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课题1 碳单质的多样性
第2课时 碳单质的化学性质
◆知识点一 碳单质的化学性质
1.常温下碳的稳定性
（1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有 个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的 （很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。
（2）实际应用
2.碳与氧气的反应—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。
氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳 现象： 。
氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳 —
①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都 热量。
3.碳与某些氧化物的反应—还原性
（1）实验探究——木炭还原氧化铜
实验装置
实验步骤 ① ；②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；③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；④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管 后再把试管里的粉末倒在纸上
实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿， 粉末变为 ，澄清石灰水变
实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊
实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有 性
化学方程式
①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍 ，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在 左右。②木炭粉烘干的原因： 。③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止 。④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的 。⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止 。 ⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止 。⑦网罩的作用： 。
（2）碳的还原性
即学即练
1．下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是
A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色
C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛
2．中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质—“T-碳”（化学式为 C）。有关“T-碳”的说法错误的是
A．完全燃烧的产物是二氧化碳 B．常温下化学性质稳定
C．由原子直接构成 D．物理性质与石墨相似
3．下面是某同学做完碳的还原性实验后所写的化学方程式：2CuO+C2Cu+CO2↑。下列说法中正确的是
A．实验时大试管中红色粉末变黑
B．化学反应前后试管中固体总质量不变，符合质量守恒定律
C．碳发生了还原反应，有还原性
D．该反应中CuO中的氧被C夺去
4．我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜，在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置（见图甲），又可用改进的微型实验装置（见图乙）。化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动。
（1）写出木炭与氧化铜反应的化学方程式 ，其中发生还原反应的物质是 。
（2）判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是 。
（3）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是 （写出一条即可）。
一、密闭容器中碳与氧气反应后物质成分的判断
此类题型考查在密闭容器中，一定质量的碳与氧气反应后所得物质的成分(一般考查气体成分)的确定。根据碳在氧气中充分燃烧与不充分燃烧的化学方程式进行分析讨论，再利用所给的碳与氧气的质量比确定反应后所得物质的成分。可利用数轴帮助分析理解，具体分析如下。碳在氧气中的反应：
碳与氧气的质量比
所得物质成分 O2、CO2 CO2 CO、CO2 CO CO、C
所得气体成分 O2、CO2 CO2 CO、CO2 CO CO
表格信息可用数轴表示：
实践应用
1．将一定质量的碳和氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应，测得容器中只有CO2和CO。则原来密闭容器中碳和氧气的质量比可能是
A．3∶4 B．3∶8 C．1∶2 D．1∶3
二、还原反应
含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。
天平不平衡不等于不遵守质量守恒定律在反应2CuO+C2Cu+CO2↑中，氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原，发生 反应。氧化铜在反应中提供氧，具有 性，是氧化剂。木炭夺去了氧化铜里的氧生成了二氧化碳，发生了 反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有 性，是还原剂。
实践应用
1．（多选）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，发火锻红，冷淀，毁罐取出，即倭铅也”（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，煅烧时分解为氧化锌和二氧化碳。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C
C．冶炼Zn过程中，ZnO发生了还原反应 D．反应过程中只有锌元素化合价发生改变
考点一 碳单质的可燃性
【例1】如图是墨经记载“立窑烧烟法”的示意图，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟主要为炭黑可用于制墨。请回答下列问题：
（1）墨中的主要元素是 （写元素名称）；水墨画能长时间保存，是因为 。
（2）炭黑产量与炉堂口的大小 填“有关”或“无关”。
（3）请你写出炉膛中发生化学变化的化学方程式： 。
（4）石墨与炭黑都是由同种元素组成，但它们的物理性质差别很大，原因是 。
【变式1-1】新材料“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，其密度约为氢气密度的两倍。关于“碳海绵”的说法中不正确的是
A．“碳海绵”充分燃烧生成CO2 B．“碳海绵”具有吸附性，属于物理性质
C．“碳海绵”具有一定的吸附性 D．“碳海绵”是单质
【变式1-2】“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列说法正确的是
A．“超级黑”是一种新型的化合物 B．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧
C．“超级黑”说明碳单质都是黑色 D．“超级黑”中碳元素的化合价为+4
【变式1-3】相同质量的碳燃烧分别生成和，消耗氧气的质量比是
A． B． C． D．
考点二 碳单质的还原性
【例2】“中国高铁，世界第一”高铁列车车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能，工业上采用火法炼镍的原理是：，下列说法错误的是
A．反应中X的化学式为 B．是一种氧化物
C．此变化前后的化合价降低了 D．此反应说明碳具有氧化性
【变式2-1】中国科研团队受“弓弩”等结构启发，研制出碳单质家族的新成员—“碳弹簧”，该新型碳材料由多孔碳材料制作而成。下列关于“碳弹簧”的说法正确的是
A．常温下，“碳弹簧”的化学性质很活泼
B．“碳弹簧”中碳原子静止不动
C．在一定条件下，“碳弹簧”可以与氧化铜发生反应
D．“碳弹簧”在氧气中燃烧只能生成二氧化碳
【变式2-2】华为手机搭载的先进芯片备受关注，制取芯片的主要材料是硅，其生产过程涉及的主要化学反应为2C+SiO2Si+2CO↑。关于该反应叙述错误的是
A．2C表示2个碳原子
B．C具有还原性
C．该反应有两种氧化物
D．参加反应的C和SiO2的质量比为2∶1
【变式2-3】燃煤发电仍是我国电力的主要来源。如何实现燃煤产生的二氧化碳零排放，科学家设想利用煤和氧化铁反应发电并将二氧化碳转变成液体燃料甲醇(CH3OH)的新工艺获得了一定的进展，该设想的反应原理流程如图所示：
（1）将煤磨成煤粉，是为了增大 ，提高反应速率和原料利用率。
（2）“反应器”中主要的化学反应方程式为 。
（3）“分离器”的产物用“热空气循环氧化”，“热空气”中参与反应的物质主要是 。
（4）“合成器”中发生反应的化学方程式可表示为：CO2+3H2=CH3OH+ 。
（5）该流程主要产生的废弃物是 。
考点三 有关碳单质性质的实验探究
【例3】李洋同学在实验室用木炭和氧化铜两种黑色粉末在高温下反应制取单质铜，他联想到单质碳的一些化学性质，认为在该实验中还可能会有CO产生。
【查阅资料】CO气体有毒，不能使澄清石灰水变浑浊，但能使湿润的黄色氯化钯试纸变蓝色。
【实验验证】
（1）点燃A处酒精灯，数分钟后发现试管中的黑色固体物质变红，反应的化学方程式为： 。
（2）刚开始预热时，B中立即有气泡产生，但澄清石灰水不变浑浊，原因 。
（3）C装置中出现 的现象，说明有CO气体生成，证明该同学的判断是正确的。
【实验反思】
（4）李洋同学对CO产生的原因进行了分析。
①原因一：木炭和氧化铜在高温条件下直接反应放出产生CO。
②原因二：反应中的一种产物和反应物木炭又发生了新的化学反应，产生了CO，请你从原因一、原因二中选择其一，用化学方程式表示其反应原理： 。
（5）有同学实验结束后立即将试管中的粉末倒出，发现红色粉末逐渐变为黑色，出现这样的原因可能是 。
【变式3-1】某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是
A．该反应说明木炭具有还原性
B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素
D．装置中发生反应：
【变式3-2】在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示。
请回答下列问题：
（1）此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： 。
加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣。
【提出问题】
试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
（2）甲同学的猜想：铜和氧化铜；乙同学的猜想：氧化铜和碳；丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜；丁同学的猜想：铜；你的猜想： 。
【收集证据】
（3）同学们一致认为， 的猜想错误，原因 ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量(m)与加热时间(t)的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 (填“t ”、“t2”、“t ”或“t4”)。
【讨论交流】
（4）刚开始加热时，装有少量澄清石灰水的试管中，液面下导管口产生气泡，但澄清石灰水没有变白色浑浊的原因是 。
（5）在这个反应中，氧化铜 而变成单质铜。
【变式3-3】某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
（1）加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的方程式为 ，b试管中的现象为 。
（2）实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还应立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
（3）利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
基础达标
1．明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．C B．SnO2 C．CO D．Sn
2．对于化学反应，下列说法不正确的是
A．产物是一种空气污染物 B．此反应中碳元素有两种化合价
C．此反应涉及两种氧化物 D．此反应为化合反应
3．下列用途利用了碳单质的化学性质的是
①石墨作电极 ②制糖工业中用活性炭脱色 ③石墨作润滑剂 ④作燃料 ⑤冶炼金属
A．①②③④ B．②⑤ C．①③⑤ D．④⑤
4．下列关于金刚石和石墨的说法，不正确的是
A．金刚石和石墨都属于碳的单质 B．石墨转化为金刚石属于物理变化
C．它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳 D．金刚石和石墨的物理性质存在着明显差异
5．2024年1月4日，媒体报道天津大学研究团队领衔创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。石墨烯是由碳原子形成的单层六边形结构材料。下列有关说法正确的是
A．石墨烯属于新型化合物 B．石墨烯与金刚石组成不同
C．石墨烯完全燃烧生成二氧化碳 D．石墨烯一定不具有还原性
6．下列有关碳的化学性质的描述中正确的是(　　)
A．碳单质具有可燃性，燃烧时一定生成二氧化碳
B．碳充分燃烧时放热，不充分燃烧时吸热
C．木炭可以燃烧，金刚石不能燃烧
D．C60在氧气中充分燃烧的化学方程式为C60+60O260CO2
7．除去氧化铜中少量木炭粉的方法是
A．隔绝空气加强热 B．加入水搅拌后过滤 C．在氧气流中加热 D．根据颜色分离
8．有关碳还原氧化铜的实验如图，分析正确的是
A．开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是
B．实验中，装置I中铜元素的质量始终不变
C．停止加热前，必须将导管从装置Ⅲ中取出
D．结束后，装置I中仍有黑色固体说明碳过量
综合应用
9．取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如下图。下列说法正确的是
A．M点对应的固体物质只有两种
B．N点对应的固体为黑色
C．反应后产生气体的总质量为（a-b）g
D．内，固体中铜元素的质量分数不变
10．实验小组的同学按照图1所示装置进行木炭还原氧化铜的实验，实验时，试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示，下列分析错误的是
A．M点时反应未开始
B．N点对应的固体物质只有两种
C．M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量
D．反应中木炭表现出还原性，将氧化铜还原为铜
11．两份质量相等的碳,一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳,另一份与氧气反应全部生成一氧化碳,则前者与后者消耗氧气的质量比为
A．2:1 B．1:2 C．3:4 D．3:8
12．金刚石、石墨、都是由碳元素组成的单质，它们的原子排列方式不同，导致它们在性质上存在着明显差异。
（1）请写出另一组由同种元素组成的不同单质： 。
（2）石墨具有优良的 ，常用作干电池的电极。
（3）硅是一种良好的半导体材料。工业上制粗硅的反应为，该反应中发生 (填“氧化”或“还原”)反应。
（4）已知反应： 。则着火时， (填“能”或“不能”)使用二氧化碳灭火器灭火。
拓展培优
13．化学兴趣小组取一定质量木炭粉和氧气在密闭耐高温容器中引燃，用压强传感器测定容器内压强的变化如图所示（起始压强为，已知：一定温度和体积下，容器内压强与气体分子数目成正比），请根据图示信息回答下列问题。
（1）图中AB段压强变化不明显的原因是 。
（2）BC段压强快速上升的原因是 。
（3）CD段压强下降的原因是 ，D点的气体成分是 （写化学式）。
14．化学实验深受同学们的喜爱，同学们在实验室完成木炭粉和氧化铜的实验时发现可能会产生一氧化碳有毒且容易爆炸，实验结束未及时撤出导管澄清石灰水会倒吸，存在安全隐患。于是他们对教材实验装置进行了如图改进：
（1）按如图组装好仪器，检查装置的气密性。加热前，要先从左端通入一段时间氮气后，再关闭旋塞。目的是 。
（2）打开连接MCH陶瓷加热棒的直流电源充分加热，观察到长柄U形玻璃管中的现象为 。发生还原反应的物质有 。
（3）待冷却后打开旋塞，滴入澄清石灰水，发生反应的化学方程式为 。
（4）判断碳粉与氧化铜是否完全反应，最简单的方法是 。
15．某化学兴趣小组用木炭进行了相关探究。
【探究一】木炭的还原性
为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件，用木炭和氧化铜的干燥混合物1~2.5g进行系列实验。
查阅资料：氧化铜()为黑色固体。
进行实验：
实验1：取质量比的木炭粉和氧化铜混合物1.3g，用甲、乙两种装置进行实验。
装置
现象 甲：黑色粉末中含有少量红色固体 乙：红色固体有金属光泽，混有极少量黑色物质
实验2：取一定量的混合物，用乙装置进行实验。
序号 木炭粉与氧化铜的质量比 反应后物质的颜色、状态
2-1 1：9 红色固体有金属光泽 混有少量黑色物质
2-2 1：10 混有很少量黑色物质
2-3 1：11 混有极少量黑色物质
2-4 1：12 无黑色物质
2-5 1：13 混有较多黑色物质
解释与结论
（1）实验前，小组同学将木炭研磨成粉末的目的是 。写出C和反应的化学方程式： 。
（2）实验1的目的是 。
（3）他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入己干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和木炭粉已经开始反应。
（4）实验2的结论是 。实验2没有进行质量比为的实验，理由是 。
16．某中学化学兴趣小组的同学在实验室进行了木炭（杂质不发生任何反应）与氧化铜反应的实验，请根据信息回答问题：
【进行实验】
（1）在确认装置气密性良好之后，南南同学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Ⅰ，并将试管Ⅰ固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中。之后他打开弹簧夹，用加网罩的酒精灯加热混合物，加网罩的目的是 ；加热过程中，他观察到试管Ⅰ中产生 的现象，写出产生此现象的反应的化学方程式 。
（2）接下来进行的操作步骤有：
a.停止加热
b.把试管Ⅰ里的粉末倒在纸上
c.充分反应后，从石灰水中撤出导管
d.待试管Ⅰ冷却
e.用弹簧夹夹紧乳胶管
正确的排序为： （填字母）。
【提出问题】纸上的粉末由哪些物质组成？
【思考与讨论】
南南同学认为纸上的粉末由木炭和铜组成。
小岗同学认为纸上的粉末由铜组成。
（3）你认为纸上的粉末由 组成。
（4）经过大家讨论，大家一致认为：如果你的预测是正确的，则最初放入到试管Ⅰ中的氧化铜粉末和反应生成的铜的质量比 （填“大于”或“小于”或“等于”）。
答案和解析
◆知识点一 碳单质的化学性质
1.常温下碳的稳定性
（1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有4个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的化学性质不活泼（很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。
（2）实际应用
2.碳与氧气的反应—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。
氧气充足 充分燃烧时，生成二氧化碳C+O2CO2 现象：发出白光，放出大量的热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。
氧气不足 不充分燃烧时，生成一氧化碳2C+O22CO —
①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都放出热量。
3.碳与某些氧化物的反应—还原性
（1）实验探究——木炭还原氧化铜
实验装置
实验步骤 ①检查装置气密性；②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；③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；④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上
实验现象 开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，黑色粉末变为红色，澄清石灰水变浑浊
实验分析 开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊
实验结论 碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有还原性
化学方程式 2CuO+C2Cu+CO2↑
①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍过量，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在1:10左右。②木炭粉烘干的原因：排除水蒸气的干扰，使实验现象更明显。③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止加热过程中产生的水蒸气冷凝回流使试管炸裂。④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的空气。⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止澄清石灰水倒吸，使试管炸裂。⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止热的铜被重新氧化。⑦网罩的作用：使火焰集中，提高温度。
（2）碳的还原性
即学即练
1．下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是
A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色
C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛
【答案】D
【解析】A、用碳素墨水书写档案，是因为碳在常温下化学性质稳定，能使档案长期保存，该选项能说明；
B、古代的水墨画保存百年不褪色，是因为墨中含碳，碳在常温下化学性质稳定，该选项能说明；
C、钻石（主要成分是碳）恒久远，一颗永流传，是因为碳在常温下化学性质稳定，该选项能说明；
D、炭雕能吸附室内甲醛，是因为活性炭具有吸附性，属于物理性质，与碳的化学性质稳定无关，该选项不能说明。
故选D。
2．中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质—“T-碳”（化学式为 C）。有关“T-碳”的说法错误的是
A．完全燃烧的产物是二氧化碳 B．常温下化学性质稳定
C．由原子直接构成 D．物理性质与石墨相似
【答案】D
【解析】A、由“T-碳”的化学式为C可知，“T-碳”是由碳元素组成的单质，则其完全燃烧的产物是二氧化碳，故A不符合题意；
B、单质碳常温下化学性质稳定，“T-碳”属于单质碳，所以常温下化学性质稳定，故B不符合题意；
C、由“T-碳”的化学式为C可知，“T-碳”是由原子直接构成，故C不符合题意；
D、由于构成“T-碳”和石墨的碳原子的排列方式不同，二者的物理性质不同，故D符合题意。
故选D。
3．下面是某同学做完碳的还原性实验后所写的化学方程式：2CuO+C2Cu+CO2↑。下列说法中正确的是
A．实验时大试管中红色粉末变黑
B．化学反应前后试管中固体总质量不变，符合质量守恒定律
C．碳发生了还原反应，有还原性
D．该反应中CuO中的氧被C夺去
【答案】D
【解析】A、氧化铜和碳均为黑色，铜为红色，故实验时大试管中黑色粉末变红，说法错误，不符合题意；
B、氧化铜与碳在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳是气体会逸散到空气中，所以反应后试管中固体总质量减少，但该反应仍符合质量守恒定律，说法错误，不符合题意；
C、该反应中碳结合氧元素，是还原剂，具有还原性，发生了氧化反应，说法错误，不符合题意；
D、该反应中CuO中的氧被C夺去，说法正确，符合题意。
故选：D。
4．我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜，在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置（见图甲），又可用改进的微型实验装置（见图乙）。化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动。
（1）写出木炭与氧化铜反应的化学方程式 ，其中发生还原反应的物质是 。
（2）判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是 。
（3）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是 （写出一条即可）。
【答案】（1） 氧化铜/CuO
（2）黑色粉末中出现红色固体，澄清石灰水变浑浊。
（3）节约药品（或现象明显或操作简便等）
【解析】（1）木炭与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为：。在氧化还原反应中，含氧化合物里的氧被夺去的反应叫还原反应，氧化铜（CuO）失去氧，发生还原反应。
（2）木炭与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，试管内黑色粉末（氧化铜）中出现红色固体（铜），二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是黑色粉末中出现红色固体，澄清石灰水变浑浊。
（3）图乙装置是微型实验装置，所用药品的量较少，所以优点是节约药品（或现象明显或操作简便等）。
一、密闭容器中碳与氧气反应后物质成分的判断
此类题型考查在密闭容器中，一定质量的碳与氧气反应后所得物质的成分(一般考查气体成分)的确定。根据碳在氧气中充分燃烧与不充分燃烧的化学方程式进行分析讨论，再利用所给的碳与氧气的质量比确定反应后所得物质的成分。可利用数轴帮助分析理解，具体分析如下。碳在氧气中的反应：
碳与氧气的质量比
所得物质成分 O2、CO2 CO2 CO、CO2 CO CO、C
所得气体成分 O2、CO2 CO2 CO、CO2 CO CO
表格信息可用数轴表示：
实践应用
1．将一定质量的碳和氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应，测得容器中只有CO2和CO。则原来密闭容器中碳和氧气的质量比可能是
A．3∶4 B．3∶8 C．1∶2 D．1∶3
【答案】C
【解析】碳完全燃烧生成CO2的反应：，碳与氧气的质量比为：12:32=3:8；
碳不完全燃烧生成CO的反应：，碳与氧气的质量比为：（12×2）:32=3:4。
当产物为CO2和CO的混合物时，质量比必须在 和 之间，故选C。
二、还原反应
含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。
天平不平衡不等于不遵守质量守恒定律在反应2CuO+C2Cu+CO2↑中，氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原，发生还原反应。氧化铜在反应中提供氧，具有氧化性，是氧化剂。木炭夺去了氧化铜里的氧生成了二氧化碳，发生了氧化反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有还原性，是还原剂。
实践应用
1．（多选）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，发火锻红，冷淀，毁罐取出，即倭铅也”（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，煅烧时分解为氧化锌和二氧化碳。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C
C．冶炼Zn过程中，ZnO发生了还原反应
D．反应过程中只有锌元素化合价发生改变
【答案】AD
【解析】A、根据题意，炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭，不含铅，则倭铅中不含铅，说法不正确，符合题意；
B、煤炭的主要成分是碳（C），在冶炼过程中，碳作为还原剂，将氧化锌中的锌还原出来， 说法正确，不符合题意；
C、冶炼锌的过程中，氧化锌（ZnO）失去氧变成锌（Zn），含氧化合物中的氧被夺去的反应是还原反应，ZnO发生了还原反应，说法正确，不符合题意；
D、碳酸锌（ZnCO3）分解生成氧化锌（ZnO）和二氧化碳（CO2），该反应中各元素化合价不变；在碳还原氧化锌的反应2ZnO+C2Zn+CO2↑中，锌元素由+2价变为0价，碳元素由0价变为+4价，反应过程中不只有锌元素化合价发生改变，说法不正确，符合题意。
故选AD。
考点一 碳单质的可燃性
【例1】如图是墨经记载“立窑烧烟法”的示意图，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟主要为炭黑可用于制墨。请回答下列问题：
（1）墨中的主要元素是 （写元素名称）；水墨画能长时间保存，是因为 。
（2）炭黑产量与炉堂口的大小 填“有关”或“无关”。
（3）请你写出炉膛中发生化学变化的化学方程式： 。
（4）石墨与炭黑都是由同种元素组成，但它们的物理性质差别很大，原因是 。
【答案】（1）碳 常温下碳的化学性质稳定
（2）有关
（3）
（4）碳原子的排列方式不同
【解析】（1）墨中的主要元素是碳；墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，常温下碳的化学性质稳定，所以水墨画能长时间保存；
（2）炉膛口的大小会影响炉膛氧气含量，会影响燃烧充分程度，进而影响炭黑的产量，所以炭黑产量与炉堂口的大小有关；
（3）由于炉膛口较小，炉膛中发生化学变化为碳与氧气反应生成一氧化碳，反应的化学方程式为；
（4）结构决定性质，由于 碳原子的排列方式不同，所以虽然石墨与炭黑都是由同种元素组成，但它们的物理性质差别很大。
【变式1-1】新材料“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，其密度约为氢气密度的两倍。关于“碳海绵”的说法中不正确的是
A．“碳海绵”充分燃烧生成CO2 B．“碳海绵”具有吸附性，属于物理性质
C．“碳海绵”具有一定的吸附性 D．“碳海绵”是单质
【答案】D
【解析】A、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，充分燃烧生成二氧化碳，该选项说法正确；
B、“碳海绵”具备疏松多孔的结构，则具有吸附性，吸附性不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质，该选项说法正确；
C、结合前面分析可知，“碳海绵”具有一定的吸附性，该选项说法正确；
D、“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管，含有多种物质，属于混合物，该选项说法不正确。
故选D。
【变式1-2】“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列说法正确的是
A．“超级黑”是一种新型的化合物 B．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧
C．“超级黑”说明碳单质都是黑色 D．“超级黑”中碳元素的化合价为+4
【答案】B
【解析】A、“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，碳纳米管是由碳元素组成的纯净物，属于单质，不属于化合物，说法错误，不符合题意；
B、“超级黑”是碳单质，碳单质具有可燃性，所以在一定条件下，“超级黑”能够燃烧，说法正确，符合题意；
C、“超级黑”不能说明碳单质都是黑色，如金刚石是碳单质，但金刚石是无色透明的，说法错误，不符合题意；
D、“超级黑”是碳单质，单质中元素的化合价为0，则“超级黑”中碳元素的化合价为0，说法错误，不符合题意。
故选：B。
【变式1-3】相同质量的碳燃烧分别生成和，消耗氧气的质量比是
A． B． C． D．
【答案】B
【解析】碳燃烧的化学方程式：
碳完全燃烧生成二氧化碳：，碳不完全燃烧生成一氧化碳：。
设碳的质量为克。
在化学方程式中，克碳反应消耗的质量为;
在化学方程式中，克碳反应消耗的质量为。
所以消耗氧气质量比 = 。
因此，相同质量的碳燃烧分别生成和，消耗氧气的质量比是。
故选B。
考点二 碳单质的还原性
【例2】“中国高铁，世界第一”高铁列车车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能，工业上采用火法炼镍的原理是：，下列说法错误的是
A．反应中X的化学式为 B．是一种氧化物
C．此变化前后的化合价降低了 D．此反应说明碳具有氧化性
【答案】D
【解析】A、根据质量守恒定律，反应前后原子的种类、数目不变，反应前C、Ni、O的原子个数分别为1、2、2，反应后C、Ni、O的原子个数分别为0、2、0，则X中含有1个碳原子和2个氧原子，X的化学式为，故选项说法正确；
B、氧化物是由两种元素组成的化合物中，其中一种元素是氧元素，则是一种氧化物，故选项说法正确；
C、反应物NiO中氧元素的化合价为-2价，则镍元素的化合价为+2，生成物Ni属于单质，镍元素的化合价为0，因此此变化前后的化合价降低了，故选项说法正确；
D、此反应中碳夺取氧化镍中的氧元素，属于还原剂，说明碳具有还原性，故选项说法不正确。
故选D。
【变式2-1】中国科研团队受“弓弩”等结构启发，研制出碳单质家族的新成员—“碳弹簧”，该新型碳材料由多孔碳材料制作而成。下列关于“碳弹簧”的说法正确的是
A．常温下，“碳弹簧”的化学性质很活泼
B．“碳弹簧”中碳原子静止不动
C．在一定条件下，“碳弹簧”可以与氧化铜发生反应
D．“碳弹簧”在氧气中燃烧只能生成二氧化碳
【答案】C
【解析】A、“碳弹簧”是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，说法错误，不符合题意；
B、“碳弹簧”中碳原子在不断运动，说法错误，不符合题意；
C、“碳弹簧”是碳单质，碳具有还原性，在高温条件下可与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，说法正确，符合题意；
D、“碳弹簧”是碳单质，碳具有可燃性，在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳，说法错误，不符合题意。
故选：C。
【变式2-2】华为手机搭载的先进芯片备受关注，制取芯片的主要材料是硅，其生产过程涉及的主要化学反应为2C+SiO2Si+2CO↑。关于该反应叙述错误的是
A．2C表示2个碳原子
B．C具有还原性
C．该反应有两种氧化物
D．参加反应的C和SiO2的质量比为2∶1
【答案】D
【解析】A、原子的表示方法：用元素符号来表示一个原子，表示多个该原子，就在其元素符号前加上相应的数字，则2C表示2个碳原子，故选项说法正确；
B、在该反应中，碳夺取了二氧化硅中的氧，使二氧化硅被还原，所以碳具有还原性，故选项说法正确；
C、氧化物是由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。在这个反应中，SiO2由硅和氧两种元素组成，CO由碳和氧两种元素组成，两物质都是氧化物，所以该反应有两种氧化物，故选项说法正确；
D、参加反应的C和SiO2的质量比为(12×2):(28+16×2)=2:5，故选项说法错误；
故选：D。
【变式2-3】燃煤发电仍是我国电力的主要来源。如何实现燃煤产生的二氧化碳零排放，科学家设想利用煤和氧化铁反应发电并将二氧化碳转变成液体燃料甲醇(CH3OH)的新工艺获得了一定的进展，该设想的反应原理流程如图所示：
（1）将煤磨成煤粉，是为了增大 ，提高反应速率和原料利用率。
（2）“反应器”中主要的化学反应方程式为 。
（3）“分离器”的产物用“热空气循环氧化”，“热空气”中参与反应的物质主要是 。
（4）“合成器”中发生反应的化学方程式可表示为：CO2+3H2=CH3OH+ 。
（5）该流程主要产生的废弃物是 。
【答案】（1）煤与氧化铁之间的接触面积
（2）
（3）氧气/O2
（4）H2O
（5）煤灰
【解析】（1）将煤磨成煤粉，是为了增大煤与氧化铁之间的接触面积，使反应更快更充分，提高反应速率和原料利用率；
（2）“反应器”中主要的化学反应为碳和氧化铁在高温下反应生成铁和二氧化碳，该反应的化学方程式为：；
（3）“分离器”的产物用“热空气循环氧化”，及铁与氧气反应生成氧化铁，则“热空气”中参与反应的物质主要是氧气；
（4）根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，反应物中含C、H、O的个数分别是1、6、2，生成物中含C、H、O的个数分别是1、4、1，故生成物中还应含2个H、1个O，故应填：H2O；
（5）由图可知，该流程主要产生的废弃物是煤灰。
考点三 有关碳单质性质的实验探究
【例3】李洋同学在实验室用木炭和氧化铜两种黑色粉末在高温下反应制取单质铜，他联想到单质碳的一些化学性质，认为在该实验中还可能会有CO产生。
【查阅资料】CO气体有毒，不能使澄清石灰水变浑浊，但能使湿润的黄色氯化钯试纸变蓝色。
【实验验证】
（1）点燃A处酒精灯，数分钟后发现试管中的黑色固体物质变红，反应的化学方程式为： 。
（2）刚开始预热时，B中立即有气泡产生，但澄清石灰水不变浑浊，原因 。
（3）C装置中出现 的现象，说明有CO气体生成，证明该同学的判断是正确的。
【实验反思】
（4）李洋同学对CO产生的原因进行了分析。
①原因一：木炭和氧化铜在高温条件下直接反应放出产生CO。
②原因二：反应中的一种产物和反应物木炭又发生了新的化学反应，产生了CO，请你从原因一、原因二中选择其一，用化学方程式表示其反应原理： 。
（5）有同学实验结束后立即将试管中的粉末倒出，发现红色粉末逐渐变为黑色，出现这样的原因可能是 。
【答案】（1）
（2）试管和导管中的空气受热膨胀进入B中
（3）湿润的黄色氯化钯试纸变蓝
（4）/
（5）热的铜在空气中被氧化为黑色的氧化铜
【解析】（1）点燃A处酒精灯，数分钟后发现试管中的黑色固体物质变红，发生的反应是碳与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为；
（2）导管和试管中含有空气，加热会受热膨胀从短管排出进入B装置，则刚开始预热时，B中立即有气泡产生，但澄清石灰水不变浑浊，原因是试管和导管中的空气受热膨胀进入B中；
（3）已知CO不能使澄清石灰水变浑浊，但能使湿润的黄色氯化钯试纸变蓝色，则观察到C装置中出现湿润的黄色氯化钯试纸变蓝的现象，说明有CO气体生成，证明该同学的判断是正确的；
（4）原因一：木炭和氧化铜在高温条件下直接反应产生CO，化学方程式为；原因二：反应中的一种产物和反应物木炭又发生了新的化学反应，产生了CO，即碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，化学方程式为；
（5）有同学实验结束后立即将试管中的粉末倒出，发现红色粉末逐渐变为黑色，出现这样的原因可能是：热的铜在空气中被氧化为黑色的氧化铜。
【变式3-1】某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是
A．该反应说明木炭具有还原性
B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素
D．装置中发生反应：
【答案】C
【解析】A、在该反应中，木炭夺取了氧化铜中的氧，使氧化铜被还原为铜，这说明木炭具有还原性，A 正确。
B、由于反应生成了铜，铜是红色固体，而反应物氧化铜是黑色固体，所以反应过程中黑色氧化铜变为红色固体，B 正确。
C、在反应中，铜元素的化合价从 + 2价降低到0价；碳元素的化合价从0价升高到 + 4价，C 错误。
D、装置中发生的反应就是木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，化学方程式为，D 正确。
故选C。
【变式3-2】在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示。
请回答下列问题：
（1）此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是： 。
加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣。
【提出问题】
试管内固体成分是什么？
【猜想与假设】
（2）甲同学的猜想：铜和氧化铜；乙同学的猜想：氧化铜和碳；丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜；丁同学的猜想：铜；你的猜想： 。
【收集证据】
（3）同学们一致认为， 的猜想错误，原因 ，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量(m)与加热时间(t)的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是 (填“t ”、“t2”、“t ”或“t4”)。
【讨论交流】
（4）刚开始加热时，装有少量澄清石灰水的试管中，液面下导管口产生气泡，但澄清石灰水没有变白色浑浊的原因是 。
（5）在这个反应中，氧化铜 而变成单质铜。
【答案】（1）集中火焰，提高温度
（2）铜和碳或Cu和C
（3）乙 铜为固体生成物，反应后一定含有 t2
（4）刚加热排出的气体为试管中的空气，空气中二氧化碳含量较低，产生现象不明显
（5）失去氧或者被还原
【解析】（1）在酒精灯火焰上罩网罩，能够让火焰更集中，这样热量就会更集中地释放，从而减少热量向周围空气的散失，也就是提高了火焰的温度。
（2）加热一段时间后停止加热，反应情况有多种。若氧化铜和碳恰好完全反应，固体只有铜；若碳粉过量，固体是铜和碳；若氧化铜过量，固体是铜和氧化铜；若加热时间不足，部分反应物反应生成铜，同时还有氧化铜和碳剩余，固体为铜、碳和氧化铜的混合物。前面已有甲、丙、丁同学的猜想对应后三种，所以“我”的猜想为第一种情况，铜、碳（或Cu、C）。
（3）乙同学猜想氧化铜和碳，此猜想错误。因为在高温条件下，氧化铜和碳会发生反应生成铜和二氧化碳，反应进行了一段时间必然会生成铜，所以固体中一定有铜，不可能只是氧化铜和碳。从生成铜的质量（m）与加热时间（t）的关系图像来看，第一次对固体停止加热的时间点是t2。在t1时刻之前反应未开始或刚开始，没有铜生成；因为反应发生就会有铜生成，所以不可能是t1；又因为最终固体成分是碳、铜和氧化铜，说明再次加热反应时仍有铜生成，所以第一次停止加热时间点为t2。
（4）刚开始加热时，装有少量澄清石灰水的试管中，液面下导管口产生气泡，但澄清石灰水没有变白色浑浊的原因是刚加热排出的气体为试管中的空气，空气中二氧化碳含量较低，产生现象不明显。
（5）此实验中碳具有还原性，夺取了氧化铜中的氧，氧化铜失去氧或被还原为单质铜。
【变式3-3】某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：
（1）加热一段时间后，观察到a试管中的现象为 ，反应的方程式为 ，b试管中的现象为 。
（2）实验结束时，应先 (选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是 。移开酒精喷灯后，还应立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是 。
（3）利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。
老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是 。
【答案】（1）黑色粉末逐渐变成红色 澄清石灰水变浑浊
（2）将导管撤出石灰水 防止b中的石灰水倒吸入a中，使试管炸裂 防止灼热的铜被氧化
（3）碳和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳
【解析】（1）碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳，铜是红色固体，氧化铜为黑色固体，可观察到a中黑色粉末逐渐变成红色；
方程式为：；
二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，所以可观察到b中澄清石灰水逐渐变浑浊；
（2）实验结束时，移开酒精喷灯后，立即用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是温度下降，防止b试管内液体被倒吸入a中，使a试管炸裂；
停止加热时，被还原的铜温度很高，如果与氧气接触，铜会与氧气反应生成氧化铜，所以停止加热时，应先将导管从试管b中撤出，并用弹簧夹夹紧乳胶管，待试管a冷却后再把试管里的粉末倒出。移开酒精喷灯后，立即用弹簧夹夹紧乳胶管的目的是防止灼热的铜被氧化；
（3）由于木炭和二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳，所以一氧化碳不一定是木炭和氧化铜反应生成的。
基础达标
1．明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是
A．C B．SnO2 C．CO D．Sn
【答案】B
【解析】根据可知，SnO2在该过程中失去了氧，发生了还原反应。故选B。
2．对于化学反应，下列说法不正确的是
A．产物是一种空气污染物 B．此反应中碳元素有两种化合价
C．此反应涉及两种氧化物 D．此反应为化合反应
【答案】B
【解析】A. 该反应产物为一氧化碳（）。一氧化碳有毒，能与血红蛋白结合导致人体缺氧，是常见的空气污染物。因此，该说法正确；
B. 反应物中：碳单质（）的化合价为 （单质中元素化合价均为 ）；二氧化碳（）中，氧元素化合价为 ，根据化合物元素正负化合价代数和为 ，得出碳元素化合价为 。同理，求得一氧化碳（）中，碳元素化合价为 。整个反应中，碳元素表现出三种化合价：、 和 。选项说“有两种化合价”，与事实不符，说法错误；
C.氧化物是由两种元素组成且其中一种为氧元素的化合物。反应物：二氧化碳（）由碳和氧两种元素组成，是氧化物；碳单质（）不是氧化物。产物：一氧化碳（）由碳和氧两种元素组成，是氧化物。因此，反应涉及两种氧化物： 和 。该说法正确；
D. 化合反应是指两种或两种以上物质生成一种新物质的反应。本反应中，反应物为碳（）和二氧化碳（），生成物为一氧化碳（），符合化合反应定义（多变一）。说法正确。
故选 B。
3．下列用途利用了碳单质的化学性质的是
①石墨作电极 ②制糖工业中用活性炭脱色 ③石墨作润滑剂 ④作燃料 ⑤冶炼金属
A．①②③④ B．②⑤ C．①③⑤ D．④⑤
【答案】D
【解析】①石墨作电极：利用石墨的导电性，这属于物理性质（电子在石墨层间移动，不涉及化学反应）。
②制糖工业中用活性炭脱色：利用活性炭的吸附性（物理吸附），色素被吸附在活性炭表面，不涉及化学变化。
③石墨作润滑剂：利用石墨的层状结构易滑动的特性，这属于物理性质（摩擦时层间滑动，无化学反应）。
④作燃料：碳燃烧时与氧气反应生成二氧化碳（），利用了碳的可燃性，属于化学性质（涉及化学变化）。
⑤冶炼金属：例如碳还原金属氧化物（如），利用了碳的还原性，属于化学性质（发生氧化还原反应）。
综上，只有④和⑤利用了碳单质的化学性质。
故选D。
4．下列关于金刚石和石墨的说法，不正确的是
A．金刚石和石墨都属于碳的单质 B．石墨转化为金刚石属于物理变化
C．它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳 D．金刚石和石墨的物理性质存在着明显差异
【答案】B
【分析】本题考查金刚石和石墨的性质，涉及同素异形体、物理变化与化学变化的区别等知识点。
【解析】A.金刚石和石墨都是由碳元素组成的纯净物，属于碳的同素异形体（同种元素组成的不同单质），故A项不符合题意；
B.石墨转化为金刚石需要在高温高压条件下进行，此过程改变了碳原子的排列方式（石墨是层状结构，金刚石是立体网状结构），有新物质生成，属于化学变化，不是物理变化，故B项符合题意；
C.金刚石和石墨都是碳的单质，完全燃烧时与氧气反应，化学方程式为：，产物均为二氧化碳，故C项不符合题意；
D.金刚石是自然界中最硬的物质，不导电、无色透明；石墨很软、能导电、呈灰黑色。这些物理性质差异源于碳原子排列方式不同，故D项不符合题意。
【点睛】同素异形体：同种元素构成的不同单质（如金刚石、石墨），化学性质相似，物理性质不同。
物理变化 vs 化学变化：物理变化无新物质生成（如形状改变）；化学变化有新物质生成（如燃烧、结构改变）。
5．2024年1月4日，媒体报道天津大学研究团队领衔创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。石墨烯是由碳原子形成的单层六边形结构材料。下列有关说法正确的是
A．石墨烯属于新型化合物 B．石墨烯与金刚石组成不同
C．石墨烯完全燃烧生成二氧化碳 D．石墨烯一定不具有还原性
【答案】C
【解析】A、石墨稀只含有碳元素，属于单质，该选项说法不正确；
B、石墨烯和金刚石都是由碳元素组成的，该选项说法不正确；
C、石墨烯为碳单质，完全燃烧生成二氧化碳，该选项说法正确；
D、碳具有还原性，则石墨烯也具有还原性，该选项说法不正确。
故选C。
6．下列有关碳的化学性质的描述中正确的是(　　)
A．碳单质具有可燃性，燃烧时一定生成二氧化碳
B．碳充分燃烧时放热，不充分燃烧时吸热
C．木炭可以燃烧，金刚石不能燃烧
D．C60在氧气中充分燃烧的化学方程式为C60+60O260CO2
【答案】D
【解析】A、碳单质具有可燃性，燃烧时不一定生成二氧化碳，若燃烧不充分会产生一氧化碳，故选项说法错误。
B、碳充分燃烧时放热，不充分燃烧时也放热，故选项说法错误。
C、木炭可以燃烧，金刚石也能燃烧，故选项说法错误。
D、C60在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，燃烧的化学方程式为C60+60O260CO2，故选项说法正确。
故选：D。
7．除去氧化铜中少量木炭粉的方法是
A．隔绝空气加强热 B．加入水搅拌后过滤 C．在氧气流中加热 D．根据颜色分离
【答案】C
【解析】A、在无氧条件下加热，木炭粉（碳）和氧化铜可能发生反应：。该反应会将氧化铜还原成铜，导致主体物质被破坏，无法达到除杂目的。A选项错误。
B、氧化铜和木炭粉均不溶于水（氧化铜是难溶的氧化物，木炭粉也不溶于水），搅拌过滤后，两者都会留在滤渣中，无法分离。B选项错误。
C、在氧气流中加热时，木炭粉（碳）与氧气反应生成二氧化碳气体：，气体逸出而被除去；氧化铜在氧气中稳定，不反应（氧化铜已是氧化物，加热不易分解）。此方法可有效除去杂质而不影响氧化铜。C选项正确。
D、氧化铜和木炭粉均为黑色固体，颜色相同，无法通过颜色差异进行分离。D选项错误。
故选C。
8．有关碳还原氧化铜的实验如图，分析正确的是
A．开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是
B．实验中，装置I中铜元素的质量始终不变
C．停止加热前，必须将导管从装置Ⅲ中取出
D．结束后，装置I中仍有黑色固体说明碳过量
【答案】B
【解析】A、加热装置I，装置中空气受热膨胀逸出，因此开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是装置中的空气，说法错误，不符合题意；
B、碳与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类及质量不变，则实验中，装置I中铜元素的质量始终不变，说法正确，符合题意；
C、停止加热前，不需要将导管从装置Ⅲ中取出，是因为装置II可以防倒吸，说法错误，不符合题意；
D、结束后，装置I中仍有黑色固体，由于碳、氧化铜均为黑色固体，则可能是碳过量，也可能是氧化铜过量，说法错误，不符合题意。
故选：B。
综合应用
9．取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如下图。下列说法正确的是
A．M点对应的固体物质只有两种
B．N点对应的固体为黑色
C．反应后产生气体的总质量为（a-b）g
D．内，固体中铜元素的质量分数不变
【答案】C
【解析】碳与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，随着反应的进行，固体的总质量逐渐减小，完全反应后固体的总质量不再发生改变，故N点表示恰好完全反应，则M点对应的固体物质有碳、氧化铜、铜三种。N点对应的固体为铜，铜为红色。由质量守恒定律可知，反应后产生气体的总质量为。反应前后铜元素的质量不变，内，固体的质量逐渐减小，则固体中铜元素的质量分数逐渐增大。
10．实验小组的同学按照图1所示装置进行木炭还原氧化铜的实验，实验时，试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示，下列分析错误的是
A．M点时反应未开始
B．N点对应的固体物质只有两种
C．M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量
D．反应中木炭表现出还原性，将氧化铜还原为铜
【答案】B
【解析】A、M点时固体质量不变，反应没有发生，故正确；
B、从图2可知，N点时反应还没有结束，此时固体物质有未反应的氧化铜、木炭以及生成的铜三种物质，故错误；
C、木炭和氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳，根据质量守恒定律，在M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量，故正确；
D、反应中木炭夺取了氧化铜中的氧，表现出还原性，将氧化铜还原为铜，故正确。
故选B。
11．两份质量相等的碳,一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳,另一份与氧气反应全部生成一氧化碳,则前者与后者消耗氧气的质量比为
A．2:1 B．1:2 C．3:4 D．3:8
【答案】A
【解析】碳充分燃烧时，C+O2CO2，一个碳原子跟两个氧原子结合生成一分子二氧化碳，即一个碳原子消耗两个氧原子；
碳不充分燃烧时，2C+O22CO，一个碳原子跟一个氧原子结合生成一分子一氧化碳，即一个碳原子消耗一个氧原子；
由于两份碳的质量相等，碳原子的质量一定。
设每份碳中碳原子的个数为x，则生成二氧化碳和一氧化碳时消耗氧气的质量之比为：
（氧原子的质量×2x）：（氧原子的质量×x）=2：1
前者与后者消耗氧气的质量之比2：1。故选A。
【点睛】解答本题的关键是物质质量与原子个数之间的对应关系。即物质质量=原子质量×原子个数。
12．金刚石、石墨、都是由碳元素组成的单质，它们的原子排列方式不同，导致它们在性质上存在着明显差异。
（1）请写出另一组由同种元素组成的不同单质： 。
（2）石墨具有优良的 ，常用作干电池的电极。
（3）硅是一种良好的半导体材料。工业上制粗硅的反应为，该反应中发生 (填“氧化”或“还原”)反应。
（4）已知反应： 。则着火时， (填“能”或“不能”)使用二氧化碳灭火器灭火。
【答案】（1）和
（2）导电性
（3）还原
（4） 不能
【解析】（1）氧气和臭氧属于由同种元素组成的不同单质。
（2）石墨具有优良的导电性，常用作干电池的电极。
（3）该反应中失氧发生还原反应。
（4）根据质量守恒定律可知，反应前后原子种类和数目不变，则横线处应填。镁能在二氧化碳中燃烧，二氧化碳灭火器灭火时使用的是二氧化碳，所以着火时，不能用二氧化碳灭火器灭火。
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13．化学兴趣小组取一定质量木炭粉和氧气在密闭耐高温容器中引燃，用压强传感器测定容器内压强的变化如图所示（起始压强为，已知：一定温度和体积下，容器内压强与气体分子数目成正比），请根据图示信息回答下列问题。
（1）图中AB段压强变化不明显的原因是 。
（2）BC段压强快速上升的原因是 。
（3）CD段压强下降的原因是 ，D点的气体成分是 （写化学式）。
【答案】（1）AB段温度未达到木炭粉的着火点，只是因为加热导致压强升高（或AB段木炭粉还未燃烧）
（2）木炭粉燃烧产生气体并放热，使密闭容器内压强增大
（3）燃烧结束后，温度逐渐恢复至室温，密闭容器内压强减小 CO、
【分析】根据压强变化判断密闭耐高温容器中发生的反应，AB段温度未达到木炭粉的着火点，木炭粉不燃烧，BC段温度达到木炭粉的着火点，木炭粉燃烧，且该反应产生气体并放热，CD段反应结束，温度逐渐恢复至室温。
【解析】（1）AB段温度未达到木炭粉的着火点，木炭粉未开始燃烧，装置内压强变化主要是由温度变化引起的，因此变化不明显；
（2）木炭粉燃烧产生气体并放热，使密闭容器内压强增大，因此BC段压强快速上升；
（3）燃烧结束后，温度逐渐恢复至室温，密闭容器内压强减小，因此CD段压强下降，若木炭粉燃烧生成二氧化碳，化学方程式为：C+O2CO2，氧分子、二氧化碳分子个数比为，若木炭粉燃烧生成一氧化碳，化学方程式为：2C+O2 2CO，氧分子、一氧化碳分子个数比为，已知：一定温度和体积下容器内压强与气体分子数目成正比，起始压强为，进一步分析，若生成二氧化碳，则最终压强为，若生成一氧化碳，则最终压强为，据图分析，最终压强为，说明木炭燃烧生成CO、CO2。
14．化学实验深受同学们的喜爱，同学们在实验室完成木炭粉和氧化铜的实验时发现可能会产生一氧化碳有毒且容易爆炸，实验结束未及时撤出导管澄清石灰水会倒吸，存在安全隐患。于是他们对教材实验装置进行了如图改进：
（1）按如图组装好仪器，检查装置的气密性。加热前，要先从左端通入一段时间氮气后，再关闭旋塞。目的是 。
（2）打开连接MCH陶瓷加热棒的直流电源充分加热，观察到长柄U形玻璃管中的现象为 。发生还原反应的物质有 。
（3）待冷却后打开旋塞，滴入澄清石灰水，发生反应的化学方程式为 。
（4）判断碳粉与氧化铜是否完全反应，最简单的方法是 。
【答案】（1）排尽装置中的空气，防止混有空气爆炸
（2）黑色固体变成红色 氧化铜/CuO
（3）
（4）观察反应后剩余固体为红色且没有黑色粉末
【解析】（1）一氧化碳具有可燃性，与空气混合会发生爆炸，则先通入氮气，能排尽装置中的空气，防止混有空气爆炸。
（2）碳和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，则可观察到固体由黑色变为红色；
氧化铜中的氧被夺取，发生了还原反应。
（3）二氧化碳和石灰水中的氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，反应的化学方程式为：。
（4）氧化铜为黑色，碳为黑色，铜为红色，观察反应后剩余固体为红色且没有黑色粉末，则说明碳粉和氧化铜完全反应。
15．某化学兴趣小组用木炭进行了相关探究。
【探究一】木炭的还原性
为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件，用木炭和氧化铜的干燥混合物1~2.5g进行系列实验。
查阅资料：氧化铜()为黑色固体。
进行实验：
实验1：取质量比的木炭粉和氧化铜混合物1.3g，用甲、乙两种装置进行实验。
装置
现象 甲：黑色粉末中含有少量红色固体 乙：红色固体有金属光泽，混有极少量黑色物质
实验2：取一定量的混合物，用乙装置进行实验。
序号 木炭粉与氧化铜的质量比 反应后物质的颜色、状态
2-1 1：9 红色固体有金属光泽 混有少量黑色物质
2-2 1：10 混有很少量黑色物质
2-3 1：11 混有极少量黑色物质
2-4 1：12 无黑色物质
2-5 1：13 混有较多黑色物质
解释与结论
（1）实验前，小组同学将木炭研磨成粉末的目的是 。写出C和反应的化学方程式： 。
（2）实验1的目的是 。
（3）他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入己干燥的药品并开始加热，当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时， (填“能”或“不能”)确定氧化铜和木炭粉已经开始反应。
（4）实验2的结论是 。实验2没有进行质量比为的实验，理由是 。
【答案】（1）增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分
（2）探究氧化铜与木炭粉的受热面积对其反应的影响
（3）不能
（4）加热方式相同的情况下，木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1:12 木炭粉和氧化铜质量比为1:13时，氧化铜已过量
【解析】（1）实验前，小组同学将木炭研磨成粉末的目的是增大反应物的接触面积，使反应更快、更充分；
碳与氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，化学方程式为；
（2）实验1中，两个装置中的固体的受热面积不同，则该实验的目的是：探究氧化铜与木炭粉的受热面积对其反应的影响；
（3）他们在检验了乙装置的气密性后，往试管中加入已干燥的药品并开始加热，碳和空气中的氧气反应生成二氧化碳，则看到澄清的石灰水刚出现浑浊时，不能确定氧化铜和木炭粉已经开始反应；
（4）由实验2可知，当木炭粉和氧化铜质量比为1:12时，无黑色物质，说明此时二者恰好完全反应，则木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1:12，故实验2的结论是：加热方式相同的情况下，木炭粉与氧化铜反应的最佳质量比为1:12；
由实验2可知，当木炭粉和氧化铜质量比为1:13时，混有较多黑色物质，说明此时氧化铜已过量，则无需进行质量比为1:14的实验，故填：木炭粉和氧化铜质量比为1:13时，氧化铜已过量。
16．某中学化学兴趣小组的同学在实验室进行了木炭（杂质不发生任何反应）与氧化铜反应的实验，请根据信息回答问题：
【进行实验】
（1）在确认装置气密性良好之后，南南同学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Ⅰ，并将试管Ⅰ固定在铁架台上，将导管插入澄清石灰水中。之后他打开弹簧夹，用加网罩的酒精灯加热混合物，加网罩的目的是 ；加热过程中，他观察到试管Ⅰ中产生 的现象，写出产生此现象的反应的化学方程式 。
（2）接下来进行的操作步骤有：
a.停止加热
b.把试管Ⅰ里的粉末倒在纸上
c.充分反应后，从石灰水中撤出导管
d.待试管Ⅰ冷却
e.用弹簧夹夹紧乳胶管
正确的排序为： （填字母）。
【提出问题】纸上的粉末由哪些物质组成？
【思考与讨论】
南南同学认为纸上的粉末由木炭和铜组成。
小岗同学认为纸上的粉末由铜组成。
（3）你认为纸上的粉末由 组成。
（4）经过大家讨论，大家一致认为：如果你的预测是正确的，则最初放入到试管Ⅰ中的氧化铜粉末和反应生成的铜的质量比 （填“大于”或“小于”或“等于”）。
【答案】（1）使火焰集中并提高温度（合理即可） 黑色固体变为（紫）红色（合理即可）
（2）caedb
（3）铜和氧化铜（合理即可）
（4）大于
【解析】（1）酒精灯加网罩可使火焰集中，提高温度。木炭粉末和氧化铜粉末在高温条件下可发生反应生成铜和二氧化碳，加热过程中，观察到试管Ⅰ中产生的现象为黑色固体变为红色，该反应方程式为。
（2）反应结束后需防止生成的铜再被氧化和澄清石灰水倒吸，所以要在充分反应后，先从石灰水中撤出导管，然后停止加热，并用弹簧夹夹紧乳胶管，最后待试管冷却后再将粉末倒在纸上，正确操作顺序为caedb。
（3）纸上的粉末一定有生成的铜，木炭和氧化铜可能剩余一种，结合南南和小岗同学的猜想可知，纸上的粉末还可能由铜和氧化铜组成。
（4）由元素质量守恒可知，碳和氧化铜恰好完全反应时氧化铜和生成的铜的质量比为80：64＝5：4，若纸上的粉末由铜和氧化铜组成，说明氧化铜未完全反应，则最初放入到试管Ⅰ中的氧化铜粉末和反应生成的铜的质量比大于5：4。
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