固体的粗细度，目数越大颗粒越小)
实验编号 碳粉质量/g 目数规格 氧化铜粉质量/g 对应曲线
I 3 200目 40 a
Ⅱ 3 1000目 40 b
III 3 2000目 40 c(待画)
①分析a、b两条曲线，在所用碳粉质量相同的情况下，碳粉目数与反应速率之间的关系为_______。
②请在图中画出曲线c的大致位置及变化趋势_______。
试卷第4页，共5页
试卷第5页，共5页
【参考答案及解析】
1.B
【详解】A、金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是碳元素组成的单质，完全燃烧时的产物都是二氧化碳，故A说法正确；
B、通常情况下，碳元素组成的单质的化学性质稳定，故常温下，C60和碳纳米管的化学性质稳定，故B说法错误；
C、因为碳原子的排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60、碳纳米管这四种物质的物理性质有较大差异，故C说法正确；
D、石墨具有导电性，可以制作高铁的电刷，故D说法正确；
故选B。
2.D
【详解】A、次晶金刚石是一种新形态的金刚石，与金刚石形态不同，金刚石是由碳元素组成的单质，次晶金刚石也是由碳元素组成的单质，选项不正确；
B、次晶金刚石是由碳元素组成的单质，碳元素的化合价为0，选项不正确；
C、根据材料可知次晶金刚石硬度高，很坚固；碳具有可燃性，次晶金刚石能燃烧，选项不正确；
D、石墨与次晶金刚石都是碳元素组成的单质，性质不同是由于碳原子排列方式不同，选项正确；
故选D。
3.C
【详解】A、石墨电刷，是用石墨制成的，利用了石墨具有稳定性的性质，故选项错误。
B、石墨电刷，石墨具有优良的润滑性，利用了石墨滑腻感的性质，故选项错误。
C、石墨还原性是指石墨与某些氧化物反应，因此没有利用石墨具有还原性的性质，故选项正确。
D、高铁动车与电路连接的石墨电刷，能给高铁供电，利用了石墨导电性好的性质，故选项错误。
故选C。
4.D
【详解】A.碳单质具有可燃性，充分燃烧的产物是二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，此选项错误；
B.在书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水笔，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，此选项错误；
C.金刚石和石墨均由碳原子构成，C60是由C60分子构成，它们的物理性质有很大差异是因为它们的碳原子排列方式不同，构成它们的碳原子都相同，此选项错误；
D.由于石墨具有良好的导电性，可制作石墨电刷通过电网给高铁供电，此选项正确；
故选D
5.A
【详解】A、石墨烯是一种新型的化合物错误，是一种单质，符合题意；
B、石墨烯在一定条件下能和氧气反应，碳和氧气在点燃的条件下生成二氧化碳，不符合题意；
C、烯合金具有优良的导电性正确，因为石墨和铝都能导电，不符合题意；
D、烯合金是一种新型材料正确，不符合题意。
故选A。
6.B
【详解】A、根据题干信息，“碳海绵”由碳元素组成，具有多孔结构，有很强的吸附能力(不吸水)，所以具有吸附性，故选项正确；
B、“碳海绵”由碳元素组成，在氧气中能够燃烧，产物可能为生成一氧化碳和二氧化碳，故选项错误；
C、根据题干信息，将吸入的石油挤出后仍可恢复原状，可知碳海绵可重复使用，故选项正确；
D、由题意，它对石油有很强的吸附能力(不吸水)，所以可处理海上石油泄漏，故选项正确；
故选B。
【点睛】本题难度不大，物质的性质决定物质的用途，理解题意、掌握常见碳单质的性质并能灵活运用是正确解答本题的关键。
7.B
【详解】A、碳具有可燃性，故A不符合题意；
B、碳难溶于水，故B符合题意；
C、碳具有还原性，故C不符合题意；
D、碳在常温下化学性质稳定，故D不符合题意；
故应选B。
8.D
【详解】A、金刚石是无色透明的，石墨是深灰色的，不符合题意；
B、石墨具有良好的导电性，金刚石不导电，不符合题意；
C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨质软，不符合题意；
D、金刚石和石墨均属于碳单质，均具有可燃性，符合题意。
故选D。
9.B
【详解】A、该炼锡方法生成了一氧化碳，其有毒，能污染空气，选项说法正确，故不符合题意；
B、碳夺取了SnO2中的氧，碳在该反应中作还原剂，表现出了还原性，并且被氧化成CO，即CO在该反应中只是碳被氧化后的生成物，选项说法不正确，故符合题意；
C、SnO2在反应中提供氧，被还原，发生了还原反应，选项说法正确，故不符合题意；
D、根据质量守恒定律，参与反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和，由于反应后有气体生成，所以该化学反应后，固体质量减小，选项说法正确，故不符合题意。
故选B。
10.B
【详解】A、碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，一段时间后观察到试管中有红色固体生成，选项正确；
B、碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，生成的二氧化碳不断挥发，则反应后固体减少的质量一定等于生成的二氧化碳的质量，选项错误；
C、该反应中，碳得到氧化铜中的氧元素生成二氧化碳，体现了 C 的还原性，选项正确；
D、石灰水变浑浊说明反应生成了二氧化碳，进而证明发生了化学变化，选项正确，故选B。
11.C
【详解】A、硅带“石”字旁，属于固态非金属元素，故选项说法错误；
B、由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，由反应的化学方程式，反应前硅、氧、碳原子个数分别为1、2、2，反应后的生成物中硅、氧、碳原子个数分别为1、0、0，根据反应前后原子种类、数目不变，则2X分子中含有2个碳原子和2个氧原子，则每个X分子由1个碳原子和1个氧原子构成，则物质X的化学式为CO，故选项说法错误；
C、该反应是氧化硅和碳在高温下反应生成硅和一氧化碳，氧化硅中的氧被碳夺去，反应前后物质的化合价发生了改变，属于还原反应，故选项说法正确；
D、地壳含量较多的元素(前四种)按含量从高到低的排序为：氧、硅、铝、铁，氧是地壳中含量最多的元素，故选项说法错误。
故选：C。
12.B
【详解】A、碳化合价由+4价变为+2价，价态降低，说明被还原，则可以说明单质碳有还原性，故选项正确；
B、该方程式中碳元素的化合价有0价、+2价、+4价，故选项错误；
C、一氧化碳和二氧化碳均是氧化物，故选项正确；
D、该反应符合多变一的特征，属于化合反应，故选项正确。
故选B。
13.(1)木炭很快就熄灭
(2)过滤 吸附色素和异味
(3)提高火焰温度 CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
【详解】(1)做木炭在氧气中燃烧的实验时，如果一开始就把红热的木炭很快地插入盛氧气的集气瓶下部，由于木炭燃烧放出大量的热会使氧气体积膨胀，大量氧气从瓶口逸出，会导致的后果是：木炭很快就熄灭；
(2)小卵石和石英砂能将不溶性的固体杂质除去，作用是过滤；活性炭具有吸附性，能吸附色素和异味；
(3)实验Ⅲ中金属网罩的作用是：酒精灯加网罩能集中火焰，是为了提高火焰温度；实验一段时间后，观察到澄清石灰水变浑浊，原因是：木炭在高温条件下还原氧化铜生成了二氧化碳，二氧化碳澄清的石灰水变浑浊；CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。
14.(1)刻画容易留下痕迹或石墨是最软矿物
(2)碳原子的排列方式
(3)常温下，碳的化学性质稳定
(4) CuO 使火焰集中，提高温度
【详解】(1)石墨能用于制作铅笔芯，利用了石墨的灰黑色和刻画容易留下痕迹(石墨是最软矿物之一)的性质；
(2)金刚石和石墨都是由碳原子构成的，但构成金刚石和石墨的碳原子的排列方式不同导致两者的物理性质不同；
(3)碳素墨水中含有碳单质，常温下，碳的化学性质稳定，因此碳素墨水书写的文件能长时间保存；
(4)C与CuO在高温下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：，其中氧化铜失去氧发生了还原反应，碳得到氧发生了氧化反应；实验时会在酒精灯火焰处加装金属网罩，其作用是使火焰集中，提高温度。
15.(1)黑色粉末变红，澄清石灰水变浑浊
(2)防止石灰水倒吸入试管，使试管炸裂
(3)还原
【详解】(1)在高温条件下，碳具有还原性，能与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故发生反应的实验现象：试管内黑色粉末变红；澄清石灰水变浑浊。
(2)实验结束后，先将导管撤出，再熄灭酒精灯防止因装置冷却，导致试管内压强变小，石灰水倒吸入试管，使试管炸裂。
(3)还原反应：氧化物中的氧被夺去的反应叫还原反应，氧化铜在反应后变为铜，失去氧，发生还原反应；碳和氧化铜在高温条件下反应，生成铜和二氧化碳，反应化学方程式为：。
16.(1)碳原子的排列方式不同
(2)D
(3)排尽装置中的空气
(4)C+2CuO2Cu+CO2↑
(5)一氧化碳和二氧化碳
(6)红色固体部分溶解，溶液由无色变为蓝色
(7)碳粉的目数越大，反应速率越快
【详解】(1)金刚石、石墨都是碳原子构成的碳单质，其物理性质差异很大的原因是两种物质中碳原子的排列方式不同，故填碳原子的排列方式不同。
(2)高铁动车与电路连接的石墨电刷利用到石墨的性质是石墨的导电性，故填D。
(3)加热前，先通一段时间纯净干燥的氮气，目的是排尽装置中的空气，避免加热不纯的一氧化碳发生爆炸，故填排尽装置中的空气。
(4)碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，故反应的化学方程式写为：C+2CuO2Cu+CO2↑。
(5)反应后生成的气体的质量=3.20g+2.00g+ 48.48g 52.72g=0.96g，参加反应的碳元素质量为0.32g，则生成的气体中氧元素的质量=0.96g 0.32g=0.64g，生成的气体中碳元素与氧元素的质量比=0.32g：0.64g=1：2，二氧化碳中碳元素与氧元素的质量比=12：(16×2)=3：8<1：2，一氧化碳中碳元素与氧元素的质量比=12：16=3：4>1：2，所以生成的气体是二氧化碳含有一氧化碳，故填二氧化碳和一氧化碳。
(6)由题文可知，氧化亚铜与稀硫酸反应生成硫酸铜、铜和水，取少量反应后暗红色固体，加入足量稀硫酸，观察到红色固体部分溶解，溶液由无色变为蓝色，说明暗红色固体含Cu2O，故填红色固体部分溶解，溶液由无色变为蓝色。
(7)①分析a、b两条曲线，在所用碳粉质量相同的情况下，碳粉目数与反应速率之间的关系为碳粉的目数越大，反应速率越快，故填碳粉的目数越大，反应速率越快。
②碳粉的目数越大，反应速率越快，由图可知，实验I、II、III中碳粉质量、氧化铜质量都相同，最终生成的气体的质量相同，其中实验III中碳粉的目数最大，则实验III的反应速率最快，故实验III的图像c画为 。