人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 题型专练(含解析)
文档属性
| 名称 | 人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 题型专练(含解析) |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 2.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2026-01-06 00:00:00 | ||
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文档简介
人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 题型专练
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 ( )
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【举一反三1】下列说法错误的是( )
A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成的
B.长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末作润滑剂
C.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的
D.活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
【举一反三2】石墨粉常用于高温工作机器的润滑剂，这是根据它的 ( )
A.能导电 B.润滑性 C.熔点高 D.吸附性
【举一反三3】如图为几种含碳物质在生产生活中的应用。
(1)图A中使用的含碳物质是________(填名称)，因为其具有______的结构，具有___________性。
(2)利用石墨导电性的是______(填字母，下同)，图示 C 主要利用了石墨灰黑色和________的性质。
(3)目前，天然存在最硬的物质是_______(填名称)，图示应用中主要利用该性质的是___________。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。
(1)代表金刚石的是： (填“A”“B”或“C”)。
(2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是 变化，这个变化过程中会 (填“放出”或“吸收”)热量。
(3)C60的物理性质有 (答一点即可)，推测C60的一种化学性质是 。
(4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(5)石墨烯的优良性能决定它的用途是 (写出一条)。
(6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 ( )
A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的
B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极
C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的
D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 ( )
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【举一反三2】下列物质不属于碳单质的是( )
A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳
水是永远值得探究的物质，人类从未停止过对水的研究。
(1)“生命吸管”是一种便携式户外净水装置，其主要部件及使用如图1所示。
①活性炭可去除异味、色素等，是因为其具有 性；
②该“生命吸管” (填“能”或“不能”)用于直接饮用海水。
(2)实验室搭建过滤装置，用烧杯(如图2)承接滤液，漏斗下端管口应位于该烧杯 (填“a”或“b”)处附近，过滤引流时，玻璃棒紧靠漏斗(如图3)内三层滤纸的 (填“x”“y”或“z”)处附近。
碳单质多种多样，不同碳单质的结构、用途等存在差异，如图是金刚石与石墨的结构图。请回答下列问题：
(1)金刚石、石墨中可用作高铁列车的受电弓滑板的是 。
(2)“石墨制金刚石属于化学变化”，下列说法不支持这一结论的是______(填字母)。
A．二者是不同物质 B．二者含有相同元素 C．二者转化时碳原子排列方式发生变化
(3)2025年4月，同济大学团队发表的成果中提出：成功合成由6个碳原子构成的世界最小环状碳，该分子的化学式可表示为 。
(4)石墨粉与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为 。
【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。
(1)石墨转化为C60发生了 (填“物理”或“化学”)变化。
(2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是 。
(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是 (填字母)。
A.导电性 B.导热性 C.吸附性
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】石墨可作干电池的电极，是利用其（ ）
A.质地软
B.有滑腻感
C.呈灰黑色
D.导电性
【举一反三1】石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体(如图所示)，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成
B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子被三个六元环共用
D.石墨烯属于化合物
【举一反三2】石墨烯供暖系统是一种先进的供暖技术，其主要材料石墨烯为单层石墨，石墨烯的化学式为( )
A.C B.C2H4 C.C60 D.H2CO3
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式： 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应： 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 。其原因是（用文字表达式表示） 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 （填“物理”或“化学”）性质。
【举一反三4】阅读科普短文，回答下列问题。
石墨为六边形层状结构，石墨烯是一种由单层碳原子组成的片状结构，石墨烯可
以从石墨中剥离出来，其厚度不及普通纸张的三十万分之一，但却是目前已知强度最
高的材料之一。石墨烯具有高导电性、高导热性、高强度、光学透明性，不易与其他物质发生反应，被认为是一种未来革命性的材料。
例如将石墨烯应用于橡胶行业制成石墨烯橡胶复合材料，能提高导电、导热及力学性能。石墨烯用量对橡胶复合材料热导率的影响如图1。将石墨烯应用于纺织行业制成的石墨烯复合纤维，能有效抑制真菌滋生，祛湿透气，同时能瞬间升温，还可防紫外线等。复合纤维中石墨含量对紫外线透过率的影响如图2。
随着科学技术的发展，更多优异的石墨烯复合材料将会被广泛应用。
(1)石墨烯从石墨中剥离出来发生的是 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯具有的物理性质是 (写出一点即可)。
(2)由图1可以得出石墨烯的用量在1～2份时 。
(3)结合短文和图2信息，下列说法正确的是 (填字母)。
A．石墨烯属于单质
B．复合纤维中石墨烯的含量越高，紫外线透过率越高
C．波长不同的紫外线在同一种纤维中的透过率不尽相同
D．石墨烯与石墨在物理特性和应用方面存在很多不同之处
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】如图所示是木炭与氧化铜反应的实验装置，下列说法正确的是( )
A.网罩的作用是集中火焰，提高温度
B.实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑
C.木炭将氧化铜还原为铜，木炭发生了还原反应
D.反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【举一反三1】在实验室进行“炭粉还原氧化铜”的实验，下列相关图像比较符合事实的是( )
A.
B.
C.
D.
冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。
探究一：除味剂的还原性
(1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是 。
(2)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。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有 (答一种即可)。该反应的化学方程式为 。
(3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是 。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是 (填字母)。
A. 碳和氧化铜反应不彻底生成
B. 生成的二氧化碳和碳反应生成
C. 试管里空气中本身含有一氧化碳
探究二：除味剂的吸附效果
小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。
(4)上述实验的结论是 。
(5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证： 。
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式： 。
【举一反三4】化学活动小组的同学在探究木炭与CuO反应时，完成了如图实验，请回答下列问题：
(1)请写出C与CuO反应的化学方程式：______________________________________。
(2)实验结束时，应 ___________________(填序号)。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯，再撤出导管
(3)图中酒精灯加网罩的作用是___________________。
(4)该实验中观察到的现象是________________________。
【举一反三5】兴趣小组在进行碳粉和氧化铜反应的实验时，发现实验中可能会产生一氧化碳，于是改进实验装置如下：
(1)接通电源前，打开旋塞，通入一段时间氮气的目的是______________________________。
(2)关闭旋塞，接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为________能。a处发生反应的化学方程式为______________________________。
(3)反应一段时间后，关闭电源，待冷却后往U形管中滴入少量澄清石灰水，打开旋塞，观察到的现象是 ______________________________。
(4)判断碳粉与氧化铜是否恰好完全反应，最简单的方法是 ______________________________。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】工业上火法炼镍的原理是C+2NiO2Ni+CO2↑。下列有关说法不正确的是( )
A.NiO发生氧化反应
B.C有还原性
C.该反应中固体质量减少
D.该过程还可能生成CO
【举一反三1】氧化亚铜可作杀菌剂、着色剂和染色剂等，制备Cu2O反应的化学方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，发生还原反应的物质是( )
A.Cu B.H2O C.Cu2O D.H2
【举一反三2】工业炼钨原理为 WO3+发生还原反应的物质是( )
A. H2 B. WO3 C. W D. H2O
【举一反三3】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 。
【举一反三4】中华文明源远流长，蕴含着深邃的哲学智慧和丰富的实践经验。
(1)姜夔“高花未吐，暗香已远”蕴含科学道理，从分子角度分析“暗香已远”的原因是 。
(2)“漉海盐千斛，裁冈枣万株”，出自清代顾炎武的《莱州》。这里的“漉海盐”指的是通过晒海水来制盐的过程，“盐”主要指氯化钠，氯化钠是由 构成的。
(3)刘禹锡《浪淘沙》中写道：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。其中的“淘”和“漉”相当于化学实验中的 操作。
(4)《本草经集注》记载：“强烧之，紫青烟起…云是真硝石也”。“硝石”主要成分是KNO3，KNO3中氮元素的化合价为 。
(5)苏轼“投泥泼水愈光明”中“投泥泼水”反映的化学原理是，该反应中发生还原反应的物质是 。“愈光明”指的是 (填写物质化学式)燃烧的结果。
(6)《天工开物》记载：“煤饼烧石成灰”。“石”主要成分是CaCO3，“灰”指CaO，“烧石成灰”可用化学方程式表示为 ，该反应属于 (填基本反应类型)。
【举一反三5】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。
请回答。
(1)C的化学式为 ，D的化学式为 。
(2)A中金属元素的化合价是 。
(3)反应①的化学方程式为 。
【举一反三6】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到 (填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是 。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，主要原因是（ ）
A.碳是黑色的
B.碳粉末细小
C.碳不溶于水
D.常温下碳化学性质稳定
央视栏目《典籍里的中国》展现了中国智慧。用墨书写的典籍保存至今仍不变色,体现了碳单质具有的性质是( )
A.质软 B.导电性 C.可燃性 D.常温稳定性
【举一反三2】下列叙述中，与常温下碳单质的稳定性有关的是( )
A.用活性炭净水
B.用石墨制铅笔芯
C.古代用墨书写绘制的字画经久不变色
D.木炭用作燃料
【举一反三3】下列碳单质的用途与其化学性质有关的是( )
A.用石墨粉末作锁的润滑剂
B.用碳素笔书写档案材料
C.用活性炭作冰箱除味剂
D.用金刚石切割玻璃
【举一反三4】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【举一反三5】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是 。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下 。
【举一反三7】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】碳燃烧实验中，无需标注的图标是( )
A.护目镜
B.锐器
C.明火
D.热烫
【举一反三1】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.金刚石和石墨都不具有可燃性
B.金刚石和石墨都是黑色的固体
C.金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同
D.金刚石和石墨的元素组成相同，性质也相同
【举一反三2】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是( )
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【举一反三3】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 。
【举一反三4】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。
(1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的 (填“充分”或“不充分”)燃烧。
(2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于 (填“物理变化”或“化学变化”)。
【举一反三5】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)文中能表示石墨微观结构的是 (填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是 。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式 。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【举一反三6】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是 。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式 (写一个即可)，该反应的基本反应类型为 。
(3)“净化”：为提高产率，需除去 等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的 (写一条化学性质)。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（ ）
A.碳单质常温下化学性质比较稳定
B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质
D.碳燃烧一定只生成二氧化碳
【举一反三1】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 ( )
A.二氧化碳气体 B.焦炭 C.氧气 D.氧化铜粉末
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
【举一反三3】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 ( )
A.CO2 B.O2 C.N2 D.C
【举一反三4】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。
(1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。
(2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。
(3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。
(4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其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。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。
A.具有吸附性
B.在一定条件下可还原氧化铜
C.常温下化学性质活泼
D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2
【举一反三5】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨和的微观模型，下列说法中不正确的是( )
A.石墨转化为金刚石属于物理变化
B.金刚石和石墨和都属于碳的单质
C.它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳
D.三种物质原子排列方式不同，物理性质也有很大差异
【举一反三1】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质——“T﹣碳”（化学式为C）。有关“T﹣碳”的错误的是（ ）
A.属于单质
B.常温下化学性质稳定
C.由原子直接构成
D.物理性质与石墨相似
【举一反三2】阅读下面科普短文。
碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。
从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。
将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。
碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。
近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。
依据文章内容回答下列问题。
(1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。
A.无定形碳 B.过渡态碳 C.晶形碳
(2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。
(3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。
(4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。
(5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________
②碳纳米管由碳原子构成。_______________
【举一反三3】阅读下列材料，回答相关问题。
石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。
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。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
(1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。
(3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。
(4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。
(5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。
a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强
(6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式： 。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于 (填基本反应类型)。
人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 题型专练（参考答案）
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 ( )
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【答案】B
【解析】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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，则能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头，A正确；石墨耐高温，不能用石墨烯制成保险丝，B错误；碳单质具有可燃性，石墨烯能够燃烧，C正确;石墨烯导电能力比银更强，可用石墨烯制成高压输电线，D正确。
【举一反三1】下列说法错误的是( )
A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成的
B.长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末作润滑剂
C.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的
D.活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
【答案】C
【举一反三2】石墨粉常用于高温工作机器的润滑剂，这是根据它的 ( )
A.能导电 B.润滑性 C.熔点高 D.吸附性
【答案】B
【解析】石墨粉末常用作高温工作机器的润滑剂，是利用其石墨具有优良的润滑性，且耐高温的性质。
【举一反三3】如图为几种含碳物质在生产生活中的应用。
(1)图A中使用的含碳物质是________(填名称)，因为其具有______的结构，具有___________性。
(2)利用石墨导电性的是______(填字母，下同)，图示 C 主要利用了石墨灰黑色和________的性质。
(3)目前，天然存在最硬的物质是_______(填名称)，图示应用中主要利用该性质的是___________。
【答案】(1)活性炭 疏松多孔 吸附 (2)B 质软 (3)金刚石 D
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。
(1)代表金刚石的是： (填“A”“B”或“C”)。
(2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是 变化，这个变化过程中会 (填“放出”或“吸收”)热量。
(3)C60的物理性质有 (答一点即可)，推测C60的一种化学性质是 。
(4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(5)石墨烯的优良性能决定它的用途是 (写出一条)。
(6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【答案】(1)A
(2)化学 吸收
(3)常温下是紫红色晶体(或具有金属光泽) 可以燃烧
(4)管状
(5)用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等(写一条即可)
(6)碳原子的排列方式不同
【解析】(2)在一定条件下，石墨可以转变为金刚石，此过程中物质种类发生改变，有新物质生成，所以这一变化是化学变化；由题意可知该反应是在超高温和高压的条件下，所以该反应是吸热反应，所以这一变化过程中会吸收热量；
(4)根据“碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异”可知，碳纳米管的管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异；
(5)根据“石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景”可知；石墨烯的优良性能决定它的用途是用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等；
(6)物质的性质由其结构决定，碳单质家族中各物质物理性质存在差异，其原因是碳原子排列方式不同。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 ( )
A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的
B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极
C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的
D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的
【答案】A
【解析】从组成上看，这三种物质都是由碳元素组成的，A正确；从用途上看，这三种物质只有石墨具有深灰色质软、导电性，可做铅笔芯和电极，B错误；从性质上看，这三种物质都是碳原子组成的，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，C错误；从结构上看，这三种物质碳原子的排列方式不同，D错误。
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 ( )
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【答案】A
【解析】C60的相对分子质量为12×60=720，A正确；金刚石、石墨和C60虽然都是碳元素组成的单质，但是它们的结构不同，B错误；金刚石是天然存在的最硬的物质，C错误；石墨具有导电性，可以用于制石墨电极，D错误。
【举一反三2】下列物质不属于碳单质的是( )
A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳
【答案】D
【解析】一氧化碳属于碳的氧化物，不是碳元素组成的单质。
水是永远值得探究的物质，人类从未停止过对水的研究。
(1)“生命吸管”是一种便携式户外净水装置，其主要部件及使用如图1所示。
①活性炭可去除异味、色素等，是因为其具有 性；
②该“生命吸管” (填“能”或“不能”)用于直接饮用海水。
(2)实验室搭建过滤装置，用烧杯(如图2)承接滤液，漏斗下端管口应位于该烧杯 (填“a”或“b”)处附近，过滤引流时，玻璃棒紧靠漏斗(如图3)内三层滤纸的 (填“x”“y”或“z”)处附近。
【答案】
(1)吸附 不能 (2)b y
【解析】
(1)活性炭因吸附性除异味、色素；生命吸管无法除去海水中盐分，不能直接饮用海水。
碳单质多种多样，不同碳单质的结构、用途等存在差异，如图是金刚石与石墨的结构图。请回答下列问题：
(1)金刚石、石墨中可用作高铁列车的受电弓滑板的是 。
(2)“石墨制金刚石属于化学变化”，下列说法不支持这一结论的是______(填字母)。
A．二者是不同物质 B．二者含有相同元素 C．二者转化时碳原子排列方式发生变化
(3)2025年4月，同济大学团队发表的成果中提出：成功合成由6个碳原子构成的世界最小环状碳，该分子的化学式可表示为 。
(4)石墨粉与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为 。
【答案】
(1)石墨 (2)B (3) (4)
【解析】
(1)石墨具有良好的导电性，且石墨具有滑腻感，可用作高铁列车的受电弓滑板。(2)石墨和金刚石是两种不同的物质，即石墨制金刚石有新物质生成，故属于化学变化，A不符合题意；石墨和金刚石均是由碳元素组成，不能说明石墨制金刚石是化学变化，B符合题意；二者转化时碳原子排列方式发生变化，说明石墨和金刚石是由碳原子构成的不同碳单质，说明石墨制金刚石属于化学变化，C不符合题意。(3)世界最小环状碳的每个分子由6个碳原子构成，则其化学式为C6。
【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。
(1)石墨转化为C60发生了 (填“物理”或“化学”)变化。
(2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是 。
(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是 (填字母)。
A.导电性 B.导热性 C.吸附性
【答案】(1)化学 (2)热稳定性 (3)AB
【解析】(1)石墨转化为C60有新物质的生成，所以是化学变化。(2)由材料可知，强度、硬度、磨损性能涉及物理性质，热稳定性涉及到化学变化。(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是导电性、导热性，故选AB。
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】石墨可作干电池的电极，是利用其（ ）
A.质地软
B.有滑腻感
C.呈灰黑色
D.导电性
【答案】D
【解析】石墨具有导电性，因此石墨可作干电池的电极。
【举一反三1】石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体(如图所示)，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成
B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子被三个六元环共用
D.石墨烯属于化合物
【答案】D
【解析】石墨烯和金刚石都由碳元素组成，故A不符合题意；由题意可知，石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯的导电性比银强，故B不符合题意；由石墨烯的结构可知，石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用，故C不符合题意；石墨烯是由碳元素组成的纯净物，属于单质，故D符合题意。
【举一反三2】石墨烯供暖系统是一种先进的供暖技术，其主要材料石墨烯为单层石墨，石墨烯的化学式为( )
A.C B.C2H4 C.C60 D.H2CO3
【答案】A
【解析】由题意可知，石墨烯为单层石墨，石墨是由碳元素组成的单质，则石墨烯也是由碳元素组成的单质，其化学式为C。
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式： 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应： 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 。其原因是（用文字表达式表示） 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 （填“物理”或“化学”）性质。
【答案】（1）①As2S3；As2O3；
②铅+氧气四氧化三铅；
③避光保存；氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①分子；
②化学。
【解析】（1）①三硫化二砷中砷元素符号As，硫元素符号S，根据化合物化学式的书写“正价在前，负价在后，交叉约简”原则，三硫化二砷化学式为As2S3；设砒霜化学式为AsxOy，砷的相对原子质量约为75，氧的相对原子质量为16，已知砷、氧元素质量比为25：8，则75x：16y＝25：8，解得x：y ＝ 2：3，所以砒霜化学式为 As2O3；
②铅在空气中加热到 300﹣500℃时与氧气反应生成Pb3O4，文字表达式为：铅+氧气四氧化三铅；
③因为轻粉在光照射下分解成汞和氯化汞，所以轻粉的保存方法是避光保存。原因用文字表达式表示为：氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①微观上，C60是由C60分子构成的；
②C60与H2在一定条件下反应生成氢化物，该过程有新物质生成，发生了化学变化，所以C60可用作吸氢材料是利用了其化学性质。
【举一反三4】阅读科普短文，回答下列问题。
石墨为六边形层状结构，石墨烯是一种由单层碳原子组成的片状结构，石墨烯可
以从石墨中剥离出来，其厚度不及普通纸张的三十万分之一，但却是目前已知强度最
高的材料之一。石墨烯具有高导电性、高导热性、高强度、光学透明性，不易与其他物质发生反应，被认为是一种未来革命性的材料。
例如将石墨烯应用于橡胶行业制成石墨烯橡胶复合材料，能提高导电、导热及力学性能。石墨烯用量对橡胶复合材料热导率的影响如图1。将石墨烯应用于纺织行业制成的石墨烯复合纤维，能有效抑制真菌滋生，祛湿透气，同时能瞬间升温，还可防紫外线等。复合纤维中石墨含量对紫外线透过率的影响如图2。
随着科学技术的发展，更多优异的石墨烯复合材料将会被广泛应用。
(1)石墨烯从石墨中剥离出来发生的是 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯具有的物理性质是 (写出一点即可)。
(2)由图1可以得出石墨烯的用量在1～2份时 。
(3)结合短文和图2信息，下列说法正确的是 (填字母)。
A．石墨烯属于单质
B．复合纤维中石墨烯的含量越高，紫外线透过率越高
C．波长不同的紫外线在同一种纤维中的透过率不尽相同
D．石墨烯与石墨在物理特性和应用方面存在很多不同之处
【答案】(1)化学 高导电性(合理即可)
(2)随着石墨烯的用量增大，橡胶复合材料热导率增大
(3)ACD
【解析】(1)石墨烯和石墨是不同的物质，属于化学变化；石墨烯具有的物理性质是高导电性、高导热性、高强度、光学透明性等。
(2)由图1可知，当石墨烯用量在1～2份时，随着石墨烯的用量增大，橡胶复合材料热导率增大。
(3)石墨烯是由碳元素构成的单质，正确；
复合纤维中石墨烯含量越高，紫外线透过率越低，故此说法错误；
同一种纤维对不同波长的紫外线透过率确实不同，正确；
石墨与石墨烯在物理特性和应用方面确有较大区别，正确。故选ACD。
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】如图所示是木炭与氧化铜反应的实验装置，下列说法正确的是( )
A.网罩的作用是集中火焰，提高温度
B.实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑
C.木炭将氧化铜还原为铜，木炭发生了还原反应
D.反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【答案】A
【解析】给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度；氧化铜为黑色固体，铜为红色固体，氧化铜与碳在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，实验过程中，可观察到黑色粉末逐渐变红；碳是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性，碳得到氧发生了氧化反应；反应结束后，不能立即把a中的物质倒出来，因为铜在较高温度下会与氧气反应生成氧化铜。
【举一反三1】在实验室进行“炭粉还原氧化铜”的实验，下列相关图像比较符合事实的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】完全反应后二氧化碳质量不再变化，A错误；随着反应进行，固体质量减小，完全反应后固体质量不再变化，B正确；反应过程中铜元素质量始终不变，C错误；随着反应进行，氧化铜质量减小，D错误。
冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。
探究一：除味剂的还原性
(1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是 。
(2)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。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有 (答一种即可)。该反应的化学方程式为 。
(3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是 。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是 (填字母)。
A. 碳和氧化铜反应不彻底生成
B. 生成的二氧化碳和碳反应生成
C. 试管里空气中本身含有一氧化碳
探究二：除味剂的吸附效果
小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。
(4)上述实验的结论是 。
(5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证： 。
【答案】
(1)增大反应物的接触面积，加快反应速率 (2)改用酒精喷灯 C+2CuO2Cu+CO2↑ (3)不能 碳和试管上方空气中的氧气反应生成二氧化碳 AB (4)在一定范围内，除味剂越多，吸附褪色的时间越短 (5)温度影响；分别取10 mL10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃同浓度的红墨水，加入同等规格相等质量的除味剂，褪色时间依次减少，说明温度越高，吸附效果越好
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式： 。
【答案】
【举一反三4】化学活动小组的同学在探究木炭与CuO反应时，完成了如图实验，请回答下列问题：
(1)请写出C与CuO反应的化学方程式：______________________________________。
(2)实验结束时，应 ___________________(填序号)。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯，再撤出导管
(3)图中酒精灯加网罩的作用是___________________。
(4)该实验中观察到的现象是________________________。
【答案】(1)C+2CuO2Cu+CO2↑ (2)① (3)集中火焰，提高温度 (4)黑色粉末变成红色，澄清的石灰水变浑浊。
【解析】(2)实验结束时，为了防止石灰水倒流引起试管的炸裂，应先撤出导管，再熄灭酒精灯。
(4)在高温时C与CuO反应生成了铜和二氧化碳，生成的二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙和水，所以该实验中观察到的现象是黑色粉末变成红色，澄清的石灰水变浑浊。
【举一反三5】兴趣小组在进行碳粉和氧化铜反应的实验时，发现实验中可能会产生一氧化碳，于是改进实验装置如下：
(1)接通电源前，打开旋塞，通入一段时间氮气的目的是______________________________。
(2)关闭旋塞，接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为________能。a处发生反应的化学方程式为______________________________。
(3)反应一段时间后，关闭电源，待冷却后往U形管中滴入少量澄清石灰水，打开旋塞，观察到的现象是 ______________________________。
(4)判断碳粉与氧化铜是否恰好完全反应，最简单的方法是 ______________________________。
【答案】(1)排尽装置中的空气，防止混有空气爆炸
(2)热 C+2CuO2Cu+CO2↑ (3)石灰水变浑浊
(4)观察反应之后的固体为红色且没有黑色粉末
【解析】(1)为了防止装置内含空气，加热时发生爆炸，应先用氮气排尽装置中的空气。
(2)接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为热能。a处氧化铜和碳粉在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，发生反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑。
(4)氧化铜和碳粉在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，铜呈红色，如果反应之后，固体为红色且没有黑色粉末，说明碳粉与氧化铜恰好完全反应。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】工业上火法炼镍的原理是C+2NiO2Ni+CO2↑。下列有关说法不正确的是( )
A.NiO发生氧化反应
B.C有还原性
C.该反应中固体质量减少
D.该过程还可能生成CO
【答案】A
【解析】在该反应中，NiO失去氧，属于氧化剂，发生了还原反应；碳夺走了氧化镍中的氧，体现了还原性；该反应中，有气体生成，根据质量守恒定律，化学反应前后，物质的总质量不变，则该反应中固体质量减少；如果碳过量，二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳，故该过程可能会产生一氧化碳。
【举一反三1】氧化亚铜可作杀菌剂、着色剂和染色剂等，制备Cu2O反应的化学方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，发生还原反应的物质是( )
A.Cu B.H2O C.Cu2O D.H2
【答案】B
【解析】在2Cu+H2OCu2O+H2↑中铜得氧发生了氧化反应，是还原剂；H2O失氧发生了还原反应，是氧化剂。
【举一反三2】工业炼钨原理为 WO3+发生还原反应的物质是( )
A. H2 B. WO3 C. W D. H2O
【答案】B
【举一反三3】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 。
【答案】碳原子的排列方式；C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【解析】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的碳原子的排列方式不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质，碳能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，利用了碳具有还原性，反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【举一反三4】中华文明源远流长，蕴含着深邃的哲学智慧和丰富的实践经验。
(1)姜夔“高花未吐，暗香已远”蕴含科学道理，从分子角度分析“暗香已远”的原因是 。
(2)“漉海盐千斛，裁冈枣万株”，出自清代顾炎武的《莱州》。这里的“漉海盐”指的是通过晒海水来制盐的过程，“盐”主要指氯化钠，氯化钠是由 构成的。
(3)刘禹锡《浪淘沙》中写道：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。其中的“淘”和“漉”相当于化学实验中的 操作。
(4)《本草经集注》记载：“强烧之，紫青烟起…云是真硝石也”。“硝石”主要成分是KNO3，KNO3中氮元素的化合价为 。
(5)苏轼“投泥泼水愈光明”中“投泥泼水”反映的化学原理是，该反应中发生还原反应的物质是 。“愈光明”指的是 (填写物质化学式)燃烧的结果。
(6)《天工开物》记载：“煤饼烧石成灰”。“石”主要成分是CaCO3，“灰”指CaO，“烧石成灰”可用化学方程式表示为 ，该反应属于 (填基本反应类型)。
【答案】(1)分子在不断运动
(2)氯离子(或Cl-)、钠离子(或Na+)、
(3)过滤
(4)+5
(5)水(或H2O) CO、H2(或H2、CO)
(6) 分解反应
【解析】(3)过滤是用于分离不溶性固体与液体的方法，“淘” 和 “漉” 是将不溶性的沙子等杂质与金分离，相当于化学实验中的过滤操作；
(4)在KNO3中，钾元素显+1价，氧元素显 2价，设氮元素的化合价为x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零，则(+1)+x+( 2)×3=0，解得x=+5；
(5)在中，H2O失去氧，发生还原反应，发生还原反应的物质是H2O；
“愈光明”是因为生成的H2和CO都是可燃性气体，它们燃烧使火焰更明亮，这里指的是H2和CO燃烧的结果；
(6)烧石成灰发生的反应是碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，化学方程式为；该反应是由一种物质生成两种物质，符合“一变多”的特点，属于分解反应。
【举一反三5】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。
请回答。
(1)C的化学式为 ，D的化学式为 。
(2)A中金属元素的化合价是 。
(3)反应①的化学方程式为 。
【答案】(1)CO2 Cu (2)+2 (3)C+2CuOCO2↑+2Cu
【解析】由题图可知，C能与澄清石灰水反应生成沉淀，则C是二氧化碳;A和B为两种黑色粉末，且二者能在高温条件下反应生成一种红色单质 D 和二氧化碳，则 D为铜，A 和D含有同种元素,则 A 是 CuO,B是碳,反应①为碳和氧化铜的反应。(1)由上述分析可知，C、D分别为二氧化碳、铜，化学式分别为CO2、Cu。(2)A为CuO,其中氧元素显-2价,根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零的原则，可得铜元素的化合价是+2。(3)反应①为碳和氧化铜在高温条件下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为C+2CuOCO2↑+2Cu。
【举一反三6】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到 (填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是 。
【答案】(1)混合物
(2)CD
(3)氧化反应 使酒精灯火焰集中，提高加热温度
【解析】(1)木炭和氧气燃烧反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为：，木炭和氧气的质量比约为1：2，说明木炭不完全燃烧，可能生成一氧化碳，生成的气体为混合物；
(2)活性炭具有吸附性，NO2气体被活性炭吸附，所以n瓶气体变为无色；由于n瓶中的压强小于外界大气压强，打开弹簧夹，水进入n中，n中的液面上升，而石墨没有吸附性，所以m中无变化，故选CD；
(3)木炭和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，该反应中木炭得到氧，生成二氧化碳，发生了氧化反应；金属网罩的作用是使酒精灯火焰集中，提高加热温度。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，主要原因是（ ）
A.碳是黑色的
B.碳粉末细小
C.碳不溶于水
D.常温下碳化学性质稳定
【答案】D
【解析】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，碳素墨水是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，常温下碳的化学性质不活泼（稳定），能长时间保存。
央视栏目《典籍里的中国》展现了中国智慧。用墨书写的典籍保存至今仍不变色,体现了碳单质具有的性质是( )
A.质软 B.导电性 C.可燃性 D.常温稳定性
【答案】D
【解析】
墨的主要成分是炭黑,在常温下,碳单质的化学性质不活泼,所以用墨书写的典籍保存至今仍不变色。
【举一反三2】下列叙述中，与常温下碳单质的稳定性有关的是( )
A.用活性炭净水
B.用石墨制铅笔芯
C.古代用墨书写绘制的字画经久不变色
D.木炭用作燃料
【答案】C
【解析】用活性炭净水是因为其具有较强的吸附性，与其稳定性无关，A错误；用石墨制铅笔芯利用了石墨质软的性质，与其稳定性无关，B错误；古代用墨书写绘制的字画经久不色，是因为常温下，碳的化学性质不活泼，与其稳定性有关，C正确；单质碳具有可燃性，木炭可用作燃料，与其稳定性无关，D错误。
【举一反三3】下列碳单质的用途与其化学性质有关的是( )
A.用石墨粉末作锁的润滑剂
B.用碳素笔书写档案材料
C.用活性炭作冰箱除味剂
D.用金刚石切割玻璃
【答案】B
【解析】石墨粉作锁芯润滑剂，利用石墨质软且具有滑腻感，活性炭除冰箱异味，利用了活性炭的吸附性，金刚石切割玻璃是因为硬度大，均属于物理性质，用碳素笔书写档案文件，利用了碳单质常温下化学性质稳定，属于化学性质。
【举一反三4】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【答案】(1)
(2)常温下，碳的化学性质不活泼
(3)煮沸
【解析】（1）氧化铝的化学式为Al2O3，在化合物中氧元素通常显-2价，设铝元素的化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，则有，则x=+3，所以氧化铝中铝元素的化合价表示为：；
（2）用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为墨汁的主要成分是碳，碳在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，所以能长时间保存而不变色。
（3）生活中将硬水软化的方法是煮沸。在煮沸过程中，水中的可溶性钙、镁化合物会转化为沉淀，从而降低水的硬度。
【举一反三5】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【答案】(1)不活泼 (2)碳原子最外层电子数是4，不容易得失电子
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是 。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下 。
【答案】(1)单质
(2)碳原子的排列方式不同
(3)化学性质不活泼
【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同；
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。
【举一反三7】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【答案】(1)
(2)常温下，碳的化学性质不活泼
(3)煮沸
【解析】（1）氧化铝的化学式为Al2O3，在化合物中氧元素通常显-2价，设铝元素的化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，则有，则x=+3，所以氧化铝中铝元素的化合价表示为：；
（2）用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为墨汁的主要成分是碳，碳在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，所以能长时间保存而不变色。
（3）生活中将硬水软化的方法是煮沸。在煮沸过程中，水中的可溶性钙、镁化合物会转化为沉淀，从而降低水的硬度。
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】碳燃烧实验中，无需标注的图标是( )
A.护目镜
B.锐器
C.明火
D.热烫
【答案】B
【解析】木炭与氧气中剧烈燃烧放出大量的热，注意洗手和佩戴护目镜，注意明火，注意试管热烫，不需要考虑锐器，故选Ｂ。
【举一反三1】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.金刚石和石墨都不具有可燃性
B.金刚石和石墨都是黑色的固体
C.金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同
D.金刚石和石墨的元素组成相同，性质也相同
【答案】C
【解析】金刚石和石墨均是常见的碳单质，都具有可燃性，故A错误；纯净的金刚石是无色透明的固体，石墨是灰黑色的固体，故B错误；金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，故C正确；金刚石和石墨的元素组成相同，但碳原子的排列方式不同，物理性质差异很大，故D错误。
【举一反三2】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是( )
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【答案】D
【解析】金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们都具有可燃性；石墨中碳原子之间存在间隔；金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热。
【举一反三3】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 。
【答案】二氧化碳。
【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，所以金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成二氧化碳。
【举一反三4】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。
(1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的 (填“充分”或“不充分”)燃烧。
(2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于 (填“物理变化”或“化学变化”)。
【答案】(1)不充分
(2)吸附 化学变化
【解析】(1)将松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的烟可用于制墨，是因为碳不完全燃烧生成了炭黑，故利用了松木的不充分燃烧；
(2)由题干可知，活性炭具有很多的微孔结构，可以氢气吸附到微孔中，这是利用活性炭的吸附性；由题干可知，氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，该过程中有新物质生成，属于化学变化。
【举一反三5】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)文中能表示石墨微观结构的是 (填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是 。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式 。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【答案】(1)B
(2)在常温下是紫红色晶体(合理即可)
(3)管状
(4)
(5)碳原子排列方式不同
【解析】(1)根据题意，在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石，故石墨的微观结构是B；
(3)根据题意，碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
【举一反三6】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是 。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式 (写一个即可)，该反应的基本反应类型为 。
(3)“净化”：为提高产率，需除去 等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的 (写一条化学性质)。
【答案】(1)增大反应物的接触面积，使反应更充分
(2) C+O2CO2(或2C+O22CO) 化合反应
(3)CO2或SO2
(4)可燃性
【解析】(2)碳和氧气在高温条件下反应生成二氧化碳，该反应的化学方程式为C+O2CO2，或碳和氧气在高温条件下反应生成一氧化碳，该反应的化学方程式为2C+O22CO，两个反应反应物均为两种，生成物为一种的反应，都属于化合反应。
(3)“气化”时，煤中含有硫元素，反应后会生成二氧化硫，煤中含有碳元素，反应后会生成二氧化碳，故“净化”时，为提高产率，需除去二氧化碳或二氧化硫等气体杂质。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（ ）
A.碳单质常温下化学性质比较稳定
B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质
D.碳燃烧一定只生成二氧化碳
【答案】A
【解析】碳单质常温下化学性质比较稳定，A正确；石墨和金刚石都是由碳原子直接构成的，C60是由C60分子构成的，B错误；活性炭具有吸附性，但并不能吸附所有杂质，C错误；氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳，氧气不足时，碳燃烧生成一氧化碳，D错误。
【举一反三1】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 ( )
A.二氧化碳气体 B.焦炭 C.氧气 D.氧化铜粉末
【答案】B
【解析】木炭能在氧气中燃烧生成二氧化碳，能与氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，能与二氧化碳高温反应生成一氧化碳。
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
【举一反三3】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 ( )
A.CO2 B.O2 C.N2 D.C
【答案】D
【举一反三4】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。
(1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。
(2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。
(3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。
(4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其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。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。
A.具有吸附性
B.在一定条件下可还原氧化铜
C.常温下化学性质活泼
D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2
【答案】(1)碳原子排列方式不同 (2)化学 分子 (3)润滑剂 (4)ABD
【解析】(2)石墨在一定条件下生成金刚石，有新物质生成，属于化学变化；C60是由C60分子构成，故保持化学性质最小的粒子是分子。
(4)“碳海绵”具有高弹性和疏松多孔的结构，具有吸附性，可以用作吸附剂，“碳海绵”的主要成分是碳，所以具备单质碳的性质，在一定条件下可还原氧化铜，在常温下化学性质不活泼，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。
【举一反三5】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【答案】(1)混合物 (2)常温下碳的化学性质不活泼 (3) C+O2CO2
【解析】(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成的，是由多种物质组成的属于混合物。
(2)墨的主要成分是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，因此用墨书写的春联能长时间保存。
(3)碳在点燃的条件下能与氧气反应生成二氧化碳，故写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存，化学方程式为C+O2CO2。
【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【答案】不活泼(或稳定) CO2 C+O2CO2 CO 2C+O22CO 化合反应 C+2CuO2Cu+CO2↑
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨和的微观模型，下列说法中不正确的是( )
A.石墨转化为金刚石属于物理变化
B.金刚石和石墨和都属于碳的单质
C.它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳
D.三种物质原子排列方式不同，物理性质也有很大差异
【答案】A
【解析】石墨、金刚石是碳元素形成的不同单质，即石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化；金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的纯净物，都属于单质；金刚石、石墨和C60都属于碳的单质，它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳；金刚石、石墨和C60中碳原子的排列方式不同，物理性质有很大差异。
【举一反三1】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质——“T﹣碳”（化学式为C）。有关“T﹣碳”的错误的是（ ）
A.属于单质
B.常温下化学性质稳定
C.由原子直接构成
D.物理性质与石墨相似
【答案】D
【解析】“T﹣碳”是由碳元素组成的纯净物，是单质，A正确；“T﹣碳”与金刚石结构类似，因此常温下化学性质稳定，B正确；“T﹣碳”由碳原子构成，C正确；“T﹣碳”与金刚石结构类似，因此物理性质与金刚石类似，而石墨与金刚石物理性质不相似，因此“T﹣碳”物理性质与石墨不同，D错误。
【举一反三2】阅读下面科普短文。
碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。
从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。
将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。
碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。
近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。
依据文章内容回答下列问题。
(1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。
A.无定形碳 B.过渡态碳 C.晶形碳
(2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。
(3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。
(4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。
(5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________
②碳纳米管由碳原子构成。_______________
【答案】(1)A (2)化学 (3)碳纳米管 (4)酸性 (5)对 对
【解析】(2)石墨在一定条件下可转化为金刚石，石墨和金刚石为不同物质，为化学变化。
(3)由表1可知，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。达到相同强度所用材料质量最轻的是碳纳米管。
(5)由题文信息知，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果，①正确；
由题文信息知，将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管，故碳纳米管由碳原子构成，②正确。
【举一反三3】阅读下列材料，回答相关问题。
石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。
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。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
(1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。
(3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。
(4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。
(5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。
a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强
(6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。
【答案】(1)单质 (2)导电 (3)CO2 (4)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(或抗菌) (5)bc (6)CH4C+2H2
【解析】(1)石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有导电性。
(3)石墨烯是由碳元素组成的一种单质，在一定条件下，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。
(5)抑菌率越高，表明抗菌性能越强，a错误；由题干信息可知，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，b正确；由题干信息可知，石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强，c正确。
(6)工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气，化学方程式为CH4C+2H2。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式： 。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于 (填基本反应类型)。
【答案】(1)管状
(2)
(3)分解反应
【解析】(2)石墨烯是由碳元素组成的单质 ，碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为。
(3)由文中可知 “工业上可采用甲烷在高温和 Cu-Pd 催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气” ，该反应是由一种物质(甲烷)反应生成两种物质(石墨烯和氢气) ，符合“一变多” 的特征，所以属于基本反应类型中的分解反应。
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 ( )
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【举一反三1】下列说法错误的是( )
A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成的
B.长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末作润滑剂
C.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的
D.活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
【举一反三2】石墨粉常用于高温工作机器的润滑剂，这是根据它的 ( )
A.能导电 B.润滑性 C.熔点高 D.吸附性
【举一反三3】如图为几种含碳物质在生产生活中的应用。
(1)图A中使用的含碳物质是________(填名称)，因为其具有______的结构，具有___________性。
(2)利用石墨导电性的是______(填字母，下同)，图示 C 主要利用了石墨灰黑色和________的性质。
(3)目前，天然存在最硬的物质是_______(填名称)，图示应用中主要利用该性质的是___________。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。
(1)代表金刚石的是： (填“A”“B”或“C”)。
(2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是 变化，这个变化过程中会 (填“放出”或“吸收”)热量。
(3)C60的物理性质有 (答一点即可)，推测C60的一种化学性质是 。
(4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(5)石墨烯的优良性能决定它的用途是 (写出一条)。
(6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 ( )
A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的
B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极
C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的
D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 ( )
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【举一反三2】下列物质不属于碳单质的是( )
A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳
水是永远值得探究的物质，人类从未停止过对水的研究。
(1)“生命吸管”是一种便携式户外净水装置，其主要部件及使用如图1所示。
①活性炭可去除异味、色素等，是因为其具有 性；
②该“生命吸管” (填“能”或“不能”)用于直接饮用海水。
(2)实验室搭建过滤装置，用烧杯(如图2)承接滤液，漏斗下端管口应位于该烧杯 (填“a”或“b”)处附近，过滤引流时，玻璃棒紧靠漏斗(如图3)内三层滤纸的 (填“x”“y”或“z”)处附近。
碳单质多种多样，不同碳单质的结构、用途等存在差异，如图是金刚石与石墨的结构图。请回答下列问题：
(1)金刚石、石墨中可用作高铁列车的受电弓滑板的是 。
(2)“石墨制金刚石属于化学变化”，下列说法不支持这一结论的是______(填字母)。
A．二者是不同物质 B．二者含有相同元素 C．二者转化时碳原子排列方式发生变化
(3)2025年4月，同济大学团队发表的成果中提出：成功合成由6个碳原子构成的世界最小环状碳，该分子的化学式可表示为 。
(4)石墨粉与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为 。
【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。
(1)石墨转化为C60发生了 (填“物理”或“化学”)变化。
(2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是 。
(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是 (填字母)。
A.导电性 B.导热性 C.吸附性
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】石墨可作干电池的电极，是利用其（ ）
A.质地软
B.有滑腻感
C.呈灰黑色
D.导电性
【举一反三1】石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体(如图所示)，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成
B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子被三个六元环共用
D.石墨烯属于化合物
【举一反三2】石墨烯供暖系统是一种先进的供暖技术，其主要材料石墨烯为单层石墨，石墨烯的化学式为( )
A.C B.C2H4 C.C60 D.H2CO3
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式： 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应： 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 。其原因是（用文字表达式表示） 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 （填“物理”或“化学”）性质。
【举一反三4】阅读科普短文，回答下列问题。
石墨为六边形层状结构，石墨烯是一种由单层碳原子组成的片状结构，石墨烯可
以从石墨中剥离出来，其厚度不及普通纸张的三十万分之一，但却是目前已知强度最
高的材料之一。石墨烯具有高导电性、高导热性、高强度、光学透明性，不易与其他物质发生反应，被认为是一种未来革命性的材料。
例如将石墨烯应用于橡胶行业制成石墨烯橡胶复合材料，能提高导电、导热及力学性能。石墨烯用量对橡胶复合材料热导率的影响如图1。将石墨烯应用于纺织行业制成的石墨烯复合纤维，能有效抑制真菌滋生，祛湿透气，同时能瞬间升温，还可防紫外线等。复合纤维中石墨含量对紫外线透过率的影响如图2。
随着科学技术的发展，更多优异的石墨烯复合材料将会被广泛应用。
(1)石墨烯从石墨中剥离出来发生的是 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯具有的物理性质是 (写出一点即可)。
(2)由图1可以得出石墨烯的用量在1～2份时 。
(3)结合短文和图2信息，下列说法正确的是 (填字母)。
A．石墨烯属于单质
B．复合纤维中石墨烯的含量越高，紫外线透过率越高
C．波长不同的紫外线在同一种纤维中的透过率不尽相同
D．石墨烯与石墨在物理特性和应用方面存在很多不同之处
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】如图所示是木炭与氧化铜反应的实验装置，下列说法正确的是( )
A.网罩的作用是集中火焰，提高温度
B.实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑
C.木炭将氧化铜还原为铜，木炭发生了还原反应
D.反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【举一反三1】在实验室进行“炭粉还原氧化铜”的实验，下列相关图像比较符合事实的是( )
A.
B.
C.
D.
冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。
探究一：除味剂的还原性
(1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是 。
(2)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。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有 (答一种即可)。该反应的化学方程式为 。
(3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是 。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是 (填字母)。
A. 碳和氧化铜反应不彻底生成
B. 生成的二氧化碳和碳反应生成
C. 试管里空气中本身含有一氧化碳
探究二：除味剂的吸附效果
小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。
(4)上述实验的结论是 。
(5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证： 。
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式： 。
【举一反三4】化学活动小组的同学在探究木炭与CuO反应时，完成了如图实验，请回答下列问题：
(1)请写出C与CuO反应的化学方程式：______________________________________。
(2)实验结束时，应 ___________________(填序号)。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯，再撤出导管
(3)图中酒精灯加网罩的作用是___________________。
(4)该实验中观察到的现象是________________________。
【举一反三5】兴趣小组在进行碳粉和氧化铜反应的实验时，发现实验中可能会产生一氧化碳，于是改进实验装置如下：
(1)接通电源前，打开旋塞，通入一段时间氮气的目的是______________________________。
(2)关闭旋塞，接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为________能。a处发生反应的化学方程式为______________________________。
(3)反应一段时间后，关闭电源，待冷却后往U形管中滴入少量澄清石灰水，打开旋塞，观察到的现象是 ______________________________。
(4)判断碳粉与氧化铜是否恰好完全反应，最简单的方法是 ______________________________。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】工业上火法炼镍的原理是C+2NiO2Ni+CO2↑。下列有关说法不正确的是( )
A.NiO发生氧化反应
B.C有还原性
C.该反应中固体质量减少
D.该过程还可能生成CO
【举一反三1】氧化亚铜可作杀菌剂、着色剂和染色剂等，制备Cu2O反应的化学方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，发生还原反应的物质是( )
A.Cu B.H2O C.Cu2O D.H2
【举一反三2】工业炼钨原理为 WO3+发生还原反应的物质是( )
A. H2 B. WO3 C. W D. H2O
【举一反三3】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 。
【举一反三4】中华文明源远流长，蕴含着深邃的哲学智慧和丰富的实践经验。
(1)姜夔“高花未吐，暗香已远”蕴含科学道理，从分子角度分析“暗香已远”的原因是 。
(2)“漉海盐千斛，裁冈枣万株”，出自清代顾炎武的《莱州》。这里的“漉海盐”指的是通过晒海水来制盐的过程，“盐”主要指氯化钠，氯化钠是由 构成的。
(3)刘禹锡《浪淘沙》中写道：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。其中的“淘”和“漉”相当于化学实验中的 操作。
(4)《本草经集注》记载：“强烧之，紫青烟起…云是真硝石也”。“硝石”主要成分是KNO3，KNO3中氮元素的化合价为 。
(5)苏轼“投泥泼水愈光明”中“投泥泼水”反映的化学原理是，该反应中发生还原反应的物质是 。“愈光明”指的是 (填写物质化学式)燃烧的结果。
(6)《天工开物》记载：“煤饼烧石成灰”。“石”主要成分是CaCO3，“灰”指CaO，“烧石成灰”可用化学方程式表示为 ，该反应属于 (填基本反应类型)。
【举一反三5】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。
请回答。
(1)C的化学式为 ，D的化学式为 。
(2)A中金属元素的化合价是 。
(3)反应①的化学方程式为 。
【举一反三6】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到 (填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是 。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，主要原因是（ ）
A.碳是黑色的
B.碳粉末细小
C.碳不溶于水
D.常温下碳化学性质稳定
央视栏目《典籍里的中国》展现了中国智慧。用墨书写的典籍保存至今仍不变色,体现了碳单质具有的性质是( )
A.质软 B.导电性 C.可燃性 D.常温稳定性
【举一反三2】下列叙述中，与常温下碳单质的稳定性有关的是( )
A.用活性炭净水
B.用石墨制铅笔芯
C.古代用墨书写绘制的字画经久不变色
D.木炭用作燃料
【举一反三3】下列碳单质的用途与其化学性质有关的是( )
A.用石墨粉末作锁的润滑剂
B.用碳素笔书写档案材料
C.用活性炭作冰箱除味剂
D.用金刚石切割玻璃
【举一反三4】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【举一反三5】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是 。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下 。
【举一反三7】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】碳燃烧实验中，无需标注的图标是( )
A.护目镜
B.锐器
C.明火
D.热烫
【举一反三1】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.金刚石和石墨都不具有可燃性
B.金刚石和石墨都是黑色的固体
C.金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同
D.金刚石和石墨的元素组成相同，性质也相同
【举一反三2】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是( )
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【举一反三3】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 。
【举一反三4】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。
(1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的 (填“充分”或“不充分”)燃烧。
(2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于 (填“物理变化”或“化学变化”)。
【举一反三5】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)文中能表示石墨微观结构的是 (填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是 。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式 。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【举一反三6】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是 。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式 (写一个即可)，该反应的基本反应类型为 。
(3)“净化”：为提高产率，需除去 等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的 (写一条化学性质)。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（ ）
A.碳单质常温下化学性质比较稳定
B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质
D.碳燃烧一定只生成二氧化碳
【举一反三1】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 ( )
A.二氧化碳气体 B.焦炭 C.氧气 D.氧化铜粉末
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
【举一反三3】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 ( )
A.CO2 B.O2 C.N2 D.C
【举一反三4】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。
(1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。
(2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。
(3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。
(4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其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。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。
A.具有吸附性
B.在一定条件下可还原氧化铜
C.常温下化学性质活泼
D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2
【举一反三5】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨和的微观模型，下列说法中不正确的是( )
A.石墨转化为金刚石属于物理变化
B.金刚石和石墨和都属于碳的单质
C.它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳
D.三种物质原子排列方式不同，物理性质也有很大差异
【举一反三1】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质——“T﹣碳”（化学式为C）。有关“T﹣碳”的错误的是（ ）
A.属于单质
B.常温下化学性质稳定
C.由原子直接构成
D.物理性质与石墨相似
【举一反三2】阅读下面科普短文。
碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。
从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。
将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。
碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。
近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。
依据文章内容回答下列问题。
(1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。
A.无定形碳 B.过渡态碳 C.晶形碳
(2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。
(3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。
(4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。
(5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________
②碳纳米管由碳原子构成。_______________
【举一反三3】阅读下列材料，回答相关问题。
石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。
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。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
(1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。
(3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。
(4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。
(5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。
a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强
(6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式： 。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于 (填基本反应类型)。
人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物课题1 碳单质的多样性 题型专练（参考答案）
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 ( )
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【答案】B
【解析】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，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，则能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头，A正确；石墨耐高温，不能用石墨烯制成保险丝，B错误；碳单质具有可燃性，石墨烯能够燃烧，C正确;石墨烯导电能力比银更强，可用石墨烯制成高压输电线，D正确。
【举一反三1】下列说法错误的是( )
A.璀璨夺目的钻石是由碳原子构成的
B.长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末作润滑剂
C.铅笔芯主要是用铅和少量炭粉制成的
D.活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
【答案】C
【举一反三2】石墨粉常用于高温工作机器的润滑剂，这是根据它的 ( )
A.能导电 B.润滑性 C.熔点高 D.吸附性
【答案】B
【解析】石墨粉末常用作高温工作机器的润滑剂，是利用其石墨具有优良的润滑性，且耐高温的性质。
【举一反三3】如图为几种含碳物质在生产生活中的应用。
(1)图A中使用的含碳物质是________(填名称)，因为其具有______的结构，具有___________性。
(2)利用石墨导电性的是______(填字母，下同)，图示 C 主要利用了石墨灰黑色和________的性质。
(3)目前，天然存在最硬的物质是_______(填名称)，图示应用中主要利用该性质的是___________。
【答案】(1)活性炭 疏松多孔 吸附 (2)B 质软 (3)金刚石 D
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景。
(1)代表金刚石的是： (填“A”“B”或“C”)。
(2)在一定条件下石墨可转变为金刚石，这一变化是 变化，这个变化过程中会 (填“放出”或“吸收”)热量。
(3)C60的物理性质有 (答一点即可)，推测C60的一种化学性质是 。
(4)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(5)石墨烯的优良性能决定它的用途是 (写出一条)。
(6)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【答案】(1)A
(2)化学 吸收
(3)常温下是紫红色晶体(或具有金属光泽) 可以燃烧
(4)管状
(5)用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等(写一条即可)
(6)碳原子的排列方式不同
【解析】(2)在一定条件下，石墨可以转变为金刚石，此过程中物质种类发生改变，有新物质生成，所以这一变化是化学变化；由题意可知该反应是在超高温和高压的条件下，所以该反应是吸热反应，所以这一变化过程中会吸收热量；
(4)根据“碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异”可知，碳纳米管的管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异；
(5)根据“石墨烯具有比表面积大、透光率高、导电性强等优异性能，因而在透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等方面有良好的应用前景”可知；石墨烯的优良性能决定它的用途是用于透明电极、太阳能电池、传感器、手机屏幕等；
(6)物质的性质由其结构决定，碳单质家族中各物质物理性质存在差异，其原因是碳原子排列方式不同。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨、C60结构示意图，下列说法正确的是 ( )
A.从组成上看，这三种物质都是由同种元素组成的
B.从用途上看，这三种物质都可做铅笔芯和电极
C.从性质上看，这三种物质的物理性质都是相似的
D.从结构上看，这三种物质构成的原子排列方式是相同的
【答案】A
【解析】从组成上看，这三种物质都是由碳元素组成的，A正确；从用途上看，这三种物质只有石墨具有深灰色质软、导电性，可做铅笔芯和电极，B错误；从性质上看，这三种物质都是碳原子组成的，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，C错误；从结构上看，这三种物质碳原子的排列方式不同，D错误。
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 ( )
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【答案】A
【解析】C60的相对分子质量为12×60=720，A正确；金刚石、石墨和C60虽然都是碳元素组成的单质，但是它们的结构不同，B错误；金刚石是天然存在的最硬的物质，C错误；石墨具有导电性，可以用于制石墨电极，D错误。
【举一反三2】下列物质不属于碳单质的是( )
A.石墨 B.金刚石 C.C60 D.一氧化碳
【答案】D
【解析】一氧化碳属于碳的氧化物，不是碳元素组成的单质。
水是永远值得探究的物质，人类从未停止过对水的研究。
(1)“生命吸管”是一种便携式户外净水装置，其主要部件及使用如图1所示。
①活性炭可去除异味、色素等，是因为其具有 性；
②该“生命吸管” (填“能”或“不能”)用于直接饮用海水。
(2)实验室搭建过滤装置，用烧杯(如图2)承接滤液，漏斗下端管口应位于该烧杯 (填“a”或“b”)处附近，过滤引流时，玻璃棒紧靠漏斗(如图3)内三层滤纸的 (填“x”“y”或“z”)处附近。
【答案】
(1)吸附 不能 (2)b y
【解析】
(1)活性炭因吸附性除异味、色素；生命吸管无法除去海水中盐分，不能直接饮用海水。
碳单质多种多样，不同碳单质的结构、用途等存在差异，如图是金刚石与石墨的结构图。请回答下列问题：
(1)金刚石、石墨中可用作高铁列车的受电弓滑板的是 。
(2)“石墨制金刚石属于化学变化”，下列说法不支持这一结论的是______(填字母)。
A．二者是不同物质 B．二者含有相同元素 C．二者转化时碳原子排列方式发生变化
(3)2025年4月，同济大学团队发表的成果中提出：成功合成由6个碳原子构成的世界最小环状碳，该分子的化学式可表示为 。
(4)石墨粉与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为 。
【答案】
(1)石墨 (2)B (3) (4)
【解析】
(1)石墨具有良好的导电性，且石墨具有滑腻感，可用作高铁列车的受电弓滑板。(2)石墨和金刚石是两种不同的物质，即石墨制金刚石有新物质生成，故属于化学变化，A不符合题意；石墨和金刚石均是由碳元素组成，不能说明石墨制金刚石是化学变化，B符合题意；二者转化时碳原子排列方式发生变化，说明石墨和金刚石是由碳原子构成的不同碳单质，说明石墨制金刚石属于化学变化，C不符合题意。(3)世界最小环状碳的每个分子由6个碳原子构成，则其化学式为C6。
【举一反三5】在发现C60以前，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。1985年英国科学家用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C60；1991年日本科学家发现了碳纳米管，它是碳原子以正六边形排列而成的管状结构，其可以提高金属的强度、硬度、磨损性能及热稳定性，可用于纳米机器人、计算机芯片等前沿领域；2004年英国科学家成功制得石墨烯，它是一种由碳原子构成的单层呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在很多领域都得到广泛的应用，例如2022年北京冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量。
(1)石墨转化为C60发生了 (填“物理”或“化学”)变化。
(2)材料中碳纳米管所提高金属的性能中涉及到的化学性质是 。
(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是 (填字母)。
A.导电性 B.导热性 C.吸附性
【答案】(1)化学 (2)热稳定性 (3)AB
【解析】(1)石墨转化为C60有新物质的生成，所以是化学变化。(2)由材料可知，强度、硬度、磨损性能涉及物理性质，热稳定性涉及到化学变化。(3)冬奥会工作人员的防寒服用石墨烯发热材料制作，通过供电能迅速产生热量，说明石墨烯具有的性质是导电性、导热性，故选AB。
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】石墨可作干电池的电极，是利用其（ ）
A.质地软
B.有滑腻感
C.呈灰黑色
D.导电性
【答案】D
【解析】石墨具有导电性，因此石墨可作干电池的电极。
【举一反三1】石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体(如图所示)，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是( )
A.石墨烯和金刚石都由碳元素组成
B.石墨烯的导电性比银强
C.石墨烯中每个碳原子被三个六元环共用
D.石墨烯属于化合物
【答案】D
【解析】石墨烯和金刚石都由碳元素组成，故A不符合题意；由题意可知，石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯的导电性比银强，故B不符合题意；由石墨烯的结构可知，石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用，故C不符合题意；石墨烯是由碳元素组成的纯净物，属于单质，故D符合题意。
【举一反三2】石墨烯供暖系统是一种先进的供暖技术，其主要材料石墨烯为单层石墨，石墨烯的化学式为( )
A.C B.C2H4 C.C60 D.H2CO3
【答案】A
【解析】由题意可知，石墨烯为单层石墨，石墨是由碳元素组成的单质，则石墨烯也是由碳元素组成的单质，其化学式为C。
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式： 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应： 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 。其原因是（用文字表达式表示） 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 （填“物理”或“化学”）性质。
【答案】（1）①As2S3；As2O3；
②铅+氧气四氧化三铅；
③避光保存；氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①分子；
②化学。
【解析】（1）①三硫化二砷中砷元素符号As，硫元素符号S，根据化合物化学式的书写“正价在前，负价在后，交叉约简”原则，三硫化二砷化学式为As2S3；设砒霜化学式为AsxOy，砷的相对原子质量约为75，氧的相对原子质量为16，已知砷、氧元素质量比为25：8，则75x：16y＝25：8，解得x：y ＝ 2：3，所以砒霜化学式为 As2O3；
②铅在空气中加热到 300﹣500℃时与氧气反应生成Pb3O4，文字表达式为：铅+氧气四氧化三铅；
③因为轻粉在光照射下分解成汞和氯化汞，所以轻粉的保存方法是避光保存。原因用文字表达式表示为：氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①微观上，C60是由C60分子构成的；
②C60与H2在一定条件下反应生成氢化物，该过程有新物质生成，发生了化学变化，所以C60可用作吸氢材料是利用了其化学性质。
【举一反三4】阅读科普短文，回答下列问题。
石墨为六边形层状结构，石墨烯是一种由单层碳原子组成的片状结构，石墨烯可
以从石墨中剥离出来，其厚度不及普通纸张的三十万分之一，但却是目前已知强度最
高的材料之一。石墨烯具有高导电性、高导热性、高强度、光学透明性，不易与其他物质发生反应，被认为是一种未来革命性的材料。
例如将石墨烯应用于橡胶行业制成石墨烯橡胶复合材料，能提高导电、导热及力学性能。石墨烯用量对橡胶复合材料热导率的影响如图1。将石墨烯应用于纺织行业制成的石墨烯复合纤维，能有效抑制真菌滋生，祛湿透气，同时能瞬间升温，还可防紫外线等。复合纤维中石墨含量对紫外线透过率的影响如图2。
随着科学技术的发展，更多优异的石墨烯复合材料将会被广泛应用。
(1)石墨烯从石墨中剥离出来发生的是 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯具有的物理性质是 (写出一点即可)。
(2)由图1可以得出石墨烯的用量在1～2份时 。
(3)结合短文和图2信息，下列说法正确的是 (填字母)。
A．石墨烯属于单质
B．复合纤维中石墨烯的含量越高，紫外线透过率越高
C．波长不同的紫外线在同一种纤维中的透过率不尽相同
D．石墨烯与石墨在物理特性和应用方面存在很多不同之处
【答案】(1)化学 高导电性(合理即可)
(2)随着石墨烯的用量增大，橡胶复合材料热导率增大
(3)ACD
【解析】(1)石墨烯和石墨是不同的物质，属于化学变化；石墨烯具有的物理性质是高导电性、高导热性、高强度、光学透明性等。
(2)由图1可知，当石墨烯用量在1～2份时，随着石墨烯的用量增大，橡胶复合材料热导率增大。
(3)石墨烯是由碳元素构成的单质，正确；
复合纤维中石墨烯含量越高，紫外线透过率越低，故此说法错误；
同一种纤维对不同波长的紫外线透过率确实不同，正确；
石墨与石墨烯在物理特性和应用方面确有较大区别，正确。故选ACD。
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】如图所示是木炭与氧化铜反应的实验装置，下列说法正确的是( )
A.网罩的作用是集中火焰，提高温度
B.实验过程中，可观察到红棕色粉末逐渐变黑
C.木炭将氧化铜还原为铜，木炭发生了还原反应
D.反应结束后立即把a中的物质倒出来观察现象
【答案】A
【解析】给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度；氧化铜为黑色固体，铜为红色固体，氧化铜与碳在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，实验过程中，可观察到黑色粉末逐渐变红；碳是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性，碳得到氧发生了氧化反应；反应结束后，不能立即把a中的物质倒出来，因为铜在较高温度下会与氧气反应生成氧化铜。
【举一反三1】在实验室进行“炭粉还原氧化铜”的实验，下列相关图像比较符合事实的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】完全反应后二氧化碳质量不再变化，A错误；随着反应进行，固体质量减小，完全反应后固体质量不再变化，B正确；反应过程中铜元素质量始终不变，C错误；随着反应进行，氧化铜质量减小，D错误。
冰箱除味剂是利用活性炭制成的。某化学兴趣小组用冰箱除味剂进行了相关探究。
探究一：除味剂的还原性
(1)除味剂与氧化铜粉末反应。实验前，小组同学将除味剂研磨成粉末的目的是 。
(2)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。小组同学将如图的乙装置替代甲装置，将试管直立起来，并在酒精灯上加上网罩。实验时，将反应混合物夯实于试管底部，调节酒精灯使外焰完全包围试管的下部，其目的是提高加热温度，同学们展开充分地讨论，认为提高加热温度的方法还有 (答一种即可)。该反应的化学方程式为 。
(3)他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的试剂并开始加热，当看到澄清石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应，其原因是 。有同学认为此反应的生成物中一定有一氧化碳。生成一氧化碳的途径有可能是 (填字母)。
A. 碳和氧化铜反应不彻底生成
B. 生成的二氧化碳和碳反应生成
C. 试管里空气中本身含有一氧化碳
探究二：除味剂的吸附效果
小组同学认为除味剂的质量会影响吸附效果，设计了如下的实验，相关数据如表。
(4)上述实验的结论是 。
(5)还有哪些因素可能会影响吸附效果？请说出你的猜想，并设计实验验证： 。
【答案】
(1)增大反应物的接触面积，加快反应速率 (2)改用酒精喷灯 C+2CuO2Cu+CO2↑ (3)不能 碳和试管上方空气中的氧气反应生成二氧化碳 AB (4)在一定范围内，除味剂越多，吸附褪色的时间越短 (5)温度影响；分别取10 mL10 ℃、20 ℃、30 ℃、40 ℃同浓度的红墨水，加入同等规格相等质量的除味剂，褪色时间依次减少，说明温度越高，吸附效果越好
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式： 。
【答案】
【举一反三4】化学活动小组的同学在探究木炭与CuO反应时，完成了如图实验，请回答下列问题：
(1)请写出C与CuO反应的化学方程式：______________________________________。
(2)实验结束时，应 ___________________(填序号)。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯，再撤出导管
(3)图中酒精灯加网罩的作用是___________________。
(4)该实验中观察到的现象是________________________。
【答案】(1)C+2CuO2Cu+CO2↑ (2)① (3)集中火焰，提高温度 (4)黑色粉末变成红色，澄清的石灰水变浑浊。
【解析】(2)实验结束时，为了防止石灰水倒流引起试管的炸裂，应先撤出导管，再熄灭酒精灯。
(4)在高温时C与CuO反应生成了铜和二氧化碳，生成的二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙和水，所以该实验中观察到的现象是黑色粉末变成红色，澄清的石灰水变浑浊。
【举一反三5】兴趣小组在进行碳粉和氧化铜反应的实验时，发现实验中可能会产生一氧化碳，于是改进实验装置如下：
(1)接通电源前，打开旋塞，通入一段时间氮气的目的是______________________________。
(2)关闭旋塞，接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为________能。a处发生反应的化学方程式为______________________________。
(3)反应一段时间后，关闭电源，待冷却后往U形管中滴入少量澄清石灰水，打开旋塞，观察到的现象是 ______________________________。
(4)判断碳粉与氧化铜是否恰好完全反应，最简单的方法是 ______________________________。
【答案】(1)排尽装置中的空气，防止混有空气爆炸
(2)热 C+2CuO2Cu+CO2↑ (3)石灰水变浑浊
(4)观察反应之后的固体为红色且没有黑色粉末
【解析】(1)为了防止装置内含空气，加热时发生爆炸，应先用氮气排尽装置中的空气。
(2)接通电源，陶瓷加热棒温度可升高至700 ℃以上，该过程是将电能转化为热能。a处氧化铜和碳粉在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，发生反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑。
(4)氧化铜和碳粉在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，铜呈红色，如果反应之后，固体为红色且没有黑色粉末，说明碳粉与氧化铜恰好完全反应。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】工业上火法炼镍的原理是C+2NiO2Ni+CO2↑。下列有关说法不正确的是( )
A.NiO发生氧化反应
B.C有还原性
C.该反应中固体质量减少
D.该过程还可能生成CO
【答案】A
【解析】在该反应中，NiO失去氧，属于氧化剂，发生了还原反应；碳夺走了氧化镍中的氧，体现了还原性；该反应中，有气体生成，根据质量守恒定律，化学反应前后，物质的总质量不变，则该反应中固体质量减少；如果碳过量，二氧化碳能与碳在高温下反应生成一氧化碳，故该过程可能会产生一氧化碳。
【举一反三1】氧化亚铜可作杀菌剂、着色剂和染色剂等，制备Cu2O反应的化学方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，发生还原反应的物质是( )
A.Cu B.H2O C.Cu2O D.H2
【答案】B
【解析】在2Cu+H2OCu2O+H2↑中铜得氧发生了氧化反应，是还原剂；H2O失氧发生了还原反应，是氧化剂。
【举一反三2】工业炼钨原理为 WO3+发生还原反应的物质是( )
A. H2 B. WO3 C. W D. H2O
【答案】B
【举一反三3】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 。
【答案】碳原子的排列方式；C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【解析】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的碳原子的排列方式不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质，碳能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，利用了碳具有还原性，反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【举一反三4】中华文明源远流长，蕴含着深邃的哲学智慧和丰富的实践经验。
(1)姜夔“高花未吐，暗香已远”蕴含科学道理，从分子角度分析“暗香已远”的原因是 。
(2)“漉海盐千斛，裁冈枣万株”，出自清代顾炎武的《莱州》。这里的“漉海盐”指的是通过晒海水来制盐的过程，“盐”主要指氯化钠，氯化钠是由 构成的。
(3)刘禹锡《浪淘沙》中写道：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。其中的“淘”和“漉”相当于化学实验中的 操作。
(4)《本草经集注》记载：“强烧之，紫青烟起…云是真硝石也”。“硝石”主要成分是KNO3，KNO3中氮元素的化合价为 。
(5)苏轼“投泥泼水愈光明”中“投泥泼水”反映的化学原理是，该反应中发生还原反应的物质是 。“愈光明”指的是 (填写物质化学式)燃烧的结果。
(6)《天工开物》记载：“煤饼烧石成灰”。“石”主要成分是CaCO3，“灰”指CaO，“烧石成灰”可用化学方程式表示为 ，该反应属于 (填基本反应类型)。
【答案】(1)分子在不断运动
(2)氯离子(或Cl-)、钠离子(或Na+)、
(3)过滤
(4)+5
(5)水(或H2O) CO、H2(或H2、CO)
(6) 分解反应
【解析】(3)过滤是用于分离不溶性固体与液体的方法，“淘” 和 “漉” 是将不溶性的沙子等杂质与金分离，相当于化学实验中的过滤操作；
(4)在KNO3中，钾元素显+1价，氧元素显 2价，设氮元素的化合价为x，根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零，则(+1)+x+( 2)×3=0，解得x=+5；
(5)在中，H2O失去氧，发生还原反应，发生还原反应的物质是H2O；
“愈光明”是因为生成的H2和CO都是可燃性气体，它们燃烧使火焰更明亮，这里指的是H2和CO燃烧的结果；
(6)烧石成灰发生的反应是碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，化学方程式为；该反应是由一种物质生成两种物质，符合“一变多”的特点，属于分解反应。
【举一反三5】已知A、B为两种黑色粉末，D为红色单质，A、D含有同种元素。A、B、C、D、E 五种物质之间的转化关系如图所示。
请回答。
(1)C的化学式为 ，D的化学式为 。
(2)A中金属元素的化合价是 。
(3)反应①的化学方程式为 。
【答案】(1)CO2 Cu (2)+2 (3)C+2CuOCO2↑+2Cu
【解析】由题图可知，C能与澄清石灰水反应生成沉淀，则C是二氧化碳;A和B为两种黑色粉末，且二者能在高温条件下反应生成一种红色单质 D 和二氧化碳，则 D为铜，A 和D含有同种元素,则 A 是 CuO,B是碳,反应①为碳和氧化铜的反应。(1)由上述分析可知，C、D分别为二氧化碳、铜，化学式分别为CO2、Cu。(2)A为CuO,其中氧元素显-2价,根据化合物中各元素正、负化合价代数和为零的原则，可得铜元素的化合价是+2。(3)反应①为碳和氧化铜在高温条件下反应生成二氧化碳和铜，化学方程式为C+2CuOCO2↑+2Cu。
【举一反三6】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为 (填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到 (填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生 (填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是 。
【答案】(1)混合物
(2)CD
(3)氧化反应 使酒精灯火焰集中，提高加热温度
【解析】(1)木炭和氧气燃烧反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为：，木炭和氧气的质量比约为1：2，说明木炭不完全燃烧，可能生成一氧化碳，生成的气体为混合物；
(2)活性炭具有吸附性，NO2气体被活性炭吸附，所以n瓶气体变为无色；由于n瓶中的压强小于外界大气压强，打开弹簧夹，水进入n中，n中的液面上升，而石墨没有吸附性，所以m中无变化，故选CD；
(3)木炭和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，该反应中木炭得到氧，生成二氧化碳，发生了氧化反应；金属网罩的作用是使酒精灯火焰集中，提高加热温度。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，主要原因是（ ）
A.碳是黑色的
B.碳粉末细小
C.碳不溶于水
D.常温下碳化学性质稳定
【答案】D
【解析】书写具有保存价值的档案时，规定使用碳素墨水，碳素墨水是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，常温下碳的化学性质不活泼（稳定），能长时间保存。
央视栏目《典籍里的中国》展现了中国智慧。用墨书写的典籍保存至今仍不变色,体现了碳单质具有的性质是( )
A.质软 B.导电性 C.可燃性 D.常温稳定性
【答案】D
【解析】
墨的主要成分是炭黑,在常温下,碳单质的化学性质不活泼,所以用墨书写的典籍保存至今仍不变色。
【举一反三2】下列叙述中，与常温下碳单质的稳定性有关的是( )
A.用活性炭净水
B.用石墨制铅笔芯
C.古代用墨书写绘制的字画经久不变色
D.木炭用作燃料
【答案】C
【解析】用活性炭净水是因为其具有较强的吸附性，与其稳定性无关，A错误；用石墨制铅笔芯利用了石墨质软的性质，与其稳定性无关，B错误；古代用墨书写绘制的字画经久不色，是因为常温下，碳的化学性质不活泼，与其稳定性有关，C正确；单质碳具有可燃性，木炭可用作燃料，与其稳定性无关，D错误。
【举一反三3】下列碳单质的用途与其化学性质有关的是( )
A.用石墨粉末作锁的润滑剂
B.用碳素笔书写档案材料
C.用活性炭作冰箱除味剂
D.用金刚石切割玻璃
【答案】B
【解析】石墨粉作锁芯润滑剂，利用石墨质软且具有滑腻感，活性炭除冰箱异味，利用了活性炭的吸附性，金刚石切割玻璃是因为硬度大，均属于物理性质，用碳素笔书写档案文件，利用了碳单质常温下化学性质稳定，属于化学性质。
【举一反三4】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【答案】(1)
(2)常温下，碳的化学性质不活泼
(3)煮沸
【解析】（1）氧化铝的化学式为Al2O3，在化合物中氧元素通常显-2价，设铝元素的化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，则有，则x=+3，所以氧化铝中铝元素的化合价表示为：；
（2）用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为墨汁的主要成分是碳，碳在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，所以能长时间保存而不变色。
（3）生活中将硬水软化的方法是煮沸。在煮沸过程中，水中的可溶性钙、镁化合物会转化为沉淀，从而降低水的硬度。
【举一反三5】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【答案】(1)不活泼 (2)碳原子最外层电子数是4，不容易得失电子
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是 。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下 。
【答案】(1)单质
(2)碳原子的排列方式不同
(3)化学性质不活泼
【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同；
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。
【举一反三7】阅读材料，回答以下问题。
习近平总书记指出：“中华优秀传统文化是中华文明的智慧结晶和精华所在，是中华民族的根和魂。”
(1)中国瓷器：瓷器是中国古代伟大的发明之一、瓷器表面的釉质含有多种金属氧化物，如氧化铝。标出氧化铝中铝元素的化合价 。
(2)中国年味：过年贴春联，用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为 。
(3)中国茶：东方神奇的树叶，历史悠久，包含万千。人们对泡茶的水要求极高，生活中将硬水软化的方法是 。
【答案】(1)
(2)常温下，碳的化学性质不活泼
(3)煮沸
【解析】（1）氧化铝的化学式为Al2O3，在化合物中氧元素通常显-2价，设铝元素的化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，则有，则x=+3，所以氧化铝中铝元素的化合价表示为：；
（2）用墨汁书写的春联能长时间保存不变色是因为墨汁的主要成分是碳，碳在常温下化学性质稳定，不易与其他物质发生化学反应，所以能长时间保存而不变色。
（3）生活中将硬水软化的方法是煮沸。在煮沸过程中，水中的可溶性钙、镁化合物会转化为沉淀，从而降低水的硬度。
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】碳燃烧实验中，无需标注的图标是( )
A.护目镜
B.锐器
C.明火
D.热烫
【答案】B
【解析】木炭与氧气中剧烈燃烧放出大量的热，注意洗手和佩戴护目镜，注意明火，注意试管热烫，不需要考虑锐器，故选Ｂ。
【举一反三1】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.金刚石和石墨都不具有可燃性
B.金刚石和石墨都是黑色的固体
C.金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同
D.金刚石和石墨的元素组成相同，性质也相同
【答案】C
【解析】金刚石和石墨均是常见的碳单质，都具有可燃性，故A错误；纯净的金刚石是无色透明的固体，石墨是灰黑色的固体，故B错误；金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，故C正确；金刚石和石墨的元素组成相同，但碳原子的排列方式不同，物理性质差异很大，故D错误。
【举一反三2】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是( )
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【答案】D
【解析】金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们都具有可燃性；石墨中碳原子之间存在间隔；金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热。
【举一反三3】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 。
【答案】二氧化碳。
【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，所以金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成二氧化碳。
【举一反三4】化学反应中，物质发生变化的同时伴随着能量变化。燃料的燃烧是人类获取能量的重要途径。
(1)宋代《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟可用于制墨。“立窑烧烟法”利用了松木的 (填“充分”或“不充分”)燃烧。
(2)活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 性。氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，从而进行氢的储存，该过程属于 (填“物理变化”或“化学变化”)。
【答案】(1)不充分
(2)吸附 化学变化
【解析】(1)将松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的烟可用于制墨，是因为碳不完全燃烧生成了炭黑，故利用了松木的不充分燃烧；
(2)由题干可知，活性炭具有很多的微孔结构，可以氢气吸附到微孔中，这是利用活性炭的吸附性；由题干可知，氢化物储氢是利用氢气与金属(如Li)反应生成金属氢化物(如LiH)，该过程中有新物质生成，属于化学变化。
【举一反三5】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)文中能表示石墨微观结构的是 (填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是 。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式 。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是 。
【答案】(1)B
(2)在常温下是紫红色晶体(合理即可)
(3)管状
(4)
(5)碳原子排列方式不同
【解析】(1)根据题意，在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石，故石墨的微观结构是B；
(3)根据题意，碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
【举一反三6】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是 。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式 (写一个即可)，该反应的基本反应类型为 。
(3)“净化”：为提高产率，需除去 等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的 (写一条化学性质)。
【答案】(1)增大反应物的接触面积，使反应更充分
(2) C+O2CO2(或2C+O22CO) 化合反应
(3)CO2或SO2
(4)可燃性
【解析】(2)碳和氧气在高温条件下反应生成二氧化碳，该反应的化学方程式为C+O2CO2，或碳和氧气在高温条件下反应生成一氧化碳，该反应的化学方程式为2C+O22CO，两个反应反应物均为两种，生成物为一种的反应，都属于化合反应。
(3)“气化”时，煤中含有硫元素，反应后会生成二氧化硫，煤中含有碳元素，反应后会生成二氧化碳，故“净化”时，为提高产率，需除去二氧化碳或二氧化硫等气体杂质。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】“碳元素家族”的成员很多，用途很广，下列说法正确的是（ ）
A.碳单质常温下化学性质比较稳定
B.石墨、金刚石、C60都是由碳原子直接构成的
C.活性炭具有吸附性，可以吸附所有杂质
D.碳燃烧一定只生成二氧化碳
【答案】A
【解析】碳单质常温下化学性质比较稳定，A正确；石墨和金刚石都是由碳原子直接构成的，C60是由C60分子构成的，B错误；活性炭具有吸附性，但并不能吸附所有杂质，C错误；氧气充足时，碳燃烧生成二氧化碳，氧气不足时，碳燃烧生成一氧化碳，D错误。
【举一反三1】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 ( )
A.二氧化碳气体 B.焦炭 C.氧气 D.氧化铜粉末
【答案】B
【解析】木炭能在氧气中燃烧生成二氧化碳，能与氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，能与二氧化碳高温反应生成一氧化碳。
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
【举一反三3】下列物质中，既有可燃性又有还原性的是 ( )
A.CO2 B.O2 C.N2 D.C
【答案】D
【举一反三4】如图是碳的几种单质的结构示意图，图中小圆圈均代表碳原子。
(1)金刚石和石墨的物理性质有较大差异的原因是__________________。
(2)石墨在一定条件下生成金刚石属于_________(填“物理”或“化学”)变化，保持C60化学性质最小的粒子是_________(填“分子”“原子”或“离子”)。
(3)石墨层与层之间能发生滑动，具有滑腻感，据此请写出它的一种用途_________。
(4)“碳海绵”是已知最轻的固体材料，其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。下列关于“碳海绵”的说法中正确的是________(填字母)。
A.具有吸附性
B.在一定条件下可还原氧化铜
C.常温下化学性质活泼
D.在氧气中完全燃烧的产物是CO2
【答案】(1)碳原子排列方式不同 (2)化学 分子 (3)润滑剂 (4)ABD
【解析】(2)石墨在一定条件下生成金刚石，有新物质生成，属于化学变化；C60是由C60分子构成，故保持化学性质最小的粒子是分子。
(4)“碳海绵”具有高弹性和疏松多孔的结构，具有吸附性，可以用作吸附剂，“碳海绵”的主要成分是碳，所以具备单质碳的性质，在一定条件下可还原氧化铜，在常温下化学性质不活泼，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。
【举一反三5】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【答案】(1)混合物 (2)常温下碳的化学性质不活泼 (3) C+O2CO2
【解析】(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成的，是由多种物质组成的属于混合物。
(2)墨的主要成分是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，因此用墨书写的春联能长时间保存。
(3)碳在点燃的条件下能与氧气反应生成二氧化碳，故写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存，化学方程式为C+O2CO2。
【举一反三6】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【答案】不活泼(或稳定) CO2 C+O2CO2 CO 2C+O22CO 化合反应 C+2CuO2Cu+CO2↑
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石、石墨和的微观模型，下列说法中不正确的是( )
A.石墨转化为金刚石属于物理变化
B.金刚石和石墨和都属于碳的单质
C.它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳
D.三种物质原子排列方式不同，物理性质也有很大差异
【答案】A
【解析】石墨、金刚石是碳元素形成的不同单质，即石墨转化为金刚石的过程中有新物质生成，属于化学变化；金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的纯净物，都属于单质；金刚石、石墨和C60都属于碳的单质，它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳；金刚石、石墨和C60中碳原子的排列方式不同，物理性质有很大差异。
【举一反三1】中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质——“T﹣碳”（化学式为C）。有关“T﹣碳”的错误的是（ ）
A.属于单质
B.常温下化学性质稳定
C.由原子直接构成
D.物理性质与石墨相似
【答案】D
【解析】“T﹣碳”是由碳元素组成的纯净物，是单质，A正确；“T﹣碳”与金刚石结构类似，因此常温下化学性质稳定，B正确；“T﹣碳”由碳原子构成，C正确；“T﹣碳”与金刚石结构类似，因此物理性质与金刚石类似，而石墨与金刚石物理性质不相似，因此“T﹣碳”物理性质与石墨不同，D错误。
【举一反三2】阅读下面科普短文。
碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。其中，石墨与金刚石虽物理性质有较大差异，但石墨可在一定条件下转化成为金刚石。
从石墨中分离出单层的石墨片，被称为石墨烯。石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果。
将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管。研究发现，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。表1为几种不同物质的比强度。
碳纳米管具有优良的力学、电学和化学性能。研究人员用碳纳米管修饰的石墨作为电极材料，通过电解法去除溶液中的硝酸根离子()，比较了在酸性、中性和碱性三种条件下硝酸钠溶液中的去除效果，其结果如图2。
近些年，随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景不断展现出来。
依据文章内容回答下列问题。
(1)由图1可知，碳纤维属于 _________(填字母)。
A.无定形碳 B.过渡态碳 C.晶形碳
(2)石墨在一定条件下可转化成金刚石，此过程为_____________(填“物理”或“化学”)变化。
(3)由表1推测，达到相同强度所用材料质量最轻的是__________。
(4)由图2可知，在__________条件时，硝酸钠溶液中去除率最高。
(5)判断下列说法是否正确(填“对”或“错”)。
①可在纺织面料中添加石墨烯，达到防寒保暖的效果。________
②碳纳米管由碳原子构成。_______________
【答案】(1)A (2)化学 (3)碳纳米管 (4)酸性 (5)对 对
【解析】(2)石墨在一定条件下可转化为金刚石，石墨和金刚石为不同物质，为化学变化。
(3)由表1可知，碳纳米管是所有材料中“比强度”最高的。比强度越高，表明达到相应强度所用的材料质量越轻。达到相同强度所用材料质量最轻的是碳纳米管。
(5)由题文信息知，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，将石墨烯加入纺织面料中可起到保暖效果，①正确；
由题文信息知，将石墨烯向内卷起，又得到了一种管状结构的碳原子簇—碳纳米管，故碳纳米管由碳原子构成，②正确。
【举一反三3】阅读下列材料，回答相关问题。
石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气。
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。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
(1)石墨烯属于 __________(填物质类别)。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有__________性。
(3)在一定条件下，石墨烯在氧气中完全燃烧的产物是__________(填化学式)。
(4)纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 _____________________________(任写一条)。
(5)下列有关说法正确的有_______(填字母)。
a.抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
b.面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
c.石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强
(6)工业上制取石墨烯的化学方程式为________________。
【答案】(1)单质 (2)导电 (3)CO2 (4)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(或抗菌) (5)bc (6)CH4C+2H2
【解析】(1)石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质。
(2)石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，说明石墨烯具有导电性。
(3)石墨烯是由碳元素组成的一种单质，在一定条件下，在氧气中完全燃烧的产物是CO2。
(5)抑菌率越高，表明抗菌性能越强，a错误；由题干信息可知，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，b正确；由题干信息可知，石墨烯纺织面料的抗菌性能比普通面料强，c正确。
(6)工业上可采用甲烷气体(CH4)在高温和催化剂的作用下分解制取石墨烯并产生氢气，化学方程式为CH4C+2H2。
【举一反三4】阅读下面科普短文，回答问题。
化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。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Cu-Pd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)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式： 。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于 (填基本反应类型)。
【答案】(1)管状
(2)
(3)分解反应
【解析】(2)石墨烯是由碳元素组成的单质 ，碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为。
(3)由文中可知 “工业上可采用甲烷在高温和 Cu-Pd 催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气” ，该反应是由一种物质(甲烷)反应生成两种物质(石墨烯和氢气) ，符合“一变多” 的特征，所以属于基本反应类型中的分解反应。
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