6.1金刚石石墨和C60九年级化学上册讲义（人教版）（原卷版）

6.1金刚石、石墨和C60目标导航目标导航学习目标重难点1.了解金刚石和石墨的物理性质和用途2.掌握碳单质的化学性质3.知道不同元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同的物质重点：1.碳单质的化学性质2.还原反应和还原剂的判定难点：氧化反应和还原反应的判定知识精讲知识精讲知识点01碳的单质1.同一种元素可以组成不同的单质：

金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，但是由于碳原子排列方式不同，即结构不同，因此它们的性质存在着差异。

金刚石的结构石墨的结构C60的结构

2.金刚石、石墨和C60的比较：名称金刚石石墨C60外观无色透明、正八面体形状的固体，仔细琢磨后有璀璨夺目的光泽深灰色不透明的细鳞片状的固体，有金属光泽C60分子形状似足球导电性几乎不导电良好几乎不导电硬度天然存在的最硬的物质质软（最软的矿物之一）质脆导热性良好良好很差用途钻头、刻刀、装饰品等电极、铅笔芯、润滑剂等制备新材料、超导材料等3.木炭、活性炭的吸附性：

木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质都是由石墨的微小晶粒和少量杂质构成的，所以从严格的意义上来说它们还不是碳的单质（被称为无定形碳）。由于木炭和活性炭均具有疏松多孔的结构，因此它们具有较强的吸附能力，可以吸附毒气、色素以及有异味的物质等。木炭和活性炭有吸附性，所以它们在制糖工业、食品工业、防毒面具制作等方面有重要的应用。

【特别注意】1.金刚石和石墨在一定条件下可以相互转化，这个转化过程发生了化学变化。2.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。3.由于木炭疏松多孔，有很大的表面积，因此它具有吸附性，活性炭的吸附性比木炭更强。吸附作用是将气体或溶液里的微小粒子吸附在固体表面，没有生成新物质，属于物理变化。4.“碳”和“炭”的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称。比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等，这儿不能用“炭”。而“炭”指的是具体物质，它表示由碳元素组成的某种单质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”、“当碳燃烧时”。知识点02碳的化学性质

1.稳定性：在常温下，碳的化学性质不活泼。在高温下，碳能够与很多物质起反应。

2.可燃性（碳与氧气反应）：

（1）当氧气充足时，碳完全燃烧，生成二氧化碳，同时放出大量的热。实验现象：木炭在氧气中剧烈燃烧，发出白光，放热，生成无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体。C+O2CO2（2）当氧气不足时，碳不完全燃烧，生成一氧化碳，同时放出热量。2C+O22CO

3.还原性（碳与某些氧化物反应）：高温下碳能跟某些氧化物反应，夺取某些氧化物中的氧元素，使这些氧化物失去氧而发生还原反应。木炭还原氧化铜实验：药品：木炭粉（黑色）、氧化铜（黑色粉末）。

（2）实验现象：黑色粉末逐渐变红，澄清石灰水变浑浊。

（3）实验结论：2CuO＋C2Cu＋CO2↑

（4）几点说明：

①酒精灯加网罩可使火焰集中并提高温度；

②试管口要略向下倾斜；

③装置的气密性要良好；

④实验结束时，先撤出导气管，然后再熄灭酒精灯（防止澄清石灰水倒流入热的试管致使试管破裂），待试管冷却后再把试管内的粉末倒在纸上（防止生成的铜再被氧化成氧化铜）知识点03氧化还原反应1、碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）碳+某些金属氧化物高温金属单质+CO2↑2、氧化还原反应分析CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应氧化反应：物质结合氧元素的反应。还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO；还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等；3、碳与二氧化碳反应：C+CO22CO（吸热反应）4、补充：置换反应：一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应易错提示易错提示易错01碳的单质常见错误分析错误类型实例与解读对碳单质的性质认识不清金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的不同单质，所以它们的性质完全相同物理性质差异较大，主要因为碳原子排列方式不同。化学性质几乎相同对碳单质的结构认识错误金刚石无色透明、正八面体形状的固体石墨深灰色、不透明的细鳞片状固体，有金属光泽。C60每个分子由60个碳原子组成足球样分子。性质与用途对应错误金刚石用作钻头、刻刀硬度大金刚石作装饰品利用金刚石的光学性质石墨制作铅笔芯利用石墨硬度小的性质石墨做电极和电刷利用石墨能导电的性质石墨坩埚利用石墨耐高温的性质C60作超导体、制备新材料、医学应用。利用C60特殊的结构赋予的性质物质间转化认识错误误认为石墨转变成金刚石是物理变化因为石墨转变成金刚石过程中，生成新物质金刚石，故属于化学变化。不能木炭、活性炭的吸附性做出解释只是知道木炭、活性炭的吸附性木炭、活性炭具有疏松多孔的结构不能准确判断氧化剂和还原剂氧化剂氧化剂一失去氧→被还原一发生还原反应还原剂还原剂→得到氧→被氧化→发生氧化反应易错02二氧化碳性质和用途常见错误分析错误类型实例与解读二氧化碳性质认识错误二氧化碳能使紫色石蕊溶液变红二氧化碳与水反应的产物—碳酸使紫色石蕊溶液变红。二氧化碳不能支持燃烧活泼金属Na、镁可以在CO2中燃烧，应强调一般情况下。二氧化碳能与所有的碱反应二氧化碳不能与难溶性的碱反应，如氢氧化镁等。二氧化碳用途认识错误二氧化碳能用于人工降雨事实上是二氧化碳的固态形式干冰，升华吸热，用于制冷、人工降雨。二氧化碳有百害而无一利二氧化碳能参与光合作用、维持地球温度二氧化碳是空气污染物二氧化碳能引起温室效应，但不是空气污染物。二氧化碳检验、吸收方法错误用燃着木条检验二氧化碳应选用澄清石灰水检验二氧化碳应澄清石灰水吸收二氧化碳由于氢氧化钙的溶解性很小，一般不选用澄清石灰水吸收二氧化碳，而是用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳。易错03一氧化碳性质和用途常见错误错误类型实例与解读对一氧化碳性质的认识不足一氧化碳只有毒性一氧化碳不只有毒性，还有还原性。不能对一氧化碳的毒性做出科学解释一氧化碳有毒是因为不能支持呼吸一氧化碳通过呼吸系统进入血液与血红蛋白结合，使血红蛋白不能与氧气结合，使生物体内缺氧而中毒甚至死亡。对一氧化碳还原氧化铜实验的知识掌握不全面只描写黑色粉末逐渐变红现象现象描写不完整！还有澄清石灰水变浑浊、尾管处火焰为蓝色。先停止通入CO后熄灭酒精灯实验步骤错误不注重尾气处理尾气有毒，可点燃或收集。易错04本节的一些细节（1）C60由分子构成，C60可以表示一个C60分子，每个分子由60个碳原子构成。（2）碳：指碳元素、碳原子、碳的单质及化合物，在物质组成中写“碳”。（3）炭：指的是具体的物质，如木炭、焦炭、活性炭、炭黑，这些碳的单质的名称中写“炭”。（4）一种元素可以组成不同种单质；（5）石墨在一定条件下可以转化为金刚石，该变化为化学变化；（6）活性炭的吸附性是物理性质。（7）金刚石、石墨和C60的物理性质差异较大的原因：碳原子排列方式不同易错05实验—木炭还原氧化铜(1)实验操作a．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；b．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；c．集中加热；d．过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。(2)实验现象澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。(3)实验原理在碳还原氧化铜的反应中，C在反应中得到氧，发生氧化反应，具有还原性。CuO在反应中失去氧，发生还原反应，具有氧化性。(4)实验操作目的及注意事项a．反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。b．试管口应略向下倾斜：防止冷凝水倒流使试管炸裂。c．在酒精灯上加网罩的目的：集中火焰、提高温度。d．配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。e．实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。经典例题经典例题题型01碳的单质【例1】下图为金刚石、石墨和石墨烯的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法正确的是（）①石墨烯是一种混合物②三种物质分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同③金刚石和石墨烯是组成相同但结构不同的两种物质④石墨烯有超强的导电性和导热性，说明石墨烯的化学性质和金属相似A．①④ B．②③ C．①③ D．②③④【答案】B【解析】①石墨烯是由碳原子直接构成的碳单质，属于纯净物，故①错误；②金刚石、石墨、石墨烯均为碳单质，在氧气中充分燃烧均会产生二氧化碳，故②正确；③根据图示可知，金刚石和石墨烯均是由碳原子直接构成的碳单质，但是结构不同，属于两种物质，故③正确；④石墨烯有超强的导电性和导热性，导电性和导热性属于物理性质，说明石墨烯的物理性质和金属相似，故④错误；综上，②③正确。【变式】下列说法错误的是（）A．同种元素组成的物质，性质不一定相同B．同种元素组成的物质，性质一定相同C．不同的单质可以由同一种元素组成D．不同的单质可以有相同的化学性质【答案】B【解析】A、同种元素组成的物质，性质不一定相同，如O2，O3，两物质都是由氧元素组成，但是构成物质的分子不同，分子是保持物质化学性质的最小微粒，则化学性质不同，正确；B、同种元素组成的物质，性质不一定相同，根据上述分析可知O2，O3，组成元素相同，但化学性质不同，错误；C、不同的单质可以由同一种元素组成，如O2与O3，都是由氧元素组成的不同种单质，正确；D、不同的单质可以有相同的化学性质，如金刚石与石墨，两物质都是由碳原子组成的不同单质，但两物质的化学性质相同，正确。题型02单质碳的化学性质【例2】某同学课堂笔记片段如下，其中记录不正确的一处是（）A．a处 B．b处 C．c处 D．d处【答案】C【解析】A、该反应中，碳单质的化合价为0，氧化铜中铜元素显+2价，氧元素显2价，铜单质中铜元素化合价为0，二氧化碳中碳元素显+4价，氧元素显2价，故铜元素的化合价降低，正确；B、碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，反应条件是高温，正确；C、该反应中，碳得到氧，属于还原剂，发生了氧化反应，错误；D、铜是红色固体，正确。【变式】用木炭还原氧化铜的实验如图。(1)酒精灯加网罩的目的是_____________；(2)刚开始预热，试管②中立即产生气泡，但石灰水不变浑浊，原因是_____________；(3)继续加热，观察到试管①中现象_____________；②中现象_____________；请你写出试管①中的化学方程式：_____________；木炭常用于冶金工业，写出木炭与氧化铁反应的化学方程式_____________；(4)停止加热时，应先将导管从试管②中撤出，这样操作的原因是_____________。【答案】(1)集中火焰，提高温度(2)产生的气泡是装置中的空气(3)固体由黑色逐渐变为红色澄清的石灰水变浑浊C+2CuO高温2Cu+CO2↑3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑(4)防止石灰水倒流炸裂试管【解析】（1）酒精灯加网罩可以集中火焰，提高温度。（2）刚开始预热时，由于试管中的气体受热膨胀，则试管②中产生的气泡是装置中的空气。（3）碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳，碳和氧化铜为黑色，铜为红色，则试管①中现象是固体由黑色逐渐变为红色；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则②中现象为澄清的石灰水变浑浊；试管①中的化学方程式为C+2CuO高温2Cu+CO2↑；木炭具有还原性，能与氧化铁反应生成铁和二氧化碳，反应的化学方程式为3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑。（4）停止加热时，应先将导管从试管②中撤出，可防止石灰水倒流炸裂试管。根据课后强化课后强化1．元素化合价和物质类别是研究物质的两个重要维度。如图为碳元素的部分“价类二维图”，下列说法正确的是A．M为“混合物” B．X点对应的物质只有一种C．Y点对应的物质为 D．生成Y的方式只有一种2．碳是形成化合物种类最多的元素，含碳物质是化学研究的重要内容。下列有关含碳物质的性质或用途错误的是A．璀璨夺目的钻石是由碳原子构成B．金刚石和石墨的物理性质很大差异的原因是碳原子排列方式不同C．制糖工业中利用活性炭来脱色制白糖D．铅笔芯主要是用铅和少量碳粉制成的3．“催化转化器”可以将汽车尾气中的有毒气体一氧化碳和一氧化氮转变为无毒气体，其反应的微观示意图如图所示。下列有关该反应的说法不正确的是A．和性质不同的原因是分子构成不同B．参加反应的两种物质的分子个数比为1：1C．反应物均为氧化物D．反应前后各元素的化合价均未改变4．古人会将炉甘石（）和木炭粉混合，加热到高温后可得到金属锌，实验过程中有如下反应发生：①②。下列有关说法中错误的是A．X的化学式为B．反应②中C做氧化剂C．反应①前后各元素化合价均不改变D．反应前后锌元素质量不变5．化学学科核心素养是中国学生发展核心素养在化学课程中的具体化。下列有关知识理解正确的是A．化学观念：可以添加合适的催化剂，将水转化成汽油以节约石油资源B．科学思维：金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，所以它们的物理性质不同C．科学探究与实践：向某水样中加入适量肥皂水，振荡，出现大量泡沫，则该水样是硬水D．科学态度与责任：NO2、SO2、CO都是空气污染物，排放到空气中都会形成酸雨，应控制排放6．下列相关事实用微观粒子的知识解释正确的是选项事实解释A金刚石和石墨物理性质有很大差异碳原子结构不同B酒精温度计测温度原子间的间隔受热增大、遇冷减小C氧气和液氧都能支持燃烧构成的分子相同，化学性质相同D酸碱盐的水溶液导电溶液中含有大量自由移动的电子A．A B．B C．C D．D7．下列有关叙述、对应方程式、基本反应类型都正确的是A．拉瓦锡测定空气成分实验：2Hg+O2HgO

化合反应B．工业制取二氧化碳：CaCO3CaO+CO2↑

分解反应C．煤炉内产生蓝色火焰的反应：2C+O22CO

化合反应D．用木炭还原氧化铜：2CuO+C2Cu+CO2↑

还原反应8．实验室将一定量的碳粉和氧化铜粉末混合共热，剩余固体随着时间的关系如图。下列说法不正确的是A．t1时反应刚开始B．生成铜的质量一定为ngC．生成气体的质量为(mn)gD．剩余固体中铜元素的质量分数先变大后不变9．科学思维是化学核心素养的重要组成部分，下列示例说法错误的是A．比较：金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，故二者物理性质有较大差异B．转化：H2O、KClO3中均含氧元素，故都可用于实验室制取氧气C．分析：稀有气体用于霓虹灯，因为通电时稀有气体发出不同颜色的光D．推理：分子是由原子构成的，所以氧分子是由氧原子构成的10．“宏观辨识与微观探析”是化学学科的核心素养之一、下列事实的微观解释正确的是A．荷香缭绕如簇烟，清风拂面醉人间—荷香缭绕，说明分子在不断地运动B．分离液态空气制取氧气和氮气—空气分子可分解为氮分子和氧分子C．水通电分解生成氢气和氧气—水中含有氢分子和氧分子D．金刚石和石墨物理性质不同—构成物质的原子不同11．知道物质的微观结构，可帮助我们分析物质的性质。金刚石和石墨是常见的碳单质，其微观结构如图所示。下列说法正确的是A．构成金刚石和石墨的原子大小不同B．金刚石和石墨中原子排列方式相同C．1g金刚石和1g石墨所含原子数相同D．金刚石和石墨的物理性质完全相同12．化学技术驱动“碳达峰、碳中和”。CO2转化为炭黑回收利用的反应机理如图所示，依次发生过程Ⅰ和Ⅱ，“→”表示从反应物到生成物。下列说法不正确的是A．过程Ⅰ的化学方程式为 B．过程Ⅰ、Ⅱ中有铁元素化合价发生改变C．FeO在整个反应机理中可循环使用 D．C具有还原性，在该过程中被氧化13．下列选项中，符合化学学科核心素养的是A．创新与实践：用铁丝代替红磷测定空气中氧气的体积分数B．变化与守恒：化学反应前后，原子种类、质量与元素种类、质量均不变C．宏观与微观：金刚石和石墨中碳原子排列方式不同，所以它们的化学性质不同D．结构与性质：二氧化碳分子与一氧化碳分子由同种原子构成，所以它们的化学性质相同14．明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是A．倭铅是指金属锌和铅的混合物 B．煤炭中起作用的主要成分是CC．冶炼Zn的化学方程式为ZnCO3+2CZn+3CO↑ D．该冶炼锌的方法属于热还原法15．图中所示的事例分析不正确的是A．图甲：用墨绘制的古画保存至今——常温下碳的化学性质不活泼B．图乙：往鱼缸里不断通入空气，增加水中含氧量——氧气不易溶于水C．图丙：利用悬挂重物的细线检查墙壁是否竖直——重力的方向总是竖直向下D．图丁：在硬币上方沿与桌面平行方向吹气，硬币可能跳过木板——流体中流速越大的位置压强越大16．以某烧渣（主要成分为，含少量）为原料制备铁红（）的流程如下：查阅资料：“沉铁”环节发生反应的化学方程式为：(1)“焙烧”环节发生反应CO与作用生成FeO，该反应的化学方程式为；(2)“焙烧”过程中炭的作用有。（写一条即可）(3)当温度超过30℃时，“沉铁”的效率随温度升高而逐渐下降，原因可能是。(4)“沉铁”后过滤得到粗产品，其表面附着的阳离子为（填离子符号），故还需对其进行洗涤与干燥。17．在“宏微符”之间建立联系是化学特有的学科思维。(1)宏观探微观：金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是。(2)微观知宏观：催化生产甲醇（CH3OH）的化学反应微观示意图如图。①所表示的物质中，碳，氢、氧元素的质量比为（填最简整数比）。②处的微粒是（填化学式）。18．化学是一门以实验为基础的科学，实验是科学探究的重要手段。根据下图所示实验回答下列问题：(1)图1为电解水的装置，a、b两支玻璃管内生