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专题01 常见的单质
目录
考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢
重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 题型归纳：归纳常考热点题型，高效解题
难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升
学以致用：真题感知+提升专练，全面突破
复习要点聚焦
1.单质的概念与分类。
2.氧气的性质和用途。
3.氢气的性质和用途。
4.单质碳的性质和用途。
5.两个重要的还原性实验。
知识网络聚焦
一．氧气
1．物理性质
标准状况下，氧气是一种无色、无味的气体，密度比空气 大 ， 难 溶于水。
【点拨】氧气有三态变化，固体和液体为淡蓝色。
2．化学性质
（1）与非金属单质反应。
反应物 实验现象 反应方程式
硫 在空气中 淡蓝色火焰 放热，生成带有刺激性气味的气体 S+O2SO2
在氧气中 蓝紫色火焰
木炭 在空气中 发出红光 放热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 C+O2CO2
在氧气中 发出白光
磷 在空气或氧气中 发出黄色火焰，放出热量、产生大量 白烟 4P+5O22P2O5
氢气 在空气或氧气中 产生 淡蓝 色火焰，放出热量 2H2+O22H2O
【注意事项】
①与硫磺和磷反应时，集气瓶中要预留少量水吸收有毒有害物质，防止污染空气。
②氢气点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
（2）与金属单质反应。
反应物 实验现象 反应方程式
铁 在氧气中 剧烈燃烧、 火星四射 、生成 黑 色固体，放出大量的热 3Fe+2O2Fe3O4
镁 在空气或氧气中 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成 白 色固体 2Mg+O22MgO
铜 在空气或氧气中 铜丝表面变黑 2Cu+O22CuO
【注意事项】
①铁丝在空气中不能燃烧，只是红热；镁在氧气中燃烧更剧烈。
②做铁丝燃烧实验时，集气瓶中要预留少量水防止高温熔融物溅落瓶底，使集气瓶炸裂。
（3）与化合物反应。
反应物 实验现象 反应方程式
一氧化碳 在氧气中 产生 蓝 色火焰，放出大量的热 CO+CuOCu+CO2
甲烷 在空气或氧气中 产生明亮的蓝色火焰，放出大量的热 CH4+2O2CO2+2H2O
乙醇 在空气或氧气中 产生蓝色火焰，放出大量的热 C2H5OH+3O22CO2+3H2O
【注意事项】
甲烷和一氧化碳在点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
二．氢气
1．物理性质
颜色 常温下的状态 气味 水溶性 密度
无色 气体 无臭 难溶于水 最轻的气体，密度比空气小
2．化学性质
（1）可燃性
①装置：
②原理：2H2+O22H2O
③现象：烧杯内壁有水珠生成，烧杯变热；发出淡蓝色火焰。
（2）还原性
①装置：
②步骤：通入H2→加热→熄灭酒精灯→继续通入H2直至完全冷却
③现象：黑色粉末逐渐变成亮红色；试管口有水滴生成。
④原理：H2+CuOCu+H2O
⑤结论：氢气具有还原性
3. 氢气的验纯
如图所示，收集一试管氢气，用拇指堵住管口，管口向下，靠近火焰，移开拇指，如发出尖锐爆鸣声表明气体不纯，如声音很小则表示气体较纯。
　　　　　　 　　
Ⅰ.用拇指堵住集满 Ⅱ.靠近火焰，移开氢气的试管口拇指点火
4. 氢气的用途
（1）密度小——填充探空气球。
（2）可燃性——作燃料。
三．碳的单质
1．存在形式
①金刚石：无色透明的固体，是自然界中最硬的物质，可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。
②石墨：深灰色固体，是最软的矿物之一，有优良的导电性、导热和耐高温。可用于制铅笔芯,作高温润滑剂、电极和冶炼金属坩埚的材料。
③C60：由C60分子构成，形似足球，它应用于材料科学和超导体等方面。
④其它形式：碳纳米管、单层石墨片等。
⑤无定形碳：包括焦炭、木炭、活性炭和炭黑。焦炭、木炭是冶金和生活的常用燃料。活性炭疏松多孔，有很强的吸附能力，可作防毒口罩的滤毒层，或作防毒面具的滤毒罐、净水过滤器的吸附材料。炭黑在常温时非常稳定，用碳素墨汁所绘的画和书写的字经久不变色。
【点拨】
①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；
②一种元素可以组成不同种单质。
2．化学性质
（1）常温下，碳单质的化学性质稳定
在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光照射或与空气、水等接触都不容易起变化。
实际生活中利用这一性质有以下应用：
（1）需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。
（2）木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。
（2）碳能与氧气反应——可燃性
在点燃的条件下，碳可以在氧气（或空气）里燃烧，放出热量。
①氧气充足时，完全燃烧：C+O2CO2
②氧气不充足时，不完全燃烧：2C+O22CO
无论碳燃烧是否充分，都会放出热量，因此碳是生活生产中常用的燃料。
（3）碳能与某些氧化物反应——还原性
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。
题型一 氧气的性质和用途
典例1
下图是小宸同学用手掌总结氧气的化学性质的表示方法，手指上的物质能与掌心氧气反应，则下列说法正确的是
A．硫在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰
B．磷燃烧产生大量的有毒白雾，会污染空气
C．镁条在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作烟花、照明弹
D．氧气能与所有的物质反应，化学性质比较活泼，具有可燃性
【答案】C
【解析】A、硫在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，错误；
B、磷燃烧产生大量的有毒白烟，会污染空气，错误；
C、镁条在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作烟花、照明弹，正确；
D、虽然氧气化学性质比较活泼，不能说明能与所有的物质反应，且氧气不具有可燃性，只具有助燃性，错误。
故选：C
典例2
下列物质在空气或氧气中燃烧现象的描述中，正确的是
A．木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出热量
B．红磷在空气中燃烧，产生大量烟雾，放出热量
C．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成四氧化三铁
D．硫在氧气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成一种无色无味气体
【答案】A
【解析】A、木炭在氧气中燃烧的现象是发出白光，放出大量的热，生成能使澄清石灰水变浑的气体，故正确；
B、红磷在空气中燃烧，产生大量的白烟，放出大量的热，没有产生雾，故错误；
C、铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体，而生成四氧化三铁属于实验结论，故错误；
D、硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，产生一种具有刺激性气味的气体，故错误。
故选A。
题型二 氢气和氢气的性质
典例3
我国发射的“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”飞船，实施了首次空间飞行器无人交会对接试验．“天宫一号”飞行器升空所用燃料之一为液氢．下列有关氢气的说法，你认为不正确的是
A．氢气是一种无色、无臭、难溶于水的气体
B．氢气在空气中燃烧时，产生淡蓝色火焰
C．氢气和液氢的化学性质不同
D．点燃用排水法收集的一试管氢气，若发出尖锐的爆鸣声，则表明氢气不纯
【答案】C
【解析】
A、在通常状况下，氢气是一种无色、无臭、难溶于水的气体，正确；
B、氢气能在空气中燃烧，产生淡蓝色火焰，正确；
C、氢气和液氢是由相同的分子构成的，因此化学性质相同，错误；
D、做氢气验纯实验时，如发出尖锐的爆鸣声，则表明氢气不纯，正确；
典例4
水是生命活动不可缺少的物质。下图是探究水的组成实验装置，请回答相关的问题。
（1）为证明水不是由“水元素”组成的，1785 年，拉瓦锡在高温的条件下，用水蒸气与红热的铁反应，将水转化为氢气，同时生成四氧化三铁。模拟实验装置如图1所示。
①图1中导管口吹出来的肥皂泡往上飘走，说明氢气的密度比空气 。
②该反应的化学方程式为 。
（2）电解水实验的简易装置如图2所示，a中收集到的气体是 (填化学式)；从该实验得到关于水的组成的结论是 ；电解水反应的化学方程式为 ；从能量变化角度看，该过程是将 能转化为化学能。
【答案】（1）小 3Fe+4H2O3Fe3O4+4H2
（2）H2 水由氢元素和氧元素组成 2H2O2H2↑+ O2↑ 电
【解析】（1）①图1中导管口吹出来的肥皂泡往上飘走，说明氢气的密度比空气小，故填：小。
②在高温的条件下，用水蒸气与红热的铁反应，将水转化为氢气，同时生成四氧化三铁，该反应化学符号表达式为：3Fe+4H2O3Fe3O4+4H2，故填：3Fe+4H2O3Fe3O4+4H2。
（2）电解水实验中，与电源负极相连试管内产生的气体量较多，该气体是氢气（H2）；水通电生成氢气和氧气，根据化学反应前后元素种类不变，可得到关于水的组成的结论是：水由氢元素和氧元素组成；电解水反应的符化学反应方程式为：2H2O2H2↑+ O2↑；从能量变化角度看，该过程是将电能转化为化学能。故填：H2；水由氢元素和氧元素组成；2H2O2H2↑+ O2↑；电。
题型三 碳单质的性质和用途
典例5
碳世界丰富多彩，根据如图回答下列问题：
（1）图C代表的物质的名称为 　 　 ，木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与 　 　 (从A、B、C中选择)类似。
（2）图A表示的物质是由 　 　 (填“分子”或“原子”)构成的。
（3）上述A、B、C三种物质的物理性质不同的原因是 　 　 　 　 。
（4）由C在一定条件下制取B，发生的变化属于 　 　 (填“物理”或“化学”)变化。
（5）图D中向盛有红棕色NO2气体的烧瓶中投入若干块木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到红棕色变浅的原因是木炭具有 　 　 性。
【答案】（1）金刚石 　B 　
（2）分子
（3）碳原子排列方式不同
（4）化学
（5）吸附
【解析】（1）由图可知，图C代表的物质的名称为金刚石，木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与B石墨类似。
（2）图A表示的物质是C60，C60是由分子构成的。
（3）上述A、B、C三种物质都是碳元素组成的单质，其物理性质不同的原因是物质中的碳原子排列方式不同。
（4）由金刚石制取石墨，生成了新物质，发生的是化学变化。
（5）木炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，将有颜色的NO2气体吸附。
题型四 木炭还原氧化铜
典例6
碳元素被称为“大自然的建筑师”，回答下列与含碳物质有关的问题。
（1）古代用墨书写或绘制的字画虽年久仍不变色的原因是________________________。
（2）金刚石和石墨都是碳元素组成的单质，它们物理性质不同的原因是_____________________。
（3）如图是木炭还原氧化铜的实验，左边大试管中的反应现象是________________，其反应的化学方程式是__________________。单质碳的还原性可以用于冶金工业。右边小试管中的现象是__________________，有关化学方程式是_________________________。
【答案】（1）常温下碳的化学性质稳定
（2）碳原子排列方式不同
（3）黑色固体变红色 2CuO+C2Cu+CO2↑ 澄清石灰水变浑浊 CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O
【解析】（1）碳单质常温下化学性质稳定，不易和其他物质反应，墨中的主要成分是碳单质，所以用墨书写或绘制的字画能保存很长时间而不变色。
（2）金刚石和石墨都是由碳原子直接构成的，金刚石中碳原子以空间网状结构排列，石墨中碳原子以层状结构排列，碳原子排列方式不同，所以物理性质不同。
（3）碳和氧化铜高温反应生成铜和二氧化碳，则现象是黑色固体变红色，化学方程式为2CuO+C2Cu+CO2↑。澄清石灰水中的氢氧化钙能和二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水，则右边小试管中的现象是澄清石灰水变浑浊，化学方程式为CO2+Ca(OH)2＝CaCO3↓+H2O。
典例7
某同学在学习木炭和氧化铜反应的知识后，产生了疑问：木炭与氧化铜反应生成的气体有哪些？同学们带着疑问进行了下列探究：
【提出猜想】
（1）猜想一：只有______； 猜想二：只有CO； 猜想三：既有CO2又有CO。
【查阅资料】
a．浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化，但遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色。
b．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
【实验步骤】
连接好实验装置，并进行实验，装置如图所示（夹持仪器已省）：
步骤一：打开弹簧夹，先通一会儿纯净干燥的氮气；
步骤二：关闭弹簧夹，点燃酒精喷灯对硬质玻璃管加热。
步骤三：实验结束后，拆洗装置和仪器。
【实验分析】
（2）若观察到氯化钯试纸______，澄清石灰水变浑浊，则猜想一成立。
（3）若观察到______，则猜想三成立。
（4）若猜想一成立则B中发生反应的方程式为______。
【实验反思】
（5）该实验开始前通一会儿N2的目的是______。实验过程中硬质玻璃管中的现象是______。
（6）实验结束时，熄灭酒精喷灯的同时停止通入N2，有同学认为在实验过程中装置D没有作用，可以去除，你认为是否可行？______（填“可行”或“不可行”），请说明理由______。
【答案】（1）CO2 （2）无变化
（3）氯化钯试纸变蓝，澄清石灰水变浑浊
（4）2CuO+C2Cu+CO2↑
（5）排出实验器材内的空气 黑色固体变红
（6）不可行 如去掉D，熄灭酒精喷灯并停止通入氮气后E中液体会倒吸入热的玻璃管中，导致玻璃管炸裂
【解析】（1）碳和氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，结合化学反应前后元素不变，铜、碳、氧能组成的常见气体时一氧化碳、二氧化碳，结合猜想二、猜想三，可推测猜想一：只有CO2；
（2）结论是猜想一成立，则无一氧化碳，浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化，但遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色，则观察到氯化钯试纸无变化；
（3）猜想三成立则有二氧化碳和一氧化碳，所以观察到的现象是氯化钯试纸变蓝且澄清石灰水变浑浊；
（4）若猜想一成立，则B中发生反应：碳和氧化铜高温反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：2CuO+C2Cu+CO2↑；
（5）通入氮气可以排出原来装置中的空气，空气中含有氧气，能和碳点燃生成二氧化碳，所以通入氮气的目的是排出原装置中的空气，避免碳和氧气反应生成二氧化碳，对二氧化碳的检验造成影响；实验过程中硬质玻璃管中碳和氧化铜加热反应生成铜和气体，则现象是黑色固体变为红色；
（6）通过D装置中的两个导管都是短管可知D是一个防倒吸装置，同时停止加热及通入氮气，则玻璃管内的气体收缩，如有D，则E中液体进入D后不会继续倒吸入C及B，如没有D，则E中液体倒吸入C，C中长导管与B相连，则进入C中的液体会从导管进入B中，会导致玻璃管遇冷炸裂，所以不可行，理由是如去掉D，熄灭酒精喷灯并停止通入氮气后E中液体会倒吸入热的玻璃管中，导致玻璃管炸裂。
强化点一 氧气性质实验中的易错点
1. 要正确使用描述现象的词语，如“烟”与“雾”、“光”与“火焰”等词语的使用场景各不相同；
现象 解释 实例
烟 由固体小颗粒悬浮在空气中形成的现象。 红磷燃烧时产生大量“白烟”
雾 小液滴悬浮在空气中形成的现象。 打开盛有浓盐酸的试剂瓶瓶塞看到“白雾”。
光 熔点较高的可燃物燃烧时没有火焰，只产生光或火星。
火焰 气态物质燃烧时产生的特有现象 可燃性气体(如氢气)、熔点较低的固体(如硫磺)、易汽化的液体(如酒精)燃烧时除发光、放热外都有火焰。
2. 氧气燃烧实验中操作细节要正确把握
①点燃可燃物后，应自上而下缓慢插入到集气瓶中，防止燃烧放热，使氧气受热膨胀溢出；
②铁丝应用火柴引燃，且待接近熄灭时再插入到氧气的集气瓶中，防止火柴燃烧耗去较多的氧气，使铁丝不能燃烧；集气瓶中要预留少量水防止高温熔融物溅落瓶底，使集气瓶炸裂。
③与硫磺和磷反应时，集气瓶中要预留少量水吸收有毒有害物质，防止污染空气。
④氢气、一氧化碳、甲烷点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
强化点二 两个还原性实验注意点
1. 氢气还原氧化铜时，一定要先通氢气，将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸；
2. 氢气还原氧化铜时，试管口略向下倾斜，防止生成的水倒流，使试管炸裂；
3. 氢气还原氧化铜实验结束后，应继续通入通入一段时间的氢气，防止红热的铜被氧化；
4. 木炭还原氧化铜时，要在酒精灯火焰周围添加金属网罩(集中火焰，提高温度)，或使用酒精喷灯；
5. 木炭还原氧化铜实验结束时，应先撤导管，再熄灭酒精灯，防止液体倒流，使试管炸裂。
真题感知
1．（2023广西真题）下列实验现象描述正确的是
A．磷在空气中燃烧产生大量的白雾
B．木炭在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C．镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，生成黑色固体
D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
【答案】D
【解析】A、磷在空气中燃烧产生大量的白烟，而不是白雾，故选项实验现象描述不正确；
B、木炭在空气中燃烧发出红光，放热，故选项实验现象描述不正确；
C、镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，放热，生成白色固体，故选项实验现象描述不正确；
D、铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放热，并生成黑色固体，故选项实验现象描述正确。
故选D。
2．（2023四川省凉山州真题）某同学在奥运五环中填入了五种物质，图中环的相交部分是两种物质在一定条件下发生化学反应的现象，其中描述错误的是
A．产生淡蓝色火焰，生成无色无味气体
B．剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
C．有红色固体析出，溶液逐渐由蓝色变成浅绿色
D．产生蓝色沉淀
【答案】A
【解析】A、硫在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味，故选项说法错误；
B、铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体四氧化三铁，故选项说法正确；
C、铁与蓝色硫酸铜溶液反应生成浅绿色硫酸亚铁溶液和红色铜单质，故选项说法正确；
D、硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜蓝色沉淀和硫酸钠，会观察到产生蓝色沉淀，故选项说法正确。故选A。
3．（2022湖南长沙真题）“碳家族”的成员很多，用途很广。下列说法正确的是
A. 石墨不具有导电性 B. C60单质是由碳原子直接构成的
C. 活性炭具有吸附性 D. 金刚石和石墨里碳原子的排列方式相同
【答案】C
【解析】A、石墨具有良好的导电性，不符合题意；
B、C60由C60分子构成，不符合题意；
C、活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，符合题意；
D、金刚石和石墨均是碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，不符合题意。
故选C。
4．（2022江苏泰州真题）以氢能源作为新型汽车燃料是未来重点发展领域。
（1）纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰；若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸，氢气安静地燃烧和爆炸的反应原理　 　（填“是”或“不”）一样。
（2）将点燃H2伸入黄绿色的Cl2中，H2继续燃烧，发出苍白色火焰，放热，微观反应过程如图所示：
①氢气在氯气中燃烧的化学方程式为　 　，与氢气在氧气中燃烧的操作一样，在试验氢气在氯气中燃烧前，必须先　 　 。
②从氢气可在氯气中燃烧，其结论：燃烧　 　（填“一定”或“不一定”）要有氧气参加。
【答案】（1）是
（2）①Cl2+H22HCl 检验氢气的纯度 ②不一定
【解析】（1）爆炸是可燃物在有限的空间内急剧地燃烧，就会在短时间内聚集大量的热，使气体的体积迅速膨胀而引起的现象；纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰；若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸，均是氢气燃烧引起的，氢气安静地燃烧和爆炸的反应原理一样。
（2）①氢气在氯气中燃烧生成氯化氢气体，反应的化学方程式为：Cl2+H22HCl；与氢气在氧气中燃烧的操作一样，在试验氢气在氯气中燃烧前，为防止发生爆炸，必须先检验氢气的纯度。
②从氢气可在氯气中燃烧，可以得出：燃烧不一定要有氧气参加。
提升专练
1．“新冠肺炎”重症患者需要使用呼吸机来为其提供氧气，下列关于氧气的描述正确的是
A．通常状况下，氧气是一种无色、无味的气体
B．氧气是一种密度比空气密度略小的气体
C．氧气在低温、高压时能变为无色液体或固体
D．水中鱼能生存，说明氧气易溶于水
【答案】A
【解析】A、在通常状况下,氧气是一种无色无味的气体，故A 正确；
B、氧气的相对分子质量略大于空气，故氧气密度略大于空气密度，故B错误；
C、氧气在低温、高压时能变为淡蓝色液体或固体，故C错误；
D、氧气不易溶于水，故D错误。
故选A。
2．同学们在观察实验时描述的下列实验现象正确的是
A．红磷在空气中燃烧，产生大量白色烟雾
B．石蜡在氧气中燃烧时，有水和二氧化碳生成
C．硫粉在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体并放热
D．铁在空气中剧烈燃烧、火星四射、生成白色固体
【答案】C
【解析】A. 红磷在空气中燃烧，产生大量的白烟，而不是白色烟雾，故A错误；
B.题目考查的是实验现象，石蜡在氧气中燃烧生成水和二氧化碳是结论，实验现象应该描述为：有水珠生成，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，故B错误；
C.硫粉在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体并放热，故C正确；
D.铁在空气不燃烧，在氧气中剧烈燃烧，火星四射并生成黑色固体，故D错误；
故选：C。
3．如图是硫和铁在空气中和氧气中燃烧的实验，铁丝在空气中不能燃烧，但是纳米铁粉在空气中稍加热即可剧烈燃烧。下列说法正确的是
A．实验甲和乙观察到的现象不一样，是因为反应物的种类不一样
B．实验甲和乙的生成物相同，但是实验丙和丁的生成物不同
C．从四个实验中可以看出，增大反应物的浓度和反应物接触面积，可以使反应更剧烈
D．四个实验中，水的主要作用都是防止集气瓶炸裂
【答案】C
【解析】A、硫在空气中燃烧发出淡蓝色火焰，在氧气中燃烧发出蓝紫色火焰，其反应物都是硫与氧气反应，现象不同的原因是氧气的浓度不同，故错误；
B、硫在空气和氧气中燃烧生成物都是二氧化硫，铁燃烧生成物均是四氧化三铁，故错误；
C、硫在氧气中燃烧更剧烈，铁丝在空气中不能燃烧但能在氧气中燃烧，而纳米铁在空气中可以燃烧，从甲、乙，丙、丁实验中可以看出增大反应物的浓度和反应物接触面积可以使反应更充分更剧烈，故正确；
D、实验甲和实验乙中水的作用是吸收生成有毒的二氧化硫气体，防止空气污染，实验丙、丁中水的主要作用是防止高温熔融物直接掉落导致集气瓶炸裂，故错误；
故选：C。
4．氢气肥皂泡在空气中迅速上升，这一事实说明氢气
A．无色 B．无气味 C．难溶于水 D．密度比空气小
【答案】D
【解析】氢气流吹起的肥皂泡在空气中上升，说明氢气的密度比空气小，如果密度比空气大，肥皂泡会在空气中下降。故选D。
5．中科院赣江创新研究院等开发出高储氢密度和放氢速率的合金储氢材料，能延长手持氢气火炬的续航时间，助力北京冬奥会。下列关于氢气的说法不正确的是
A．氢气燃烧产生明亮的蓝紫色火焰 B．氢气燃烧不会产生污染物
C．同温同压时，氢气密度比空气小 D．氢气在点燃前需检验纯度
【答案】A
【解析】A、氢气燃烧产生淡蓝色火焰，此选项错误；
B、氢气燃烧生成水，不会产生污染物，正确；
C、同温同压时，氢气密度比空气小，正确；
D、氢气具有可燃性，不纯的氢气在点燃时容易发生爆炸，故在点燃前需检验纯度，正确。
故选A。
6．用排空气法收集氢气检验纯度，有爆鸣声，接下去的操作是
A．用向上排空气法收集
B．可以做有关氢气性质的实验
C．用拇指堵住管口一会儿，再用向下排空气法收集
D．立即用原试管再收集，再检验纯度
【答案】C
【分析】检验氢气纯度的方法：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，管口向下移近酒精灯火焰，松开拇指点火，如果听到尖锐的爆鸣声，表明氢气不纯，需要再收集，再检验，直到听到轻微的响声，才表明氢气已经纯净。
【解析】A、氢气的密度小于空气，应用向下排空气法收集，错误；
B、不纯的氢气在加热或点燃时，可能发生爆炸，不纯氢气不可以做有关氢气性质的实验，错误；
C、不纯氢气，用拇指堵住管口一会儿，再用向下排空气法收集，等试管中的氢气的火焰熄灭后再收集氢气检验纯度，以免点燃气体发生装置中的氢气而发生爆炸，正确；
D、不纯氢气，用拇指堵住管口一会儿，再用向下排空气法收集，等试管中的氢气的火焰熄灭后再收集氢气检验纯度，以免点燃气体发生装置中的氢气而发生爆炸，错误。
故选C。
7．下列用途，利用氢气物理性质的是
A．还原金属氧化物 B．制取盐酸
C．充填探空气球 D．高能燃料
【答案】C
【解析】A、氢气还原金属氧化物是氢气和金属氧化物反应生成金属单质的过程，有其他物质生成，属于化学变化，故此用途利用的是氢气的化学性质，A错误；
B、氢气和氯气反应生成氯化氢，把氯化氢溶于水得到盐酸，故此用途利用的是氢气的化学性质，B错误；
C、氢气是最轻的气体，其密度比空气小，氢气充入气球中，气球就可以升向空中，成为探空气球，故此用途利用了氢气的物理性质，C正确；
D、氢气和氧气反应放出大量热，氢气可以作为高能燃料，故此用途利用了氢气的化学性质，D错误。
故选：C。
8．通过研究氢气的燃烧来认识水的组成，下列说法正确的是
A．氢气在纯氧中安静地燃烧，产生黄色火焰
B．点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干冷烧杯，可以看到白烟
C．点燃氢气，罩在火焰上的干冷烧杯只出现水珠，可见水由氢元素和氧元素组成
D．由实验可知水是由氢气和氧气组成的
【答案】C
【分析】根据氢气具有可燃性，燃烧产生淡蓝色火焰，生成物的特点和质量守恒定律进行分析判断。
【解析】A．氢气在空气中燃烧时产生淡蓝色火焰，故错误；
B．点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干冷烧杯，可以看到烧杯壁有小水珠出现，故错误；
C．根据质量守恒定律和生成物水，可知水由氢元素和氧元素组成，故正确；
D．水是纯净物，不含有氢气和氧气，故错误。
故选：C。
9．中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行是依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。石墨制成的电刷与下列石墨的性质无关的是
A．滑腻感 B．还原性 C．稳定性 D．导电性
【答案】B
【分析】根据石墨的性质与用途来分析解答。
【解析】动车的运行是依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电源，使用石墨制作电刷不仅因为石墨能耐高温，化学性质稳定，还利用了石墨的滑腻感和导电性，与还原性无关。
故选：B。
10．下列关于碳单质的说法正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃
B．石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属
C．活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质
D．金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的
【答案】A
【分析】金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的原子构成方式不同，所以他们的物理性质有较大的差异，解答本题主要是利用它们的性质及用途。
【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可以做钻头，切割玻璃大理石等，正确；
B、石墨有金属光泽，有导电性，但不是金属，选项错误；
C、活性炭具有吸附性，但不可以吸附所有物质，选项错误；
D、金刚石、石墨是由碳原子直接构成的，但足球烯（C60）是由C60分子构成的，选项错误；
故选：A。
11．中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒，可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性，结构如下。下列说法不正确的是
A．石墨烯和石墨双炔都是单质
B．石墨烯和石墨双炔性质完全相同
C．石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2
D．石墨烯和石墨双炔均可作电极材料
【答案】B
【分析】根据石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，碳原子排列顺序不同，据此解答。
【解析】A、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知，石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质，说法正确，该选项不符合题意；
B、根据图示可知，石墨烯和石墨双炔中碳原子排列顺序不同，性质不完全相同，化学性质相同，物理性质不同，说法错误，该选项符合题意；
C、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成”可知，石墨烯和石墨双炔都是由碳元素组成的单质，石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2，说法正确，该选项不符合题意；
D、根据“石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性”可知，石墨烯和石墨双炔均可作电极材料，说法正确，该选项不符合题意。
故选：B。
12．兴趣小组为了探究C与CuO反应生成的气体，设计如图装置进行实验：
步骤①先向波形管中通入N2一会儿，在戊处连接瘪气球，关闭甲处止水夹；
步骤②点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；
步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯。
观察到乙、丁两处均有红色物质生成，丙处澄清石灰水变浑浊。下列说法错误的是
A．通N2是为了排出氧气，避免干扰后续实验
B．步骤②与步骤③均加热丁处，是对照实验
C．从丙处现象推理C与CuO反应一定生成了CO2
D．从丁处现象推理C与CuO反应一定生成了CO
【答案】D
【分析】根据实验目的可知，先通入氮气，排净装置中的空气，先点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；证明氮气不能还原氧化铜；步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯，观察到乙、丁两处均有红色物质生成，丙处澄清石灰水变浑浊，说明木炭与氧化铜高温下反应生成二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳有毒，需要进行尾气处理，用气球来吸收，据此分析。
【解析】A.一氧化碳与氧气混合加热可能发生爆炸，铜与氧气加热条件下反应生成氧化铜，因此通N2是为了排出装置内的氧气，避免干扰后续实验，故正确；
B.步骤②点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；说明氮气不能还原氧化铜；步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯，为了验证一氧化碳与氧化铜的反应，因此步骤②与步骤③均加热丁处，是为了排除氮气对实验的影响，属于对照实验，故正确；
C.碳与氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳，乙处物质变红，丙处澄清石灰水变浑浊，所以从丙处现象能推理C与CuO反应一定生成了CO2，故正确；
D.一氧化碳具有还原性，二氧化碳、氮气均没有还原性，因此丁处黑色物质变红，说明有单质铜产生，只能是一氧化碳气体与氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳；由于在高温条件下碳和二氧化碳反应也生成了一氧化碳，不能从丁处现象推理C与CuO反应一定生成了CO，故错误；
故选：D。
13．如图是探究物质的变化与木炭还原性的综合实验装置。把绕成螺旋状的铜丝一端固定在橡皮塞上，先加热铜丝待表面变黑后再插入这支试管的木炭粉中，打开弹簧夹后加热。下列说法不正确的是
A．铜丝加热变黑是铜与氧气反应生成了新物质
B．铜丝表面及澄清石灰水的变化说明木炭具有还原性
C．试管向下倾斜的目的是防止反应生成的水回流
D．反应结束后应先夹紧弹簧夹再熄灭酒精灯
【答案】C
【解析】A、铜丝加热变黑是因为铜与氧气反应生成了新物质氧化铜，氧化铜是黑色的，故选项说法正确。
B、木炭能和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳，实验中木炭还原了氧化铜生成铜，铜丝表面由黑色又变成红色，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，则铜丝表面及澄清石灰水的变化说明木炭具有还原性，故选项说法正确。
C、试管中的反应是木炭和氧化铜在高温的条件下生成铜和二氧化碳，反应中无水生成，则试管向下倾斜的目的不是防止反应生成的水回流，而是防止冷凝水回流使试管炸裂，故选项说法不正确。
D、反应结束后应先夹紧弹簧夹再熄灭酒精灯，防止熄灭酒精灯后试管温度降低，管内压强减小，澄清石灰水倒流引起试管炸裂，故选项说法正确。
故选：C。
14．如图为氢气燃烧的微观示意图：
（1）读图获得的信息是______(写一条即可)。
（2）根据图示写出氢气燃烧的化学反应方程式：______，该反应属于______(填一种基本反应类型)。
（3）纯净的氢气在空气中安静地燃烧，若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸。所以在点燃氢气前，必须先检验氢气的______。
（4）“氢气具有可燃性”，这属于氢气的______(填“物理”或“化学”)性质。此性质决定了氢气的用途是________。
【答案】（1）原子是化学变化中的最小微粒
（2）2H2+O22H2O 化合反应
（3）纯度
（4）化学 作燃料
【解析】（1）由图中微粒的变化可知，原子在化学变中没有再分，原子是化学变化中的最小微粒。
（2）由图示可知，氢气燃烧生成了水，化学反应方程式是：2H2+O22H2O，该反应由两种物质生成了一种物质，属于化合反应。
（3）纯净的氢气在空气中安静地燃烧，若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸，所以在点燃氢气前，必须先检验氢气的纯度。
（4）“氢气具有可燃性”，需要通过化学变化可来表现，这属于氢气的化学性质，此性质决定了氢气的用途是作燃料。
15．阅读科普短文，回答下列问题。
5G平板电脑创新搭载了3D石墨烯散热技术，石墨烯是指由单层碳原子组成的二维薄片。工业上可采用甲烷（CH4）制取石墨烯。
纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，促进新陈代谢。另外，石墨烯中的含氧基团能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法生存。实验人员研究不同面料中掺加石墨烯后的抗菌效果。测得其他图1条件相同时，四种面料对大肠杆菌等三种菌体的抑菌率结果如图2。

（1）石墨烯与金刚石的物理性质差异较大，从微观角度分析，其原因是 　 　。
（2）根据图2可推断“石墨烯—棉混纺纱面料的抗菌性能比棉混纺纱面料”　 　（填“强”或“弱”）。
（3）关于石墨烯的相关认识正确的是 　 　。
A．石墨烯可以利用远红外线为人体供暖
B．面料的抑菌率与菌体种类无关
C．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
D．应用于5G平板电脑，是利用了石墨烯的导热性
（4）写出甲烷燃烧的化学方程式 　 　。
【答案】（1）碳原子排列方式不同
（2）强
（3）AD
（4）CH4+2O2CO2+2H2O
【解析】（1）石墨烯与金刚石都为碳单质，但由于碳原子排列方式不同，则它们的物理性质差异很大。
（2）由题文中的图2可知，菌体种类相同时，石墨烯—棉混纺纱面料的抑菌率均强于棉混纺纱面料。
（3）A、在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，故A符合题意；
B、由图2可知，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，故B不符合题意；
C、由材料可知，抑菌率越高，表明抗菌性能越强，故C不符合题意；
D、由题文“5G平板电脑创新搭载了3D石墨烯散热技术”，故D符合题意；
（4）甲烷燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式书为CH4+2O2CO2+2H2O 。
16．某同学收集了三瓶氧气，做氧气性质实验。
（资料）二氧化硫与氢氧化钠溶液反应，生成亚硫酸钠，亚硫酸钠能溶于水。
（1）“木炭在氧气中燃烧”的装置如图1所示，观察到的实验现象是：剧烈燃烧，________，放出大量的热”。若要说明该实验中有新物质生成，采取的后续操作是______。
（2）“硫在氧气中燃烧”的装置如图2所示。反应现象是“剧烈燃烧，产生____，放出大量的热”；集气瓶中加入的液体可能是_____，其目的为_______。
（3）“铁丝在氧气中燃烧”的装置如图3所示，回答下列问题。
观察到的实验现象是：铁丝剧烈燃烧，放出大量热，_______。该反应的化学方程式是____。集气瓶中预先加入少量的水，其目的为________。
【答案】（1）发出白光 往集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡
（2）蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体 氢氧化钠溶液 吸收二氧化硫，防止空气污染
（3）火星四射，生成黑色固体 3Fe+2O2Fe3O4 防止高温熔化物溅落，炸裂瓶底
【解析】（1）“木炭在氧气中燃烧”的装置如图1所示，观察到的实验现象是：剧烈燃烧，发出白光，放出大量的热”。木炭燃烧生成二氧化碳，检验二氧化碳用澄清石灰水，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。若要说明该实验中有新物质生成，采取的后续操作是往集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡。
（2）“硫在氧气中燃烧”的装置如图2所示。反应现象是“剧烈燃烧，产生蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体，放出大量的热”；硫燃烧生成二氧化硫，集气瓶中加入的液体可能是氢氧化钠溶液，其目的为吸收二氧化硫，防止空气污染。
（3）“铁丝在氧气中燃烧”，观察到的实验现象是：铁丝剧烈燃烧，放出大量热，火星四射，生成黑色固体。铁丝燃烧生成四氧化三铁，该反应的化学方程式是：3Fe+2O2Fe3O4。集气瓶中预先加入少量的水，其目的为防止高温熔化物溅落，炸裂瓶底。
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专题01 常见的单质
目录
考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢
重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺 题型归纳：归纳常考热点题型，高效解题
难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升
学以致用：真题感知+提升专练，全面突破
复习要点聚焦
1.单质的概念与分类。
2.氧气的性质和用途。
3.氢气的性质和用途。
4.单质碳的性质和用途。
5.两个重要的还原性实验。
知识网络聚焦
一．氧气
1．物理性质
标准状况下，氧气是一种无色、无味的气体，密度比空气 大 ， 难 溶于水。
【点拨】氧气有三态变化，固体和液体为淡蓝色。
2．化学性质
（1）与非金属单质反应。
反应物 实验现象 反应方程式
硫 在空气中 淡蓝色火焰 放热，生成带有刺激性气味的气体 S+O2SO2
在氧气中 蓝紫色火焰
木炭 在空气中 发出红光 放热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体 C+O2CO2
在氧气中 发出白光
磷 在空气或氧气中 发出黄色火焰，放出热量、产生大量 白烟 4P+5O22P2O5
氢气 在空气或氧气中 产生 淡蓝 色火焰，放出热量 2H2+O22H2O
【注意事项】
①与硫磺和磷反应时，集气瓶中要预留少量水吸收有毒有害物质，防止污染空气。
②氢气点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
（2）与金属单质反应。
反应物 实验现象 反应方程式
铁 在氧气中 剧烈燃烧、 火星四射 、生成 黑 色固体，放出大量的热 3Fe+2O2Fe3O4
镁 在空气或氧气中 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出热量，生成 白 色固体 2Mg+O22MgO
铜 在空气或氧气中 铜丝表面变黑 2Cu+O22CuO
【注意事项】
①铁丝在空气中不能燃烧，只是红热；镁在氧气中燃烧更剧烈。
②做铁丝燃烧实验时，集气瓶中要预留少量水防止高温熔融物溅落瓶底，使集气瓶炸裂。
（3）与化合物反应。
反应物 实验现象 反应方程式
一氧化碳 在氧气中 产生 蓝 色火焰，放出大量的热 CO+CuOCu+CO2
甲烷 在空气或氧气中 产生亮的蓝色火焰，放出大量的热 CH4+2O2CO2+2H2O
乙醇 在空气或氧气中 产生蓝色火焰，放出大量的热 C2H5OH+3O22CO2+3H2O
【注意事项】
甲烷和一氧化碳在点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
二．氢气
1．物理性质
颜色 常温下的状态 气味 水溶性 密度
无色 气体 无臭 难溶于水 最轻的气体，密度比空气小
2．化学性质
（1）可燃性
①装置：
②原理：
③现象：烧杯内壁有水珠生成，烧杯变热；发出淡蓝色火焰。
（2）还原性
①装置：
②步骤：通入H2→加热→熄灭酒精灯→继续通入H2直至完全冷却
③现象：黑色粉末逐渐变成亮红色；试管口有水滴生成。
④原理：
⑤结论：氢气具有还原性
3. 氢气的验纯
如图所示，收集一试管氢气，用拇指堵住管口，管口向下，靠近火焰，移开拇指，如发出尖锐爆鸣声表明气体不纯，如声音很小则表示气体较纯。
　　　　　　 　　
Ⅰ.用拇指堵住集满 Ⅱ.靠近火焰，移开氢气的试管口拇指点火
4. 氢气的用途
（1）密度小——填充探空气球。
（2）可燃性——作燃料。
三．碳的单质
1．存在形式：
①金刚石：无色透明的固体，是自然界中最硬的物质，可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。
②石墨：深灰色固体，是最软的矿物之一，有优良的导电性、导热和耐高温。可用于制铅笔芯,作高温润滑剂、电极和冶炼金属坩埚的材料。
③C60：由C60分子构成，形似足球，它应用于材料科学和超导体等方面。
④其它形式：碳纳米管、单层石墨片等。
⑤无定形碳：包括焦炭、木炭、活性炭和炭黑。焦炭、木炭是冶金和生活的常用燃料。活性炭疏松多孔，有很强的吸附能力，可作防毒口罩的滤毒层，或作防毒面具的滤毒罐、净水过滤器的吸附材料。炭黑在常温时非常稳定，用碳素墨汁所绘的画和书写的字经久不变色。
【点拨】
①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；
②一种元素可以组成不同种单质。
2．化学性质
（1）常温下，碳单质的化学性质稳定
在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光照射或与空气、水等接触都不容易起变化。
实际生活中利用这一性质有以下应用：
（1）需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。
（2）木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。
（2）碳能与氧气反应——可燃性
在点燃的条件下，碳可以在氧气（或空气）里燃烧，放出热量。
①氧气充足时，完全燃烧：C+O2CO2
②氧气不充足时，不完全燃烧：2C+O22CO
无论碳燃烧是否充分，都会放出热量，因此碳是生活生产中常用的燃料。
（3）碳能与某些氧化物反应——还原性
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。
题型一 氧气的性质和用途
典例1
下图是小宸同学用手掌总结氧气的化学性质的表示方法，手指上的物质能与掌心氧气反应，则下列说法正确的是
A．硫在氧气中燃烧，产生淡蓝色火焰
B．磷燃烧产生大量的有毒白雾，会污染空气
C．镁条在空气中燃烧发出耀眼的白光，可用于制作烟花、照明弹
D．氧气能与所有的物质反应，化学性质比较活泼，具有可燃性
典例2
下列物质在空气或氧气中燃烧现象的描述中，正确的是
A．木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出热量
B．红磷在空气中燃烧，产生大量烟雾，放出热量
C．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成四氧化三铁
D．硫在氧气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成一种无色无味气体
题型二 氢气和氢气的性质
典例3
我国发射的“天宫一号”目标飞行器和“神舟八号”飞船，实施了首次空间飞行器无人交会对接试验．“天宫一号”飞行器升空所用燃料之一为液氢．下列有关氢气的说法，你认为不正确的是
A．氢气是一种无色、无臭、难溶于水的气体
B．氢气在空气中燃烧时，产生淡蓝色火焰
C．氢气和液氢的化学性质不同
D．点燃用排水法收集的一试管氢气，若发出尖锐的爆鸣声，则表明氢气不纯
典例4
水是生命活动不可缺少的物质。下图是探究水的组成实验装置，请回答相关的问题。
(1)为证明水不是由“水元素”组成的，1785 年，拉瓦锡在高温的条件下，用水蒸气与红热的铁反应，将水转化为氢气，同时生成四氧化三铁。模拟实验装置如图1所示。
①图1中导管口吹出来的肥皂泡往上飘走，说明氢气的密度比空气 。
②该反应的化学方程式为 。
(2)电解水实验的简易装置如图2所示，a中收集到的气体是 (填化学式)；从该实验得到关于水的组成的结论是 ；电解水反应的化学方程式为 ；从能量变化角度看，该过程是将 能转化为化学能。
题型三 碳单质的性质和用途
典例5
碳世界丰富多彩，根据如图回答下列问题：
(1)图C代表的物质的名称为 　 　 ，木炭、焦炭、活性炭这些物质的结构与 　 　 (从A、B、C中选择)类似。
(2)图A表示的物质是由 　 　 (填“分子”或“原子”)构成的。
(3)上述A、B、C三种物质的物理性质不同的原因是 　 　 　 　 。
(4)由C在一定条件下制取B，发生的变化属于 　 　 (填“物理”或“化学”)变化。
(5)图D中向盛有红棕色NO2气体的烧瓶中投入若干块木炭，连接好装置，稍待片刻，能看到红棕色变浅的原因是木炭具有 　 　 性。
题型四 木炭还原氧化铜
典例6
碳元素被称为“大自然的建筑师”，回答下列与含碳物质有关的问题。
（1）古代用墨书写或绘制的字画虽年久仍不变色的原因是________________________。
（2）金刚石和石墨都是碳元素组成的单质，它们物理性质不同的原因是_____________________。
（3）如图是木炭还原氧化铜的实验，左边大试管中的反应现象是________________，其反应的化学方程式是__________________。单质碳的还原性可以用于冶金工业。右边小试管中的现象是__________________，有关化学方程式是_________________________。
典例7
某同学在学习木炭和氧化铜反应的知识后，产生了疑问：木炭与氧化铜反应生成的气体有哪些？同学们带着疑问进行了下列探究：
【提出猜想】
（1）猜想一：只有______； 猜想二：只有CO； 猜想三：既有CO2又有CO。
【查阅资料】
a．浸有磷钼酸溶液的氯化钯试纸遇二氧化碳无变化，但遇到微量一氧化碳会立即变成蓝色。
b．二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊
【实验步骤】
连接好实验装置，并进行实验，装置如图所示（夹持仪器已省略）：
步骤一：打开弹簧夹，先通一会儿纯净干燥的氮气；
步骤二：关闭弹簧夹，点燃酒精喷灯对硬质玻璃管加热。
步骤三：实验结束后，拆洗装置和仪器。
【实验分析】
（2）若观察到氯化钯试纸______，澄清石灰水变浑浊，则猜想一成立。
（3）若观察到______，则猜想三成立。
（4）若猜想一成立则B中发生反应的方程式为______。
【实验反思】
（5）该实验开始前通一会儿N2的目的是______。实验过程中硬质玻璃管中的现象是______。
（6）实验结束时，熄灭酒精喷灯的同时停止通入N2，有同学认为在实验过程中装置D没有作用，可以去除，你认为是否可行？______（填“可行”或“不可行”），请说明理由______。
强化点一 氧气性质实验中的易错点
1. 要正确使用描述现象的词语，如“烟”与“雾”、“光”与“火焰”等词语的使用场景各不相同；
现象 解释 实例
烟 由固体小颗粒悬浮在空气中形成的现象。 红磷燃烧时产生大量“白烟”
雾 小液滴悬浮在空气中形成的现象。 打开盛有浓盐酸的试剂瓶瓶塞看到“白雾”。
光 熔点较高的可燃物燃烧时没有火焰，只产生光或火星。
火焰 气态物质燃烧时产生的特有现象 可燃性气体(如氢气)、熔点较低的固体(如硫磺)、易汽化的液体(如酒精)燃烧时除发光、放热外都有火焰。
2. 氧气燃烧实验中操作细节要正确把握
①点燃可燃物后，应自上而下缓慢插入到集气瓶中，防止燃烧放热，使氧气受热膨胀溢出；
②铁丝应用火柴引燃，且待接近熄灭时再插入到氧气的集气瓶中，防止火柴燃烧耗去较多的氧气，使铁丝不能燃烧；集气瓶中要预留少量水防止高温熔融物溅落瓶底，使集气瓶炸裂。
③与硫磺和磷反应时，集气瓶中要预留少量水吸收有毒有害物质，防止污染空气。
④氢气、一氧化碳、甲烷点燃之前要验纯，防止发生爆炸。
强化点二 两个还原性实验注意点
1. 氢气还原氧化铜时，一定要先通氢气，将装置内空气排尽，防止加热时发生爆炸；
2. 氢气还原氧化铜时，试管口略向下倾斜，防止生成的水倒流，使试管炸裂；
3. 氢气还原氧化铜实验结束后，应继续通入通入一段时间的氢气，防止红热的铜被氧化；
4. 木炭还原氧化铜时，要在酒精灯火焰周围添加金属网罩(集中火焰，提高温度)，或使用酒精喷灯；
5. 木炭还原氧化铜实验结束时，应先撤导管，再熄灭酒精灯，防止液体倒流，使试管炸裂。
真题感知
1．（2023广西真题）下列实验现象描述正确的是
A．磷在空气中燃烧产生大量的白雾
B．木炭在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C．镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，生成黑色固体
D．铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
2．（2023四川省凉山州真题）某同学在奥运五环中填入了五种物质，图中环的相交部分是两种物质在一定条件下发生化学反应的现象，其中描述错误的是
A．产生淡蓝色火焰，生成无色无味气体
B．剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
C．有红色固体析出，溶液逐渐由蓝色变成浅绿色
D．产生蓝色沉淀
3．（2022湖南长沙真题）“碳家族”的成员很多，用途很广。下列说法正确的是
A. 石墨不具有导电性 B. C60单质是由碳原子直接构成的
C. 活性炭具有吸附性 D. 金刚石和石墨里碳原子的排列方式相同
4．（2022江苏泰州真题）以氢能源作为新型汽车燃料是未来重点发展领域。
（1）纯净的氢气在空气中安静地燃烧，产生淡蓝色的火焰；若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸，氢气安静地燃烧和爆炸的反应原理　 　（填“是”或“不”）一样。
（2）将点燃H2伸入黄绿色的Cl2中，H2继续燃烧，发出苍白色火焰，放热，微观反应过程如图所示：
①氢气在氯气中燃烧的化学方程式为　 　，与氢气在氧气中燃烧的操作一样，在试验氢气在氯气中燃烧前，必须先　 　 。
从氢气可在氯气中燃烧，其结论：燃烧　 　（填“一定”或“不一定”）要有氧气参加。
提升专练
1．“新冠肺炎”重症患者需要使用呼吸机来为其提供氧气，下列关于氧气的描述正确的是
A．通常状况下，氧气是一种无色、无味的气体
B．氧气是一种密度比空气密度略小的气体
C．氧气在低温、高压时能变为无色液体或固体
D．水中鱼能生存，说明氧气易溶于水
2．同学们在观察实验时描述的下列实验现象正确的是
A．红磷在空气中燃烧，产生大量白色烟雾
B．石蜡在氧气中燃烧时，有水和二氧化碳生成
C．硫粉在氧气中燃烧，产生明亮的蓝紫色火焰，生成刺激性气味气体并放热
D．铁在空气中剧烈燃烧、火星四射、生成白色固体
3．如图是硫和铁在空气中和氧气中燃烧的实验，铁丝在空气中不能燃烧，但是纳米铁粉在空气中稍加热即可剧烈燃烧。下列说法正确的是
A．实验甲和乙观察到的现象不一样，是因为反应物的种类不一样
B．实验甲和乙的生成物相同，但是实验丙和丁的生成物不同
C．从四个实验中可以看出，增大反应物的浓度和反应物接触面积，可以使反应更剧烈
D．四个实验中，水的主要作用都是防止集气瓶炸裂
4．氢气肥皂泡在空气中迅速上升，这一事实说明氢气
A．无色 B．无气味 C．难溶于水 D．密度比空气小
5．中科院赣江创新研究院等开发出高储氢密度和放氢速率的合金储氢材料，能延长手持氢气火炬的续航时间，助力北京冬奥会。下列关于氢气的说法不正确的是
A．氢气燃烧产生明亮的蓝紫色火焰 B．氢气燃烧不会产生污染物
C．同温同压时，氢气密度比空气小 D．氢气在点燃前需检验纯度
6．用排空气法收集氢气检验纯度，有爆鸣声，接下去的操作是
A．用向上排空气法收集
B．可以做有关氢气性质的实验
C．用拇指堵住管口一会儿，再用向下排空气法收集
D．立即用原试管再收集，再检验纯度
7．下列用途，利用氢气物理性质的是
A．还原金属氧化物 B．制取盐酸
C．充填探空气球 D．高能燃料
8．通过研究氢气的燃烧来认识水的组成，下列说法正确的是
A．氢气在纯氧中安静地燃烧，产生黄色火焰
B．点燃纯净的氢气，在火焰上方罩一个干冷烧杯，可以看到白烟
C．点燃氢气，罩在火焰上的干冷烧杯只出现水珠，可见水由氢元素和氧元素组成
D．由实验可知水是由氢气和氧气组成的
9．中国高铁的核心技术走在了世界前列，高铁动车的运行是依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电力。石墨制成的电刷与下列石墨的性质无关的是
A．滑腻感 B．还原性 C．稳定性 D．导电性
10．下列关于碳单质的说法正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃
B．石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属
C．活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质
D．金刚石、石墨和足球烯（C60）都是由碳原子直接构成的
11．中国科学家成功制备出石墨双炔包覆的锑纳米空心立方盒，可用作钠离子电池负极材料。石墨烯和石墨双炔均由碳原子构成，具有优良的导电性，结构如下。下列说法不正确的是
A．石墨烯和石墨双炔都是单质
B．石墨烯和石墨双炔性质完全相同
C．石墨烯和石墨双炔完全燃烧都生成CO2
D．石墨烯和石墨双炔均可作电极材料
12．兴趣小组为了探究C与CuO反应生成的气体，设计如图装置进行实验：
步骤①先向波形管中通入N2一会儿，在戊处连接瘪气球，关闭甲处止水夹；
步骤②点燃丁处酒精灯，观察到CuO不变色；
步骤③继续加热丁处，点燃乙处酒精灯。
观察到乙、丁两处均有红色物质生成，丙处澄清石灰水变浑浊。下列说法错误的是
A．通N2是为了排出氧气，避免干扰后续实验
B．步骤②与步骤③均加热丁处，是对照实验
C．从丙处现象推理C与CuO反应一定生成了CO2
D．从丁处现象推理C与CuO反应一定生成了CO
13．如图是探究物质的变化与木炭还原性的综合实验装置。把绕成螺旋状的铜丝一端固定在橡皮塞上，先加热铜丝待表面变黑后再插入这支试管的木炭粉中，打开弹簧夹后加热。下列说法不正确的是
A．铜丝加热变黑是铜与氧气反应生成了新物质
B．铜丝表面及澄清石灰水的变化说明木炭具有还原性
C．试管向下倾斜的目的是防止反应生成的水回流
D．反应结束后应先夹紧弹簧夹再熄灭酒精灯
14．如图为氢气燃烧的微观示意图：
(1)读图获得的信息是______(写一条即可)。
(2)根据图示写出氢气燃烧的化学反应方程式：______，该反应属于______(填一种基本反应类型)。
(3)纯净的氢气在空气中安静地燃烧，若点燃氢气与氧气的混合气体就有可能引起爆炸。所以在点燃氢气前，必须先检验氢气的______。
(4)“氢气具有可燃性”，这属于氢气的______(填“物理”或“化学”)性质。此性质决定了氢气的用途是______。杨sir化学，侵权必究
15．阅读科普短文，回答下列问题。
5G平板电脑创新搭载了3D石墨烯散热技术，石墨烯是指由单层碳原子组成的二维薄片。工业上可采用甲烷（CH4）制取石墨烯。
纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。面料掺入石墨烯后，在低温情况下，石墨烯可将来自远红外线的热量传送给人体，促进新陈代谢。另外，石墨烯中的含氧基团能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法生存。实验人员研究不同面料中掺加石墨烯后的抗菌效果。测得其他图1条件相同时，四种面料对大肠杆菌等三种菌体的抑菌率结果如图2。

（1）石墨烯与金刚石的物理性质差异较大，从微观角度分析，其原因是 　 　。
（2）根据图2可推断“石墨烯—棉混纺纱面料的抗菌性能比棉混纺纱面料”　 　（填“强”或“弱”）。
（3）关于石墨烯的相关认识正确的是 　 　。
A．石墨烯可以利用远红外线为人体供暖
B．面料的抑菌率与菌体种类无关
C．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
D．应用于5G平板电脑，是利用了石墨烯的导热性
（4）写出甲烷燃烧的化学方程式 　 　。
16．某同学收集了三瓶氧气，做氧气性质实验。
（资料）二氧化硫与氢氧化钠溶液反应，生成亚硫酸钠，亚硫酸钠能溶于水。
（1）“木炭在氧气中燃烧”的装置如图1所示，观察到的实验现象是：剧烈燃烧，________，放出大量的热”。若要说明该实验中有新物质生成，采取的后续操作是______。
（2）“硫在氧气中燃烧”的装置如图2所示。反应现象是“剧烈燃烧，产生____，放出大量的热”；集气瓶中加入的液体可能是_____，其目的为_______。
（3）“铁丝在氧气中燃烧”的装置如图3所示，回答下列问题。
观察到的实验现象是：铁丝剧烈燃烧，放出大量热，_______。该反应的化学方程式是____。集气瓶中预先加入少量的水，其目的为________。
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