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5.2　碳
知识点一　碳单质的物理性质与用途
1．金刚石和石墨。
物质 金刚石 石墨
物理 性质 无色透明，是自然界中 的物质 灰黑色，有 光泽，质软而滑腻，能导电、导热，耐高温
用途 做磨料、地质勘探的钻头和玻璃刀的刀头 制铅笔芯，做高温润滑剂、电极和熔炼金属的坩埚(石墨坩埚)
区别和 联系 碳原子排列方式不同，导致二者的物理性质 ；都是由碳元素组成的单质，化学性质相似
物质的性质决定用途，根据物质的用途也可以推知相关的性质。
2. 无定形碳。
(1)种类：木炭、活性炭、焦炭和炭黑等。都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
(2)木炭、焦炭是冶金和生活的常用燃料。
(3)活性炭：疏松多孔，具有 ，可用于吸附材料。
(4)炭黑：常温时 ，可制造油墨、墨汁等。
3．其他碳单质：富勒烯、石墨烯等，在材料科学、电子工业等方面有广阔的应用前景。
知识点二　碳单质的化学性质
1．稳定性：常温下，碳单质的化学性质是非常稳定的。
2. 可燃性和还原性。
化学性质 化学反应 化学方程式
可 燃性 完全燃烧( 氧气充足时) C＋O2CO2
不完全燃烧( 氧气不充足时) 2C＋O2(不足)2CO
还原性(拓展) 与氧化铜反应 C＋2CuO2Cu＋CO2↑
与氧化铁反应 2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2↑
与二氧化碳反应(吸热反应) C＋CO22CO
知识点三　一氧化碳的性质
1．物理性质：一氧化碳是无色、无气味、难溶于水的气体， 密度比空气略小。
2．化学性质：一氧化碳易燃，燃烧时产生蓝色火焰。
3．化学方程式：2CO＋O22CO2。
4．一氧化碳是 的气体，它与血液中血红蛋白结合的能力比氧气强二百多倍，会使血液失去输氧能力，出现中毒现象。所以，在室内使用含碳燃料时，要保证有充分的通风措施，确保安全。
重难点一　碳单质及其物理性质
碳有多种不同的单质，体现了物质的多样性。
金刚石无色透明，是自然界中最硬的物质，可以用来做磨料、地质勘探的钻头和玻璃刀的刀头。金刚石经过切割加工后，折光性强，光彩夺目，还可以做成贵重的装饰品。
石墨为灰黑色，有金属光泽，质软而滑腻，能导电、导热，耐高温，可用于制铅笔芯，做高温润滑剂、电极和熔炼金属的坩埚(石墨坩埚)。
焦炭、木炭、活性炭、炭黑等无定形碳，都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
[跟踪训练]1.碳是自然界中最常见的元素之一，如图为部分碳单质的结构模型，图中小球表示碳原子。
(1)金刚石可用于切割大理石，所以它具有________的物理性质，石墨没有这种物理性质，这两种单质物理性质存在很大差异的原因是___________________。
(2)石墨质软，利用该性质的一种用途是________。
(3)我国科学家成功合成的3 mm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首，碳纳米管与金刚石、石墨、C60均属于________(填“单质”或“化合物”)。
重难点二　碳单质的化学性质
物质的结构决定物质的性质，由于碳原子的最外层电子数是4，不容易得失电子，因此碳元素的化学性质在常温下较稳定；但在温度升高的情况下，碳元素的化学性质较活泼，表现出碳的可燃性和还原性：碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳；碳在加热或高温时可以和某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧。
[跟踪训练]2.如图为一个正在燃烧的煤炉的示意图，请回答下列问题。
(1)煤炉中煤层上方的蓝色火焰是________(填物质名称)在燃烧，反应的化学方程式为_______________________________________。
(2)煤炉的进气口在煤炉的下方，在进气口煤的燃烧一般很充分，反应的化学方程式为_____________________________________________。
(3)煤炉中一氧化碳有两个来源：①________________________；②________________。(用化学方程式表示)
基础巩固
1．下列有关金刚石和石墨的说法，错误的是(　)
A．都是碳的单质
B．都由碳元素组成
C．都是黑色固体
D．碳原子排列方式不同
2．碳单质的性质与用途对应关系错误的是(　)
A．石墨导电性好，可做电池电极
B．活性炭吸附性强，可作冰箱除味剂
C．金刚石硬度大，可制铅笔芯
D．炭黑常温下化学性质稳定，可制墨汁
3．下列有关碳单质燃烧的说法错误的是(　)
A．金刚石、石墨和C60在氧气中充分燃烧，产物都是二氧化碳
B．碳单质在点燃的条件下与足量的氧气完全反应生成二氧化碳气体
C．碳在氧气不充足的情况下燃烧，会生成有毒的一氧化碳气体
D．等质量的碳单质，完全燃烧放出的热量与不完全燃烧放出的热量一样多
4．下列说法正确的是(　)
A．一氧化碳燃烧时，产生黄色火焰，放出热量，生成二氧化碳
B．在室内放一盆水可防止一氧化碳中毒
C．碳完全燃烧生成一氧化碳
D．含碳燃料的燃烧常会产生一氧化碳，应及时通风，防止中毒
5．《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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。下列说法错误的是(　)
A．黑烟是由松木不完全燃烧产生的
B．炉膛口的大小和瓮的高矮会影响炭黑的产量
C．炭黑的主要成分是碳的化合物
D．常温下炭黑的化学性质不活泼
6．化学与我们的生活密切相关。会用化学眼光看物质世界，是学习化学知识后应具有的素养。根据已学知识填空：
(1)从物质的元素组成看，CO是由________________组成的。
(2)从化学物质类别看，CO属于________(填“单质”或“化合物”)。
(3)从化学用语角度看，“C的不完全燃烧”可表示为
_______________________________________________________________。
在此反应中碳元素的化合价由0升高到________。
(4)从微观变化角度看，“CO燃烧”的微观模型示意图如图所示，请把下图“反应中”的内容填完整。
能力达标
7．金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们的性质存在着明显差异。原因是构成它们的原子(　)
A．种类不同
B．大小不同
C．质量不同
D．排列方式不同
8．(1)“3D打印机”需要稳定的电源保证工作效率，以碳纳米管作为电极材料的柔性电池具有稳定性高、工作时间长、发热量小等特点，适合3D打印的需要，其结构示意图如图所示，请回答下列问题。
①电池中石墨表现出优良的________性能。
②石墨与金刚石都是碳的单质，它们的物理性质差异明显的原因是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________不同。
(2)天然气不充分燃烧时会产生炭黑或一氧化碳，这是因为天然气中含有碳元素，碳不完全燃烧也会产生一氧化碳，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________________，
CO可以使人中毒，所以用煤炉烤火取暖时一定要注意安全。
(3)CO与CO2可以相互转化。CO2在高温下与碳反应生成CO的化学方程式是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
素养提升
9．阅读下面科普短文：
石墨烯是世界上导电性最好的材料，其目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会加快数百倍。
石墨烯在电子、复合材料、医疗健康等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图所示。
将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干，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”，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。
纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。纺织面料掺入石墨烯后，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，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。另外，纺织面料中的石墨烯片层结构中含有丰富的含氧基团，影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。
随着科技水平的提升，石墨烯作为一种基本材料，其应用会有越来越多的可能。
请依据短文内容回答下列问题：
(1)石墨烯与金刚石的组成元素相同，但石墨烯有良好导电性，而金刚石却没有导电性，原因是________________。
(2)石墨烯应用占比最高的领域是________________________________。
(3)下列说法错误的是________(填字母)。
A．石墨烯可用于制作新能源电池
B．石墨烯在常温下化学性质很活泼
C．“全碳气凝胶”可处理海上石油泄漏
(4)纺织面料掺入石墨烯后具有的优点有
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________(任写一条)。5.2　碳
知识点一　碳单质的物理性质与用途
1．金刚石和石墨。
物质 金刚石 石墨
物理 性质 无色透明，是自然界中最硬的物质 灰黑色，有金属光泽，质软而滑腻，能导电、导热，耐高温
用途 做磨料、地质勘探的钻头和玻璃刀的刀头 制铅笔芯，做高温润滑剂、电极和熔炼金属的坩埚(石墨坩埚)
区别和 联系 碳原子排列方式不同，导致二者的物理性质不同；都是由碳元素组成的单质，化学性质相似
物质的性质决定用途，根据物质的用途也可以推知相关的性质。
2. 无定形碳。
(1)种类：木炭、活性炭、焦炭和炭黑等。都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
(2)木炭、焦炭是冶金和生活的常用燃料。
(3)活性炭：疏松多孔，具有吸附性，可用于吸附材料。
(4)炭黑：常温时非常稳定，可制造油墨、墨汁等。
3．其他碳单质：富勒烯、石墨烯等，在材料科学、电子工业等方面有广阔的应用前景。
知识点二　碳单质的化学性质
1．稳定性：常温下，碳单质的化学性质是非常稳定的。
2. 可燃性和还原性。
化学性质 化学反应 化学方程式
可 燃性 完全燃烧( 氧气充足时) C＋O2CO2
不完全燃烧( 氧气不充足时) 2C＋O2(不足)2CO
还原性(拓展) 与氧化铜反应 C＋2CuO2Cu＋CO2↑
与氧化铁反应 2Fe2O3＋3C4Fe＋3CO2↑
与二氧化碳反应(吸热反应) C＋CO22CO
知识点三　一氧化碳的性质
1．物理性质：一氧化碳是无色、无气味、难溶于水的气体， 密度比空气略小。
2．化学性质：一氧化碳易燃，燃烧时产生蓝色火焰。
3．化学方程式：2CO＋O22CO2。
4．一氧化碳是有毒的气体，它与血液中血红蛋白结合的能力比氧气强二百多倍，会使血液失去输氧能力，出现中毒现象。所以，在室内使用含碳燃料时，要保证有充分的通风措施，确保安全。
重难点一　碳单质及其物理性质
碳有多种不同的单质，体现了物质的多样性。
金刚石无色透明，是自然界中最硬的物质，可以用来做磨料、地质勘探的钻头和玻璃刀的刀头。金刚石经过切割加工后，折光性强，光彩夺目，还可以做成贵重的装饰品。
石墨为灰黑色，有金属光泽，质软而滑腻，能导电、导热，耐高温，可用于制铅笔芯，做高温润滑剂、电极和熔炼金属的坩埚(石墨坩埚)。
焦炭、木炭、活性炭、炭黑等无定形碳，都具有疏松多孔的结构，具有相当强的吸附能力。
[跟踪训练]1.碳是自然界中最常见的元素之一，如图为部分碳单质的结构模型，图中小球表示碳原子。
(1)金刚石可用于切割大理石，所以它具有________的物理性质，石墨没有这种物理性质，这两种单质物理性质存在很大差异的原因是___________________。
(2)石墨质软，利用该性质的一种用途是________。
(3)我国科学家成功合成的3 mm长的管状定向碳纳米管，长度居世界之首，碳纳米管与金刚石、石墨、C60均属于________(填“单质”或“化合物”)。
答案：(1)硬度大　碳原子的排列方式不同
(2)做铅笔芯(合理即可)　(3)单质
重难点二　碳单质的化学性质
物质的结构决定物质的性质，由于碳原子的最外层电子数是4，不容易得失电子，因此碳元素的化学性质在常温下较稳定；但在温度升高的情况下，碳元素的化学性质较活泼，表现出碳的可燃性和还原性：碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳；碳在加热或高温时可以和某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧。
[跟踪训练]2.如图为一个正在燃烧的煤炉的示意图，请回答下列问题。
(1)煤炉中煤层上方的蓝色火焰是________(填物质名称)在燃烧，反应的化学方程式为_______________________________________。
(2)煤炉的进气口在煤炉的下方，在进气口煤的燃烧一般很充分，反应的化学方程式为_____________________________________________。
(3)煤炉中一氧化碳有两个来源：①________________________；②________________。(用化学方程式表示)
答案：(1)一氧化碳　2CO＋O22CO2
(2)C＋O2CO2
(3)2C＋O2(不足)2CO　C＋CO22CO
基础巩固
1．下列有关金刚石和石墨的说法，错误的是(　C　)
A．都是碳的单质
B．都由碳元素组成
C．都是黑色固体
D．碳原子排列方式不同
2．碳单质的性质与用途对应关系错误的是(　C　)
A．石墨导电性好，可做电池电极
B．活性炭吸附性强，可作冰箱除味剂
C．金刚石硬度大，可制铅笔芯
D．炭黑常温下化学性质稳定，可制墨汁
3．下列有关碳单质燃烧的说法错误的是(　D　)
A．金刚石、石墨和C60在氧气中充分燃烧，产物都是二氧化碳
B．碳单质在点燃的条件下与足量的氧气完全反应生成二氧化碳气体
C．碳在氧气不充足的情况下燃烧，会生成有毒的一氧化碳气体
D．等质量的碳单质，完全燃烧放出的热量与不完全燃烧放出的热量一样多
4．下列说法正确的是(　D　)
A．一氧化碳燃烧时，产生黄色火焰，放出热量，生成二氧化碳
B．在室内放一盆水可防止一氧化碳中毒
C．碳完全燃烧生成一氧化碳
D．含碳燃料的燃烧常会产生一氧化碳，应及时通风，防止中毒
5．《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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。下列说法错误的是(　C　)
A．黑烟是由松木不完全燃烧产生的
B．炉膛口的大小和瓮的高矮会影响炭黑的产量
C．炭黑的主要成分是碳的化合物
D．常温下炭黑的化学性质不活泼
6．化学与我们的生活密切相关。会用化学眼光看物质世界，是学习化学知识后应具有的素养。根据已学知识填空：
(1)从物质的元素组成看，CO是由________________组成的。
(2)从化学物质类别看，CO属于________(填“单质”或“化合物”)。
(3)从化学用语角度看，“C的不完全燃烧”可表示为
_______________________________________________________________。
在此反应中碳元素的化合价由0升高到________。
(4)从微观变化角度看，“CO燃烧”的微观模型示意图如图所示，请把下图“反应中”的内容填完整。
解析：(1)根据CO的化学式可知，它是由碳、氧两种元素组成的。
(2)CO属于化合物。
(3)碳的不完全燃烧是碳和氧气在点燃的条件下反应生成一氧化碳的过程，在变化过程中碳转化为一氧化碳，碳元素的化合价由0升高为＋2。
(4)化学变化过程是分子分裂为原子，原子重新组合成新分子的过程，据此补充反应的微观模型示意图。
答案：(1)碳元素和氧元素
(2)化合物
(3)2C＋O22CO　＋2
(4)
能力达标
7．金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们的性质存在着明显差异。原因是构成它们的原子(　D　)
A．种类不同
B．大小不同
C．质量不同
D．排列方式不同
8．(1)“3D打印机”需要稳定的电源保证工作效率，以碳纳米管作为电极材料的柔性电池具有稳定性高、工作时间长、发热量小等特点，适合3D打印的需要，其结构示意图如图所示，请回答下列问题。
①电池中石墨表现出优良的________性能。
②石墨与金刚石都是碳的单质，它们的物理性质差异明显的原因是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________不同。
(2)天然气不充分燃烧时会产生炭黑或一氧化碳，这是因为天然气中含有碳元素，碳不完全燃烧也会产生一氧化碳，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________________，
CO可以使人中毒，所以用煤炉烤火取暖时一定要注意安全。
(3)CO与CO2可以相互转化。CO2在高温下与碳反应生成CO的化学方程式是_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案：(1)①导电　②碳原子的排列方式
(2)2C＋O22CO
(3)CO2＋C2CO
素养提升
9．阅读下面科普短文：
石墨烯是世界上导电性最好的材料，其目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会加快数百倍。
石墨烯在电子、复合材料、医疗健康等多领域具有广泛应用，不同领域的应用分布如图所示。
将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下冻干，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”，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。
纺织领域是石墨烯应用的新兴领域。纺织面料掺入石墨烯后，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，改善人体微循环系统，促进新陈代谢。另外，纺织面料中的石墨烯片层结构中含有丰富的含氧基团，影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。
随着科技水平的提升，石墨烯作为一种基本材料，其应用会有越来越多的可能。
请依据短文内容回答下列问题：
(1)石墨烯与金刚石的组成元素相同，但石墨烯有良好导电性，而金刚石却没有导电性，原因是________________。
(2)石墨烯应用占比最高的领域是________________________________。
(3)下列说法错误的是________(填字母)。
A．石墨烯可用于制作新能源电池
B．石墨烯在常温下化学性质很活泼
C．“全碳气凝胶”可处理海上石油泄漏
(4)纺织面料掺入石墨烯后具有的优点有
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________(任写一条)。
答案：(1)碳原子的排列方式不同
(2)电子领域
(3)B
(4)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，改善人体微循环系统，促进新陈代谢(或能抗菌抑菌，合理即可)

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