课题1 金刚石、石墨和C60学案（有答案）

第七单元 碳和碳的氧化物
模块1 金刚石、石墨和C60

考试要求
考纲
掌握金刚石、石墨和无定形碳的用途；
知道碳单质在常温下的性质稳定，在高温下具有可燃性和还原性。



知识点一 碳的单质
1.金刚石（C）是自然界中最硬的物质，无色透明，正八面体。可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头（体现了它的硬度大）等。
2.石墨（C）是最软的矿物之一，深灰色，具有金属光泽，细鳞片状的固体，有优良的导电性，润滑性。可用于制铅笔芯（体现了它深灰色、质软）、干电池的电极（体现了它的导电性）、电车的电刷（体现了它的导电性，润滑性、常温下化学性质稳定）、做固体润滑剂（体现它具有润滑性）等
金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：碳原子的排列不同。
3.无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成.主要有:焦炭,木炭,活性炭,炭黑等.
活性炭、木炭具有强烈的吸附性（因为具有疏松多孔的结构），木炭可用于食品、工业产品中除去色素、异味等，活性炭可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。
注意：吸附性是活性炭、木炭的物理性质而不是化学性质
C60（也叫“足球碳”）：C60分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球，结构稳定。
思考并回答：
金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的，为什么他们的物理性质有明显差异？
他们的原子排列方式不同，导致结构不同，物理性质就有明显差异。
方法讲解：
注意：如何区分碳和炭
碳——指碳元素；炭——指木炭、炭黑、焦炭及活性炭等物质。
知识点二 单质碳的化学性质
单质碳的物理性质各异,而各种单质碳的化学性质却完全相同
1.常温下碳的化学性质比较稳定。因此古代用墨书画的字画保存时间很久仍不变色。
2.可燃性:
完全燃烧(氧气充足),生成CO2 : C + O2 CO2[来源:Z#xx#k.Com]
不完全燃烧 (氧气不充足),生成CO：2C + O2 2CO
实验现象：发出白光，放出热量，生成一种能使澄清石灰水变浑浊的气体。
还原性：C + 2CuO 2Cu + CO2↑ （置换反应）
现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色，生成的气体能使澄清的石灰水变浑浊。
CuO在反应中失去氧元素，发生还原反应。C具有还原性。
应用：冶金工业：2Fe2O3+3C 4Fe+3CO2↑ C＋CO2 2CO
氧化铜失去氧变成铜，碳得到氧变成二氧化碳。
CuO发生还原反应，木炭具有还原性，做还原剂。

【例1】只含有碳元素的物质
一定是金刚石 B.一定是石墨
C. 一定是纯净物 D. 可能是混合物
【答案】D
【例2】金刚石和石墨的不同点是
A. 金刚石是纯净物，石墨是混合物
B. 金刚石是单质，石墨是化合物
C. 金刚石和石墨中碳原子的排列不同
D. 金刚石和石墨中碳原子内部结构不同
【答案】C

【例1】下列各物质的用途是利用了该物质的那些性质，请讲其填在线上。
金刚石可以做玻璃刀
石墨可以做干电池的电极
活性炭可放在防毒面具的滤毒罐里
木炭能脱色
石墨可做铅笔芯
【例2】如图，向盛有二氧化氮气体的集气瓶里投入几块木炭，为什么红棕色会消失？漏斗中液面为什么会上升？为什么用漏斗而不直接用导管插入水中？
【解析及答案】木炭具有疏松多孔的结构，有效面积大，有强烈的吸附性，能把大量的气体或染料等微小粒子吸附在它的表面，所以，二氧化氮气体被木炭吸附了，红棕色会消失。二氧化氮被吸附后，集气瓶内的气体减少，压强变小了，所以，漏斗中液面会上升。如果直接用导管插入水中，则烧杯中的水会沿着导管进入集气瓶中。
【变式1】下列有关碳的物质的用途说法错误的是
A. 金刚石中混有杂质就呈现不同颜色
B. 铅粉和少量石墨粉制作铅笔芯
C. 长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末来作润滑剂
D. 活性炭可作冰箱的去味剂
【答案】B
【变式2】2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机在空中失事。有专家分析认为，其原因可能是航天飞机机壳底部的石墨瓦在空中脱落，击中机翼。航天飞机表面覆盖石墨瓦可以起隔热和保护作用，这主要是因为石墨
A. 能导电 B. 密度小
C. 熔点高、耐高温、化学性质稳定 D. 硬度小，有润滑作用
【答案】C
【例1】“钻石恒久远，一颗永流传”这句广告词被美国《广告时代》评为20世纪的经典广告之一，该广告词主要体现的钻石性质是（　　）
A.化学性质稳定 B.不能导电
C.难溶于水 D.硬度很大
【答案】A
【变式1】书写档案规定使用碳素墨水，其理由是
A. 单质碳不与其他任何物质反应
B. 常温下，碳的化学性质不活泼
C. 碳易与纸张反应生成化学性质稳定的物质
D. 这种墨水是经过加工的性质稳定的化合物
【答案】B
【例1】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质），具有疏松多孔结构。下列关于“碳海绵”性质的推测一定有错误的是（ ）[来源:学_科_网]
A．碳海绵有吸附作用 B．碳海绵是灰黑色固体
C．碳海绵易溶解于水 D．碳海绵燃烧会产生二氧化碳
【答案】C
【例1】甲、乙两同学分别做鉴别碳粉和氧化铜两种黑色粉末的实验，各设计如下方案：甲：将两种黑色粉末分别在空气中燃烧，有火星出现并且黑色粉末逐渐减少的是碳粉。乙：将两种黑色粉末分别放在试管里，通入氢气后加热（H2 + CuO Cu + H2O），有亮红物质出现的是氧化铜。
你认为最佳方案是 （填“甲”或“乙”），简要说明理由。
【答案】甲。甲方案只要点燃木炭就行，不需要再消耗其他能源，既经济实惠，又简便易行；乙方案需要加热，得消耗热能，制取所使用的氢气要消耗化学药品，并且，使用氢气具有一定的危险性。
【例1】已知木炭粉与某红棕色粉末在高温下反应生成二氧化碳和铁。某同学设计了一个实验，证明红棕色粉末中含有氧元素，并测定其中氧元素的质量分数，装置如下图所示。
（1）实验前，首先要进行的操作是________________________________________；
（2）实验中，盛放澄清石灰水的大试管中出现的现象是_________________________；
（3）实验中通入纯净而干燥的氮气，其目的是_________________________________；
（4）如果3.2 g该红棕色粉末与碳充分反应，测得澄清石灰水增重1.32 g，则该红棕色粉末中氧元素的质量分数为____________________________________________________。
【答案】（1）检查装置气密性
（2）澄清石灰水变浑浊
（3）使产生的二氧化碳气体全部被澄清石灰水吸收
（4）30%
【解析】（1）凡是有气体生成的装置都需要检查气密性。（2）澄清石灰水可用于检验二氧化碳气体，因为“已知木炭粉与某红棕色粉末在高温下反应生成二氧化碳和铁”
（3）因要测量产生二氧化碳的质量，为了测量准确，需要将反应产生的二氧化碳气体
全部赶入石灰水中以便测量准确（4）因二氧化碳与石灰水反应后没有气体生成，因此石灰水增重的质量即为产生的二氧化碳的质量。而二氧化碳中所含氧元素的质量即为该红棕色粉末中的氧元素的质量。
利用CO2——2O
44 32
1.32g x 44：32=1.32g：x x=0.96g
0.96g/3.2g×100%=30%

1. 人们把活性炭放入红糖溶液中来制取白糖，这是利用活性炭的
A. 氧化性 B. 还原性 C. 吸附性 D. 不可溶性
【答案】C
2. 关于金刚石和石墨，下列叙述错误的是
A. 都是碳元素组成的单质 B. 有相同的物理性质
C. 它们的碳原子的排列不同 D. 有相同的用途
【答案】BD
3. 金刚石和石墨在物理性质上有明显差异的原因是
A. 它们是由不同元素所组成
B. 金刚石是纯净物而石墨是混合物
C. 金刚石和石墨中碳原子的排列不同
D. 金刚石是单质而石墨是化合物
【答案】C
4. 干电池用碳棒作正极，则碳棒的主要成分是
A. 炭黑 B. 木炭 C. 石墨 D. 活性炭
【答案】C
“钻石恒久远，一颗永流传”这句广告词能体现钻石的性质是
A. 硬度大 B. 不能导电 C. 化学性质稳定 D. 熔点低
【答案】
6. 用墨书写的字画久不褪色，是因为墨的主要成分碳在常温下具有
A. 氧化性 B. 还原性 C. 吸附性 D. 稳定性
【答案】D
7. 下列关于碳的化学性质的叙述中，错误的是
A. 碳的化学性质很活泼
B. 碳与O2反应可生成CO2也可生成CO
C. 炽热的碳与CO2反应生成CO，这个反应需要吸热
D. 碳在空气中燃烧时放出热量，是一种重要的能量
【答案】A
8. 下列物质具有还原性的固体单质是
A. CO2 B. H2 C. O2 D. C
【答案】D
9. 由下面实验现象可知，黑色粉末可能是（
CuO和C B. Fe和CuO C. MnO2和CuO D. FeO和C
【答案】A
10. 下列物质中一定是纯净物的是①木炭；②纯净的金刚石；③铅笔芯；④黑火药；⑤冰水混合物
①③ B. ①②③ C. ②③ D. ②⑤
【答案】D
11. 化学方程式：，则X的化学式是
A. B. C. D.
【答案】A
12.某物质在空气中燃烧，其产物之一是二氧化碳，则该物质
A. 一定是碳的某种单质 B. 一定是含氧元素的物质
C. 一定是含碳元素的物质 D. 一定是由碳、氧元素组成的化合物
【答案】C
13.下列关于C60的说法正确的是
A. 属于单质 B. 属于混合物
C. 由30个碳原子构成的分子 D. 相对分子质量为60
【答案】A
14.2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机在空中失事。有专家分析认为，其原因可能是航天飞机机壳底部的石墨瓦在空中脱落，击中机翼。航天飞机表面覆盖石墨瓦可以起隔热和保护作用，这主要是因为石墨
A. 能导电 B. 密度小
C. 熔点高、耐高温、化学性质稳定 D. 硬度小，有润滑作用
【答案】C
15.水煤气厂生产煤气，将水加热成水蒸气，通过赤热的炭，得到氢气和一氧化碳。王老师为了说明其化学原理，画出了如图所示的卡通片，其中A图表示 （物质）：
剂；B图表示 （物质） 剂；写出该反应的化学方程式 。
【答案】H2O 氧化 C 还原
16. 选择下列描述物质的词语填空：可燃性、吸附性、导电性、导热性。
（1）木炭生火 ； （2）活性炭脱去红糖的颜色制白糖 ；
（3）碳纤维制导线 ； （4）石墨制坩埚 ；
【答案】（1）可燃性 （2）吸附性 （3）导电性 （4）导热性
17.二氧化锰粉末与铝粉在较高温度下发生如下反应：，并放出大量的热。在工业上可用此法冶炼难熔金属锰。从得氧、失氧的角度看，二氧化锰在此反应中_____________氧而变成单质锰，发生了_________反应。
【答案】失 还原
17. 如图是实验室木炭还原氧化铜的实验，请回答：
（1）盛放氧化铜的试管内的现象是______ ____；盛放石灰水的试管内的现象是_______ _；
（2）盛放氧化铜的试管内的反应的化学方程式为_________________________，反应类型是__________，在这个反应中_______发生还原反应，_____具有还原性。
（3）石灰水可用来检验_______气体。
【答案】（1）黑色固体逐渐减少，产生红色固体；导气管口冒气泡，澄清石灰水逐渐变浑浊
（2） 置换反应 CuO C
（3）二氧化碳
18. 6ｇ碳在氧气中充分燃烧，生成多少克二氧化碳？
【答案】解：设生成二氧化碳的质量为X。
C + O2 CO2 ………
12 44
6g X ………
12/6g=44/X
X=22g ………
答：6ｇ碳在氧气中充分燃烧，生成22g二氧化碳。
19. 现有21. 2g碳和氧化铜组成的黑色固体混合物，放入试管中，高温加热，使其充分反应后，把生成的气体全部通入足量的澄清石灰水中，结果生成10. 0g白色沉淀。求黑色固体混合物中各物质的质量分数（计算结果精确到0. 1％）。
【答案】解法一：设生成10.0 g白色沉淀需二氧化碳的质量为x，参加反应的碳的质量为y，参加反应的氧化铜的质量为z
CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
44 100
x 10.0g
x=4.4g
C+2CuO 2Cu+CO2↑
12 160 44
y z 4.4g
y=1.2g
z=16g
因为m（C）+m（CuO）=1.2g+16g=17.2g<21.2g，则有4g固体剩余。
讨论：当剩余的4g固体为碳时：

w（C）=1－75.5％=24.5％
当剩余的4g固体为氧化铜时：
W（CuO）=1—5.7％=94.3％
解法二 设参加反应的碳的质量为x，参加反应的氧化铜的质量为y。
12 160
1.2g y
y=16 g
因为m（C）+m（CuO）=1.2g+16g=17.2g<21.2g，则有4g固体剩余。
讨论：当剩余的4g固体为碳时：
w（C）=1－75.5％=24.5％
当剩余的4g固体为氧化铜时：

w（CuO）=1－5. 7％=94.3％