1、1详解碳单质一、牢记重要的化学思想物质的组成结构 物质的性质 物质的用途二、掌握碳的几种单质：金刚石、石墨、C 60注意：（1）金刚石、石墨的组成元素相同，但其物理性质相差很大，原因是原子的排列方式不同。（2）石墨在一定条件下可转化为金刚石，为化学变化。（3）木炭、活性炭、焦炭、炭黑的主要成分也是碳单质。木炭和活性炭具有疏松多孔的结构，都具有很强的吸附性，均可用于吸附色素、异味，用于食品工业、净水、净化空气等；活性炭的吸附能力更强，可以用于防毒面具里的滤毒罐、制糖工业的脱色剂等。三、单质碳的化学性质注意：单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却基本相似。四、木炭还原氧化铜的注意事项：碳单
2、质 结构 物理性质 用途无色透明、正八面体形状的固体 装饰品钻石金刚石硬度大（天然存在的最硬物质） 玻璃刀 钻探机钻头深灰色、有金属光泽、不透明的细磷片状固体很软 铅笔芯能导电 电极石墨滑腻 润滑剂C60 形似足球制超导材料、制作新型催化剂等方面有 广阔的运用前景化学性质 用途稳定性 常温下化学性质稳定（不活泼） 用碳素墨水书写档案材料等可燃性 完全燃烧（氧气充足）C+O 2 CO2不完全燃烧 （氧气不充足）2C+O 2 2CO作燃料还原性C+2CuO 2Cu+CO2 （置换反应）现象：黑色粉末逐渐变成光亮的红色澄清石灰水变浑浊3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2C + CO2 2 CO冶炼金
3、属21. 试管口要向下倾斜，防止药品中的水或加热生成的水进入试管底部炸裂试管。2. 加热时先使试管预热，然后在药品底部加热。3. 实验结束后应先撤离导管，后移去酒精灯，防止先撤酒精灯会使试管的温度降低，导致试管内的压强突然变小，石灰水会倒流入试管中，导致试管炸裂。4. 在碳的“还原性”实验的化学方程式 中，反应条件是“高温” ，不能写成“加热” ，即C+2CuO 2Cu+CO2，不能写成 C+2CuO 2Cu+CO2；实验时应使用酒精喷灯或加金属网罩以集中火焰，提高温度。例题 1 （大连）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
4、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，可用来切割玻璃解析：A. 石墨能用来做电极是因为其具有优良的导电性而不是油腻感；B. 焦炭有还原性，故可以用来冶炼金属；C. 活性炭有疏松多孔结构，故可吸附异味；D. 金刚石是天然存在的最硬物质，故可切割玻璃。答案：A点拨：熟记各种碳的单质的性质和用途是解答此类题的基础。例题 2 （日照）科学家 成功地利用精密仪器从石墨中分离出单层的石墨片，这是目前世界上人工制得的最薄的材料，如图所示。下列有关石墨片的说法，错误的是（ ）A. 石墨片是一种单质 B. 石墨片与 C60是同种物质，具有导电性C. 在一定条件下，石墨片可还原氧化铜
5、D. 石墨片在氧气中完全燃烧的产物是 CO2解析：A. 石墨片是由一种碳原子构成的，即由碳元素组成的纯净物，所以为单质，故A 说法正确；3B. 虽然都是由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，属于碳的不同单质，所以不属于同一物质，故 B 说法错误；C. 由于石墨片从石墨中分离出来，是碳的单质，所以化学性质和其他碳单质相同，所以碳片可以还原氧化铜，故 C 说法正确； D. 由于石墨片从石墨中分离出来，是碳的单质，所以充分燃烧时生成二氧化碳，故D 说法正确。答案：B点拨： 按“物质结构决定性质，性质决定用途”的规律来学习和理解碳的单质的知识。碳的单质都由碳原子构成，但原子排列方式的不同决定了其物理
6、性质的差异，而元素种类相同又决定了它们的化学性质相似。例题 3 如下图所示，盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块活性炭，最终观察到红棕色 （填“变深”或“消失 ”或“不变” ） ，漏斗中液面 （填“上升”或“下降”或“不变” ） 。其原因为：活性炭具有 作用，使瓶中气体压强外界大气压。解析：活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，将活性炭投入盛满红棕色二氧化氮气体的集气瓶中，轻轻摇动，NO 2气体被活性炭吸附，所以集气瓶内气体的红棕色逐渐消失；由于瓶中的压强小于外界大气压强，所以水在外界大气压强下会被压进漏斗，即漏斗中的液面上升。答案：消失；上升；吸附；小于点拨：要掌握活性炭的性质方面的知识
7、，只有掌握了活性炭的性质才能正确的判断活性炭的作用；将物理知识中有关压强的知识和化学知识相结合。【综合拓展】对木炭还原氧化铜实验的再探究出题角度：经过实践得知，课本上木炭还原氧化铜的实验，存在现象不明显、实验效果欠佳等问题。一是使用普通酒精灯加灯罩的方法不易稳定达到实验所需的高温；二是未指明氧化铜与木炭的质量比；三是未强调实验成功的关键。实验题常常会以此为出发点，进行拓展探究。解题思路：此类实验题的解法没有固定的格式，解这类题时，只要从实验原理入手，结合具体实验题目的特点，根据题目所给信息，认真审题，抓住题眼，就能很快的理顺解答的思路。答题技巧：一是要紧扣实验要研究的问题，也就是实验目的，通读
8、全题，明确问题与各环节的联系，多角度、多方面分析问题；4二是要根据实验条件筛选出合理的假设；三是注意发现数据分布的规律和实验特征现象，正确推理出 结论。例题 木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。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。他们决定对这个实验进行探究和改进。（1）木炭与氧化铜反应的化学方程式是_；（2）木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与 CuO 粉末混合均匀后使用。这样处理的目的是_；（3）为了提高成功率，某研究小组设计如图乙方案进行实验。【装置改进】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。
9、与甲相比较，乙装置中将试管直立放置，酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是 。【实验研究】分别称取 2g 木炭与 CuO 的混合物，按每种比例重复实验 3 次。实验记录如下表：总质量相同（2g） ，但木炭与 CuO 比例不同的实验对比表比例 1:6 1:7 1:8 1:9 1:101:111:12 1:13加热时间 151 143 157 151 151 153 4实验现象 红热，产生大量气泡，石灰水变浑浊 偶尔红热，气泡较少实验结果 表层铜珠较大，出现未完全反应的黑色木炭粉末，且木炭含量越高黑色粉末越多反应较完全，生成亮红色网状铜块部分生成Cu2O主要产物是 Cu2O分析实验数据，影响实验的另一
10、因素是_；从产物分析，该反应混合物的最佳比例范围是_。解析：（1）直接写出化学方程式为：C+2CuO 2Cu+CO2；（2）与反应物的接触面积越大，反应速率越快且反应更充分，所以把块状的木炭变成炭粉更利于反应的进行；（3）【装置改进】将卧式改为直立式，铁 丝网形成一个类似烟囱的空腔，使空气的对流加快，从而使燃烧更充分，可以使火焰更集中，提升温度，并可获得持续的高温，利5于反应的进行。【实验研究】通过实验数据可以看出氧化铜和炭粉的比例不同，得到的产物也不同，从实验结果中可以得出反应物的比例为 1:10 至 1:11 时反应是最充分的。答案：（1）C+2CuO 2Cu+CO2（2）增大反应物的接触
11、面积，使反应更充分（3） 【装置改进】使火焰更集中，提升温度【实验研究】反应物的比例 ；1:10 至 1:11（答题时间：30 分钟）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作石墨电极2. （兰州）同学们填写的“毕业生登记表”需要长期保存，因此书写时必须使用（ ）A. 铅笔 B. 圆珠笔 C. 红墨水笔 D. 碳素笔*3.（兰州）单层石墨称为石墨烯，这种“只有一个碳原子厚的碳薄片”被公认为是目前世界上最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料，下列关于石墨
12、烯的叙述中正确的是（ ）A. 石墨烯的化学式为 C B. 石墨烯的硬度小于金刚石C. 石墨烯属于化合物 D. 石墨烯中碳元素的化合价为+44.（重庆） “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（ ）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5.（兰州）2013 年 3 月，浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料“碳海绵”。“碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单质）。下列关于“碳海绵”的说法中不正
13、确的是 （ ）A. 常温下化学性质活泼 B. 具有吸附性C. 在一定条件下可还原氧化铜 D. 在氧气中完全燃烧的产物是 CO2*6.（宜宾）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C. 木炭具有还原性，常温下可以将氧化铜中的铜还原出来D. 石墨很软，不能用于制石墨电极7. 中华炭雕（主要成分是木炭）是一种集观赏与空气净化于一体的工艺品，关于它的说法错误的是（ ）6A. 炭雕摆设要远离火种B. 炭雕艺术品可以长久保存C. 炭雕是轻质透明的固体D. 炭雕能吸附室内有害气体8.（盐城）2013 年 3 月，我国研制
14、出世界上最轻、吸油力最强的固体材料碳海绵。碳海绵由碳元素组成，具有疏松多孔的结构。下列关于碳海绵的说法不正确的是（ ）A. 常温下化学性质不活泼 B. 是一种新型的化合物C. 具有较强的吸附性 D. 可处理海上泄漏的石油9. 在石墨、金刚石、C 60和活性炭四种碳的单质中，能应用于材料科学的是 ；用作滤毒剂的是 ；硬度最大的是 ；软而滑腻的是 ；导电性能好的是 ；能使集气瓶中红棕色的二氧化氮颜色消失的是 ，发生的变化是 （填“物理”或“化学” ）变化。10.（佛山）碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。 图 图 图 图根据所学知识回答：（1）图为碳原子的结构示意图，碳原子最
15、外层电子数为 ，常温下碳的化学性质 ， （填“活泼”或“不活泼” ） 。（2）图、对应三种碳单质：图单质 的名称是 ，图单质的名称是 ，图单质的化学式是 。（3）C 为+4 价，Cl 为-1 价，由 C 和 Cl 组成的化合物的化学式为 。*11. 如图是高温下用木炭还原氧化铜的实验装置图（1）根据 B 中发生的现象，可以判断反应是否开始发生，则 B 中的试剂为（填名称）_；（2）a 处排出的气体中，除没有排尽的空气和未被完全吸收的带有水蒸气的二氧化碳外，还一定含有少量的（填化学式）_气体；酒精灯上加罩的目的是_；（3）写出 A 中的化学方程式_；（4）根据下表实验数据，求出有_克氧化铜参加了
16、反应. 称量对象 质量/g试管 127反应前试管、氧化铜和木炭粉 42冷却后试管、氧化铜和木炭粉 37.6*12. 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）尾气中可能含有的一种有毒气体是 。（5）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_。81. C 解析：A. 木炭具有还原
17、性，所以可以利用木炭还原氧化铜而得到单质的铜；B. 金刚石是天然物质中最硬的非金属单质，所以可以制成钻石，作为装饰品耐磨且恒久；C. 利用活性炭吸附冰箱中的异味，是根据活性炭具有吸附性，而非稳定性；D. 石墨可以导电，所以可用来制造石墨电极。2. D 解析：碳素笔中含有碳，其主要成分是碳，碳在常温下化学性质不活泼，很难与其它物质发生反应，保存的时间较长，因此同学们用碳素笔填写的“毕业生登记表”能长期保存。3. A 解析：A. 由题意可知，单层石墨称为石墨烯，所以，石墨烯的化学式为 C，故 A正确；B. 由题意可知， “只有一个碳原子厚的碳薄片”被公认为是目前世界上最薄、最坚硬的材料。所以，石墨
18、烯的硬度大于金刚石，故 B 错误；C. 由题意可知，单层石墨成为石墨烯，石墨烯属于单质，故 C 错误；D. 石墨烯属于单质，碳元素的化合价为 0，故 D 错误。4. C 解析： “碳海绵”具有疏松多孔结构，所以具有吸附性；“碳海绵”也可能和木炭一样呈灰黑色；不同的碳单质化学性质相同，所以“碳海绵”应具有常温下化学性质不活泼、有可燃性、还原性等性质，故碳海绵可燃烧。5. A 解析：A. 碳的化学性质稳定，不活泼，故 A 说法错误；B. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，故 B 说法正确；C. 碳具有还原性， “碳海绵”的主要成分是石墨烯和 碳纳米管，两者都是碳单质，所以
19、在一定条件下可还原氧化铜，故 C 说法正确；D. 碳完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳，故 D 说法正确。6. A 解析：A. C 60的相对分子质量为：1260=720，故 A 正确；B. 金刚石、石墨和 C60都由碳元素组成，碳原子排列方式不同，结构不同，物理性质不同，故 B 错误；C. 木炭具有还原性，高温下可以将氧化铜中的铜还原出来，而不是常温，故 C 错误；D. 石墨有良好的导电性，可用于制石墨电极，故 D 错误。7. C 解析：A. 木炭在常温下尽管很稳定，但是木炭可以燃烧，所以必须远离火源，所以 A 正确。B. 因为碳的化学性质比较稳定，常温下不易反应，所以炭雕艺术品可
20、以长久保存，所以 B 正确。C. 木炭是疏松多孔结构，所以质轻，但木炭是黑色的、不透明的，所以 C 不正确。D. 木炭具备疏松多孔结构，有很大的表面积，有很强的吸附能力，可以吸附室内各种有害的气体，起到净化空气，消除污染的作用，所以 D 正确。8. B 解析：A. 碳海绵由碳元素组成，碳的化学性质比较稳定，故说法 A 正确；B. 碳海绵由碳元素组成，属于单质，故说法不正确；C. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，故说法正确；D. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，可处理海上石油泄漏。9. C60 活性炭 金刚石 石墨 石墨 活性炭 物理9解析
21、：能应用于科学材料的是 C60；活性炭具有吸附性，用作滤毒剂；金刚石是天然存在的最硬物质；石墨质地较软，有滑腻感，有良好的导电性；活性炭能吸附色素，但无新物质生成，属于物理变化。10.（1）4 不活泼 （2）金刚石 石墨 C 60 （3）CCl 4解析：（1）由原子结构示意图的意义可知，碳原子最外层电子数为 4；常温下碳的化学性质不活泼。（2）根据常见的碳单质的结构，金刚石的碳原子的排列是空间网状结构（图） ，石墨的碳原子的排列是层状结构（图） ，C 60的碳原子的排列是由 60 个原子构成的分子，形似足球（图） 。（3）根据化合价原则，由化合价写出化学式。由在化合物中正负化合价的代数和为零的
22、原则可知，C 为+4 价，Cl 为1 价，故 C 和 Cl 组成的化合物的化学式为：CCl 4。11.（1）澄清石灰水 （2）CO；使热量集中，温度更高（3）C+2CuO 2Cu+CO2（4）16解析：（1）该反应可生成二氧化碳气体，为检验二氧化碳气体的存在，所以 B 中的试剂是澄清石灰水。 （2）在高温条件下，碳也会与二氧化碳反应，生成一氧化碳。所以一定有 CO；网罩可集中火焰，集中的火焰可以使温度更高。（3）反应物是碳和氧化铜，反应条件是高温，写出化学反应式：C+2CuO 2Cu+CO2。（4）生成的二氧化碳的量：42-37.6=4.4g解：设产生 4.4g 二氧化碳需要氧化铜 gxC+2
23、CuO 2Cu+CO2160 444.4 gx=4160g.=16g答：有 16 克氧化铜参加了反应。12.（1）检查装置的气密性 （2）澄清石灰水变浑浊（3）将装置中的二氧化碳全部赶入石灰水中（4）一氧化碳 （5）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）因要测量产生的二氧化碳的质量，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）在高温条件下，碳会与二氧化碳反应，生成一氧化碳。所以尾气中可能含有的一种有毒气体是 CO。（5）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氧元素的质量。利用 CO2 2O44 32101.32g xg32.14=0.96x%0.960
