/ 让教学更有效 精品试卷 | 化学
6.1碳单质的多样性
化学观念：通过金刚石、石墨、C、碳纤维管、石墨烯等多种碳单质的学习,认识同一种元素可以组成不同的单质，了解物质的多样性;通过对金刚石、石墨等碳单质结构、性质和用途的学习，认识物质结构决定性质，物质性质决定用途。通过对碳单质的化学性质的探究，认识反应条件对化学反应的影响并了解物质性质决定用途。
科学思维:通过运用比较、分析等科学方法，从宏观和微观相结合的视角了解金刚石和石墨物理性质有明显差异的原因。通过对碳单质与某些氧化物反应的探究，发展基于实验事实进行证据推理并推测物质及其变化的思维能力。
科学探究与实践:通过实验认识活性炭的吸附性，发展学生的科学探究能力:通过金刚石、石墨等多种碳单质物理性质的学习，培养学生运用网络查询等技术手段获取和加工信息的自主学习能力。通过对碳单质与某些氧化物反应的实验探究，发展学生以实验为主的科学探究能力，在分析研讨中增强与他人沟通交流、合作问题解决的能力。
科学态度与责任:通过对多样的碳单质的学习和认识，发展学生对物质世界的好奇心、想象力和探究欲，保持对化学学习的浓厚兴趣以及对化学学科促进人类文明和社会可持续发展的重要价值具有积极的认识。通过对不同温度等条件下碳单质的化学性质的探究，锻炼学生严谨求实的科学态度,发展运用化学知识对生活及社会实际问题作出判断和决策的意识。
1.碳单质的物理性质比较
碳单质 石墨C 碳原子构成 金刚石C 碳原子构成 C60 C60分子构成
微观结构
物理性质 深灰色的有金属光泽不透明的细鳞片状固体，耐高温，质地较软，有滑腻感，有良好的导电性。 无色透明的、正八面体形状的固体。天然存在的最硬的物质。
用途 作电极或电刷、石墨炸弹、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 制装饰品(钻石)、制钻头、 切割大理石、玻璃 用于超导、催化、 材料科学等领域
性质差异 金刚石和石墨物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同
2.*C60 中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。
3.无定形碳
①木炭和活性炭：有疏松多孔结构，具有吸附性，可吸附色素、异味等。
②木 炭：用于除去食品和工业产品里的色素，作冰箱去味剂等。
③活性炭：活性炭的吸附性比木炭强。用于防毒面具滤毒罐中过滤毒气，
制糖工业中白糖脱色，用于净水器、冰箱除味剂，环保活性炭包等。
④焦 炭：用于冶炼金属。
⑤炭 黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。
4.碳单质的化学性质
（1）常温下化学性质不活泼（碳原子的最外层电子数为4，不易得失）
用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
（2）可燃性（作燃料）
反应物 氧气充足，碳完全燃烧 氧气不足，碳不完全燃烧
C + O2 点燃 CO2 2C + O2 点燃 2CO
5.还原性
（1）木炭还原金属氧化物
木炭还原氧化铜实验装置 实验现象 实验结论
①黑色粉末逐渐变成光亮的红色； ②澄清石灰水变浑浊。 生成了红色的铜和二氧化碳； 化学方程式 C + 2CuO 2Cu+CO2↑
实验分析 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。 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。 ④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，
任务一：探究碳单质。
1、阅读教材P128“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和用途，填写下列信息。
物理性质 用途
无色透明、折光性好
天然存在的最硬物质
透光性好、硬度大
导热性好
【答案】
物理性质 用途
无色透明、折光性好 装饰品一一钻石
天然存在的最硬物质 钻头、裁玻璃等
透光性好、硬度大 透镜等光学仪器的涂层
导热性好 集成电路基板散热
2、阅读教材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
质软
有滑腻感
熔点高、良好的导电性
【答案】
物理性质 用途
质软 制铅笔芯、作润滑剂
有滑腻感
熔点高、良好的导电性 电极材料
3、(1)结合教材以及金刚石和石墨的微观结构分析，金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢
(2)石墨在一定条件下能够变成金刚石，这属于物理变化还是化学变化
【答案】(1)金刚石和石墨中碳原子排列方式不同。(2)化学变化。
4、阅读教材P130，并结合实验探究，说明活性炭和木炭具有较强吸附性的原因。并举例说明活性炭的用途。
【答案】原因:活性炭和木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大。活性炭的用途:净水、冰箱除臭等。
5、阅读教材P131“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。
【答案】C60(又称碳 60)，每个C60分子是由 60个碳原子构成的，因形似足球又称足球烯分子结构稳定。C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
6、【实验】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，滴入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡锥形瓶，观察现象。
现象： ；
分析： ；
【答案】溶液颜色由红色逐渐变浅，最后褪去 木炭(或活性炭)具有吸附性
任务二：探究碳单质的化学性质
1、阅读教材P132，说一说我国古代书法家、画家用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色的原因。
【答案】墨的主要成分也是碳单质，在常温下，碳单质的化学性质不活泼，所以碳单质受日光照射或与空气、水接触，都不容易发生变化。
2、碳具有可燃性，在氧气的量不同的情况下，碳燃烧的产物也不同，分别写出碳充分燃烧和不充分燃烧的化学方程式。
【答案】氧气充足，燃烧充分时，碳燃烧生成二氧化碳，即 C+O2CO2氧气不充足，燃烧不充分时，碳燃烧生成一氧化碳，即2C+O22CO。
3、观看木炭和氧化铜反应的实验视频，观察并分析实验现象，根据实验现象推断反应产物，并写出反应的化学方程式。
1.实验现象： ；结论： ；
2.实验现象： ；结论： ；
【答案】1.黑色粉末变红色 有 Cu 生成；2.澄清石灰水变浑浊 有CO2生成
反应的化学方程式:2CuO+C2Cu+CO2↑
4、实验装置中网罩、弹簧夹、澄清石灰水的作用分别是什么 实验结束时，正确的操作顺序是什么
【答案】1.金属网罩:集中火焰，提高温度;弹簧夹:反应结束时关闭弹簧夹，防止外界空气进入试管中，使灼热的铜重新被氧化为氧化铜:澄清石灰水:检验生成的CO2。2、实验结束时，先撤出导管(防倒吸)，再停止加热(防生成的铜在热的状态下接触氧气再次反应)，并用弹簧夹夹紧乳胶管，等待试管冷却。
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1、由同种元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质互称为同素异形体。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。下列各组物质，互为同素异形体的一组物质是
A．金刚石与石墨 B．干冰与冰 C．银和水银 D．水与双氧水
【答案】A
【详解】A、金刚石和石墨是由碳元素形成的不同单质，互为同素异形体，故选项A正确；B、干冰是二氧化碳的固体，冰是固态的水，干冰与水不是同一种物质，都是化合物，不是单质，不互为同素异形体，故选项B错误；C、水银是汞，与银不是同一种元素形成的，是不同的单质，不互为同素异形体，故选项C错误；D、水和双氧水均是化合物，不是单质，不互为同素异形体，故选项D错误。故选A。
2、已知由同种元素组成的结构和性质不同的单质互称同素异形体。则下列不属于同素异形体的是
A．金刚石和石墨 B．氧气和臭氧 C．煤和焦炭 D．白磷和红磷
【答案】C
【详解】同素异形体是指由同样的单一化学元素组成，但性质却不相同的单质。A、金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，是同素异形体；B、氧气和臭氧都是由氧元素组成的单质，是同素异形体；C、煤和焦炭都是混合物，不是同素异形体；D、白磷和红磷都是由磷元素组成的单质，是同素异形体；故选C。
3、下图是金刚石、石墨、 C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是
A．从组成上看，这四种物质都是由同种元素组成的
B．从结构上看，这四种物质构成的原子是不相同的
C．从性质上看，这四种物质的所有性质都是相似的
D．从用途上看，这四种物质都可做铅笔芯和润滑剂
【答案】A
【详解】A、从组成上看，这四种物质都是由碳元素组成的，故选项A说法正确；B、从结构上看，这四种物质构成的原子都是碳原子，故选项B说法错误；C、从性质上看，这四种物质都是碳原子组成的，故它们的化学性质相似，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，故选项C说法错误；D、从用途上看，这四种物质只有石墨具有滑腻感，可做铅笔芯和润滑剂，故选项D说法错误；故选：A。
4、石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。下图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是
A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C．金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
【答案】C
【详解】A、金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质，该选项说法正确；B、将石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化，该选项说法正确；C、硬度属于物理性质，该选项说法不正确；D、由于碳原子，排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大，该选项说法正确。故选C。
5、下列对一些事实的解释错误的是
选项 事实 解释
A 书写档案规定必须使用碳素墨水 常温下，碳的化学性质稳定
B 石墨能够做电池的电极材料 石墨能够导电
C 焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来 焦炭具有氧化性
D 制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖 活性炭具有吸附性
A．A B．B C．C D．D
【答案】C
【详解】A、使用碳素墨水书写档案，字迹长时间不会变化，是因为常温下碳的化学性质稳定，该选项解释正确；B、石墨能够导电，所以能够做电池的电极材料，该选项解释正确；C、焦炭具有还原性，所以可用焦炭把铁从它的氧化物矿石里还原出来，该选项解释错误；D、活性炭具有吸附性，能够吸附有色素，所以制糖工业中可用活性炭来脱色以制白糖，该选项解释正确。故选C。
6、同一种元素可以组成不同的单质，以单质形式存在的碳有金刚石、石墨和C60等，由于它们的碳原子 不同，即 不同，它们的性质也存在 ，由此也可以知道： 。
【答案】 排列方式 结构 较大差异 物质结构决定物质的性质
【详解】碳元素组成的单质有金刚石、石墨、C60等，金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨的质地比较软，它们的性质之所以有很大差异是因为它们的碳原子排列方式不同，也就是结构不同，性质也存在差异，即物质的结构决定物质的性质。
新型材料、新型能源的应用，是人类共同关注的问题。
Ⅱ、碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。下图为金刚石、石墨、和石墨烯的结构模型，图中小球代表碳原子。
(1)金刚石、石墨和C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是 。
(2)科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨片（也称石墨烯），石墨烯是由碳原子形成的六元环呈蜂窝状的二维结构。石墨烯优异的导电、导热性和其他奇特性质正激励着科学家们不断去探索。在石墨烯中，每个碳原子连接 个六元环。
【答案】(1)原子排列方式不同 (2)3或三
【详解】（1）金刚石、石墨和C60都是由碳原子构成的，碳原子本身没有大小之分，金刚石、石墨和C60的物理性质有很大差异，原因是原子的排列方式不同；（2）如图可知，在石墨烯中，每个碳原子连接3个六元环。
7、金刚石、石墨、C60宏观上都是 组成的 （填“相同”或“不同”）单质，但从微观上讲，金刚石和石墨是由 直接构成，C60是由 构成的。由于金刚石和石墨中 不同，因而物理性质有很大差异，用途也各不相同。金刚石可作为钻头是因为 ，石墨可做电极是因为 。
【答案】 碳元素 不同 原子/碳原子 分子/C60分子 碳原子排列方式 金刚石为天然存在最硬的物质 石墨具有导电性
【详解】金刚石、石墨、C60宏观上都是由碳元素组成的碳单质，但属于不同单质；
金刚石、石墨是由碳原子直接构成的，C60是由分子构成的。
由于金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，则它们的物理性质相差很大。
金刚石可作钻头，是因为石墨为天然存在最硬的物质；
石墨可作电极，是因为石墨具有导电性。
8、A~H是初中化学中常见的物质，它们之间有如图所示的转化关系（部分反应条件已略去）。其中A是一种液体，F是地壳中含量居第二位的金属单质。已知在高温下单质碳能与多种金属氧化物反应生成金属单质和二氧化碳。请回答下列问题：
(1)写出下列物质的化学式：A ；G 。
(2)E的组成元素一定含 ，写出符合该条件的一种物质的化学式： 。
(3)反应③的化学方程式是 。
【答案】(1) H2O2 CO2
(2) C、H（或碳、氢） CH4（合理即可）
(3)（或）
【分析】F是地壳中含量居第二位的金属单质，即为铁，A是一种液体，反应①后还有B，则B作催化剂，A是过氧化氢，B是二氧化锰，过氧化氢在二氧化锰的催化下分解生成水和氧气，D与E点燃能生成C和G，则D为氧气，C为水，E为含有碳、氢元素的化合物，例如甲烷等，甲烷与氧气点燃生成二氧化碳和水，故G为二氧化碳，单质碳能够与H反应生成G和F，所以H为氧化铁或四氧化三铁，代入验证，推论合理。
【详解】（1）A为过氧化氢，化学式为H2O2，G为二氧化碳，化学式为CO2；
（2）E与氧气点燃生成二氧化碳和水，根据反应前后元素种类不变，反应物氧气中含有氧元素，生成物中含有碳元素和氢元素和氧元素，所以E的组成元素一定含有碳元素和氢元素，例如甲烷（CH4）等；
（3）反应③为碳在高温下还原氧化铁生成铁和二氧化碳，或碳在高温下还原四氧化三铁生成铁和二氧化碳，反应方程式分别为或。
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6.1碳单质的多样性
化学观念：通过金刚石、石墨、C、碳纤维管、石墨烯等多种碳单质的学习,认识同一种元素可以组成不同的单质，了解物质的多样性;通过对金刚石、石墨等碳单质结构、性质和用途的学习，认识物质结构决定性质，物质性质决定用途。通过对碳单质的化学性质的探究，认识反应条件对化学反应的影响并了解物质性质决定用途。
科学思维:通过运用比较、分析等科学方法，从宏观和微观相结合的视角了解金刚石和石墨物理性质有明显差异的原因。通过对碳单质与某些氧化物反应的探究，发展基于实验事实进行证据推理并推测物质及其变化的思维能力。
科学探究与实践:通过实验认识活性炭的吸附性，发展学生的科学探究能力:通过金刚石、石墨等多种碳单质物理性质的学习，培养学生运用网络查询等技术手段获取和加工信息的自主学习能力。通过对碳单质与某些氧化物反应的实验探究，发展学生以实验为主的科学探究能力，在分析研讨中增强与他人沟通交流、合作问题解决的能力。
科学态度与责任:通过对多样的碳单质的学习和认识，发展学生对物质世界的好奇心、想象力和探究欲，保持对化学学习的浓厚兴趣以及对化学学科促进人类文明和社会可持续发展的重要价值具有积极的认识。通过对不同温度等条件下碳单质的化学性质的探究，锻炼学生严谨求实的科学态度,发展运用化学知识对生活及社会实际问题作出判断和决策的意识。
1.碳单质的物理性质比较
碳单质 石墨C 碳原子构成 金刚石C 碳原子构成 C60 C60分子构成
微观结构
物理性质 的有金属光泽不透明的细鳞片状固体，耐高温，质地较软，有 ，有 。 无色透明的、正八面体形状的固体。 。
用途 作电极或电刷、石墨炸弹、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂 制装饰品(钻石)、制钻头、 、玻璃 用于超导、催化、 材料科学等领域
性质差异 金刚石和石墨 的原因：
2.*C60 中的60是指： 。
3.无定形碳
①木炭和活性炭：有 结构，具有 ，可吸附 等。
②木 炭：用于除去食品和工业产品里的色素，作 等。
③活性炭：活性炭的吸附性比木炭强。用于防毒面具 中过滤毒气，
制糖工业中 ，用于净水器、冰箱除味剂，环保活性炭包等。
④焦 炭：用于 。
⑤炭 黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。
4.碳单质的化学性质
（1） （碳原子的最外层电子数为4，不易得失）
用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。
（2）
反应物 氧气充足，碳完全燃烧 氧气不足，碳不完全燃烧
5.
（1）木炭还原金属氧化物
木炭还原氧化铜实验装置 实验现象 实验结论
①黑色粉末逐渐变成光亮的红色； ②澄清石灰水变浑浊。 生成了红色的铜和二氧化碳； 化学方程式
实验分析 ①火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。 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。 ④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，
任务一：探究碳单质。
1、阅读教材P128“金刚石”部分，总结金刚石的物理性质和用途，填写下列信息。
物理性质 用途
无色透明、折光性好
天然存在的最硬物质
透光性好、硬度大
导热性好
2、阅读教材P129“石墨”部分，总结石墨的物理性质和用途，填写下表。
物理性质 用途
质软
有滑腻感
熔点高、良好的导电性
3、(1)结合教材以及金刚石和石墨的微观结构分析，金刚石和石墨均由碳元素组成，为什么物理性质却有很大差异呢
(2)石墨在一定条件下能够变成金刚石，这属于物理变化还是化学变化
4、阅读教材P130，并结合实验探究，说明活性炭和木炭具有较强吸附性的原因。并举例说明活性炭的用途。
5、阅读教材P131“C60”部分，总结C60的结构、性质和用途。
6、【实验】在盛有半瓶水的小锥形瓶里，滴入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡锥形瓶，观察现象。
现象： ；
分析： ；
任务二：探究碳单质的化学性质
1、阅读教材P132，说一说我国古代书法家、画家用墨书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色的原因。
2、碳具有可燃性，在氧气的量不同的情况下，碳燃烧的产物也不同，分别写出碳充分燃烧和不充分燃烧的化学方程式。
3、观看木炭和氧化铜反应的实验视频，观察并分析实验现象，根据实验现象推断反应产物，并写出反应的化学方程式。
1.实验现象： ；结论： ；
2.实验现象： ；结论： ；
4、实验装置中网罩、弹簧夹、澄清石灰水的作用分别是什么 实验结束时，正确的操作顺序是什么
总结本节的概念，梳理概念之间的联系，画出思维导图。
1、由同种元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质互称为同素异形体。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。下列各组物质，互为同素异形体的一组物质是
A．金刚石与石墨 B．干冰与冰 C．银和水银 D．水与双氧水
2、已知由同种元素组成的结构和性质不同的单质互称同素异形体。则下列不属于同素异形体的是
A．金刚石和石墨 B．氧气和臭氧 C．煤和焦炭 D．白磷和红磷
3、下图是金刚石、石墨、 C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是
A．从组成上看，这四种物质都是由同种元素组成的
B．从结构上看，这四种物质构成的原子是不相同的
C．从性质上看，这四种物质的所有性质都是相似的
D．从用途上看，这四种物质都可做铅笔芯和润滑剂
4、石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。下图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是
A．金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B．在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C．金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D．因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
5、下列对一些事实的解释错误的是
选项 事实 解释
A 书写档案规定必须使用碳素墨水 常温下，碳的化学性质稳定
B 石墨能够做电池的电极材料 石墨能够导电
C 焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来 焦炭具有氧化性
D 制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖 活性炭具有吸附性
A．A B．B C．C D．D
6、同一种元素可以组成不同的单质，以单质形式存在的碳有金刚石、石墨和C60等，由于它们的碳原子 不同，即 不同，它们的性质也存在 ，由此也可以知道： 。
新型材料、新型能源的应用，是人类共同关注的问题。
Ⅱ、碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。下图为金刚石、石墨、和石墨烯的结构模型，图中小球代表碳原子。
(1)金刚石、石墨和C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是 。
(2)科学家成功地从石墨中分离出单层的石墨片（也称石墨烯），石墨烯是由碳原子形成的六元环呈蜂窝状的二维结构。石墨烯优异的导电、导热性和其他奇特性质正激励着科学家们不断去探索。在石墨烯中，每个碳原子连接 个六元环。
7、金刚石、石墨、C60宏观上都是 组成的 （填“相同”或“不同”）单质，但从微观上讲，金刚石和石墨是由 直接构成，C60是由 构成的。由于金刚石和石墨中 不同，因而物理性质有很大差异，用途也各不相同。金刚石可作为钻头是因为 ，石墨可做电极是因为 。
8、A~H是初中化学中常见的物质，它们之间有如图所示的转化关系（部分反应条件已略去）。其中A是一种液体，F是地壳中含量居第二位的金属单质。已知在高温下单质碳能与多种金属氧化物反应生成金属单质和二氧化碳。请回答下列问题：
(1)写出下列物质的化学式：A ；G 。
(2)E的组成元素一定含 ，写出符合该条件的一种物质的化学式： 。
(3)反应③的化学方程式是 。
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