第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
1.知道常见碳单质的物理性质和主要用途。
2.理解碳在常温下的化学稳定性和高温时的化学活动性。
3.初步认识结构与性质、性质与用途之间的关系。
一、碳的单质
一些主要碳单质的物理性质和用途的比较:
物质
金刚石(C)
石墨(C)
木炭、活性炭
C60
物理
性质
无色透明、正八面体形状的固体,是最硬的天然物质;不导电
深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体,质软、滑腻、导电性好,耐高温
黑色,疏松多孔结构,吸附性强
熔点低
用途
钻探机钻头、刻刀、装饰品等
润滑剂、铅笔芯、电极等
作吸附剂、脱色剂,活性炭多用于防毒面具
超导
材料
二、碳的化学性质
1.常温下,碳的化学性质 不活泼(或比较稳定) ,碳受日光照射或与空气、水分接触,都不容易起变化。?
2.木炭在氧气中燃烧的现象是发出 白光 ,化学方程式为 C+O2CO2 ;当氧气不充足时,碳燃烧不充分生成 一氧化碳 ,化学方程式为 2C+O22CO 。?
3.木炭与氧化铜反应的化学方程式: C+2CuO2Cu+CO2↑ ;焦炭还原氧化铁的化学方程式: 3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑ ,碳还原二氧化碳的化学方程式: CO2+C2CO ,这些反应说明碳具有 还原性 。?
4.还原反应: 含氧化合物里的氧被夺去的反应 。?
一、碳的单质
1.小组展示“预习导学”部分知识并讨论交流金刚石和石墨物理性质为什么存在这么大的差异?物质的结构、性质和用途之间有什么关系?
由于这二者的碳原子排列方式不同,决定了物理性质差别很大。物质的结构、性质和用途之间联系紧密,物质的结构决定着性质,性质在很大程度上决定了物质的用途,反过来,用途能反映出物质的性质。
2.实验探究:课本【实验6-1】活性炭的吸附性(小组合作完成)。
(1)现象: 红色逐渐变浅最后消失 ,结论: 活性炭能吸附色素,具有吸附性 。?
(2)木炭、活性炭的吸附性是 物理 性质,讨论这种性能在生产生活中有哪些应用??
3.思考并交流以下问题。
(1)铅笔芯中含铅吗?它的主要成分是什么?用石墨作电极反映了石墨的什么性质?
(2)生锈的铁锁孔里加点铅笔芯就容易打开,为什么?
二、碳的化学性质
1.点燃条件下的可燃性
(1)做木炭在氧气中燃烧的实验时,需要先将木炭在酒精灯上烧到红热,然后慢慢伸到集气瓶内;再向瓶内倒入少量澄清石灰水振荡,石灰水变浑浊,说明生成物是 二氧化碳 ;这一实验说明木炭在点燃的条件下具有 可燃性 ,化学方程式为 C+O2CO2 。?
(2)冬天用煤火炉取暖,若通风不畅会发生煤气中毒,这是因为当氧气不充足时,碳不充分燃烧就会生成 一氧化碳 ,造成煤气中毒,化学方程式为 2C+O22CO 。?
2.高温条件下的还原性
仔细观察【实验6-2】的实验现象并分析:
(1)酒精灯上加网罩的目的是 使火焰集中并提高温度 ,由此可见该实验的条件是 高温 。可观察到 黑色粉末逐渐变为红色,澄清石灰水变浑浊 。请对观察到的现象进行分析: 在反应中氧化铜失去氧变为铜,所以黑色粉末变为红色,同时反应中碳夺得氧化铜中的氧变为二氧化碳,所以生成的气体使澄清石灰水变浑浊 。?
(2)通过该实验得出木炭具有 还原 性,可用于 冶炼金属等 。?
(3)燃烧很旺的煤炉里添加新煤时可发现火焰呈 蓝 色,这是因为燃烧很旺的煤炉里,碳充分燃烧生成 二氧化碳 ,放出大量的热,当添加新煤时,碳与二氧化碳在高温条件下反应生成 一氧化碳 ,一氧化碳燃烧出现 蓝 色火焰,化学方程式为 C+O2CO2,C+CO22CO 。?
(4)你还能列举其他类似的化学反应吗?
3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
CuO+H2Cu+H2O
见《导学测评》P30
课件11张PPT。碳和碳的氧化物金刚石、石墨和C60一些主要碳单质的物理性质和用途的比较:钻探机钻头、刻
刀、装饰品等润滑剂、铅笔芯、
电极等一、碳的单质
作吸附剂、
脱色剂,活性
炭多用于防
毒面具
超导
材料二、碳的化学性质不活泼(或比较稳定)白光一氧化碳还原性含氧化合物里的氧被夺去的反应一、碳的单质答案：由于这二者的碳原子排列方式不同,决定了物理性质差别很大。物质的结构、性质和用途之间联系紧密,物质的结构决定着性质,性质在很大程度上决定了物质的用途,反过来,用途能反映出物质的性质。(1)现象:________________________________,结论: ______________________________________。
(2)木炭、活性炭的吸附性是________性质,讨论这种性能在生产生活中有哪些应用? 红色逐渐变浅最后消失活性炭能吸附色素,具有吸附性物理(1)铅笔芯中含铅吗?它的主要成分是什么?用石墨作电极反映了石墨的什么性质?
(2)生锈的铁锁孔里加点铅笔芯就容易打开,为什么?二、碳的化学性质(1)做木炭在氧气中燃烧的实验时,需要先将木炭在酒精灯上烧到红热,然后慢慢伸到集气瓶内;再向瓶内倒入少量澄清石灰水振荡,石灰水变浑浊,说明生成物是___________;这一实验说明木炭在点燃的条件下具有__________,化学方程式为_____________________。
(2)冬天用煤火炉取暖,若通风不畅会发生煤气中毒,这是因为当氧气不充足时,碳不充分燃烧就会生成____________,造成煤气中毒,化学方程式为______________________。 二氧化碳可燃性一氧化碳(1)酒精灯上加网罩的目的是________________________,由此可见该实验的条件是________________。可观察到 _________________________________________。请对观察到的现象进行分析:________________________________
_________________________________________________
____________________________________________。
(2)通过该实验得出木炭具有________性,可用于_______
_______。 使火焰集中并提高温度高温黑色粉末逐渐变为红色,澄清石灰水变浑浊 在反应中氧化铜失去氧变为铜,所以黑色粉末变为红色,同时反应中碳夺得氧化铜中的氧变为二氧化碳,所以生成的气体使澄清石灰水变浑浊还原 冶炼金属等(3)燃烧很旺的煤炉里添加新煤时可发现火焰呈_____色,这是因为燃烧很旺的煤炉里,碳充分燃烧生成__________,放出大量的热,当添加新煤时,碳与二氧化碳在高温条件下反应生成___________,一氧化碳燃烧出现_______色火焰,化学方程式为____________________________________。 蓝二氧化碳一氧化碳蓝(4)你还能列举其他类似的化学反应吗?答案：3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑
CuO+H2 Cu+H2O第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
1. 金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种不同的单质。金刚石是天然存在最硬的物质，可用于制装饰品、刻画玻璃、钻探机的钻头等；石墨质软，有优良的导电性，可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的石墨电刷等；C60是由C60分子构成的碳单质。
2.在常温下碳的化学性质不活泼，但随着温度升高，碳的活泼性大大增强，在点燃、加热和高温下，碳能和很多物质反应。
3.碳具有可燃性，碳在充足的氧气中燃烧生成CO2，在氧气不足的条件下生成CO。
4.碳具有还原性，在高温下，碳能与某些氧化物反应，如：高温下木炭可以还原氧化铜。
1.由同种元素组成的物质不一定是单质，还可能是混合物，如氧气和臭氧组成的混合气体是混合物。
2.吸附过程是一个物理过程，不但吸附固体小颗粒，也吸附气体分子和色素异味等。
3.“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。
4.碳与氧气反应，反应物的量不同，产物不同，但反应都放出热量。
木炭还原氧化铜实验应注意：（1）试管口要略向下倾斜；（2）木炭粉末要烘干；（3）木炭粉与CuO粉要均匀混合；（4）由于该反应需要在高温条件进行，因此可在酒精灯上加网罩（或用酒精喷灯）；（5）实验结束时，应先将导气管从石灰水中取出，后熄灭酒精灯。
知识点一 碳的单质
1.碳的单质有_______、 ______和_______等，其中_________是天然存在的最硬的物质，_________是最软的矿物之一，金刚石和石墨性质的差异是因为______________________。
2. 一个C60分子是一种由______碳原子构成的，它形似足球 ，它主要应用于_________________的研究。
3.__________和________都具有吸附性，是因为它们具有___________________结构。
知识点二 单质碳的化学性质
4.碳的单质在常温下化学性质______________。
5.可燃性：①碳在氧气中充分燃烧_______________________；
②碳在氧气中不充分燃烧________________________________。
6.还原性：碳在高温条件下还原CuO的实验现象_________________，化学方程式为____________________________。
1．（中考邵阳）2014年邵阳市中考实行网上阅卷，考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡．2B铅笔芯的主要成分是（ ）
A．木炭 B．石墨 C．焦炭 D．铅
2.(临沂中考)在书写具有保存价值的档案时，最好使用( )
A.铅笔 B.纯蓝墨水笔 C.碳素墨水笔 D.圆珠笔
3.（南宁中考）在公共场所，利用“活性炭+超滤膜+紫外线”组合工艺可获得直饮水，其中活性炭的主要作用是( )
A.还原 B.导电 C.吸附 D.消毒
4.下列关于碳单质用途的叙述中，错误的是( )
①干电池里的碳棒是由石墨制成的 ②电冰箱除味剂是活性炭 ③防毒面具用焦炭吸收有毒气体 ④制糖工业用炭黑来吸附有色物质 ⑤金刚石不仅能裁玻璃，还能装在钻头上钻凿坚硬的岩层
A.①② B.②③ C.③④ D.④⑤
5.(锦州中考)金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，下列说法正确的是( )
A.碳原子的排列方式相同
B.在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳
C.物理性质相同
D.一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化
6.（铜仁中考）用墨（用炭黑等制成）绘制的古代字画能留传至今而不变色的原因是什么？
__________________________________________________________
7.（红河中考）C60的分子结构形似足球（如图所示）。关于C60的说法错误的是( )
A.它是一种新型化合物
B.每个C60分子由60个碳原子构成
C.它是一种单质
D.它的相对分子质量为720
8.(重庆中考)在一定条件下，下列物质中不能与单质碳发生化学反应的是( )
A.CO B.CO2 C.O2 D.CuO
9.(大连中考)下列有关物质性质与用途的说法，错误的是( )
A.石墨有滑腻感，可用来作电极
B.焦炭有还原性，可用于冶金工业
C.活性炭有吸附性，可用来吸附异味
D.金刚石的硬度大，可用来切割玻璃
10.(湘潭中考)世界上最轻材料“碳海绵”的主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，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.常温下化学性质活泼
B.可燃烧
C.可重复使用
D.可处理海上石油泄漏
11.(潍坊中考)普通干电池在生活中的用途很广，其构造示意图如图。回答下列问题：
(1)普通干电池照明时化学能转化为_________。
(2)电池中石墨表现出优良的_______性能；石墨与金刚石物理性质有明显差异的原因是___________________不同。
12.在木炭还原氧化铜的实验中：
(1)反应开始后，在盛有澄清石灰水的试管中观察到的现象是___________________，说明反应中有___________生成，被加热的试管中发生的化学反应方程式是_______________________________________________。
(2)反应完成后，把被加热的试管里的粉末倒在纸上可以看到有____色的铜，这是由于_______________________________________________________。
(3)图中酒精灯上加一金属网罩的作用是_________________________________________________。
(4)实验结束时，应先______________________________________，再撤掉___________________。
13.有如图所示变化：
(1)写出化学式：
A._____________；B.__________；C.______________；
D._____________；E.___________。
(2)写出以上各步的化学方程式：
①_____________________________________________；
②_____________________________________________；
③_____________________________________________。
14.在科学家眼里，二氧化碳是可以利用的重要资源。在一定条件下，二氧化碳和金属钠反应可以制金刚石：CO2+4NaC(金刚石)+2Na2O，请计算92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量。
参考答案
课题1 金刚石、石墨和C60
课前预习
1.金刚石 石墨 C60 金刚石 石墨 碳原子的排列方式不同 2.60个 超导方面 3.木炭 活性炭 疏松的多孔性 4.不活泼 5.①C+O2CO2 ②2C+O22CO 6. 黑色粉末变红 C+2CuO2Cu+CO2 ↑
当堂训练
1.B 2.C 3.C 4.C 5.B 6.碳在常温下化学性质不活泼。
课后作业
7.A 8.A 9.A 10.A 11.（1）电能（2）导电；碳原子的排列方式 12. (1)澄清石灰水变浑浊 二氧化碳 C+2CuO2Cu+CO2↑ (2)红 木炭有还原性，能与氧化铜反应，生成金属铜 (3)使酒精灯的火焰集中，使被加热部位的温度更高 (4)把导气管从澄清石灰水中移出 酒精灯 13.(1)C和CuO Cu CO2 CuO CO (2)①C+2CuO2Cu+CO2↑ ②2Cu+O22CuO ③C+CO22CO
14.设92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量为x。
CO2+4NaC+2Na2O
92 12
92 g x
= x＝12 g
答：92 g金属钠理论上可制得金刚石的质量为12 g。
导学测评
1．我市中考实行网上阅卷，答题时必须用2B铅笔填涂答题卡，2B铅笔芯的主要成分是( )
A．石墨 B．金刚石 C．木炭 D．C60
2．物质的用途和性质密切相关。下列用途主要是利用其化学性质的是( )
3．澳大利亚科学家发现了纯碳新材料“碳纳米泡沫”，每个泡沫含有约4 000个碳原子，直径6～9 nm，在低于－183 ℃时，泡沫具有永久磁性。下列叙述中正确的是( )
A．“碳纳米泡沫”是碳单质
B．“碳纳米泡沫”是混合物
C．“碳纳米泡沫”是一种新型的含碳化合物
D．“碳纳米泡沫”和金刚石的性质相同
4．下列说法中正确的是( )
A．一种元素只能形成一种单质
B．金刚石和石墨是由不同种元素组成的
C．金刚石、石墨和C60都是黑色晶体
D．金刚石、石墨和C60的化学性质基本相同
5．石墨烯是新发现的二维材料，它是由石墨制成的新型碳单质，金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图如下所示，下列关于这四种物质的说法中正确的是( )
A．都是黑色固体 B．都质软可作润滑剂
C．碳原子排列方式都相同 D．在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳
6．(1)纯净的金刚石是无色透明、________形状的固体。它是天然存在的最___的物质，可用来切割玻璃。
(2)电车与电缆接触的部分称作“电刷”(如图所示)，制作“电刷”的物质是一种碳的单质，这种碳单质是_____ (填名称)。该物质应该具备的性质是③(填序号)。
①硬度大 ②导热性 ③导电性
(3)活性炭具有______的结构，具有_____能力，制糖工业利用活性炭来脱色制白糖。
7．在物质的各大家族中，有一家兄弟多：老大骨头硬，光彩照人，身价百万；老二又软又滑，生活学习都有它；老三似足球，科研工作者喜欢它。
(1)举出老大的一种用途_____ (其他合理答案均可)。
(2)请你猜出老二是____，用途有________________。
(3)请写出老三的化学式____。
(4)请你写出一个化学方程式说明它们是一家人________。
探究创新
8．某校同学自制了三个简易净水器(如图所示)，并分别向其中添加了如下表所示的物质，做了三个对比实验。首先取一个大烧杯，装满水，并向其中滴入几滴红墨水，搅拌均匀后，将其分成等体积的三份，再分别倒入三个净水器中，同学们把观察到的溶液的颜色变化情况，记录如下。
实验序号
添加物质及质量
实验现象
实验一
1 g活性炭
溶液的红色变浅
实验二
2 g活性炭
溶液的红色消失
实验三
2 g木炭
溶液的红色变浅
(1)通过对上表的比较，你发现的问题是：
(2)通过实验，你得出的结论是__________________ (答出一点即可)。
参考答案
1. A
2. A
3. A
4. D
5. D
6. (1)正八面体, 硬(2) 石墨(3) 疏松多孔，吸附
7.（1）钻头（2）石墨，作铅笔芯、电极、润滑剂等（3）C60（4）C＋O2CO2
8．(1) ①实验一和实验二相比，都是活性炭，为什么实验二红色消失而实验一红色变浅？；
②实验二和实验三相比，是等质量的活性炭和木炭，为什么实验二红色消失而实验三红色变浅？。
(2) 活性炭的吸附性比木炭强(或接触面积越大，吸附性越强)
导学测评
1．下列说法不正确的是( )
A．利用木炭的还原性由CuO冶炼铜
B．天然金刚石是最硬的非金属单质，可制成钻石
C．利用活性炭的稳定性来吸附冰箱中的异味
D．利用石墨的导电性制造石墨电极
2．科学家利用精密的仪器把石墨拆成只有一个或几个原子层厚的“碳片”(示意图如右)，碳片是世界上最薄的材料。下列说法中错误的是( )
A．碳片是一种单质 B．碳片和C60是同一种物质
C．在一定条件下，碳片可还原氧化铁 D．碳片在氧气中完全燃烧的产物是CO2
3．下列对一些事实的解释错误的是( )
事实
解释
A
书写档案规定必须使用碳素墨水
碳的化学性质稳定
B
石墨能够作电池的电极材料
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
4.一定质量的铜粉和碳粉的混合物，在空气中充分灼烧后其固体与原混合物的质量不变，则原混合物中铜粉和碳粉的质量比为( )
A．4∶1 B．2∶1 C．3∶2 D．1∶1
5．中国科学技术大学的科研人员在440 ℃和高压下，利用金属钠与二氧化碳作用得到了金刚石(化学式：C)和碳酸钠，且金刚石的颗粒有望达到宝石级，它将给天然金刚石的开采业带来极大的挑战。下列说法中正确的是( )
A．金刚石是一种化合物
B．碳是金属元素
C．该反应中生成了新的原子
D．所得金刚石在氧气中充分燃烧生成二氧化碳
6．金刚石经琢磨后可成为璀璨夺目的装饰品——钻石，钻石素有“宝石之王”的美誉。近年来，市场上出现了合成碳化硅的钻石仿制品——莫桑钻，使不少消费者上当受骗。
(1)已知碳元素、硅元素的原子结构示意图分别为：
，碳、硅两种元素在原子结构上具有相同的______________________，所以它们的化学性质相似。
(2)碳化硅的化学式为SiC，碳化硅属于______ (填“单质”或“化合物”)。
(3)目前，珠宝界通常利用一种名为二碘甲烷(CH2I2)的液体来鉴别莫桑钻和钻石。其鉴别方法是将莫桑钻和钻石分别放入二碘甲烷中，钻石下沉，莫桑钻上浮，这种鉴别方法所依据的原理是_______________________________。
探究创新
7．某中学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，却往往有暗红色固体出现。他们决定对这个实验进行探究和改进。
【提出问题】暗红色的固体是什么？如何选择合适的条件，使木炭还原氧化铜的实验现象更明显？
【查阅资料】铜有＋1和＋2价两种化合价，通常情况下，氧的化合价为－2价，碳的化合价为＋4价或－4价。
【猜想与假设】
(1)同学们认为这种暗红色固体可能是一种化合物，并猜测它的化学式为_______________________ (Cu4C、Cu2C等其他合理答案也可)。
(2)同学们还认为，通过改变反应物的状态、质量比以及反应装置，可以使该实验现象更加明显，减少出现暗红色固体的情况。
【分析与交流】
(1)小吴建议用超细木炭粉与氧化铜粉末进行实验。你认为这样建议的原理是_________________________。
(2)小周建议用乙装置替代甲装置。与甲相比较，乙装置中将试管直立放置的作用是______________________。
(3)对下列三种氧化铜和木炭粉的质量比例，小施建议选择____ (填选项序号)的比例。
A．32∶3 B．40∶3 C．48∶3
你认为小施这样选择的理由是_____________________________。
【实验与结论】
同学们决定按改进后的方案进行实验，他们在检验了乙装置的_____后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时，____ (填“可以”或“不能”)确定氧化铜和木炭粉已经开始反应。
不久，即可看到试管底部变红热，停止加热后，仍能看到红热现象，并沿试管底部自下而上蔓延，这个现象说明该反应是____ (填“吸”或“放”)热反应。
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_________________________________。
参考答案
1．C
2．B
3．C
4．A
5．D
6．(1)最外层电子数(或最外层电子结构) (2) 化合物(3) 莫桑钻的密度比二碘甲烷小，钻石的密度比二碘甲烷大(或莫桑钻的密度比钻石小，且莫桑钻、钻石均不溶于二碘甲烷，也不与二碘甲烷反应)
7．Cu2O
【分析与交流】
(1) 这是固体反应物间的反应，使用颗粒更小的反应物，可以增大表面积，有利于反应的进行(2) 有利于集中加热，获得持续高温(3) A,反应中木炭粉会与试管内的氧气反应而部分消耗，故稍过量的木炭粉有利于反应进行
【实验与结论】
气密性，不能, 放, 空气会进入反应的试管中，使生成的依然灼热的铜重新被氧化
