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课题1 碳单质的多样性
第1课时 碳单质的多样性
◆知识点一 碳的单质
1.同种元素可以组成不同单质
（1）不同种元素可以组成 的单质，如氧气是由氧元素组成的单质，氮气是由氮元素组成的单质。
（2）同一种元素也可以组成 的单质，如金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。
同种元素组成的物质一定是单质吗 答：不一定。同种元素组成的物质可能是 ，也可能是 。如金刚石和石墨混合在一起，虽然只含有碳元素，但金刚石和石墨不是一种物质，它们混合在一起，属于 。同种元素组成的纯净物一定是 。
（3）几种常见的由同种元素组成的不同单质
常见元素 C O P
组成的不同单质 金刚石、石墨和C60 氧气和臭氧 红磷和白磷
2.金刚石、石墨和C60的物理性质及用途
物质 结构 性质 用途
金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最 的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等
无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石
在特殊条件下制备的金刚石薄膜：透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层导热性好→用于集成电路基板散热
石墨 层状 色、有 感、质软 作铅笔芯、润滑剂
熔点 作高温润滑剂
优良的 性 高铁列车的受电弓滑板、作电极
C60 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于 、 、材料、医学及生物等领域
区别与联系 ① 导致三者的物理性质存在明显差异；②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本 。
①金刚石和石墨都是由 构成的，C60是由 构成的，每个C60分子由 构成。②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是 变化。
3.无定形碳
（1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为 (由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于 物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。
（2）木炭与活性炭
①探究木炭(或活性炭)的吸附性
实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象
实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色
实验分析 木炭(或活性炭)有 ，吸附了水中的 ，色素减少，水的颜色变浅直至无色
②木炭和活性炭都具有吸附能力
原因 都具有 的结构
用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的 、有 的物质
活性炭 a.用在防毒面具里吸附有毒气体；b.制糖工业中脱色以制取白糖；e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；d.吸附室内装修产生的有害气体
①活性炭可由木炭经水蒸气高温处理制得，其吸附能力比木炭的 。吸附性属于 性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。
（3）焦炭、炭黑
①焦炭用于冶金工业，作 剂。
②炭黑用于制造 、油漆、鞋油、 、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。
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，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——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”。
即学即练
1．下列物质的用途正确的是
A．金刚石裁玻璃
B．活性炭做电车的电刷
C．用石墨制成的墨汁绘画
D．用木炭脱色制白糖
2．金刚石和石墨的微观结构如图，下列有关说法正确的是
A．金刚石和石墨的组成元素不相同 B．构成金刚石和石墨的原子大小不同
C．金刚石和石墨的化学性质相似，物理性质差别很大 D．石墨能导电，所以石墨是金属
3．下列物质的性质和用途的对应关系，正确的是
A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有导电性，可制作铅笔芯
C．炭黑具有可燃性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料
考点一 同种元素组成的单质
【例1】（多选）下列关于物质分类的叙述正确的是
A．同种元素组成的物质一定是单质 B．混合物一定是含有不同种元素的物质
C．不同的物质可能含有相同的元素 D．化合物一定是含有不同种元素的物质
【变式1-1】现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是
①同一种元素可以形成多种单质
②同种元素构成的物质不一定是纯净物
③单质可能存在复杂的分子结构
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。
A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④
【变式1-2】下列说法正确的是
A．一种元素只能形成一种单质 B．由碳元素形成的单质都是黑色的
C．同种元素组成的不同种单质性质相同 D．一种元素可能形成几种单质
考点二 碳单质的结构、性质与用途
【例2】下列有关碳单质的说法，正确的是
A．石墨有优良的导电性，可以用作电极
B．活性炭和石墨都是碳的单质，都可用来填充防毒面具
C．在一定条件下，石墨可转化为金刚石，这个变化是物理变化
D．金刚石、石墨和都是黑色固体
【变式2-1】下列物质的性质和用途及其对应关系均正确的是
选项 物质 性质 用途
A 金刚石 硬度大 作装饰品
B 石墨 颜色为灰黑色 作电极
C 木炭 具有可燃性 冶铁炼钢
D 活性炭 有吸附性 净水
【变式2-2】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。
（1）金刚石是无色透明的固体，其硬度 （填“大”或“小”）可当作钻头。
（2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有 性，因此可作为电极、电刷。
（3）金刚石和石墨物理性质差异的原因 。
（4）C60这种物质由 （填“分子”或“原子”）构成。
考点三 木炭、活性炭的吸附性
【例3】某品牌直饮水机内部结构如图，下列说法不正确的是
A．活性炭可吸附水中的色素和异味 B．超滤膜过滤可除去水中的不溶性杂质
C．紫外线灯管照射的作用是杀菌消毒 D．最终得到的直饮水是纯净物
【变式3-1】如图是同学们自制的水净化装置，下列对该装置分析正确的是
A．能杀菌消毒 B．能除去水中的色素和异味
C．能淡化海水 D．能获得纯净水
【变式3-2】碳是人类接触得最早、利用得最多的元素之一。
（1）化学中有一种分子结构形似足球的物质（如图1），其化学式为 。
（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合。因为活性炭有 的结构，具有 能力，所以炭雕除了可以美化居住环境，还可以净化室内空气。
（3）图3表示的物质的名称是 ，是天然存在的最 的物质。
基础达标
1．下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是
A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质
C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构
2．根据图示，下列说法中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
3．实验测得某物质中只含有碳元素，则这种物质
A．一定是金刚石或石墨中的一种
B．可能是一种碳单质，也可能是几种碳单质组成的混合物
C．一定是含碳元素的单质
D．一定是金刚石、石墨和组成的混合物
4．浙江大学制造出了超轻物质，取名“碳海绵”(如图，主要成分是石墨烯和碳纳米管)，刷新了超轻固体材料的世界纪录，也是目前吸油力最强的材料。下列对碳海绵的说法错误的是
A．在一定条件下可还原氧化铜 B．是轻质透明且不易变质的固体
C．使用时须特别注意防火 D．可处理海上石油泄漏
5．下列对于碳单质的认识不正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质 B．石墨有金属光泽，能导电，属于金属单质
C．活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味 D．炭黑在常温下性质非常稳定
6．2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列有关说法正确的是
A．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 B．碳纤维与金刚石的性质完全相同
C．碳纤维是一种新型化合物 D．碳纤维是一种金属单质
7．模型是对研究对象的本质特质、构成要素、相互关系一种概括性的描述，以下是关于碳的各种模型(如图)，说法不正确的是
A．四种物质都由碳元素组成
B．四种物质都属于单质
C．四种物质都是由原子直接构成的
D．四种物质具有相似的化学性质
8．单层石墨称为石墨烯，石墨烯是一种革命性材料，具有优异的光学、电学和力学特性。下列说法正确的是
①石墨烯是一种新型化合物
②石墨在一定条件下转变为金刚石是物理变化
③金刚石和石墨烯分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同
④金刚石和石墨烯是组成相同但结构不同的两种物质
⑤金刚石、石墨和足球烯（）都是由碳原子直接构成的
A．①② B．④⑤ C．②③ D．③④
9．（多选）C60的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60的叙述不正确的是
A．C60是由60个碳原子构成的
B．C60是一种新型化合物
C．C60能与氧气反应生成二氧化碳
D．C60具有独特性质的原因在于它有独特的结构
10．（多选）碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如等。下列对于碳单质的认识中，不正确的是
A．石墨转化为金刚石属于化学变化 B．金刚石、石墨、都由原子直接构成
C．所有的碳单质都能导电 D．等碳材料是一种未来革命性材料
综合应用
11．据图回答下列问题。
（1）图1所示的物质的用途中，利用了石墨导电性的是 （填序号）。
（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合，可以净化空气，这里利用了活性炭的 （填“物理”或“化学”）性质。
（3）世界上最轻的固体材料“碳海绵”由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于“碳海绵”的说法，正确的是______（填字母）。
A．具有吸附性
B．可重复利用
C．可处理海上石油泄漏
12．水是宝贵的自然资源，日常生活、工农业生产和科学实验都离不开水。
（1）根据硬度不同，天然水分为硬水和软水，硬水中含有较多的两种阳离子，是、 （用离子符号表示）。区别软水和硬水的办法是取水样，加入 ，振荡，若观察到泡沫较丰富，则是 （填“硬水”或“软水”）。
（2）某家用净水机工作原理如图所示：
净水机中，PP棉净水原理是 （填“过滤”或“蒸馏”）。颗粒活性炭可去除异味和余氯，是因为活性炭具有良好的 性。
（3）请写一条日常生活中，节约用水的举措： 。
13．阅读科普短文并回答问题：
在常温下为黑色或深棕色的固体，密度为，熔点280℃以上。分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。分子形状像一个足球，因此也被称为富勒烯或足球烯。在惰性气体（如氦气或氩气）气氛下，通过石墨电极之间的电弧放电，使石墨蒸发，冷却后形成。由于具有这种独特的分子结构，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，与K等金属反应生成的化合物是超导体。
（1）是由 构成的。
（2）由石墨制得属于 变化（填“物理”或“化学”）。
（3）下列属于物理性质的是______（填字母）。
A．密度为 B．能与K等金属反应 C．熔点280℃以上
（4）的应用 （写一点即可）。
14．结合下列图片，回答问题。
（1）属于金刚石用途的是 （填字母）。
（2）利用了石墨导电性的是 （填字母）；石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨的 （填性质）。
（3）冰箱除味剂中含有活性炭，该物质具有 的结构。
拓展培优
15．阅读下列科普短文。
神奇的碳材料
石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料，一层层叠起来就是石墨，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有优良的导电和光学性能。
除石墨烯外，科学界还不断研发出新型碳材料，碳气凝胶就是其中一种。将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，制造出的一种超轻固体材料被称为“全碳气凝胶”（如图1），是迄今为止世界上最轻的材料。“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一，吸收量可高达自身质量的900倍。碳气凝胶具有优良的吸附性能，在环境净化中发挥重要作用。
科研人员在不同温度下制备了三种碳气凝胶样品，比较其对CO2的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定了上述样品对混合气体中CO2吸附的选择性值，实验结果如图2.图中选择性值越高，表明碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越好。未来，碳材料将会有更广阔的应用领域。
根据文章内容，回答问题。
（1）石墨烯微观上是由 构成的。
（2）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的 性。
（3）石墨在生活中用途广泛，请将石墨用途与对应性质连线。
（4）全碳气凝胶可应用在 的领域（一种即可）。
（5）分析图2曲线，得出的实验结论有：a.在实验研究范围内，同一温度下制备的碳气凝胶，压强越大，对CO2的选择性吸附性能越 ；
b. 。
16．2023年12月，我国科学家首次成功合成了分别由10、14个碳原子组成的环型纯碳分子材料，碳材料家族再添两位新成员的这一科研成果已发表在学术期刊《自然》上。相关团队创新性地将全卤化萘（）和全卤化蒽（）两种分子放在“手术台上”（氯化钠薄膜）并将其“麻醉”（液氮冻住），有关情况如图1、图2所示。研究人员利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”（原子操纵），进而诱导两种分子完全脱卤并伴随发生反伯格曼开环反应，最终成功地在氯化钠薄膜表面上合成了两种芳香性环型碳和。
研究发现，化学键分辨的原子力显微镜表明，不同于此前的聚炔型结构，和均具有累积烯烃型的结构。这项研究工作推动了环型碳领域的发展，提出的表面合成策略有望成为一种合成一系列环型碳的普适性方法。同时，合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。
回答下列问题。
（1）碳元素是地球上最常见的化学元素之一，碳原子的最外层有 个电子。
（2）从宏观角度看，石墨、金刚石、富勒烯（）、石墨烯、、和的相同之处是 ；从微观角度看，石墨、金刚石的主要差别是 。
（3）全卤化萘（）的相对分子质量比全卤化萘（）大 ，全卤化萘固体完全脱卤产生固态和另一种气态双原子分子产物的化学方程式是 。
（4）构成氯化钠的微观粒子符号是 。液氦和氦气的相关转化过程中，发生改变的是 （从微观角度解释）。
17．阅读下面的科普短文，回答相关问题。
石墨烯是一种以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的新材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨(图1)，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯，石墨烯可以弯曲，柔韧度很好，可以形成富勒烯、碳纳米管等(图2)。石墨烯是目前人类已知强度最高的物质，单位质量的强度，石墨烯是世界上最好钢铁的100倍。另外，石墨烯还具有优良的导电性能、光学性能、热传导性能等多种优点，被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯本来就存在于自然界，只是难以从石墨中剥离出单层结构。现在科学家们已经研究出了多种制石墨烯的方法，其中一种是碳化硅(SiC)外延法，即在超高真空的高温环境中，硅原子升华脱离材料，剩下的碳原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。
（1）石墨烯从石墨中分离出来，该过程发生了 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的 性。
（2）富勒烯家族的典型代表是由60个碳原子组成的具有美学对称性的足球状分子，化学式为 。
（3）有关石墨烯的说法不正确的是_____。
A．石墨烯是石墨结构中的一层，厚度是一个碳原子的直径
B．石墨烯是一种新型化合物
C．石墨烯和金刚石组成元素相同，而它们的物理性质却有很大差异，这是因为碳原子排列方式不同
D．石墨烯可以作弯曲屏幕、防弹衣的外部材料
（4）碳化硅外延法制石墨烯要在超高真空的高温环境中进行，超高真空的原因是 。
答案和解析
◆知识点一 碳的单质
1.同种元素可以组成不同单质
（1）不同种元素可以组成不同的单质，如氧气是由氧元素组成的单质，氮气是由氮元素组成的单质。
（2）同一种元素也可以组成不同的单质，如金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。
同种元素组成的物质一定是单质吗 答：不一定。同种元素组成的物质可能是单质，也可能是混合物。如金刚石和石墨混合在一起，虽然只含有碳元素，但金刚石和石墨不是一种物质，它们混合在一起，属于混合物。同种元素组成的纯净物一定是单质。
（3）几种常见的由同种元素组成的不同单质
常见元素 C O P
组成的不同单质 金刚石、石墨和C60 氧气和臭氧 红磷和白磷
2.金刚石、石墨和C60的物理性质及用途
物质 结构 性质 用途
金刚石 立体网状 质硬（天然存在的最硬的物质） 裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等
无色透明、璀璨夺目(琢磨后) 作装饰品——钻石
在特殊条件下制备的金刚石薄膜：透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层导热性好→用于集成电路基板散热
石墨 层状 灰黑色、有滑腻感、质软 作铅笔芯、润滑剂
熔点高 作高温润滑剂
优良的导电性 高铁列车的受电弓滑板、作电极
C60 形似足球 具有一些特殊的物理和化学性质 广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域
区别与联系 ①碳原子的排列方式不同导致三者的物理性质存在明显差异；②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本相同。
①金刚石和石墨都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是化学变化。
3.无定形碳
（1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为无定形碳(由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于混合物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。
（2）木炭与活性炭
①探究木炭(或活性炭)的吸附性
实验装置及步骤 在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象
实验现象 溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色
实验分析 木炭(或活性炭)有吸附性，吸附了水中的色素，色素减少，水的颜色变浅直至无色
②木炭和活性炭都具有吸附能力
原因 都具有疏松多孔的结构
用途 木炭 吸附一些食品和工业产品里的色素、有异味的物质
活性炭 a.用在防毒面具里吸附有毒气体；b.制糖工业中脱色以制取白糖；e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；d.吸附室内装修产生的有害气体
①活性炭可由木炭经水蒸气高温处理制得，其吸附能力比木炭的强。吸附性属于物理性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。
（3）焦炭、炭黑
①焦炭用于冶金工业，作还原剂。
②炭黑用于制造油墨、油漆、鞋油、颜料、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。
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，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——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”。
即学即练
1．下列物质的用途正确的是
A．金刚石裁玻璃
B．活性炭做电车的电刷
C．用石墨制成的墨汁绘画
D．用木炭脱色制白糖
【答案】A
【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于裁玻璃，说法正确，符合题意；
B、活性炭具有吸附性，但不具备良好的导电性和耐磨性，不适合制作电车的电刷，说法错误，不符合题意；
C、用炭黑制成的墨汁绘画，而不是石墨，说法错误，不符合题意；
D、虽然木炭具有吸附性，但工业上通常是用活性炭来脱色制白糖，说法错误，不符合题意。
故选：A。
2．金刚石和石墨的微观结构如图，下列有关说法正确的是
A．金刚石和石墨的组成元素不相同 B．构成金刚石和石墨的原子大小不同
C．金刚石和石墨的化学性质相似，物理性质差别很大 D．石墨能导电，所以石墨是金属
【答案】C
【解析】A、金刚石和石墨均属于碳单质，均是由碳元素组成，不符合题意；
B、金刚石和石墨均是由碳原子构成，原子大小相同，不符合题意；
C、金刚石和石墨均是由碳原子构成，化学性质相似，但是碳原子的排列方式不同，故物理性质差异很大，符合题意；
D、石墨属于非金属单质，不是金属，不符合题意。
故选C。
3．下列物质的性质和用途的对应关系，正确的是
A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有导电性，可制作铅笔芯
C．炭黑具有可燃性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料
【答案】A
【解析】本题考查物质的性质与用途的对应关系。以下对每个选项进行分析，基于初中化学知识点（如碳的同素异形体性质），确保对应关系正确。
A. 金刚石硬度大，可用于切割玻璃。金刚石是碳的同素异形体，其结构中碳原子排列紧密，导致硬度极大（天然存在的最硬物质）。因此，利用其硬度大的性质，常用于切割玻璃、大理石等硬物。对应关系正确。故A说法正确；
B. 石墨具有导电性，可制作铅笔芯。石墨是碳的同素异形体，具有导电性（因层状结构中电子可移动），但制作铅笔芯主要利用石墨的质软、滑腻性，能在纸上留下痕迹。导电性常用于电池电极等，与铅笔芯无关。因此，性质和用途不匹配。故B说法错误；
C. 炭黑具有可燃性，可制作墨水。炭黑是碳的一种形式，具有可燃性（因含碳元素），但制作墨水是利用炭黑的颜色黑、稳定性好，作为颜料或着色剂。可燃性不是制作墨水的依据，反而墨水需要不易燃烧。因此，对应关系错误。故C说法错误；
D. 木炭具有吸附性，可用作燃料。木炭是木材干馏得到的碳，具有吸附性（多孔结构可吸附气体或色素），常用于除臭或净水。但用作燃料是利用其可燃性（燃烧放热），吸附性与燃料用途无关。因此，对应关系错误。故D说法错误；
故选：A
考点一 同种元素组成的单质
【例1】（多选）下列关于物质分类的叙述正确的是
A．同种元素组成的物质一定是单质 B．混合物一定是含有不同种元素的物质
C．不同的物质可能含有相同的元素 D．化合物一定是含有不同种元素的物质
【答案】CD
【解析】A、同种元素组成的物质不一定是单质，也可能是混合物，如氧气和臭氧组成的混合气体，故选项叙述不正确；
B、混合物不一定是含有不同种元素的物质，一种元素也可以组成不同种物质，如氧气和臭氧组成的物质是混合物，只含有氧元素，故选项叙述不正确；
C、不同的物质可能含有相同的元素，如二氧化碳和一氧化碳中都含有碳元素和氧元素，故选项叙述正确；
D、化合物是由不同种元素组成的纯净物，因此化合物一定是含有不同种元素的物质，故选项叙述正确。
故选CD。
【变式1-1】现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是
①同一种元素可以形成多种单质
②同种元素构成的物质不一定是纯净物
③单质可能存在复杂的分子结构
④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。
A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④
【答案】D
【解析】①同一种元素可以形成多种单质，如氧元素可以形成氧气、臭氧，碳元素可以形成金刚石、石墨，该说法正确；
②同种元素构成的物质有多种，故同种元素构成的物质不一定是纯净物，如C60和C90形成的物质中只含碳元素一种元素，但属于混合物，该说法正确；
③单质中可能含有多个原子，可能存在复杂的分子结构，该说法正确；
④同种元素形成的单质之间能相互转化，单质越多，则存在的相互转化也可能越多，该说法正确。
故选D。
【变式1-2】下列说法正确的是
A．一种元素只能形成一种单质 B．由碳元素形成的单质都是黑色的
C．同种元素组成的不同种单质性质相同 D．一种元素可能形成几种单质
【答案】D
【解析】A、一种元素可能形成几种单质，如氧气、臭氧，故原说法错误；
B、由碳元素形成的单质不一定都是黑色的，如金刚石是无色透明的，故原说法错误；
C、同种元素组成的不同种单质化学性质相同，物理性质不同，故原说法错误；
D、一种元素可能形成几种单质，如石墨、金刚石，故原说法正确。
故选D
考点二 碳单质的结构、性质与用途
【例2】下列有关碳单质的说法，正确的是
A．石墨有优良的导电性，可以用作电极
B．活性炭和石墨都是碳的单质，都可用来填充防毒面具
C．在一定条件下，石墨可转化为金刚石，这个变化是物理变化
D．金刚石、石墨和都是黑色固体
【答案】A
【解析】A、石墨属于碳单质，具有优良的导电性，常被用作电极材料，如干电池的电极。A选项正确。
B、活性炭和石墨都是碳的单质，但性质不同。活性炭具有疏松多孔的结构，能吸附气体和杂质，因此常用于填充防毒面具（如吸附有毒气体）。石墨虽也是碳单质，但结构致密，主要用于导电材料（如电极），不具备强吸附性，不能用于防毒面具。B选项错误。
C、在高温高压条件下，石墨可转化为金刚石，但此过程涉及碳原子排列方式的改变（石墨为层状结构，金刚石为立体网状结构），属于化学变化（有新物质生成）。物理变化只改变形态或状态，不改变分子结构。C选项错误。
D、金刚石通常为无色透明固体；石墨为灰黑色固体；为黄色或棕色固体，不是黑色。因此，三者颜色不一致。D选项错误。
故选A。
【变式2-1】下列物质的性质和用途及其对应关系均正确的是
选项 物质 性质 用途
A 金刚石 硬度大 作装饰品
B 石墨 颜色为灰黑色 作电极
C 木炭 具有可燃性 冶铁炼钢
D 活性炭 有吸附性 净水
【答案】D
【解析】A、金刚石硬度大是其物理性质（自然界最硬的物质），但作装饰品（如钻石首饰）主要利用其高光泽度和高折射率（美观），而非硬度。硬度大与作装饰品无直接对应关系。A选项错误。
B、石墨颜色灰黑色是其物理性质，但作电极是因为石墨具有良好的导电性（碳原子排列方式使其能导电），而非颜色。颜色与作电极无直接关系。B选项错误。
C、木炭具有可燃性（能燃烧放热），但冶铁炼钢中木炭的主要作用是作为还原剂（还原铁矿石中的金属氧化物，如 ），而非单纯利用可燃性提供热量。虽然与可燃性相关，但对应关系不直接；还原性更关键。C选项错误。
D、活性炭具有吸附性（多孔结构，能吸附色素、异味等杂质），因此常用于净水（如家用净水器），去除水中的污染物。性质与用途直接对应。D选项正确。
故选D。
【变式2-2】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。
（1）金刚石是无色透明的固体，其硬度 （填“大”或“小”）可当作钻头。
（2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有 性，因此可作为电极、电刷。
（3）金刚石和石墨物理性质差异的原因 。
（4）C60这种物质由 （填“分子”或“原子”）构成。
【答案】（1）大
（2）导电
（3）碳原子的排列方式不同
（4）分子
【解析】（1）金刚石是自然界中最硬的物质，可以制成钻探机的钻头；
（2）石墨是自然界里最软的物质之一，石墨具有导电性，可以用来生产电极、电刷；
（3）金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但它们的物理性质却有很大的差异，是因为碳原子的排列方式不同；
（4）C60这种物质是由分子构成的，每个C60分子由60个碳原子构成。
考点三 木炭、活性炭的吸附性
【例3】某品牌直饮水机内部结构如图，下列说法不正确的是
A．活性炭可吸附水中的色素和异味 B．超滤膜过滤可除去水中的不溶性杂质
C．紫外线灯管照射的作用是杀菌消毒 D．最终得到的直饮水是纯净物
【答案】D
【解析】A、活性炭具有吸附性，能吸附水中的色素和异味，说法正确，不符合题意；
B、超滤膜的工作原理与过滤类似，能除去水中的不溶性杂质，说法正确，不符合题意；
C、紫外线灯管照射能够杀菌消毒，说法正确，不符合题意；
D、最后得到的直饮水中仍含有可溶性杂质，属于混合物，说法错误，符合题意。
故选D。
【变式3-1】如图是同学们自制的水净化装置，下列对该装置分析正确的是
A．能杀菌消毒 B．能除去水中的色素和异味
C．能淡化海水 D．能获得纯净水
【答案】B
【解析】A. 细砂、纱布、棉花起过滤作用，活性炭具有吸附性，能除去水中的色素和异味，所以该装置不能杀菌消毒，此选项错误；
B. 活性炭具有吸附性，能除去水中的色素和异味，所以该装置能除去水中的色素和异味，此选项正确；
C. 该水的净化装置不能除去水中的可溶性杂质，不能淡化海水，此选项错误；
D. 通过该净化装置后得到的水中，仍含有一些细菌、微生物、可溶性杂质，不能获得纯净水，此选项错误。
故选B。
【变式3-2】碳是人类接触得最早、利用得最多的元素之一。
（1）化学中有一种分子结构形似足球的物质（如图1），其化学式为 。
（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合。因为活性炭有 的结构，具有 能力，所以炭雕除了可以美化居住环境，还可以净化室内空气。
（3）图3表示的物质的名称是 ，是天然存在的最 的物质。
【答案】（1）
（2）疏松多孔 吸附
（3）金刚石 硬
【解析】（1）图1中结构形似足球的物质的化学式为
（2）活性炭具有吸附性是因为活性炭结构疏松多孔，才使其具有吸附能力，故填疏松多孔；吸附；
（3） 由图可知，该结构为金刚石的结构，金刚石是自然界硬度最大的物质，故填金刚石；硬；
基础达标
1．下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是
A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质
C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构
【答案】D
【解析】A、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，则构成它们的原子大小相同，说法错误，不符合题意；
B、金刚石是自然界中存在的硬度最大的物质，但并非是所有物质中硬度最大的，说法错误，不符合题意；
C、金刚石、石墨由碳原子构成，由分子构成，分子由碳原子构成，说法错误，不符合题意；
D、物质的结构决定其性质，具有独特性质是因为它有独特的结构，说法正确，符合题意。
故选：D。
2．根据图示，下列说法中描述错误的是
A．四种物质都是由碳原子构成的
B．四种物质均可以在氧气中燃烧
C．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族
D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同
【答案】A
【解析】A、金刚石、石墨和碳纳米管都是由碳原子构成的，C60是由C60分子构成的，故选项说法不正确；
B、金刚石、石墨、C60和碳纳米管都是碳的单质，都可以在氧气中燃烧生成二氧化碳，故选项说法正确；
C、碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族，故选项说法正确；
D、金刚石和石墨性质存在差异的原因是碳原子排列方式不同，故选项说法正确。
故选A。
3．实验测得某物质中只含有碳元素，则这种物质
A．一定是金刚石或石墨中的一种
B．可能是一种碳单质，也可能是几种碳单质组成的混合物
C．一定是含碳元素的单质
D．一定是金刚石、石墨和组成的混合物
【答案】B
【解析】A：错误。碳元素有多种单质形式，包括金刚石、石墨、、木炭等（木炭通常视为无定形碳，本质是碳单质的微小晶体或混合物）。该物质不一定是金刚石或石墨，也可能是其他碳单质（如）。因此，A选项过于绝对，结论为错误。
B：因为物质只含碳元素，它可能是一种碳单质（如纯净的金刚石），也可能是几种碳单质（如金刚石和石墨的混合物）。混合物中各成分保持各自性质，但整体只含碳元素，符合题干条件。结论为正确。
C：错误。单质是由同种元素组成的纯净物，但该物质可能是混合物（如金刚石和的混合物），而混合物不是单质。题干只要求“只含碳元素”，并未限定必须是纯净物。因此，C选项忽略了混合物的可能性，结论为错误。
D：错误。该物质不一定是混合物（如它可能只是纯净的石墨），也不一定包含所有三种单质（如它可能只有金刚石和，或仅一种单质）。D选项将可能性限定为特定混合物，过于片面，结论为错误。
故选B。
4．浙江大学制造出了超轻物质，取名“碳海绵”(如图，主要成分是石墨烯和碳纳米管)，刷新了超轻固体材料的世界纪录，也是目前吸油力最强的材料。下列对碳海绵的说法错误的是
A．在一定条件下可还原氧化铜 B．是轻质透明且不易变质的固体
C．使用时须特别注意防火 D．可处理海上石油泄漏
【答案】B
【解析】A、碳海绵主要成分是石墨烯和碳纳米管，都属于碳单质，碳单质在一定条件下具有还原性，可还原氧化铜，A 正确；
B、题干中未提及碳海绵是透明的，且碳在常温下化学性质稳定，但在一定条件下也会发生反应，不能说不易变质，B 错误；
C、碳海绵主要成分是碳，碳具有可燃性，使用时须特别注意防火，C 正确；
D、碳海绵是目前吸油力最强的材料，可处理海上石油泄漏，D 正确。
故选B。
5．下列对于碳单质的认识不正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质 B．石墨有金属光泽，能导电，属于金属单质
C．活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味 D．炭黑在常温下性质非常稳定
【答案】B
【解析】A、金刚石为天然存在最硬的物质，该选项认识正确；
B、石墨具有金属光泽，且能导电，但石墨为碳单质，属于非金属单质，该选项认识不正确；
C、活性炭具有疏松多孔的结构，则具有吸附性，能吸附色素和异味，该选项认识正确；
D、炭黑的主要成分为碳，碳单质在常温下化学性质稳定（不易与其他物质反应），则化学性质稳定，该选项认识正确。
故选B。
6．2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列有关说法正确的是
A．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 B．碳纤维与金刚石的性质完全相同
C．碳纤维是一种新型化合物 D．碳纤维是一种金属单质
【答案】A
【解析】A、碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质，在氧气中充分燃烧时，会生成二氧化碳，该选项说法正确；
B、碳纤维的主要成分为碳，金刚石是碳的单质，但由于原子排列方式不同，它们的物理性质（如硬度、导电性）有显著差异，该选项说法不正确；
C、化合物是由不同种元素组成的纯净物，碳纤维的主要成分为碳单质，不属于化合物，该选项说法不正确；
D、碳是非金属元素，因此碳纤维是非金属单质，不是金属单质，该选项说法不正确。
故选A。
7．模型是对研究对象的本质特质、构成要素、相互关系一种概括性的描述，以下是关于碳的各种模型(如图)，说法不正确的是
A．四种物质都由碳元素组成
B．四种物质都属于单质
C．四种物质都是由原子直接构成的
D．四种物质具有相似的化学性质
【答案】C
【解析】A、金刚石、石墨、C60、石墨烯均是由碳元素组成的碳单质，不符合题意；
B、金刚石、石墨、C60、石墨烯均是由碳元素组成的纯净物，均属于单质，不符合题意；
C、C60是由C60分子构成的，金刚石、石墨、石墨烯均是由碳原子构成的，符合题意；
D、金刚石、石墨、C60、石墨烯均属于碳单质，它们具有相似的化学性质，不符合题意。
故选C。
8．单层石墨称为石墨烯，石墨烯是一种革命性材料，具有优异的光学、电学和力学特性。下列说法正确的是
①石墨烯是一种新型化合物
②石墨在一定条件下转变为金刚石是物理变化
③金刚石和石墨烯分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同
④金刚石和石墨烯是组成相同但结构不同的两种物质
⑤金刚石、石墨和足球烯（）都是由碳原子直接构成的
A．①② B．④⑤ C．②③ D．③④
【答案】D
【解析】① 石墨烯是单层石墨，只由碳元素组成，属于单质（纯净物中由同种元素组成的物质）。化合物必须由两种或以上不同元素组成，因此石墨烯不是化合物。错误。
② 物理变化指没有新物质生成的变化（如状态改变），化学变化指生成新物质的变化。石墨和金刚石虽都由碳元素组成，但结构不同（石墨为层状，金刚石为立体网状），转变时碳原子排列方式改变，有新物质生成，属于化学变化。错误。
③ 金刚石和石墨烯都是碳单质，在足量氧气中完全燃烧的产物均为二氧化碳。正确。
④ 金刚石和石墨烯都由碳元素组成，但金刚石中碳原子呈四面体结构，石墨烯中碳原子呈层状结构，是结构不同的两种物质。正确。
⑤ 金刚石和石墨由碳原子构成，但足球烯（C60）是由C60分子构成，而非碳原子直接构成。错误。
故正确的有③④。故选D。
9．（多选）C60的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60的叙述不正确的是
A．C60是由60个碳原子构成的
B．C60是一种新型化合物
C．C60能与氧气反应生成二氧化碳
D．C60具有独特性质的原因在于它有独特的结构
【答案】AB
【解析】A、一个C60分子由60个碳原子构成。错误。
B、C60只含有碳元素，因此它是一种单质，而不是化合物。错误。
C、碳单质在氧气中燃烧会生成二氧化碳。C60作为碳的单质，也能与氧气反应生成二氧化碳。正确。
D、物质的性质由结构决定。C60的球形结构不同于金刚石或石墨的结构，这使其具有高稳定性、特殊导电性等独特性质。正确
故选AB。
10．（多选）碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如等。下列对于碳单质的认识中，不正确的是
A．石墨转化为金刚石属于化学变化 B．金刚石、石墨、都由原子直接构成
C．所有的碳单质都能导电 D．等碳材料是一种未来革命性材料
【答案】BC
【解析】A、石墨和金刚石是碳元素形成的不同单质，石墨转化为金刚石，有新物质生成，属于化学变化，此选项正确；
B、金刚石、石墨由原子构成，由分子构成，此选项错误；
C、不是所有碳单质都导电，如金刚石不导电,此选项错误；
D、、、等碳材料有特殊性质，是未来革命性材料,此选项正确。
故选BC。
综合应用
11．据图回答下列问题。
（1）图1所示的物质的用途中，利用了石墨导电性的是 （填序号）。
（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合，可以净化空气，这里利用了活性炭的 （填“物理”或“化学”）性质。
（3）世界上最轻的固体材料“碳海绵”由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于“碳海绵”的说法，正确的是______（填字母）。
A．具有吸附性
B．可重复利用
C．可处理海上石油泄漏
【答案】（1）④
（2）物理
（3）ABC
【解析】（1）石墨具有导电性，可以制成电极。
（2）活性炭净化空气是利用了它的吸附性，吸附性属于物理性质。
（3）“碳海绵”具有多孔结构，具有吸附性，A正确。
将吸入的石油挤出后，“碳海绵”仍可恢复原状，说明“碳海绵”可重复利用，B正确。
“碳海绵”对石油有很强的吸附能力，可处理海上石油泄漏，C正确。
故选ABC。
12．水是宝贵的自然资源，日常生活、工农业生产和科学实验都离不开水。
（1）根据硬度不同，天然水分为硬水和软水，硬水中含有较多的两种阳离子，是、 （用离子符号表示）。区别软水和硬水的办法是取水样，加入 ，振荡，若观察到泡沫较丰富，则是 （填“硬水”或“软水”）。
（2）某家用净水机工作原理如图所示：
净水机中，PP棉净水原理是 （填“过滤”或“蒸馏”）。颗粒活性炭可去除异味和余氯，是因为活性炭具有良好的 性。
（3）请写一条日常生活中，节约用水的举措： 。
【答案】（1） 肥皂水 软水
（2）过滤 吸附
（3）随手关闭水龙头（合理均可）
【解析】（1）根据硬度不同，天然水分为硬水和软水，硬水中含有较多的两种阳离子，是、。区别软水和硬水的办法是取水样，加入肥皂水，振荡，若观察到泡沫较丰富，则是软水。
（2）通过过滤可将难溶于水的固体物质与液体分离，净水机中，PP棉净水原理是过滤。颗粒活性炭可去除异味和余氯，是因为活性炭具有良好的吸附性。
（3）节约用水的举措有：随手关闭水龙头、用洗菜水浇花、洗衣服的水冲厕所等。
13．阅读科普短文并回答问题：
在常温下为黑色或深棕色的固体，密度为，熔点280℃以上。分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。分子形状像一个足球，因此也被称为富勒烯或足球烯。在惰性气体（如氦气或氩气）气氛下，通过石墨电极之间的电弧放电，使石墨蒸发，冷却后形成。由于具有这种独特的分子结构，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，与K等金属反应生成的化合物是超导体。
（1）是由 构成的。
（2）由石墨制得属于 变化（填“物理”或“化学”）。
（3）下列属于物理性质的是______（填字母）。
A．密度为 B．能与K等金属反应 C．熔点280℃以上
（4）的应用 （写一点即可）。
【答案】（1）分子
（2）化学
（3）AC
（4）用于超导材料的研制
【解析】（1）分子是保持物质化学性质的一种微粒，是由分子构成的。
故本问答案为：分子。
（2）物理变化是没有新物质生成的变化，化学变化是有新物质生成的变化。由石墨制得，石墨和是两种不同的物质，有新物质生成，所以属于化学变化。
故本问答案为：化学。
（3）物理性质是指物质不需要发生化学变化就表现出来的性质。
A、密度为，密度属于物理性质，A正确。
B、能与K等金属反应，这表现的是的化学性质，B错误。
C、熔点以上，熔点属于物理性质，C正确。
故本问答案为：AC。
（4）根据题目信息可知，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景，所以的应用可以写用于超导材料的研制（答案不唯一）。故本问答案为：用于超导材料的研制（答案不唯一）。
14．结合下列图片，回答问题。
（1）属于金刚石用途的是 （填字母）。
（2）利用了石墨导电性的是 （填字母）；石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨的 （填性质）。
（3）冰箱除味剂中含有活性炭，该物质具有 的结构。
【答案】（1）A
（2）B 颜色为灰黑色、质软（或硬度小）
（3）疏松多孔
【解析】（1）金刚石硬度大，可用于裁玻璃，故选A。
（2）石墨具有良好的导电性，可用于制作电极，故选B；
石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨的颜色为灰黑色、质软（或硬度小）。
（3）活性炭具有疏松多孔的结构，所以有吸附性。
拓展培优
15．阅读下列科普短文。
神奇的碳材料
石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料，一层层叠起来就是石墨，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有优良的导电和光学性能。
除石墨烯外，科学界还不断研发出新型碳材料，碳气凝胶就是其中一种。将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，制造出的一种超轻固体材料被称为“全碳气凝胶”（如图1），是迄今为止世界上最轻的材料。“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一，吸收量可高达自身质量的900倍。碳气凝胶具有优良的吸附性能，在环境净化中发挥重要作用。
科研人员在不同温度下制备了三种碳气凝胶样品，比较其对CO2的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定了上述样品对混合气体中CO2吸附的选择性值，实验结果如图2.图中选择性值越高，表明碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越好。未来，碳材料将会有更广阔的应用领域。
根据文章内容，回答问题。
（1）石墨烯微观上是由 构成的。
（2）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的 性。
（3）石墨在生活中用途广泛，请将石墨用途与对应性质连线。
（4）全碳气凝胶可应用在 的领域（一种即可）。
（5）分析图2曲线，得出的实验结论有：a.在实验研究范围内，同一温度下制备的碳气凝胶，压强越大，对CO2的选择性吸附性能越 ；
b. 。
【答案】（1）碳原子
（2）导电
（3）
（4）海水净化（合理即可）
（5）强 在实验研究范围内，压强相同时，制备温度越低，碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越强
【解析】（1）石墨烯是由碳原子构成的，故本问答案为：碳原子。
（2）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的导电性， 故本问答案为：导电。
（3）制铅笔芯利用石墨黑色质软的性质，能在纸上留下痕迹；作电车电刷利用石墨能导电的性质，实现电流的传导；润滑生锈锁芯利用石墨有滑腻感的性质，减小摩擦。 故本问答案为：
（4）全碳气凝胶可应用在吸附（合理即可，如海水净化、空气净化等与吸附相关领域 ）的领域。因为从图 2 可以看出它对CO2有选择性吸附性能，所以可用于吸附相关的领域。故本问答案为：海水净化（合理即可）。
（5）在实验研究范围内，同一温度下制备的碳气凝胶，压强越大，碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越强。观察图 2 中同一温度下的曲线，随着压强增大，纵坐标（选择性吸附性能）的值增大。
在实验研究范围内，压强相同时，制备温度越低，碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越强。观察图 2 中相同压强下，不同温度制备的碳气凝胶曲线，温度越低，纵坐标的值越大。
故本问答案为：强；在实验研究范围内，压强相同时，制备温度越低，碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越强。
16．2023年12月，我国科学家首次成功合成了分别由10、14个碳原子组成的环型纯碳分子材料，碳材料家族再添两位新成员的这一科研成果已发表在学术期刊《自然》上。相关团队创新性地将全卤化萘（）和全卤化蒽（）两种分子放在“手术台上”（氯化钠薄膜）并将其“麻醉”（液氮冻住），有关情况如图1、图2所示。研究人员利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”（原子操纵），进而诱导两种分子完全脱卤并伴随发生反伯格曼开环反应，最终成功地在氯化钠薄膜表面上合成了两种芳香性环型碳和。
研究发现，化学键分辨的原子力显微镜表明，不同于此前的聚炔型结构，和均具有累积烯烃型的结构。这项研究工作推动了环型碳领域的发展，提出的表面合成策略有望成为一种合成一系列环型碳的普适性方法。同时，合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。
回答下列问题。
（1）碳元素是地球上最常见的化学元素之一，碳原子的最外层有 个电子。
（2）从宏观角度看，石墨、金刚石、富勒烯（）、石墨烯、、和的相同之处是 ；从微观角度看，石墨、金刚石的主要差别是 。
（3）全卤化萘（）的相对分子质量比全卤化萘（）大 ，全卤化萘固体完全脱卤产生固态和另一种气态双原子分子产物的化学方程式是 。
（4）构成氯化钠的微观粒子符号是 。液氦和氦气的相关转化过程中，发生改变的是 （从微观角度解释）。
【答案】（1）4
（2）都是由碳元素组成的 碳原子的排列方式不同
（3）119
（4） 原子间的间隔
【解析】（1）根据碳原子的原子序数=核内质子数=核外电子数 可知，碳原子核外电子排布为2、4，最外层有4个电子。故填：4。
（2）从宏观角度看，石墨、金刚石、富勒烯 、石墨烯、、 和 的相同之处是都是由碳元素组成的；从微观角度看，石墨、金刚石的主要差别是碳原子的排列方式不同。故填：都是由碳元素组成的；碳原子的排列方式不同。
（3）1个全卤化蒽（ ）分子比1个全卤化萘（）分子多4个C、2个Cl，因此全卤化葱的相对分子质量比全卤化萘大 ；全卤化萘固体完全脱卤产生固态 和另一种气态双原子分子产物，根据质量守恒定律可知，该气态双原子分子是氯分子，全卤化萘固体完全脱卤生成 和 ，该反应的化学方程式为：。故填：119；
（4）构成氯化钠的微观粒子符号是 ；液氦和氦气由氦原子构成，液氦和氦气的相关转化过程属于物理变化，该转化中发生改变的是原子间的间隔。故填：；原子间的间隔。
17．阅读下面的科普短文，回答相关问题。
石墨烯是一种以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的新材料。石墨烯一层层叠起来就是石墨(图1)，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯，石墨烯可以弯曲，柔韧度很好，可以形成富勒烯、碳纳米管等(图2)。石墨烯是目前人类已知强度最高的物质，单位质量的强度，石墨烯是世界上最好钢铁的100倍。另外，石墨烯还具有优良的导电性能、光学性能、热传导性能等多种优点，被认为是一种未来革命性的材料。
石墨烯本来就存在于自然界，只是难以从石墨中剥离出单层结构。现在科学家们已经研究出了多种制石墨烯的方法，其中一种是碳化硅(SiC)外延法，即在超高真空的高温环境中，硅原子升华脱离材料，剩下的碳原子通过自组形式重构，从而得到基于SiC衬底的石墨烯。这种方法可以获得高质量的石墨烯，但是这种方法对设备要求较高。
（1）石墨烯从石墨中分离出来，该过程发生了 (填“物理”或“化学”)变化。石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的 性。
（2）富勒烯家族的典型代表是由60个碳原子组成的具有美学对称性的足球状分子，化学式为 。
（3）有关石墨烯的说法不正确的是_____。
A．石墨烯是石墨结构中的一层，厚度是一个碳原子的直径
B．石墨烯是一种新型化合物
C．石墨烯和金刚石组成元素相同，而它们的物理性质却有很大差异，这是因为碳原子排列方式不同
D．石墨烯可以作弯曲屏幕、防弹衣的外部材料
（4）碳化硅外延法制石墨烯要在超高真空的高温环境中进行，超高真空的原因是 。
【答案】（1）物理 导电
（2）C60
（3）B
（4）防止被氧化
【解析】（1）石墨烯一层层叠起来就是石墨，石墨烯从石墨中分离出来，该过程中没有新的物质生成，属于物理变化；
石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的导电性；
（2）富勒烯家族的典型代表是由60个碳原子构成的具有美学对称性的足球状分子，说明该一个分子由60个碳原子构成，所以分子符号可表示为C60；
（3）A、石墨烯是一种以碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的新材料，石墨烯一层层叠起来就是石墨，故石墨烯是石墨结构中的一层，厚度是一个碳原子的直径，正确；
B、石墨烯是由碳元素组成的单质，不是化合物，错误；
C、石墨烯和金刚石都是由碳元素组成，而它们的物理性质却有很大差异，是因为碳原子排列方式不同，正确；
D、石墨烯可以弯曲，柔韧度很好，石墨烯是目前人类已知强度最高的物质，单位质量的强度，石墨烯是世界上最好钢铁的100倍，所以石墨烯可以作弯曲屏幕、防弹衣的外部材料，正确。
故选B。
（4）碳化硅外延法制石墨烯要在超高真空的环境中进行主要的原因是隔绝空气中的氧气，防止碳与氧气反应。
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