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第1页知识点讲义——第六单元碳和碳的氧化物课题1金刚石、石墨、C60知识点1碳的几种单质（重点）碳元素的单质主要有金刚石、石墨，此外，科学家们还发现了C60、碳纳米管等。1.金刚石和石墨（1）金刚石纯净的金刚石是无色透明、正八面体形状的固体（结构如右图所示）。天然采集到的金刚石经过仔细研磨后，可以成为璀璨夺目的装饰品——钻石。金刚石是天然存在的最硬的物质，可以用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及金刚石的结构装在钻探机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。（2）石墨石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状结构（结构如图所示）。石墨很软，有滑腻感。此外，石墨还有良好的导电性能，可用于制铅笔芯、制作石墨电极等。石墨的结构（3）金刚石和石墨的比较颜色、状态硬度导电性导热性润滑性用途金刚石无色、透明的正八面体形状最硬不导电较好无裁玻璃、切割金属，制钻探机钻头、制装饰品等石墨深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状结构质软导电性优良良好有制电极、铅笔芯、润滑剂等联系同种元素组成的不同单质它们物理性质不同，但是化学性质基本相同。并且它们可以相互转化，如石墨在一定条件下能转化为金刚石，此变化为化学变化而不是物理变化（相似的还有红磷、白磷之间的类似关系）。【引申拓展】金刚石是正八面体形状的固体，结构稳定；而石墨是细鳞片状的固体，相对于金刚石而言，很不稳定，由于碳原子的排列方式不同，因此造成了金刚石、石墨两种单质在物理性质上的明显差别。2.几种无定形碳的比较（1）木炭木炭具有疏松多孔的结构，因此它具有吸附能力，常用作吸附剂，吸附一些食品和工业产品里的色素，也可用于吸附有异味的物质。（2）活性炭活性炭的吸附能力比木炭还要强，可用于防毒面具中的滤毒罐，以吸附毒气，还可用于制糖工业中脱色制白糖，近年来，处理城市污水、工业废水和深度净化处理饮用水都利用了活性炭的吸附性，还可用于吸附装修产生的对人体有害的气体。（3）几种无定形碳的比较（见下表）颜色、状态制法用途木炭灰黑色的多孔状固体木材隔绝空气加强热做燃料、冶炼金属、制黑火药、活性炭等活性炭灰黑色多孔颗粒状固体木炭在高温下用水蒸气处理可净化多种气体和液体、制作防毒面具等焦炭浅灰色多孔状固体烟煤隔绝空气加强热冶炼金属等炭黑极细的黑色粉末含碳物质不完全燃烧制造油墨、油漆、鞋油颜料等，作橡胶制品的填料等【引申拓展】（1）木炭、活性炭、焦炭、炭黑都是由碳元素形成的单质。它们是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，没有固定的几何形状，所以叫做无定形碳。（2）“碳”与“炭”的区别：“碳”是指碳元素，是“核电荷数为6的同一类原子的总称”，有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质。如二氧化碳中的“碳”是指二氧化碳中所含的“碳”元素。而“炭”是具体的物质——由碳元素组成的单质。如木炭、焦炭、活性炭、第2页炭黑等。3.C60分子C60分子是一种由60个碳原子构成的分子（结构如右图所示），形似足球。因此又称它为“足球烯”，这种结构的分子很稳定。C60分子的结构4.碳纳米管1991年，科学家又发现了一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边形的碳环构成的管状大分子，它的直径只有几纳米。单层碳纳米管原子排列结构由此可见，同一种元素不仅可以组成一种单质，有的还能够组成多种单质。知识点2碳的化学性质（重、难点）1.常温下碳的化学性质在常温下，碳的化学性质不活泼，碳受日光照射或与空气、水接触，都不易起变化。碳的原子结构示意图为，最外层上有4个电子，既不容易失去4个电子，又不容易得到4个电子达到稳定结构，所以碳在常温下化学性质稳定。2.碳跟氧气的反应（1）充分燃烧生成CO2：C+O2CO2。（2）不充分燃烧生成CO：2C+O2CO。3.碳跟某些氧化物的反应碳可与某些氧化物反应，如可用木炭还原氧化铜。（1）探究碳跟某些氧化物的反应【实验步骤】把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管，并将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管（如图所示）。用酒精灯（可加网罩以使火焰集中并提高温度，最好用酒精喷灯）加热混合物几分钟。然后撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上，观察现象。【实验现象】黑色粉末逐渐变成红色，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。【实验结论】木炭和氧化铜反应生成铜和二氧化碳。【化学方程式】C+2CuO2Cu+CO2↑【注意事项】①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。防止盛有澄清石灰水的试管中的液体倒流回盛有CuO和C的试管中，使试管骤然遇冷而炸裂。②加热固体，一般都要求盛放固体的试管口略向下倾斜，是为了防止加热产生的水倒流回试管底，使试管骤冷而炸裂。（2）碳能跟某些氧化物的反应碳能够夺取金属氧化物中的氧，表现出还原性，碳的还原性可以应用在冶金工业上，例如：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑.碳也能还原非金属氧化物，例如：2C+O22CO，该反应是吸热反应。知识点3氧化还原反应分析碳单质还原氧化铜的反应：此反应中，氧化铜失去氧变成单质铜，氧化铜被还原，这种含氧化合物里的氧被夺去的反应，叫做还原反应。木炭与氧化铜里的氧反应生成二氧化碳，木炭被氧化，木炭与氧发生的反应叫做氧化反应。像这样，一种物质被氧化，同时另一种物质被还原的反应，叫做氧化还原反应。其中木炭是还原剂，被氧化；氧化铜是氧化剂，被还原。【易错点津】氧化还原反应是从得氧、失氧的角度研究化学反应的，不属于基本反应类型。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，氧化剂、还原剂指的都是反应物。边讲边练例1、石墨烯是新发现的二维空间材料，它是石墨制成的新单质材料，金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图如下，下列关于这四种物质的说法中正确的是（）第3页A．都是黑色固体B．都质软，可做润滑剂C．碳原子排列方式相同D．在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳点拨：本题考查碳单质的结构、性质、用途的相关知识。金刚石是无色的，石墨是深灰色的；金刚石最硬，石墨质软，可作润滑剂，它们的结构不同，但在氧气中燃烧都是生成二氧化碳。【针对训练1】齐白石最大尺幅黑白作品《松柏高立图·篆书四言联》，于2019年5月22日以4.255亿人民币拍出，其画所用墨汁的主要成分为炭黑，它能使画很长时间不退色，这是因为墨汁中的炭黑具有（）A．可燃性B．还原性C．稳定性（常温下不易发生化学反应）D．吸附性例2、人类很早就发现，熊熊燃烧的森林大火被扑灭后，在树木灰烬中会发现一种红色光亮的物质，该物质是孔雀石在大火后的产物。试用化学方程式解释这种现象[孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3，受热分解成三种氧化物]。点拨：本题着重考察碳的还原性的应用。根据孔雀石主要成分的组成元素可知，分解后的氧化物为CuO、CO2、H2O，而生成的红色光亮物质一定为Cu，由此可知CuO被木材烧成的木炭还原为Cu。Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑；C+2CuO2Cu+CO2↑【针对训练2】右图是木炭还原氧化铜的装置图。当看到__________________________时，表示反应开始产生；当无气泡冒出时，应先_________________，然后_________________。写出该实验中发生的化学方程式__________________________________。例3、下列变化中，单质碳做还原剂的是（AB）A．C→COB．C→CO2C．CH4→CD．CO2→CO点拨：物质跟氧发生的反应叫做氧化反应，能够夺取含氧化合物中的氧，使其被还原的物质就是还原剂，即还原剂被氧化，氧化剂和还原剂都是针对氧化物而言的。显然，A、B两项中的碳单质被氧化，分别生成了CO和CO2，碳作为还原剂；而C中碳单质属于生成物，既不是氧化剂也不是还原剂，D中无碳单质。【针对训练3】下列有关碳的化学性质叙述中，正确的是（）A．只有可燃性B．只有还原性C．既有可燃性，又有还原性D．碳燃烧的产物只有二氧化碳例4、已知碳粉与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，装置如右图所示。（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__________________________，原因是______________；（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3.2g该红棕色粉末与碳充分反应，测得澄清石灰水增重1.32g，则该红棕色粉末中氧元素的质量分数为_________。点拨：加热条件下木炭能与空气中氧气反应生成二氧化碳，空气中含有的二氧化碳都会影响实验对红棕色粉末中氧元素的检验与测定，实验前就要排尽管内空气；（2）加热时，炭粉与红棕色粉末反应可产生二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊；（3）实验中通入纯净而干燥的氮气，是为了防止空气中的二氧化碳及空气中氧气与炭粉反应生成二氧化碳，影响对红棕色粉末中氧的检验与测定；而潮湿的氮气中的水分也会对测量生成二氧化碳的质量造成影响；（4）根据根据质量守恒定律，反应前后元素的种类不变，可能含有一氧化碳；（5）澄清石灰水因吸收二氧化碳而增重，因此石灰水增重量即产生二氧化碳的质量；二氧化碳中氧元素全部来自红棕色粉末，即二氧化碳中氧元素的质量就是红棕色粉末中氧元素的质量；利用测定的二氧化碳的质量计算出氧元素质量，氧元素质量与红棕色粉末的质量比即为红棕色粉末中氧元素的质量分数．解答：（1）为避免管内空气对实验结果的影响，实验前应用性质稳定的氮气把管内空气全部排出；（2）在加热条件下，炭粉与红棕色粉末发生反应生成的二氧化碳排出，被澄清石灰水吸收，可观察到澄清石灰水变浑浊；（3）实验中通入纯净而干燥的氮气，可以防止空气参与反应，从而防止空气中的二氧化碳及空气中氧气与炭粉反应生成二氧化碳，影响对红棕色粉末中氧的检验与测定；（而潮湿的氮气中的水分也会影响澄清石灰水质量的第4页变化，使数据不准确而造成测定结果的误差）所以通入纯净而干燥的氮气；（4）根据反应物及题意：可能会有部分二氧化碳与碳反应生成有毒的一氧化碳；（5）测得石灰水增重1.32g，即充分反应后生成二氧化碳质量为1.32g；生成的1.32g二氧化碳中氧元素质量=1.32g×16×244=0.96g，红棕色粉末中氧元素的质量分数=0.96g3.2g×100%=30%.课堂演练1、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.A．①③B．①②③C．②③D．②⑤2、下列关于C60的说法正确的是（）A．属于单质B．属于混合物C．是由30个碳原子构成的分子D．相对分子质量为603、石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量的石墨纤维，造成输电线路、电厂设备损坏。这是因为石墨（）A．有放射性B．能导电C．易燃、易爆D．有毒性4、金刚石、石墨的物理性质有很大差异的原因是（）A．金刚石是单质，石墨是化合物B．金刚石和石墨的结构中碳原子的排列方式不同C．金刚石和石墨是由不同种元素组成的D．金刚石不含杂质，石墨含杂质5、“钻石恒久远，一颗用流传”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6、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7、近几年来，科学家们发现，除金刚石、石墨外，还有一些新的以单质形式存在的碳。其中，发现较早并在研究中取得重要进展的是C60分子，下列有关说法错误的是（）A．它的一个分子中含有60个碳原子B．它是一种新型化合物C．它的相对分子质量为720D．它是一种单质8、下表中列出了一定压强和温度下每立方厘米活性炭所能吸附的常见气体的体积，分析表中数据与气体的组成、