化學人教版九上同步課堂講義：6.1 金剛石、石墨和C60

課題1金剛石、石墨和C60一、學習目標1.了解金剛石、石墨和C60都是由碳元素形成的單質(zhì)及木炭、活性炭的吸附性。2.掌握碳的化學性質(zhì)，了解碳的用途。二、重難點 重點：碳的化學性質(zhì)及金剛石、石墨和C60中原子排列方式的分析難點：碳還原氧化銅的探究及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途之間的關(guān)系三、考點精講1.碳的單質(zhì)金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì)。（1）金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體，經(jīng)仔細研磨可稱為璀璨奪目的裝飾品—鉆石。它是天然存在的最硬的物質(zhì)。可用于裁玻璃、切割大理石、加工堅硬的金屬，以及裝在鉆探機的鉆頭上，鉆鑿堅硬的巖層等。（2）石墨是一種深灰色的有金屬光澤光澤而不透明的細鱗片狀固體。石墨很軟，有滑膩感，還具有良好的導電性能?？捎糜谥沏U筆芯、電極等。金剛石與石墨的物理性質(zhì)不同是因為碳原子的排列方式不同。（3）日常生活中的木炭、焦炭、活性炭和炭黑等的主要成分也是碳單質(zhì)。①木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，具有吸附能力，可除去異味和色素；②活性炭的吸附能力比木炭還要強。防毒面具里用活性炭除去毒氣，制糖工業(yè)上利用活性炭來脫色以制白糖，還可用于吸附裝修產(chǎn)生的對人體有害的氣體等；（4）C60室溫下呈紫紅色，有金屬光澤的固體。每個C60分子由60個碳原子構(gòu)成。它的獨特機構(gòu)決定了它具有一些特殊性質(zhì)，可用于超導、催化、材料、醫(yī)學生物等領(lǐng)域。2.單質(zhì)碳的化學性質(zhì)（1）化學性質(zhì)及用途化學性質(zhì)反應(yīng)現(xiàn)象及化學方程式穩(wěn)定性常溫下，碳的化學性質(zhì)不活潑。用途：用于墨汁寫字或繪畫可燃性①充分燃燒：C+O2點燃CO2②不充分燃燒：2C+O2點燃2CO用途：單質(zhì)碳能燃燒，可用作燃料還原性①木炭還原氧化銅a．實驗現(xiàn)象：黑色粉末逐漸變成光亮的紫紅色，澄清石灰水變渾濁b．化學方程式：C+2CuO高溫2Cu+CO2↑c．注意事項：Ⅰ酒精燈火焰上的金屬網(wǎng)罩的作用是集中火焰提高溫度Ⅱ?qū)Ч芸诼韵蛳聝A斜，防止冷凝水倒流炸裂試管d．還原反應(yīng)含氧化合物中的氧被奪去的反應(yīng)，叫還原反應(yīng)木炭使氧化銅還原成銅，其具有還原性氧化銅使碳氧化成二氧化碳，其具有氧化性②焦炭可以把鐵礦石（假設(shè)含氧化鐵）中的鐵還原出來化學方程式：3C+2Fe2O3高溫4Fe+3CO2↑用途：利用單質(zhì)碳的還原性，可用于冶煉金屬③碳還原二氧化碳，生成一氧化碳化學方程式：CO2+C高溫2CO用途：利用單質(zhì)碳的還原性，可用于產(chǎn)生還原劑一氧化碳典型例題1：金剛石和石墨是常見的碳單質(zhì)，其結(jié)構(gòu)如圖所示。下列說法正確的是（）A．構(gòu)成金剛石和石墨的原子大小不同 B．金剛石和石墨中原子排列方式相同 C．1g金剛石和1g石墨所含原子數(shù)相同 D．金剛石和石墨在氧氣中都不能燃燒【答案】C【解析】A、構(gòu)成金剛石和石墨的原子都是碳原子，大小相同，錯誤；B、金剛石和石墨中原子排列方式不同，錯誤；C、金剛石和石墨的原子都是碳原子，碳原子相同，所以1g金剛石和1g石墨所含原子數(shù)相同，正確；D、金剛石和石墨在氧氣中都能燃燒生成二氧化碳，錯誤。典型例題2：某校九年級“我們愛化學”活動小組的同學，在探究木炭與CuO反應(yīng)時，完成了如圖實驗，請回答下列問題：如圖所示裝置進行實驗，很快發(fā)現(xiàn)澄清的石灰水變渾濁；（1）請寫出C與CuO反應(yīng)的化學方程式；（2）實驗結(jié)束時，應(yīng)（填寫下列操作代號）。①先撤出導管，再熄滅酒精燈②先熄滅酒精燈，再撤出導管【答案】（1）2CuO+C高溫2Cu+CO2↑有（2）①【解析】（1）高溫條件下，C與CuO反應(yīng)生成銅和二氧化碳，化學方程式：2CuO+C高溫2Cu+CO2↑（2）實驗結(jié)束時，應(yīng)先撤出導管，再熄滅酒精燈，以防止液體倒流炸裂試管。【鞏固提升】1．下列宏觀事實的微觀解釋錯誤的是()選項宏觀事實微觀解釋A在一定條件下，二氧化碳氣體變成干冰二氧化碳分子體積變小B端午時節(jié)粽飄香分子是不斷運動的CCO2和CO的化學性質(zhì)不同分子構(gòu)成不同D金剛石、石墨、C60的物理性質(zhì)有很大差異碳原子的排列方式不同A.A B.B C.C D.D【答案】A【解析】A、二氧化碳氣體變?yōu)楦杀?，是物質(zhì)三態(tài)之間的變化，從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，分子間的間隔變小，二氧化碳分子的大小不變，錯誤；B、端午時節(jié)粽飄香，說明分子是不斷運動的，正確；C、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，CO2和CO的化學性質(zhì)不同，是因為兩者的分子結(jié)構(gòu)不同，正確；D、金剛石、石墨、C60的物理性質(zhì)有很大差異，三者都是碳元素組成的單質(zhì)，碳原子的排列方式不同，物理性質(zhì)存在巨大差異，正確。2.碳單質(zhì)的性質(zhì)與用途對應(yīng)關(guān)系錯誤的是（）A．石墨導電性好可作電池電極 B．活性炭吸附性強可作冰箱除味劑 C．金剛石硬度大可制作鉛筆芯 D．炭黑常溫化學性質(zhì)穩(wěn)定可制墨汁【答案】C【解析】A、石墨具有優(yōu)良的導電性，可作電池電極，正確；B、活性炭吸附性強，能吸附異味和色素，可作冰箱除味劑，正確；C、金剛石硬度大，不能制作鉛筆芯，石墨質(zhì)軟，可制作鉛筆芯，錯誤；D、炭黑的主要成分是碳，在常溫化學性質(zhì)穩(wěn)定，可制墨汁，正確。3.某小組利用如圖裝置進行創(chuàng)新實驗。實驗時，先加熱炭粉，一段時間后，將酒精燈移至CuO處加熱。下列說法錯誤的是（）A．酒精燈加網(wǎng)罩是為了提高火焰溫度 B．氣球可以收集尾氣，防止污染空氣 C．反應(yīng)過程中，黑色氧化銅變?yōu)榧t色固體 D．裝置中發(fā)生反應(yīng)：C+2CuO高溫2Cu+CO2↑【答案】D【解析】A、酒精燈加網(wǎng)罩能集中火焰，是為了提高火焰溫度，正確；B、由于在高溫條件下碳和二氧化碳反應(yīng)生成了一氧化碳，氣球可以收集尾氣一氧化碳，防止污染空氣，正確；C、反應(yīng)過程中，在高溫條件下，一氧化碳還原氧化銅生成了銅和二氧化碳，黑色氧化銅變?yōu)榧t色固體，正確；D、由于碳和氧化銅不接觸，不能發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生的反應(yīng)是在高溫條件下一氧化碳還原氧化銅生成了銅和二氧化碳，方程式是：CO+CuO高溫Cu+CO2，錯誤?！菊n后練習】1.下列物質(zhì)中，硬度最大的是（）A.金剛石 B.石墨 C.焦炭 D.活性炭【答案】A【解析】金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，A正確。2.結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途，下列對應(yīng)關(guān)系錯誤的是（）A．石墨、金剛石的硬度不同，原因是碳原子排列方式不同 B．活性炭多孔，可用于制糖工業(yè)脫色 C．碳有還原性，常用焦炭冾煉金屬 D．CO和CO2組成元素相同，化學性質(zhì)相似【答案】D【解析】A、金剛石、石墨、C60的物理性質(zhì)有很大差異，三者都是碳元素組成的單質(zhì)，碳原子的排列方式不同，物理性質(zhì)存在巨大差異，正確；B、CO和CO2組成元素相同，但分子的構(gòu)成不同，化學性質(zhì)不相似，如一氧化碳具有可燃性、還原性，二氧化碳不具有，正確；C、碳有還原性，常用焦炭冶煉金屬，正確；D、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，CO2和CO兩者的分子結(jié)構(gòu)不同，化學性質(zhì)不同，錯誤。3.按如圖進行實驗，下列分析或結(jié)論正確的是（）A．導管口剛有氣泡冒出說明反應(yīng)開始B．實驗結(jié)束應(yīng)立即倒出粉末C．木炭能使氧化銅還原為銅D．固體減少的質(zhì)量一定等于生成二氧化碳質(zhì)量【答案】C【解析】A、試管中有空氣，導管口剛有氣泡冒出的是受熱膨脹的空氣，不能說明反應(yīng)開始，錯誤；B、實驗結(jié)束應(yīng)立即倒出粉末，此時產(chǎn)物銅的溫度較高，容易和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，又產(chǎn)生黑色的氧化銅，所以要等固體冷卻后才能倒出，錯誤；C、木炭具有還原性，能奪取氧化銅中的氧元素，使氧化銅失去氧，變成單質(zhì)銅，正確；D、根據(jù)質(zhì)量守恒定律，固體減少的質(zhì)量等于氧化銅中失去的氧元素的質(zhì)量和參加反應(yīng)的碳元素的質(zhì)量的總和，反應(yīng)中可能生成一氧化碳，所以固體減少的質(zhì)量不一定等于生成二氧化碳質(zhì)量，錯誤。4.關(guān)于金剛石和石墨的說法正確的是（）A．都有可燃性 B．都是無色固體 C．硬度都很大 D．都能導電【答案】A【解析】A、金剛石和石墨都具有可燃性，說法正確，正確；B、金剛石是無色透明的正八面體形狀的固體，石墨是深灰色有金屬光澤的細鱗片狀的固體，說法錯誤；C、金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)，石墨很軟，說法錯誤；D、石墨具有良好的導電性，金剛石不具有導電性，說法錯誤。5.性質(zhì)決定用途。下列物質(zhì)的性質(zhì)與其用途不相符的是（）A．石墨有優(yōu)良的導電性能﹣﹣用于制鉛筆芯 B．C60分子很穩(wěn)定，有超導性﹣﹣廣泛應(yīng)用于超導領(lǐng)域 C．金剛石是天然存在的最硬物質(zhì)﹣﹣用于裝在鉆探機的鉆頭上 D．CO有還原性﹣﹣在冶金工業(yè)用于煉鐵【答案】A【解析】A、石墨有優(yōu)良的導電性能，與用于制鉛筆芯無關(guān)，用于制鉛筆芯利用了是質(zhì)軟的性質(zhì)，錯誤；B、C60分子很穩(wěn)定，有超導性，廣泛應(yīng)用于超導領(lǐng)域，正確；C、金剛石是天然存在的最硬物質(zhì)，硬度大，可用于裝在鉆探機的鉆頭上，正確；D、CO具有還原性，在冶金工業(yè)用于煉鐵，正確。6.下列有關(guān)碳和碳的氧化物的說法，正確的是（）A．焦炭能用于冶金工業(yè)，是因為其具有氧化性 B．在一定條件下，一氧化碳與二氧化碳可以相互轉(zhuǎn)化 C．碳具有可燃性，木炭在空氣中燃燒只生成二氧化碳 D．高溫條件下，一氧化碳與氧化鐵發(fā)生的反應(yīng)屬于置換反應(yīng)【答案】B【解析】A、焦炭能用于冶金工業(yè)，是因為其具有還原性，錯誤；B、由一氧化碳和二氧化碳的性質(zhì)可知，在一定條件下，一氧化碳和二氧化碳可以相互轉(zhuǎn)化，正確；C、碳具有可燃性，碳燃燒時不是總是生成二氧化碳，燃燒不充分還會生成一氧化碳，錯誤；D、高溫下，一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)生成鐵和二氧化碳，該反應(yīng)的反應(yīng)物均為化合物，不屬于置換反應(yīng)，錯誤。7．碳和碳的化合物是一個龐大的家族，下列說法完全正確的個數(shù)是（）①金剛石、石墨、C60都是由碳原子構(gòu)成的單質(zhì)②CO、甲烷（CH4）、酒精都可用作燃料，其中甲烷中碳元素的化合價為﹣4價③CO有毒而CO2無毒，是因為它們的分子構(gòu)成不同，兩者的相互轉(zhuǎn)化只能通過化合反應(yīng)實現(xiàn)④工業(yè)煉鐵中焦炭只起提供熱量的作用，煉得的生鐵與鋼的最大區(qū)別是含碳量不同A．1個 B．2個 C．3個 D．4個【答案】A【解析】①金剛石、石墨都是由碳原子構(gòu)成，但C60是由分子構(gòu)成，由C60分子構(gòu)成，錯誤；②CO、甲烷（CH4）、酒精都可用作燃料，其中甲烷（CH4）中氫元素化合價為+1價，碳元素化合價為﹣4價，正確；③CO有毒而CO2無毒，是因為它們的分子構(gòu)成不同，CO轉(zhuǎn)化為CO2的方法有：2CO+O2點燃2CO2，CO+CuO△Cu+CO2，而CO+CuO△Cu+CO2不屬于化合反應(yīng)，錯誤；④工業(yè)煉鐵中焦炭起到提供熱量和提供還原劑的作用，錯誤；8．下列有關(guān)碳和碳的氧化物的說法正確的是（）A．干冰可用于人工降雨 B．金剛石和石墨都可用作電極 C．在常溫下，碳的化學性質(zhì)活潑 D．CO和CO2都具有還原性【答案】A【解析】A、干冰升華吸熱，可用于人工降雨，正確；B、石墨可用作電極，但金剛石不能用作電極，錯誤；C、在常溫下，碳的化學性質(zhì)穩(wěn)定，錯誤；D、CO具有還原性，而CO2沒有還原性，錯誤。9.按如圖進行實驗，下列分析或結(jié)論正確的是（）A．導管口剛有氣泡冒出說明反應(yīng)開始 B．實驗結(jié)束應(yīng)立即倒出粉末 C．木炭能使氧化銅還原為銅 D．固體減少的質(zhì)量一定等于生成CO2的質(zhì)量【答案】C【解析】A、導管口剛有氣泡冒出不能說明反應(yīng)開始，因為剛開始排出的是試管內(nèi)的空氣，錯誤；B、實驗結(jié)束應(yīng)不能立即倒出粉末，因為銅在加熱條件下能與氧氣反應(yīng)生成氧化銅，錯誤；C、木炭具有還原性，能使氧化銅還原為銅，正確；D、根據(jù)質(zhì)量守恒定律，固體減少的質(zhì)量等于氧化銅中失去的氧元素的質(zhì)量和參加反應(yīng)的碳元素的質(zhì)量的總和，反應(yīng)中可能生成一氧化碳，所以固體減少的質(zhì)量不一定等于生成二氧化碳質(zhì)量，錯誤。10.某化學興趣小組的同學探究木炭還原氧化銅的實驗，實驗裝置如圖。實驗時，a中的固體由黑色變紅色，b中的試管內(nèi)產(chǎn)生氣泡和白色沉淀?！緰碎嗁Y料】氧化亞銅(Cu2O)是紅色固體，能與稀硫酸發(fā)生如下反應(yīng)：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O?！咎岢鰡栴}】已知實驗后a中的紅色固體含有單質(zhì)銅，是否還含有氧化亞銅(Cu2O)呢？【實驗驗證】取a中的紅色固體少量于試管中，加入___________溶液，試管中出現(xiàn)___________，證明固體中確實含有Cu2O?！咎岢鰡栴}】木炭還原氧化銅產(chǎn)生的氣體是什么？【提出猜想】猜想一：CO2猜想二：CO猜想三：___________【提出質(zhì)疑】甲同學認為猜想二不正確，他的理由是___________?！掘炞C猜想】乙同學將木炭還原氧化銅產(chǎn)生的氣體通入灼熱的氧化銅粉末中，黑色固體變紅，證明猜想______是正確的，該反應(yīng)的化學方程式為___________?！窘涣鞣此肌颗d趣小組認為上圖裝置不夠完善，為了防止尾氣對空氣的污染，應(yīng)該把上圖裝置中的b部分裝置換成下列___________裝置(填字母序號)?！敬鸢浮俊緦嶒烌炞C】稀硫酸溶液變藍色【提出猜想】CO和CO2【提出質(zhì)疑】實驗時，裝置b中的試管產(chǎn)生白色沉淀，說明氣體中含有二氧化碳(合理即可)【驗證猜想】三CuO+CO△Cu+CO2【交流反思】ABD【解析】【實驗驗證】通過實驗分析可知，取a中的紅色固體少量于試管中，加入稀硫酸，試管中出現(xiàn)溶液變藍色，證明固體中確實含有Cu2O；【提出猜想】碳在高溫下能與