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1课题1金刚石、石墨和C60答案：(1)碳原子的排列方式不同(2)硬(3)软(4)导电(5)润滑剂(6)吸附(7)稳定(8)可燃(9)还原1．碳的单质不同元素可以组成不同的单质，而同一种元素也可以组成不同的单质。几种常见元素的不同单质如下表所示：常见元素碳元素氧元素磷元素形成的单质金刚石、石墨和C60氧气和臭氧白磷和红磷(1)金刚石、石墨、C60的性质及用途①金刚石a．物理性质：无色透明、正八面体形状的固体，不导电，经加工琢磨后有夺目光泽，是天然存在最硬的物质。金刚石结构b．用途：雕琢作装饰品(钻石就是金刚石雕琢成的)；制作钻头；制作玻璃刀、刻刀。石墨结构②石墨a．物理性质：深灰色、不透明的细鳞片状固体，有金属光泽，质软，滑腻，导电性好，耐高温。b．用途：用于制铅笔芯(不同型号的铅笔芯，石墨含量不同，“B”值越大，石墨含量越高)、石墨电极、电刷、耐高温的润滑剂等。2C60结构③C60C60分子由60个碳原子构成，形似足球，很稳定。目前应用于材料科学、超导体等方面的研究。金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的，为什么物理性质差异这么大？因为碳原子的排列方式不同啊！(2)木炭、焦炭、活性炭和炭黑木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，它具有疏松多孔的结构。焦炭、活性炭、炭黑等的构成和结构与木炭类似，通常称为无定形碳。由于木炭、活性炭的结构疏松，因此它们具有吸附性。利用这种性质可以吸附气体或溶液中的一些物质，可用作吸附剂，如木炭用来吸附食品工业里的色素和有异味的物质；活性炭用在防毒面具中吸附毒气。释疑点吸附性是物理性质吗吸附性是物质的物理性质，吸附过程是物理变化。吸附剂与物质的接触面积越大，吸附能力越强。“碳”与“炭”有什么区别吗？“碳”是元素名称，指元素；“炭”是指,碳元素组成的部分物质，如木炭、活性炭等。(1)金刚石可作玻璃刀，因为__________________________________________________。(2)石墨可作电池里的电极，因为______________________________________________。(3)活性炭可用于防毒面具的滤毒罐里，因为____________________________________。(4)木炭能脱色，因为________________________________________________________。(5)石墨可作铅笔芯，因为____________________________________________________。解析：考查碳单质的物理性质和用途。物质的特殊结构决定了它具有特殊的性质，具有什么样的性质决定了它有什么用途。这一规律在化学学习中很有指导作用。答案：(1)金刚石的硬度极大，是天然存在最硬的物质(2)石墨具有良好导电性(3)活性炭有吸附性，可吸附毒气(4)木炭具有疏松多孔结构，具有吸附性，可吸附色素，使一些有色物质脱色(5)石墨质软，且呈灰黑色，在纸上划过可留下痕迹2．碳的化学性质分析碳的原子结构：，最外层电子数为4，既不易失电子，又不易得电子，所以常温下碳的化学性质比较稳定，但随着温度的升高，碳能与许多物质发生反应。(1)碳的稳定性常温下，单质碳的化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，即使在日光照射或与空气、水分等充分接触，也不容易发生化学变化。如古代用墨书写或绘制的字画虽天长日久却不褪色。书写春联时要用墨汁，填写档案或签名时要用碳素笔，都利用了碳在常温下化学性质的稳定性。(2)可燃性在点燃条件下，单质碳能在氧气(或空气)里燃烧，放出热量，碳可作燃料。①氧气充足时，碳充分燃烧：C＋O2=====点燃CO2②氧气不充足时，碳不充分燃烧：2C＋O2=====点燃2CO(3)还原性高温下，单质碳能和某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性，像CuO失去氧一样，含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。单质碳具有还原性，可作还原3剂，用来冶炼金属。①碳跟氧化铜的反应：C＋2CuO=====高温2Cu＋CO2↑用木炭还原氧化铜②工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁：3C＋2Fe2O3=====高温4Fe＋3CO2↑③高温下，单质碳还能与水、二氧化碳反应：C＋H2O(气)=====高温H2＋COC＋CO2=====高温2CO谈重点用木炭还原氧化铜的注意事项①加热固体，盛放固体的试管口都要略向下倾斜，其目的是防止加热产生的水倒流回热试管，使试管骤冷炸裂；②实验结束后，应该先将导管从澄清石灰水中取出，再停止加热，以防止液体倒流回热试管，使试管骤冷而炸裂。该反应的温度要求很高，所以，常在酒精灯上加灯罩集中火焰。【例2】根据木炭还原氧化铜实验(如下图)填空：用木炭还原氧化铜(1)反应开始后，盛澄清石灰水的试管中观察到的现象是____________，说明反应中有____________(填化学式)生成，被加热的试管中发生反应的化学方程式是________________________________________________________________________。(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，这是由于氧化铜发生了____________反应。(3)图中的酒精灯上加一金属网罩的作用是__________________________。(4)实验结束时，应先____________，再____________，防止____________________。解析：木炭还原氧化铜的明显现象是黑色氧化铜粉末变成亮红色，产生能使澄清的石灰水变浑浊的气体，所以澄清石灰水是检验二氧化碳的一种试剂，也是此类型题目中的提示点；酒精灯加网罩，目的是使火焰集中，提高温度，该实验要求温度较高，如果有条件最好用酒精喷灯；因为实验结束后试管里的温度较高，若不先撤出导管，石灰水会倒流，使试管炸裂。答案：(1)澄清石灰水变浑浊CO2C＋2CuO=====高温2Cu＋CO2↑(2)红还原(3)使酒精灯的火焰集中，以提高温度(4)将导管从石灰水中撤出熄灭酒精灯石灰水倒流使试管炸裂3．正确认识碳元素与碳单质碳元素可组成不同的碳单质。常见的碳单质有金刚石、石墨、C60等。要正确理解元素4与单质的关系，认识同种元素可形成多种单质的原因。(1)同种元素可组成不同单质不同种元素可组成不同单质，同种元素也可以组成不同的单质，如O2和O3，金刚石、石墨和C60等，都是由同种元素组成的不同单质。(2)碳原子排列方式不同，决定碳单质的物理性质不同物质的组成和结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。物质的结构、性质、用途关系密切。(3)只含一种元素的物质不一定是单质金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，二者混合后，虽然只含一种元素，但却是混合物。即：同种元素组成的物质可能是单质，也可能是混合物，但一定不是化合物。(4)石墨转化成金刚石是化学变化石墨在高温、高压的条件下可以转化成人造金刚石，这一变化属于化学变化，因为金刚石和石墨是不同物质。(5)碳单质的化学性质相同碳单质的物理性质不同，但其化学性质相同，常温下性质稳定，都具有可燃性、还原性。【例3—1】(综合题)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．这四种物质都很软，可作润滑剂B．这四种物质碳原子的排列方式相同C．这四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D．这四种物质的结构中都是每个碳原子连接3个碳原子解析：A×石墨是平面网状结构，很软，金刚石为空间网状结构，硬度很大。B×从图中可看出四种物质的碳原子的排列方式明显不同C√四种物质都由碳原子构成，完全燃烧产物都是二氧化碳D×金刚石中每个碳原子连接4个碳原子答案：C【例3—2】(综合题)某物质经鉴定只含有一种元素，则该物质()A．肯定是一种单质B．可能是几种单质组成的混合物C．肯定是纯净物D．可能是化合物解析：如把金刚石和石墨混合在一起，只含碳元素，但金刚石和石墨是不同单质，应属于混合物；化合物含不同元素，该物质只含一种元素，绝对不可能是化合物。答案：B4．氧化反应与还原反应5以木炭和氧化铜反应为例：C＋2CuO=====高温2Cu＋CO2↑(1)氧化反应、还原反应木炭夺取了氧化铜中的氧，生成了CO2，物质与氧发生的反应叫做氧化反应。氧化铜失去氧变成单质铜，这种含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。(2)氧化剂、还原剂氧化铜提供氧，使木炭发生氧化反应，提供氧的物质是氧化剂。木炭夺取了氧化铜中的氧，使氧化铜发生还原反应，得到氧的物质是还原剂。氧化剂、还原剂都是指反应物。(3)氧化性、还原性在反应中，物质供给氧的性质叫氧化性，如氧化铜具有氧化性；物质夺取氧的性质叫还原性，如木炭具有还原性。析规律氧化还原反应规律还原剂有还原性，结合氧，发生氧化反应，如C；氧化剂有氧化性，失去氧，发生还原反应，如CuO。氧化反应和还原反应同时进行。【例4—1】(探究题)对于氧化还原反应的认识，下列说法错误的是()A．对于同一个化学反应，不可能既是氧化反应又是还原反应B．氧化还原反应可以从得氧失氧的角度研究化学反应C．氧化剂是指能够供给氧的物质，还原剂是指能够得到氧的物质，它们指的都是反应物D．在木炭还原氧化铜的实验中，木炭发生了氧化反应，氧化铜发生了还原反应解析：氧化还原反应存在于同一个反应中，对于一个化学反应，它是氧化反应，就一定是还原反应，即有物质得氧，那就一定有物质失氧，反之也成立。答案：A【例4—2】(应用题)在化学反应3CO＋Fe2O3=====高温2Fe＋3CO2中，下列说法正确的是()A．CO在反应中得到了氧，具有氧化性，是氧化剂B．Fe2O3在反应中失去氧，具有还原性，是还原剂C．CO发生了还原反应D．Fe2O3发生了还原反应解析：氧化剂是提供氧的物质，还原剂是得到氧的物质，故CO是还原剂，而Fe2O3是氧化剂；氧化剂提供氧，发生了还原反应，还原剂得到氧，发生氧化反应，故CO发生了氧化反应，而Fe2O3发生了还原反应。答案：D