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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
一、知识目标
1．了解常温下碳的稳定性，认识化学反应是有条件的，掌握不同条件下碳与氧气的反应。
2．掌握碳与某些氧化物的反应，能正确书写相关化学方程式，认识碳的还原性。
3．理解还原反应的概念，了解碳的还原性在冶金工业等方面的应用。
二、核心素养目标
1．宏观辨识与微观探析：从宏观现象（如碳燃烧的现象、木炭与氧化铜反应的现象）入手，探析碳单质在不同反应中的性质及变化实质。
2．证据推理与模型认知：通过对碳与氧气、碳与某些氧化物反应的实验现象和数据的分析推理，建立化学反应条件、反应物用量与产物关系的模型。
3．科学态度与社会责任：认识碳的性质和用途，了解碳在生活和工业中的应用，增强安全意识和环保意识，如使用木炭做燃料的注意事项。
一、学习重点
碳与氧气、碳与某些氧化物的反应，碳的还原性及相关化学方程式的书写。
二、学习难点
理解化学反应条件和反应物用量对产物的影响，以及还原反应的概念。
1．当木炭充分燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为 。当木炭燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，反应的化学方程式为 。
2．木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为 。
3．在高温条件下，碳单质还能使二氧化碳转化成一氧化碳，反应的化学方程式为 。
一、新课导入
问题思考：展示钻石、用墨书写或绘制的历经千年而不变色的字画、重要文件签写时使用的碳素墨水的图片，思考为什么钻石能长久保存，墨宝能历经千年不褪色，碳素墨水适合用于重要文件签写？
问题思考2：提出疑问：如果温度升高，碳单质的活泼性又会如何呢？冬天北方农村地区常在房间里燃煤、烧炭取暖，有时会发生中毒现象，这背后隐藏着怎样的化学奥秘？
碳单质与氧气反应
活动一：碳单质常温下的稳定性
问题思考：从“钻石恒久远，一颗永流传”，用墨书写或绘制的字画历经千年而不变色，重要文件的签写使用碳素墨水这些现象中，能推测出碳单质在常温下具有怎样的化学性质呢？
活动二：碳单质与氧气的反应
问题思考1：回顾木炭在氧气中燃烧的实验，描述其现象，并写出化学方程式。
问题思考2：冬天烧炭取暖中毒的原因是什么？
问题思考3：对比碳充分燃烧和不充分燃烧的两个化学方程式，从反应物用量和反应条件的角度，能得出什么结论呢？
问题思考4：碳单质的可燃性可以用于做什么呢？使用木炭做燃料有哪些注意事项？
活动三：典例精讲
典例1：墨的主要成分是碳单质，古代水墨画保存至今而不变色的原因是（　　）
A．碳单质在常温下不活泼 B．碳单质的硬度大
C．碳单质有吸附性 D．碳单质有可燃性
典例2：关于碳的燃烧，下列说法中正确的是（　　）
A．C60结构稳定，不能燃烧 B．碳和氧气反应一定会生成CO2
C．碳的燃烧是放热反应 D．碳在氧气中燃烧的产物一定是纯净物
典例3：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中”出自我国唐代诗人白居易的《卖炭翁》，与诗中提到的炭用途相关的性质是（　　）
A．黑色 B．稳定性 C．可燃性 D．还原性
2、碳单质与某些氧化物反应
活动一：木炭与氧化铜的反应
问题思考1：根据资料写出木炭与氧化铜反应的化学方程式。
问题思考2：在实验中，在酒精灯上加网罩的作用是什么？
问题思考3：反应结束时，为何要先撤出导管，后熄灭酒精灯？用弹簧夹夹紧乳胶管后，为何要待试管冷却后再将粉末倒出？
问题思考4：实验中观察到了什么现象？能得出什么结论？
活动二：还原反应
问题思考1：在木炭与氧化铜的反应中，哪种物质得到氧，哪种物质失去氧？
问题思考2：还原反应的定义是什么？在木炭与氧化铜的反应中，碳具有什么性质？
问题思考3：还原反应在实际生活中有哪些应用呢？
活动三：典例精讲
典例1：如图所示是木炭还原氧化铜的实验，下列关于该实验分析正确的是（　　）
A．装置中的酒精灯可以改用酒精喷灯
B．试管②导管口刚有气泡冒出说明试管①反应开始
C．试管②中溶液由红色变为无色说明试管①反应结束
D．实验结束，用弹簧夹夹紧乳胶管是防止试管冷却过快
典例2：有关碳与二氧化碳高温下发生的反应，下列说法正确的是（ ）
A．碳具有氧化性 B．二氧化碳发生了还原反应
C．反应前后氧元素的化合价发生了改变 D．反应前后固体的质量不变
1．墨的主要成分是碳单质，古代水墨画保存至今而不变色的原因是（ ）
A．碳单质在常温下不活泼 B．碳单质的硬度大
C．碳单质有吸附性 D．碳单质有可燃性
2．关于碳的燃烧，下列说法中不正确的是（ ）
A．碳燃烧后的产物不可能是混合物
B．碳和氧气的质量比不同，生成物可能不同
C．碳在充分燃烧和不充分燃烧时，都放热
D．金刚石、石墨和C 在氧气中充分燃烧，产物都是CO
3．如图是碳与其他物质之向的反应及转化关系（“—”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生一步转化）。下列说法不正确的是（ ）
A．反应①体现了碳的还原性
B．反应②前后碳元素的化合价不变
C．反应③固体质量增大，符合质量守恒定律
D．反应④中C与O 的质量比为3：8，一定只生成CO
4．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：C＋2CuO2Cu + CO ↑
一、碳单质与氧气反应
1．氧气充足，充分燃烧： 。
2．氧气不足，不充分燃烧： 。
二、碳单质与某些氧化物反应
1．木炭与氧化铜反应：
（1）实验现象：黑色粉末 ，石灰水 。
（2）化学方程式： 。
2．还原反应
（1）定义：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
（2）应用
①冶金工业：2Fe O + 3C 。
②转化CO ：CO + C 。
考点1 碳单质的可燃性
1．木炭具有可燃性，根据性质决定用途，所以其可以用作
A．吸附剂 B．燃料 C．冶炼金属 D．制墨水
2．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2 木炭还原氧化铜
1．实验小组采用如图所示装置验证碳粉还原氧化铜，下列说法错误的是
A．实验前要先检验装置的气密性
B．网罩的作用是集中火焰，提高温度
C．点燃酒精灯一段时间后，玻璃管内黑色粉末逐渐变为红色
D．实验产生的气体一定没有CO
答案和解析
一、知识目标
1．了解常温下碳的稳定性，认识化学反应是有条件的，掌握不同条件下碳与氧气的反应。
2．掌握碳与某些氧化物的反应，能正确书写相关化学方程式，认识碳的还原性。
3．理解还原反应的概念，了解碳的还原性在冶金工业等方面的应用。
二、核心素养目标
1．宏观辨识与微观探析：从宏观现象（如碳燃烧的现象、木炭与氧化铜反应的现象）入手，探析碳单质在不同反应中的性质及变化实质。
2．证据推理与模型认知：通过对碳与氧气、碳与某些氧化物反应的实验现象和数据的分析推理，建立化学反应条件、反应物用量与产物关系的模型。
3．科学态度与社会责任：认识碳的性质和用途，了解碳在生活和工业中的应用，增强安全意识和环保意识，如使用木炭做燃料的注意事项。
一、学习重点
碳与氧气、碳与某些氧化物的反应，碳的还原性及相关化学方程式的书写。
二、学习难点
理解化学反应条件和反应物用量对产物的影响，以及还原反应的概念。
1．当木炭充分燃烧时，与氧气反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为C + O CO 。当木炭燃烧不充分的时候，生成一氧化碳，反应的化学方程式为 2C + O 2CO。
2．木炭与氧化铜反应，生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为2CuO + C2Cu + CO ↑。
3．在高温条件下，碳单质还能使二氧化碳转化成一氧化碳，反应的化学方程式为CO + C 2CO。
一、新课导入
问题思考：展示钻石、用墨书写或绘制的历经千年而不变色的字画、重要文件签写时使用的碳素墨水的图片，思考为什么钻石能长久保存，墨宝能历经千年不褪色，碳素墨水适合用于重要文件签写？答案：这些现象都和碳单质在常温下的化学稳定性有关，常温下碳的化学性质稳定。
问题思考2：提出疑问：如果温度升高，碳单质的活泼性又会如何呢？冬天北方农村地区常在房间里燃煤、烧炭取暖，有时会发生中毒现象，这背后隐藏着怎样的化学奥秘？
答案：带着这些问题，我们将在后续学习碳单质与氧气、某些氧化物的反应来揭开谜团。
碳单质与氧气反应
活动一：碳单质常温下的稳定性
问题思考：从“钻石恒久远，一颗永流传”，用墨书写或绘制的字画历经千年而不变色，重要文件的签写使用碳素墨水这些现象中，能推测出碳单质在常温下具有怎样的化学性质呢？
答案：碳单质在常温下化学性质不活泼。
活动二：碳单质与氧气的反应
问题思考1：回顾木炭在氧气中燃烧的实验，描述其现象，并写出化学方程式。
答案：现象是发出白光，放出热量，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体；化学方程式为。
问题思考2：冬天烧炭取暖中毒的原因是什么？
答案：可能是碳燃烧不充分生成了一氧化碳，化学方程式为，是无色无味剧毒气体。
问题思考3：对比碳充分燃烧和不充分燃烧的两个化学方程式，从反应物用量和反应条件的角度，能得出什么结论呢？
答案：化学反应是有条件的，反应物的用量不同，产物也不同。具体为：①当（氧气充足）时，只生成；②当（氧气不充足）时，只生成；③当时，生成和。
问题思考4：碳单质的可燃性可以用于做什么呢？使用木炭做燃料有哪些注意事项？
答案：碳单质的可燃性可作燃料；使用木炭做燃料要开窗通风，防止一氧化碳中毒。
活动三：典例精讲
典例1：墨的主要成分是碳单质，古代水墨画保存至今而不变色的原因是（　　）
A．碳单质在常温下不活泼 B．碳单质的硬度大
C．碳单质有吸附性 D．碳单质有可燃性
答案：A 因为常温下碳的化学性质稳定，所以用墨绘制的古代水墨画能保存至今不变色，A选项正确；碳单质的硬度大、有吸附性和可燃性与水墨画保存不变色无关，B、C、D选项错误。
典例2：关于碳的燃烧，下列说法中正确的是（　　）
A．C60结构稳定，不能燃烧 B．碳和氧气反应一定会生成CO2
C．碳的燃烧是放热反应 D．碳在氧气中燃烧的产物一定是纯净物
答案：C C60也能燃烧，A选项错误；碳和氧气反应，氧气充足时生成CO2，氧气不充足时生成CO，B选项错误；碳的燃烧是放热反应，C选项正确；碳在氧气中燃烧，根据氧气的量不同，产物可能是CO2、CO或二者的混合物，不一定是纯净物，D选项错误。
典例3：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中”出自我国唐代诗人白居易的《卖炭翁》，与诗中提到的炭用途相关的性质是（　　）
A．黑色 B．稳定性 C．可燃性 D．还原性
答案：C 诗中卖炭翁烧炭是为了利用炭的可燃性来取暖等，与炭的黑色、稳定性和还原性无关，C选项正确。
3、碳单质与某些氧化物反应
活动一：木炭与氧化铜的反应
问题思考1：根据资料写出木炭与氧化铜反应的化学方程式。
答案：。
问题思考2：在实验中，在酒精灯上加网罩的作用是什么？
答案：集中火焰，提高温度。
问题思考3：反应结束时，为何要先撤出导管，后熄灭酒精灯？用弹簧夹夹紧乳胶管后，为何要待试管冷却后再将粉末倒出？
答案：先撤出导管，后熄灭酒精灯是为了防止澄清石灰水倒流入热的试管致使试管破裂；待试管冷却后再倒出粉末是为了防止生成的铜再被氧化成氧化铜。
问题思考4：实验中观察到了什么现象？能得出什么结论？
答案：现象是黑色粉末变红色，澄清石灰水变浑浊；结论是有生成，有生成。
活动二：还原反应
问题思考1：在木炭与氧化铜的反应中，哪种物质得到氧，哪种物质失去氧？
答案：碳得到氧变成二氧化碳，氧化铜失去氧变成铜。
问题思考2：还原反应的定义是什么？在木炭与氧化铜的反应中，碳具有什么性质？
答案：还原反应是含氧化合物里的氧被夺去的反应。在这个反应中，碳夺走氧化铜中的氧，作还原剂，它具有还原性。
问题思考3：还原反应在实际生活中有哪些应用呢？
答案：可用于冶金工业，例如利用焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来，化学方程式为；还能在高温条件下使二氧化碳转变成一氧化碳，化学方程式为。
活动三：典例精讲
典例1：如图所示是木炭还原氧化铜的实验，下列关于该实验分析正确的是（　　）
A．装置中的酒精灯可以改用酒精喷灯
B．试管②导管口刚有气泡冒出说明试管①反应开始
C．试管②中溶液由红色变为无色说明试管①反应结束
D．实验结束，用弹簧夹夹紧乳胶管是防止试管冷却过快
答案：A 酒精喷灯的火焰温度更高，装置中的酒精灯可以改用酒精喷灯，A选项正确；试管②导管口刚有气泡冒出可能是装置内的空气受热膨胀排出，不能说明反应开始，B选项错误；试管②中澄清石灰水变浑浊说明有二氧化碳生成，反应结束时石灰水依然是浑浊的，C选项错误；实验结束，用弹簧夹夹紧乳胶管是防止空气进入使生成的铜被氧化，D选项错误。
典例2：有关碳与二氧化碳高温下发生的反应，下列说法正确的是（ ）
A．碳具有氧化性 B．二氧化碳发生了还原反应
C．反应前后氧元素的化合价发生了改变 D．反应前后固体的质量不变
答案：B 在反应中，碳得到氧，具有还原性，A选项错误；二氧化碳失去氧，发生了还原反应，B选项正确；反应前后氧元素的化合价均为价，没有发生改变，C选项错误；反应前固体是碳，反应后固体质量减少，D选项错误。
1．墨的主要成分是碳单质，古代水墨画保存至今而不变色的原因是（ ）
A．碳单质在常温下不活泼 B．碳单质的硬度大
C．碳单质有吸附性 D．碳单质有可燃性
【答案】A
【解析】因为常温下碳的化学性质稳定，所以用墨绘制的古代水墨画能保存至今不变色，A选项正确；碳单质的硬度大、有吸附性和可燃性与水墨画保存不变色无关，B、C、D选项错误。
2．关于碳的燃烧，下列说法中不正确的是（ ）
A．碳燃烧后的产物不可能是混合物
B．碳和氧气的质量比不同，生成物可能不同
C．碳在充分燃烧和不充分燃烧时，都放热
D．金刚石、石墨和C 在氧气中充分燃烧，产物都是CO
【答案】A
【解析】碳燃烧后的产物可能是混合物。当氧气不足时，碳不完全燃烧会同时生成一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO ），这两种气体混合形成混合物。因此“产物不可能是混合物”的说法是错误的。
3．如图是碳与其他物质之向的反应及转化关系（“—”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生一步转化）。下列说法不正确的是（ ）
A．反应①体现了碳的还原性
B．反应②前后碳元素的化合价不变
C．反应③固体质量增大，符合质量守恒定律
D．反应④中C与O 的质量比为3：8，一定只生成CO
【答案】B
【解析】反应② 可能是碳与CuO的反应，例如：。在此反应中：碳单质（C）的化合价为0；CO 中碳的化合价为+4；碳的化合价从0变为+4， 化合价发生了变化 。B不正确。
4．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：C＋2CuO2Cu + CO ↑
【答案】C
【解析】分析反应中各元素的化合价变化：
铜元素：CuO中Cu为+2价，Cu中Cu为0价， 化合价降低 （被还原）。
碳元素：C中C为0价，CO 中C为+4价， 化合价升高 （被氧化）。
氧元素：CuO中O为-2价，CO 中O为-2价，化合价不变。
结论 ：碳元素的化合价是升高的，而非降低。因此C错误。
一、碳单质与氧气反应
1．氧气充足，充分燃烧：C + O CO
2．氧气不足，不充分燃烧：2C + O 2CO
二、碳单质与某些氧化物反应
1．木炭与氧化铜反应：
（1）实验现象：黑色粉末变红，石灰水变浑浊
（2）化学方程式：2CuO + C2Cu + CO ↑
2．还原反应
（1）定义：含氧化合物里的氧被夺去的反应。
（2）应用
①冶金工业：2Fe O + 3C 4Fe + 3CO ↑
②转化CO ：CO + C 2CO
考点1 碳单质的可燃性
1．木炭具有可燃性，根据性质决定用途，所以其可以用作
A．吸附剂 B．燃料 C．冶炼金属 D．制墨水
【答案】B
【解析】A、木炭具有吸附性，可用作吸附剂，和木炭的可燃性无关，错误；
B、木炭具有可燃性，可用作燃料，正确；
C、木炭具有还原性，可用于冶炼金属，和木炭的可燃性无关，错误；
D、制墨水一般利用炭黑等，和木炭的可燃性无关，错误；
故选B。
2．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2 木炭还原氧化铜
1．实验小组采用如图所示装置验证碳粉还原氧化铜，下列说法错误的是
A．实验前要先检验装置的气密性
B．网罩的作用是集中火焰，提高温度
C．点燃酒精灯一段时间后，玻璃管内黑色粉末逐渐变为红色
D．实验产生的气体一定没有CO
【答案】D
【解析】A、有气体参加或生成的反应，实验前要先检验装置的气密性，故选项说法正确；
B、酒精灯上的网罩的作用是集中火焰，提高温度，故选项说法正确；
C、碳与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，点燃酒精灯一段时间后，可观察到玻璃管内黑色粉末逐渐变为红色，故选项说法正确；
D、木炭粉末与CuO粉末反应产生二氧化碳，当碳粉过量时可能会产生一氧化碳，故选项说法不正确。
故选D。
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