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6.1 碳单质的多样性
【题型1】碳单质的物理性质和用途 1
【题型2】碳的单质综合 4
【题型3】常见的碳单质 6
【题型4】木炭还原氧化铜实验 11
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 14
【题型6】碳单质的稳定性 17
【题型7】碳单质的可燃性 20
【题型8】碳单质的化学性质综合 24
【题型9】碳单质综合 27
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】文房四宝“笔、墨、纸、砚”承载着优秀的中华传统文化，其中“墨”的主要成分是炭黑。下列有关说法不正确的是(　　)
A. 墨属于纯净物
B. 炭黑的主要成分是碳单质
C. 炭黑的结构与石墨类似
D. 炭黑可制成墨汁用于绘画
【答案】A
【举一反三1】物质的性质决定物质的用途，这是重要的化学观念。下列物质的性质和用途对应不一致的是（　　）
A.O2具有助燃性——作可燃物的助燃剂
B.液氮汽化吸热——用于医疗冷冻麻醉条件下手术
C.石墨的导电性——制作干电池电极
D.金刚石硬度大——制作钻石
【答案】D
【举一反三2】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，石墨烯是从石墨中分离出来的一层或几层碳原子构成的石墨片，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 (　　)
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【答案】B
【解析】石墨烯是从石墨中分离出来的一层或几层碳原子构成的石墨片，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，则能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头，A正确；石墨耐高温，不能用石墨烯制成保险丝，B错误；碳单质具有可燃性，石墨烯能够燃烧，C正确;石墨烯导电能力比银更强，可用石墨烯制成高压输电线，D正确。
【举一反三3】“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
（1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 　　　　　 　；
（2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 　 　性；
（3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 　 　性。
【答案】（1）碳原子的排列方式不同；（2）导电；（3）吸附。
【解析】（1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是碳原子的排列方式不同；
（2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有导电性；
（3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味。
【举一反三4】化学源于生活，生活中蕴含着许多化学知识。
（1）自来水厂净水过程中除去色素和异味用到 　 　，其具有吸附作用。
（2）金刚石和石墨都由碳元素组成，但金刚石很硬，而石墨却很软。其原因是 　　　　　 　。
【答案】（1）活性炭；（2）碳原子的排列方式不同。
【举一反三5】 石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯，同时产生氢气。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
阅读材料，回答相关问题。
（1）石墨烯由 　 　构成，它与金刚石组成元素相同，但物理性质差异大的原因 　 　　　　。
（2）纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 　 　　　　　 　（任写一条）。
（3）下列有关正确的有 　 　（填字母）。
A．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
B．面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
C．石墨烯可影响菌体代谢，导致菌体死亡
（4）工业上制取石墨烯的化学方程式为 　　 　　　　　　　 。
【答案】（1）碳原子；碳原子的排列方式不同；
（2）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（合理即可）；
（3）BC；（4）。
【解析】（1）由题给信息可知，石墨烯是从石墨中剥离出来的单层原子晶体，所以石墨烯属于碳单质，故石墨烯是由碳原子构成；石墨烯与金刚石组成元素相同，但物理性质差异大的原因碳原子的排列方式不同；
（2）由题中信息可知，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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡；
（3）由题给信息可知，抑菌率越高，表明抗菌性能越强，故A错误；由图2可知，不同的面料对不同的菌体的抑菌率不同，面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关，故B正确；由题中信息可知，石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡，故C正确。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】下列说法错误的是 (　　)
A.金刚石属于单质，石墨属于化合物
B.石墨是一种细鳞片状固体
C.含一种元素的物质可能属于混合物
D.金刚石是天然存在的最硬的物质
【答案】A
【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，A错误。
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 (　　)
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【答案】A
【解析】C60的相对分子质量为12×60=720，A正确；金刚石、石墨和C60虽然都是碳元素组成的单质，但是它们的结构不同，B错误；金刚石是天然存在的最硬的物质，C错误；石墨具有导电性，可以用于制石墨电极，D错误。
【举一反三2】石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是(　　)
A.金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B.在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C.金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D.因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
【答案】C
【解析】硬度不需要发生化学变化就能表现出来，属于物质的物理性质。
【举一反三3】石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是(　　)
A.金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B.在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C.金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D.因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
【答案】C
【解析】硬度不需要发生化学变化就能表现出来，属于物质的物理性质。
【举一反三4】下列关于碳单质的说法中正确的是 (　　)
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【答案】A
【解析】C60的相对分子质量为12×60=720，A正确；金刚石、石墨和C60虽然都是碳元素组成的单质，但是它们的结构不同，B错误；金刚石是天然存在的最硬的物质，C错误；石墨具有导电性，可以用于制石墨电极，D错误。
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是 (　　)
A.它是石墨 B.它由碳原子构成 C.它的结构不稳定 D.它可用于超导领域
【答案】D
【解析】C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，故选D。
【举一反三1】中国科学家运用巧妙的实验方法，创制出单层聚合C60，这种新材料未来有望应用于半导体、超导、量子计算等领域。构成C60的微观粒子是(　　)
A.碳原子 B.C60分子 C.碳元素 D.碳离子
【答案】B
【举一反三2】下列物质的主要成分不是碳单质的是(　　)
A.木炭　　　 B.焦炭　　　 C.二氧化碳　　　 D.活性炭
【答案】C
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式：　 　　 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 　　　　 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应：　　　　 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 　　　　 。其原因是（用文字表达式表示） 　　　　 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 　　　　 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 　　　　 （填“物理”或“化学”）性质。
【答案】（1）①As2S3；As2O3；
②铅+氧气四氧化三铅；
③避光保存；氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①分子；
②化学。
【解析】（1）①三硫化二砷中砷元素符号As，硫元素符号S，根据化合物化学式的书写“正价在前，负价在后，交叉约简”原则，三硫化二砷化学式为As2S3；设砒霜化学式为AsxOy，砷的相对原子质量约为75，氧的相对原子质量为16，已知砷、氧元素质量比为25：8，则75x：16y＝25：8，解得x：y ＝ 2：3，所以砒霜化学式为 As2O3；
②铅在空气中加热到 300﹣500℃时与氧气反应生成Pb3O4，文字表达式为：铅+氧气四氧化三铅；
③因为轻粉在光照射下分解成汞和氯化汞，所以轻粉的保存方法是避光保存。原因用文字表达式表示为：氯化亚汞汞+氯化汞；
（2）①微观上，C60是由C60分子构成的；
②C60与H2在一定条件下反应生成氢化物，该过程有新物质生成，发生了化学变化，所以C60可用作吸氢材料是利用了其化学性质。
［科普阅读］
【举一反三4】 C60分子是一种由60个碳原子构成的，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C60。在常温下C60为黑色或深棕色的固体，密度为1.68g/cm3，熔点高于280℃，可溶于苯和甲苯等溶剂。C60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。由于具有这种独特的分子结构，C60在气体储存、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，C60与K等金属反应生成的化合物是超导体。
请回答下列问题：
（1）每个C60分子由 　　　 个碳原子构成，每个碳原子与 　　　 碳原子相连；C60的化学性质的是由 　　　 保持的。
（2）下列叙述中，属于C60的物理性质的是 　　　 （填字母）。
a.可溶于苯和甲苯
b.密度为1.68g/cm3
c.熔点高于280℃
d.C60可与K等金属反应
（3）通过石墨制备C60反应的化学方程式为 　 　 ；反应时惰性气体的作用是 　　　　 。
【答案】（1）60；3个；C60分子；
（2）abc；
（3）60CC60；作保护气。
【解析】（1）每个C60分子是由60个碳原子构成的；每个碳原子与只和相邻的3个碳原子相连；C60是由C60分子构成的，C60的化学性质的是由C60分子构成的。
（2）a.可溶于苯和甲苯，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质。
b.密度为1.68g/cm3，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质。
c.熔点高于280℃，不需要通过化学变化就能表现出来，属于物理性质。
d.C60可与K等金属反应，需要通过化学反应才能表现出来，属于化学性质。
（3）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C60，反应的化学方程式为60CC60；反应时惰性气体的作用是作保护气。
碳化稻壳
【举一反三5】 湖南困县彭头山的“彭头山文化遗址”出土的碳化稻谷是世界上至今所发现的年代最早的人工栽培的稻谷。碳化稻壳是指稻壳经过加热至其着火点温度以下而形成的木化物质，具有体轻，导热性低的特性，工业上用作钢、铁生产的保温隔热材料。碳化稻壳的主要成分是二氧化硅和碳，二氧化硅含量高达50%以上。原碳化稻壳的容重为200﹣400k g m﹣3，相对密度为2.14，热导系数为0.062（碎石棉为0.041，矿辩茄棉为0.030），碳化稻壳具有较大的比表面积。
（1）碳化稻壳属于 　 　（“混合物”或“纯净物”）；
（2）请写出一条碳化稻壳的用途 　 　　　　　　 　（填一种即可）；
（3）下列有关碳化稻壳正确的是 　 　。
A.导热性低
B.热导系数比碎石棉较低
C.具有较大的比表面积
D.碳化稻壳是木炭化物质
【答案】（1）混合物；（2）工业上用作钢、铁生产的保温隔热材料；（3）ACD。
【解析】（1）碳化稻壳的主要成分是二氧化硅和碳，属于混合物；
（2）碳化稻壳的用途有：工业上用作钢、铁生产的保温隔热材料；
（3）碳化稻具有导热性低的特性，故A正确；热导系数比碎石棉较高，故B错误；碳化稻壳具有较大的比表面积，故C正确；碳化稻壳是木炭化物质，故D正确。
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】学习木炭还原氧化铜实验后，某兴趣小组对产物中的气体产生了质疑，认为产生的气体中除了外，可能还含有CO。为了进一步探究，进行了图1实验，同时用数字传感器获得3组不同质量比产生CO的浓度情况如图2所示。(ppm是浓度的一种计量单位，即“百万分之一”)。
依据上述实验和所学知识，下列说法错误的是(　　)
A.反应过程中观察到石英试管中黑色固体逐渐变红
B.可能是C与生成的反应产生了CO
C.可能是C与试管内的空气反应产生了CO
D.为减少CO的量，应减小CuO和C的质量比
【答案】D
【解析】碳和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，所以反应过程中观察到石英试管中黑色固体逐渐变红；碳和二氧化碳在高温条件下生成一氧化碳，所以可能是C与生成的反应产生了CO；碳燃烧不充分生成一氧化碳，所以可能是C与试管内的空气反应产生了CO；由题图可看出，氧化铜与木炭质量比越大，产生一氧化碳的量越少，所以为减少CO的量，应增大CuO和C的质量比。
【举一反三1】如图是木炭与氧化铜反应的实验装置图，下列说法错误的是（　　）
A.该实验需要较高温度
B.木炭发生了还原反应
C.实验前应把木炭粉充分烘干
D.该实验中的木炭粉可以换成活性炭
【答案】B
【解析】木炭具有还原性，能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，该实验需要较高温度，故A正确；木炭具有还原性，夺取了氧化铜中的氧，发生了氧化反应，故B错误；实验前应把木炭粉充分烘干，故C正确；活性炭、木炭的主要成分均是碳，该实验中的木炭粉可以换成活性炭，故D正确。
【举一反三2】我国冶铜文明源远流长，凝聚了劳动人民的智慧。
用孔雀石冶铜过程中存在木炭将CuO转化为Cu的反应，该反应体现了木炭的　　　性。
【答案】还原
【解析】用孔雀石冶铜过程中存在木炭将CuO转化为Cu的反应，碳夺走了氧化铜中的氧，则该反应体现了木炭的还原性。
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式：　　　　　　。
【答案】
【举一反三4】实验室常用如图所示装置进行木炭还原氧化铜的实验。
(1)下列图示，能表示木炭的主要成分的结构的是__________(填字母)。
(2)此实验预期的主要现象是澄清石灰水变__________，粉末中有___________色固体。由此推断木炭与氧化铜发生的反应是_________________________________(填化学方程式)。
(3)有研究小组检验后发现，此实验会产生少量的一氧化碳。请结合已有知识推测这些一氧化碳的可能来源，并用化学方程式表示。
可能来源一：_________________________________；
可能来源二：_________________________________。
【答案】(1)b　　(2)浑浊　红　C+2CuO2Cu+CO2↑
(3)C+CO22CO　C+CuOCu+CO↑
【解析】(1)木炭的主要成分是碳单质，它的结构则与石墨类似。能表示木炭的主要成分的结构的是b。
(2)木炭具有还原性，木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，此实验预期的主要现象是澄清石灰水变浑浊，粉末中有红色固体。由此推断木炭与氧化铜发生的反应是C+2CuO2Cu+CO2↑。
(3)可能来源一：碳与二氧化碳在高温条件生成一氧化碳，反应的化学方程式为C+CO22CO；
可能来源二：木炭与氧化铜在高温条件下生成铜和一氧化碳，反应的化学方程式为C+CuOCu+CO↑。
【举一反三5】碳在我们生活中有很多的用途。结合木炭还原氧化铜的实验，回答下列问题。
(1)该实验中酒精灯需要加网罩的目的是__________________________________。
(2)实验过程中观察到的实验现象是_________________________________________，左侧试管反应的化学方程式为_______________________________。
(3)实验结束后，待冷却将试管中剩余物质倒出来，发现仍有黑色物质。为确定是否含有木炭，设计实验方案进行验证：“将少量固体放在燃烧匙中，用酒精灯加热，上方罩一个蘸有澄清石灰水的烧杯，发现烧杯壁有白色物质出现，证明该固体中有木炭。”请你判断该方案是否可行，并说明理由 ____________________________________________。
【答案】(1)集中火焰，提高温度　　(2)黑色物质中出现红色固体，澄清石灰水变浑浊　C+2CuO2Cu+CO2↑　　
(3)该方案不可行；酒精燃烧生成二氧化碳，无论是否有木炭燃烧生成二氧化碳，均使澄清石灰水变浑浊
【解析】(2)碳与氧化铜高温下反应生成铜和二氧化碳，因此实验过程中观察到的实验现象是黑色物质中出现红色固体，澄清石灰水变浑浊，反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑。
(3)木炭燃烧生成二氧化碳，酒精燃烧也生成二氧化碳，因此无论是否有木炭燃烧生成二氧化碳，均使澄清石灰水变浑浊，因此该方案不可行。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】高铁的快速发展方便了人们的出行，工业上利用铝热反应焊接钢轨间的间隙，化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，该反应中的还原剂是 (　　)
A.Al B.Fe2O3 C.Al2O3 D.Fe
【答案】A
【解析】在2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe中，铝夺取了氧化铁中的氧，发生了氧化反应，是还原剂。
【举一反三1】已知CO+CuOCu+CO2，该反应中发生还原反应的物质是 (　　)
A. CO　　 B. CuO　　　 C. Cu　　　 D. CO2
【答案】B
【解析】在CO+ CuOCu+CO2中氧化铜失去氧，发生了还原反应，被还原，而一氧化碳得到氧，发生了氧化反应，被氧化。
【举一反三2】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 　 　不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 　 　　　　 　。
【答案】碳原子的排列方式；C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【解析】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的碳原子的排列方式不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质，碳能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，利用了碳具有还原性，反应的化学方程式为C+2CuO2Cu+CO2↑（合理即可）。
【举一反三3】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为　　　　(填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到　　　　(填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生　　　　(填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是　　　　。
【答案】(1)混合物
(2)CD
(3)氧化反应　使酒精灯火焰集中，提高加热温度
【解析】(1)木炭和氧气燃烧反应生成二氧化碳，反应的化学方程式为：，木炭和氧气的质量比约为1：2，说明木炭不完全燃烧，可能生成一氧化碳，生成的气体为混合物；
(2)活性炭具有吸附性，NO2气体被活性炭吸附，所以n瓶气体变为无色；由于n瓶中的压强小于外界大气压强，打开弹簧夹，水进入n中，n中的液面上升，而石墨没有吸附性，所以m中无变化，故选CD；
(3)木炭和氧化铜在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，该反应中木炭得到氧，生成二氧化碳，发生了氧化反应；金属网罩的作用是使酒精灯火焰集中，提高加热温度。
【举一反三4】芯片是电脑、智能家电等的核心部件，生产芯片的半导体材料有硅、锗(Ge)、砷化镓(GaAs) 等，应用比较广泛的是硅。如图是工业上以石英砂(主要成分是SiO2) 为原料制取高纯硅的一种工艺流程。回答下列问题。
(1)制造芯片要用到高纯硅，硅属于　　　　(填“金属”或“非金属”)元素。
(2)地壳中硅元素的含量仅次于　　　　 元素，在生产过程中将石英砂粉碎的目的是　　　　。
(3)焦炭在反应I中体现出　　　　(填“还原”或“氧化”)性。
(4)在使用氢气前，应先检验氢气的　　　　 。
【答案】(1)非金属
(2)氧(或O)　增大反应物接触面积，使反应更快、更充分
(3)还原
(4)纯度
【解析】(2)地壳中硅元素的含量仅次于氧元素，在生产过程中将石英砂粉碎的目的是增大反应物接触面积，使反应更快、更充分；
(3)反应I焦炭和二氧化硅在1300℃～1400℃下反应生成Si和CO，焦炭在反应I中得到氧，被氧化，则焦炭在反应I中体现出来的化学性质是还原性；
(4)氢气具有可燃性，与空气混合遇明火会发生爆炸，为了防止氢气与氧气混合发生爆炸，在使用氢气前，应先检验氢气的纯度。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】宋代许道宁用墨（主要成分为单质碳）所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳（　　）
A.化学性质不活泼
B.硬度高
C.导电性能好
D.吸附能力强
【答案】A
【解析】宋代许道宁用墨（主要成分为单质碳）所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，是因为墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画长久保存不变色，是因为在常温下碳的化学性质不活泼。
【举一反三1】古代搭建戏台时，常把埋入地下的一部分木头表面稍稍烤焦成木炭以减缓木材腐烂，所利用碳的化学性质是(　　)
A.具有可燃性
B.具有氧化性
C.具有还原性
D.常温下化学性质稳定
【答案】D
【解析】木头表面稍稍烤焦成木炭，在常温下碳的化学性质不活泼，不容易与其他物质发生化学反应，可以使用更长的时间。
【举一反三2】下列叙述中，主要利用了单质碳在常温下化学性质稳定的是（　　）
①档案材料要用碳素墨水填写 ②木桩埋入地里的一段用火将其表面烤焦 ③石墨做铅笔芯 ④古代用墨汁写字绘画 ⑤石墨粉作耐高温的润滑剂
A.①④⑤ B.①②④ C.②③④ D.①③⑤
【答案】B
【解析】①档案材料要用碳素墨水填写，是因为墨汁中含有碳，碳在常温下化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应，保存的时间较长。
②木桩埋入地里的一段用火将其表面烤焦，木材能转化生成碳，碳在常温下化学性质不活泼，一般不与其他物质发生化学反应，能使埋入地下的电线杆保存较长的时间。
③石墨做铅笔芯，是利用了石墨质软的性质。
④古代用墨汁写字绘画，是因为墨汁中含有碳，碳在常温下化学性质不活泼，很难与其它物质发生反应，保存的时间较长。
⑤石墨粉作耐高温的润滑剂，是利用了石墨具有优良的润滑性和耐高温的性质。故①②④是利用了单质碳在常温下化学性质稳定的性质。
【举一反三3】铅笔笔芯里有石墨，用它作的画很多年都不褪色，这是因为碳的化学性质（　　）
A.具有可燃性 B.具有还原性 C.具有吸附性 D. 常温下化学性质不活泼
【答案】D
【解析】铅笔笔芯里有石墨，石墨是碳元素形成的单质，用它作的画很多年都不褪色，是因为在常温下碳的化学性质不活泼。
【举一反三4】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【答案】(1)不活泼　　(2)碳原子最外层电子数是4，不容易得失电子
【举一反三5】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。
【答案】(1)单质
(2)碳原子的排列方式不同
(3)化学性质不活泼
【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同；
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。
【答案】(1)单质
(2)碳原子的排列方式不同
(3)化学性质不活泼
【解析】(2)物质的结构决定物质的性质，石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是碳原子的排列方式不同；
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下化学性质不活泼，不易与其他物质发生化学反应。
【举一反三7】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【答案】(1)不活泼　　(2)碳原子最外层电子数是4，不容易得失电子
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是(　　)
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【答案】D
【解析】金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们都具有可燃性；石墨中碳原子之间存在间隔；金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热。
【举一反三1】英国研究人员发明了世界上最黑的物质 Vantablack，又称“超级黑”，它看上去非常之黑几能吸收所有的可见光。而人类的肉眼根本无法看清楚深度，看到的就像一个“黑洞好像什么都没有。“超级黑”是用比头发细一万倍的碳纳米管所制造，其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.“超级黑”中碳元素的化合价为+4
C.在一定条件下“超级黑”能够燃烧
D.“超级黑”、金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的
【答案】C
【解析】“超级黑”是用比头发细一万倍的碳纳米管所制造，是由碳元素一种元素组成的，一种新型的单质，故A错误；“超级黑”是碳元素形成的一种单质，碳元素的化合价为0，故B错误；碳单质具有可燃性，在一定条件下“超级黑”能够燃烧，故C正确；C60是由C60分子构成的，故D错误。
【举一反三2】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 　 　。
【答案】二氧化碳。
【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，碳在氧气中完全燃烧生成二氧化碳，所以金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成二氧化碳。
【举一反三3】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是　　　　。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式　　　　(写一个即可)，该反应的基本反应类型为　　　　。
(3)“净化”：为提高产率，需除去　　　　等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的　　　　(写一条化学性质)。
【答案】(1)增大反应物的接触面积，使反应更充分
(2) C+O2CO2(或2C+O22CO)　化合反应
(3)CO2或SO2
(4)可燃性
【解析】(2)碳和氧气在高温条件下反应生成二氧化碳，该反应的化学方程式为C+O2CO2，或碳和氧气在高温条件下反应生成一氧化碳，该反应的化学方程式为2C+O22CO，两个反应反应物均为两种，生成物为一种的反应，都属于化合反应。
(3)“气化”时，煤中含有硫元素，反应后会生成二氧化硫，煤中含有碳元素，反应后会生成二氧化碳，故“净化”时，为提高产率，需除去二氧化碳或二氧化硫等气体杂质。
【举一反三4】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)文中能表示石墨微观结构的是　　　　(填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是　　　　。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式　　　　。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。
【答案】(1)B
(2)在常温下是紫红色晶体(合理即可)
(3)管状
(4)
(5)碳原子排列方式不同
【解析】(1)根据题意，在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石，故石墨的微观结构是B；
(3)根据题意，碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　)
A.反应①前后碳元素化合价不变
B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积
C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律
D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2
【答案】B
【解析】反应①是二氧化碳和碳高温反应生成一氧化碳，碳单质中碳元素化合价为0，碳元素化合价改变，A错误；反应物混合均匀可以增加反应物的接触面积，有利于反应充分快速的进行，B正确；反应③是铜和氧气加热生成氧化铜的反应，该反应符合质量守恒定律，C错误；根据反应的化学方程式可知，参加反应的碳和氧气的质量比为3：8时，只生成二氧化碳，D错误。
【举一反三1】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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.炭黑主要成分是碳的化合物
B.黑烟是由松木不完全燃烧产生
C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量
D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性
【答案】A
【解析】炭黑的主要成分是碳的单质，A错误。烟是固体小颗粒分散到空气中形成的，黑烟是由松木不完全燃烧产生的，B正确。炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响松木的燃烧，会影响炭黑产量，C正确。墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性，D正确。
【举一反三2】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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.炭黑主要成分是碳的化合物
B.黑烟是由松木不完全燃烧产生
C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量
D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性
【答案】A
【解析】炭黑的主要成分是碳的单质，A错误。烟是固体小颗粒分散到空气中形成的，黑烟是由松木不完全燃烧产生的，B正确。炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响松木的燃烧，会影响炭黑产量，C正确。墨是用炭黑制成的，炭黑的主要成分是碳，水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性，D正确。
【举一反三3】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 (　　)
A.二氧化碳气体　　　　 B.焦炭 C.氧气　　　　　　　　 D.氧化铜粉末
【答案】B
【解析】木炭能在氧气中燃烧生成二氧化碳，能与氧化铜加热反应生成铜和二氧化碳，能与二氧化碳高温反应生成一氧化碳。
【举一反三4】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【答案】不活泼(或稳定)　CO2　C+O2CO2　CO　2C+O22CO　化合反应　C+2CuO2Cu+CO2↑
【举一反三5】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【答案】不活泼(或稳定)　CO2　C+O2CO2　CO　2C+O22CO　化合反应　C+2CuO2Cu+CO2↑
【举一反三6】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【答案】(1)混合物　　(2)常温下碳的化学性质不活泼　　(3)　C+O2CO2
【解析】(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成的，是由多种物质组成的属于混合物。
(2)墨的主要成分是碳单质，常温下碳的化学性质不活泼，因此用墨书写的春联能长时间保存。
(3)碳在点燃的条件下能与氧气反应生成二氧化碳，故写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存，化学方程式为C+O2CO2。
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石，石墨、C60、碳纳米管结构示意图。关于这四种物质的说法中错误的是（　　）
A.C60是由分子构成的
B.石墨在一定条件下转化为金刚石是化学变化
C.都是由碳元素组成的单质，完全燃烧后的产物都是CO2
D.金刚石、石墨物理性质有很大差异，这是由于碳原子结构不同
【答案】D
【解析】C60是由C60分子构成的，故A正确；石墨与金刚石是不同种物质，因此在特定的条件下，石墨转化为金刚石，属于化学变化，故B正确；金刚石、石墨、C60、碳纳米管都是由碳素组成的纯净物，属于碳的单质，完全燃烧后的产物均为CO2，故C正确；金刚石、石墨物理性质有很大差异，是因为碳原子的排列方式不同，但碳原子结构相同，故D错误。
【举一反三1】石墨烯是从石墨剥离出的单层材料，是目前发现的最薄、强度最大、导电性能最好的材料。下列关于石墨烯正确的是（　　）
A.构成：碳原子
B.结构：微粒排列方式与金刚石一致
C.性质：常温下活泼，不能稳定存在
D.用途：用作绝缘材料
【答案】A
【解析】石墨烯由碳原子构成，A正确；微粒排列方式与金刚石不一致（金刚石中的碳原子是正四面体结构），B错误；石墨烯在常温下不活泼，能稳定存在，C错误；石墨烯易导电，不能用作绝缘材料，D错误。
【举一反三2】下列有关碳单质的说法错误的是(　　)
A.金刚石是天然存在的最硬的物质
B.金刚石和石墨都是黑色固体
C.金刚石和石墨的化学性质相似
D.C60由C60分子构成，其分子结构很稳定
【答案】B
【解析】金刚石是天然存在的最硬的物质；金刚石是无色透明的正八面体固体，石墨是灰黑色固体；金刚石和石墨都是碳元素组成的单质，它们的化学性质相似；C60由C60分子构成，每个C60分子是由60个碳原子构成的，其分子结构很稳定。
【举一反三3】电影《流浪地球2》中的太空电梯给同学们留下了深刻印象。清华大学团队研发的超长碳纳米管可能会成为未来建造太空电梯的材料。碳纳米管是碳单质的一种。请根据如图回答问题：
(1)图1、2、3是碳元素的三种单质，其中图2表示的物质是　　　　(填名称)，它们的物理性质差异很大的原因是　　　　。
(2)中国高铁惊艳世界，“大国重器”扬我国威。高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是　　　　性。
(3)到目前为止，碳纳米管是人类能造出来最坚固的材料，请推测碳纳米管可能具有的一条化学性质　　　　。
【答案】(1)石墨　碳原子的排列方式不同
(2)导电
(3)可燃性
【解析】(2)高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是导电性；
(3)碳纳米管是碳单质的一种，碳单质与氧气在点燃条件下生成二氧化碳，则碳纳米管可能具有的一条化学性质是可燃性。
【举一反三4】2024年中国国际石墨烯创新大会于2024年11月1～3日在浙江宁波召开。石墨烯是一种由碳原子构成的材料，可用机械剥离法从石墨中剥离制得，它是目前发现的最薄、强度最大、导电、导热性能最强的一种新型纳米材料。回答下列问题：
(1)石墨烯强度大、导电、导热性能强属于它的　　　　(填“物理”或“化学”)性质。
(2)关于石墨烯的认识正确的是　　　　(填字母)。
A．可用作散热材料 B．是一种化合物 C．可作新型电池的电极
(3)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质　　　　。
【答案】(1)物理
(2)AC
(3)稳定
【解析】(1)强度、导电导热性能，不需要通过化学实验表现出来，属于物理性质，故填写：物理；
(2)石墨烯的导热性能很强，可作为散热材料，故选项说法正确，符合题意；
石墨烯是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故选项说法错误，不合题意；
石墨烯的导电性能很强，可作新型电池的电极，故选项说法正确，符合题意。故选AC；
(3)钻石主要成分是金刚石，金刚石属于碳单质，“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳单质在常温下化学性质稳定。
【举一反三5】阅读下面科普短文，回答问题。
　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
　　分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 　　　　结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式：　　　　。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于　　　　(填基本反应类型)。
【答案】(1)管状
(2)
(3)分解反应
【解析】(2)石墨烯是由碳元素组成的单质 ，碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳，化学方程式为。
(3)由文中可知 “工业上可采用甲烷在高温和 Cu-Pd 催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气” ，该反应是由一种物质(甲烷)反应生成两种物质(石墨烯和氢气) ，符合“一变多” 的特征，所以属于基本反应类型中的分解反应。6.1 碳单质的多样性
【题型1】碳单质的物理性质和用途 1
【题型2】碳的单质综合 3
【题型3】常见的碳单质 4
【题型4】木炭还原氧化铜实验 7
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂 10
【题型6】碳单质的稳定性 11
【题型7】碳单质的可燃性 14
【题型8】碳单质的化学性质综合 16
【题型9】碳单质综合 18
【题型1】碳单质的物理性质和用途
【典型例题】文房四宝“笔、墨、纸、砚”承载着优秀的中华传统文化，其中“墨”的主要成分是炭黑。下列有关说法不正确的是(　　)
A. 墨属于纯净物
B. 炭黑的主要成分是碳单质
C. 炭黑的结构与石墨类似
D. 炭黑可制成墨汁用于绘画
【举一反三1】物质的性质决定物质的用途，这是重要的化学观念。下列物质的性质和用途对应不一致的是（　　）
A.O2具有助燃性——作可燃物的助燃剂
B.液氮汽化吸热——用于医疗冷冻麻醉条件下手术
C.石墨的导电性——制作干电池电极
D.金刚石硬度大——制作钻石
【举一反三2】冬季户外演出时，演员们经常身穿轻薄的石墨烯发热服。此发热服通过USB接口充电后，可让演员在-20 ℃的环境中工作4小时。其中，石墨烯是从石墨中分离出来的一层或几层碳原子构成的石墨片，是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，导电能力比银更强。下列关于石墨烯说法错误的是 (　　)
A.能用石墨烯制成隧道掘进机的钻头
B.可用石墨烯制成保险丝
C.石墨烯能够燃烧
D.可用石墨烯制成高压输电线
【举一反三3】“低碳生活”、“低碳生产”，早日达到“碳中和”是目前全世界人民努力的方向，但是“碳家族”也是重要的生活和生产原料，有着至关重要的作用。
（1）金刚石和石墨都是碳的单质，但两者性质差异较大，它们性质不同的根本原因是 　　　　　 　；
（2）干电池中使用石墨作为电极材料，说明石墨具有 　 　性；
（3）活性炭能作为冰箱除味剂，是因为活性炭具有 　 　性。
【举一反三4】化学源于生活，生活中蕴含着许多化学知识。
（1）自来水厂净水过程中除去色素和异味用到 　 　，其具有吸附作用。
（2）金刚石和石墨都由碳元素组成，但金刚石很硬，而石墨却很软。其原因是 　　　　　 　。
【举一反三5】 石墨烯是21世纪最具前景的新型纳米材料，它是从石墨中剥离出来的单层碳原子晶体，其微观结构如图1所示。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和催化剂作用下分解制取石墨烯，同时产生氢气。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。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。另外石墨烯还能影响菌体的正常代谢，从而使菌体无法吸收养分直至死亡。不同面料中掺入石墨烯后的抗菌效果如图2所示。
阅读材料，回答相关问题。
（1）石墨烯由 　 　构成，它与金刚石组成元素相同，但物理性质差异大的原因 　 　　　　。
（2）纺织面料中掺入石墨烯后具有的优点有 　 　　　　　 　（任写一条）。
（3）下列有关正确的有 　 　（填字母）。
A．抑菌率越高，表明抗菌性能越弱
B．面料的抑菌率与面料种类、菌体种类均有关
C．石墨烯可影响菌体代谢，导致菌体死亡
（4）工业上制取石墨烯的化学方程式为 　　 　　　　　　　 。
【题型2】碳的单质综合
【典型例题】下列说法错误的是 (　　)
A.金刚石属于单质，石墨属于化合物
B.石墨是一种细鳞片状固体
C.含一种元素的物质可能属于混合物
D.金刚石是天然存在的最硬的物质
【举一反三1】下列关于碳单质的说法中正确的是 (　　)
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【举一反三2】石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是(　　)
A.金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B.在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C.金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D.因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
【举一反三3】石墨烯是由碳原子构成的碳单质，被认为是一种未来革命性的材料。如图分别是金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构图。下列说法不正确的是(　　)
A.金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的单质
B.在一定条件下，石墨可以转化为金刚石，属于化学变化
C.金刚石的硬度很大，属于金刚石的化学性质
D.因为碳原子排列方式不同，所以金刚石、石墨、C60的物理性质差异较大
【举一反三4】下列关于碳单质的说法中正确的是 (　　)
A.C60的相对分子质量为720
B.金刚石、石墨和C60都由碳元素组成结构相同的单质
C.金刚石的硬度很小
D.石墨很软，不能用于制石墨电极
【题型3】常见的碳单质
【典型例题】碳单质在生活、生产、科学研究中扮演着重要的角色。如图是一种碳单质的结构，关于它的分析正确的是 (　　)
A.它是石墨 B.它由碳原子构成 C.它的结构不稳定 D.它可用于超导领域
【举一反三1】中国科学家运用巧妙的实验方法，创制出单层聚合C60，这种新材料未来有望应用于半导体、超导、量子计算等领域。构成C60的微观粒子是(　　)
A.碳原子 B.C60分子 C.碳元素 D.碳离子
【举一反三2】下列物质的主要成分不是碳单质的是(　　)
A.木炭　　　 B.焦炭　　　 C.二氧化碳　　　 D.活性炭
认识物质
【举一反三3】（1）炼丹术中的物质
中国古代的医药化学主要集中在汞化学、铅化学与砷化学方面。
成语“信口雌黄”中的“雌黄”即三硫化二砷（砷元素符号As），请写出化学式：　 　　 。砒霜由砷、氧元素组成，两者的质量比为25：8，其化学式为 　　　　 。
红色铅丹（Pb3O4）用于秦始皇兵马俑身上的红色彩绘。它是将铅在空气中加热到300～500℃时与氧气反应产生。请用文字表达式表示该反应：　　　　 。
③早在宋代，轻粉（氯化亚汞）已是一种重要药物，可用作治疗疥疮。轻粉（氯化亚汞）微溶于水，在光照射下分解成汞和氯化汞。
由上述信息可知，轻粉的保存方法是 　　　　 。其原因是（用文字表达式表示） 　　　　 。
（2）新型物质
C60可用作吸氢材料，其原理是C60与H2在一定条件下反应生成氢化物；该氢化物在80～215℃时，又会分解放出H2。
微观上，物质C60由 　　　　 （填“分子”“原子”“离子”）构成。
C60可用作吸氢材料是利用了其 　　　　 （填“物理”或“化学”）性质。
［科普阅读］
【举一反三4】 C60分子是一种由60个碳原子构成的，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C60。在常温下C60为黑色或深棕色的固体，密度为1.68g/cm3，熔点高于280℃，可溶于苯和甲苯等溶剂。C60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。由于具有这种独特的分子结构，C60在气体储存、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，C60与K等金属反应生成的化合物是超导体。
请回答下列问题：
（1）每个C60分子由 　　　 个碳原子构成，每个碳原子与 　　　 碳原子相连；C60的化学性质的是由 　　　 保持的。
（2）下列叙述中，属于C60的物理性质的是 　　　 （填字母）。
a.可溶于苯和甲苯
b.密度为1.68g/cm3
c.熔点高于280℃
d.C60可与K等金属反应
（3）通过石墨制备C60反应的化学方程式为 　 　 ；反应时惰性气体的作用是 　　　　 。
碳化稻壳
【举一反三5】 湖南困县彭头山的“彭头山文化遗址”出土的碳化稻谷是世界上至今所发现的年代最早的人工栽培的稻谷。碳化稻壳是指稻壳经过加热至其着火点温度以下而形成的木化物质，具有体轻，导热性低的特性，工业上用作钢、铁生产的保温隔热材料。碳化稻壳的主要成分是二氧化硅和碳，二氧化硅含量高达50%以上。原碳化稻壳的容重为200﹣400k g m﹣3，相对密度为2.14，热导系数为0.062（碎石棉为0.041，矿辩茄棉为0.030），碳化稻壳具有较大的比表面积。
（1）碳化稻壳属于 　 　（“混合物”或“纯净物”）；
（2）请写出一条碳化稻壳的用途 　 　　　　　　 　（填一种即可）；
（3）下列有关碳化稻壳正确的是 　 　。
A.导热性低
B.热导系数比碎石棉较低
C.具有较大的比表面积
D.碳化稻壳是木炭化物质
【题型4】木炭还原氧化铜实验
【典型例题】学习木炭还原氧化铜实验后，某兴趣小组对产物中的气体产生了质疑，认为产生的气体中除了外，可能还含有CO。为了进一步探究，进行了图1实验，同时用数字传感器获得3组不同质量比产生CO的浓度情况如图2所示。(ppm是浓度的一种计量单位，即“百万分之一”)。
依据上述实验和所学知识，下列说法错误的是(　　)
A.反应过程中观察到石英试管中黑色固体逐渐变红
B.可能是C与生成的反应产生了CO
C.可能是C与试管内的空气反应产生了CO
D.为减少CO的量，应减小CuO和C的质量比
【举一反三1】如图是木炭与氧化铜反应的实验装置图，下列说法错误的是（　　）
A.该实验需要较高温度
B.木炭发生了还原反应
C.实验前应把木炭粉充分烘干
D.该实验中的木炭粉可以换成活性炭
【举一反三2】我国冶铜文明源远流长，凝聚了劳动人民的智慧。
用孔雀石冶铜过程中存在木炭将CuO转化为Cu的反应，该反应体现了木炭的　　　性。
【举一反三3】我国青铜器的铸造和使用具有悠久的历史，探寻铜锈的奥秘有利于保护青铜文物。火的使用促进了炼铜技术的发展。采用火法炼铜时，木炭和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳，写出反应的化学方程式：　　　　　　。
【举一反三4】实验室常用如图所示装置进行木炭还原氧化铜的实验。
(1)下列图示，能表示木炭的主要成分的结构的是__________(填字母)。
(2)此实验预期的主要现象是澄清石灰水变__________，粉末中有___________色固体。由此推断木炭与氧化铜发生的反应是_________________________________(填化学方程式)。
(3)有研究小组检验后发现，此实验会产生少量的一氧化碳。请结合已有知识推测这些一氧化碳的可能来源，并用化学方程式表示。
可能来源一：_________________________________；
可能来源二：_________________________________。
【举一反三5】碳在我们生活中有很多的用途。结合木炭还原氧化铜的实验，回答下列问题。
(1)该实验中酒精灯需要加网罩的目的是__________________________________。
(2)实验过程中观察到的实验现象是_________________________________________，左侧试管反应的化学方程式为_______________________________。
(3)实验结束后，待冷却将试管中剩余物质倒出来，发现仍有黑色物质。为确定是否含有木炭，设计实验方案进行验证：“将少量固体放在燃烧匙中，用酒精灯加热，上方罩一个蘸有澄清石灰水的烧杯，发现烧杯壁有白色物质出现，证明该固体中有木炭。”请你判断该方案是否可行，并说明理由 ____________________________________________。
【题型5】还原反应、还原剂、氧化剂
【典型例题】高铁的快速发展方便了人们的出行，工业上利用铝热反应焊接钢轨间的间隙，化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，该反应中的还原剂是 (　　)
A.Al B.Fe2O3 C.Al2O3 D.Fe
【举一反三1】已知CO+CuOCu+CO2，该反应中发生还原反应的物质是 (　　)
A. CO　　 B. CuO　　　 C. Cu　　　 D. CO2
【举一反三2】碳的单质包括金刚石、石墨和C60，由于它们的 　 　不同，其物理性质差别很大，但它们都是由碳元素组成的单质，具有相似的化学性质。请写出一个能体现碳还原性的化学反应方程式 　 　　　　 　。
【举一反三3】木炭是生活中常见物质，回答以下有关木炭的问题。
(1)木炭燃烧时，木炭和氧气的质量比约为1：2，则生成气体为　　　　(填“纯净物”或“混合物”)。
(2)实验1中两支试管装满红棕色气体，向其中分别加入等质量的金刚石和木炭，一段时间后，可观察到　　　　(填字母)。
A．试管中红棕色消失
B．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
C．试管中红棕色消失
D．同时打开两个弹簧夹，烧杯中的水进入试管
(3)实验2中，木炭发生　　　　(填“氧化反应”或“还原反应”)。其中金属网罩的作用是　　　　。
【举一反三4】芯片是电脑、智能家电等的核心部件，生产芯片的半导体材料有硅、锗(Ge)、砷化镓(GaAs) 等，应用比较广泛的是硅。如图是工业上以石英砂(主要成分是SiO2) 为原料制取高纯硅的一种工艺流程。回答下列问题。
(1)制造芯片要用到高纯硅，硅属于　　　　(填“金属”或“非金属”)元素。
(2)地壳中硅元素的含量仅次于　　　　 元素，在生产过程中将石英砂粉碎的目的是　　　　。
(3)焦炭在反应I中体现出　　　　(填“还原”或“氧化”)性。
(4)在使用氢气前，应先检验氢气的　　　　 。
【题型6】碳单质的稳定性
【典型例题】宋代许道宁用墨（主要成分为单质碳）所画的《关山密雪图》保存至今而不变色，这是因为在常温下单质碳（　　）
A.化学性质不活泼
B.硬度高
C.导电性能好
D.吸附能力强
【举一反三1】古代搭建戏台时，常把埋入地下的一部分木头表面稍稍烤焦成木炭以减缓木材腐烂，所利用碳的化学性质是(　　)
A.具有可燃性
B.具有氧化性
C.具有还原性
D.常温下化学性质稳定
【举一反三2】下列叙述中，主要利用了单质碳在常温下化学性质稳定的是（　　）
①档案材料要用碳素墨水填写 ②木桩埋入地里的一段用火将其表面烤焦 ③石墨做铅笔芯 ④古代用墨汁写字绘画 ⑤石墨粉作耐高温的润滑剂
A.①④⑤ B.①②④ C.②③④ D.①③⑤
【举一反三3】铅笔笔芯里有石墨，用它作的画很多年都不褪色，这是因为碳的化学性质（　　）
A.具有可燃性 B.具有还原性 C.具有吸附性 D. 常温下化学性质不活泼
【举一反三4】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【举一反三5】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。
【举一反三6】二维材料是一类新兴材料(如图)，我国科研人员在二维过渡材料碲化物及二维材料石墨烯的制备方向取得新进展。石墨烯因其奇特的超导、导电、磁性、催化活性等物理和化学性质，在催化、储能、光学等领域展现出重要应用潜力。
(1)二维材料石墨烯是一种　　　　 (填“单质”或“化合物”)。
(2)二维材料石墨烯与金刚石均由碳元素组成，但它们导电性差异很大，其原因是　　　。
(3)古代书法家使用墨汁书写的字画能够保存很长时间而不变色，这是因为单质碳在常温下　　　　。
【举一反三7】如图为碳原子的结构示意图，请回答下列问题：
(1)常温下，碳原子的化学性质_________ (填“活泼”或“不活泼”)。
(2)请从微观角度解释其原因_______________________。
【题型7】碳单质的可燃性
【典型例题】下面分别是金刚石(甲)、石墨(乙)、(丙)的结构示意图，下列说法正确的是(　　)
A.三种单质中，所有的碳原子均静止不动
B.石墨具有可燃性，金刚石和不具有可燃性
C.石墨中碳原子之间没有间隔
D.金刚石薄膜导热性好，可用于集成电路基板散热
【举一反三1】英国研究人员发明了世界上最黑的物质 Vantablack，又称“超级黑”，它看上去非常之黑几能吸收所有的可见光。而人类的肉眼根本无法看清楚深度，看到的就像一个“黑洞好像什么都没有。“超级黑”是用比头发细一万倍的碳纳米管所制造，其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.“超级黑”中碳元素的化合价为+4
C.在一定条件下“超级黑”能够燃烧
D.“超级黑”、金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的
【举一反三2】金刚石和石墨在氧气充足的条件下完全燃烧都会生成 　 　。
【举一反三3】乙醇在生产生活中有着广泛的应用。下图是利用煤制备乙醇的一种流程。
查阅资料：煤主要含有碳、氢、氧、硫等元素。
(1)“气化”前，需将煤磨细，其目的是　　　　。
(2)“气化”：含多个反应，写出与在高温下反应的化学方程式　　　　(写一个即可)，该反应的基本反应类型为　　　　。
(3)“净化”：为提高产率，需除去　　　　等气体杂质(忽略水蒸气的影响)。
(4)乙醇可作燃料，这是利用乙醇的　　　　(写一条化学性质)。
【举一反三4】阅读科普材料，用所学化学知识回答下列问题。
　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
　　C60分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。C60分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。C60在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在C60的使用中注意一定要远离火源。
　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)文中能表示石墨微观结构的是　　　　(填写文中字母“B或C”)。
(2)推测C60的一个物理性质是　　　　。
(3)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是　　　　结构。
(4)写出石墨烯燃烧的化学方程式　　　　。
(5)文中涉及的碳单质家族中各物质物理性质存在差异，可能的原因是　　　　。
【题型8】碳单质的化学性质综合
【典型例题】如图是碳与其他物质之间的性质关系(“－”表示物质间可发生反应，“→”表示物质间可发生转化，反应条件及部分生成物已省略)，下列说法正确的是(　　)
A.反应①前后碳元素化合价不变
B.反应②前固体要混合均匀，增大接触面积
C.反应③前后固体质量增加，不符合质量守恒定律
D.反应④中C与O2质量比为3:4，一定只生成CO2
【举一反三1】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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.炭黑主要成分是碳的化合物
B.黑烟是由松木不完全燃烧产生
C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量
D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性
【举一反三2】《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示，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.炭黑主要成分是碳的化合物
B.黑烟是由松木不完全燃烧产生
C.炉膛的进气口大小和瓮的高矮会影响炭黑产量
D.水墨画能长时间保存，体现了常温下碳的稳定性
【举一反三3】下列物质中，有一种物质能与其他三种物质发生反应，它是 (　　)
A.二氧化碳气体　　　　 B.焦炭 C.氧气　　　　　　　　 D.氧化铜粉末
【举一反三4】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【举一反三5】在常温下，碳的化学性质_________________。在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成___________，化学方程式是______________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成_________________，化学方程式是___________________；这两个反应都属于__________(填基本反应类型)．在高温下，木炭能还原氧化铜，化学方程式为________________________________．
【举一反三6】过春节，写春联是传统习俗。
(1)墨由炭黑中加入天然胶等制成。墨属于_________(填“混合物”或“纯净物”)。
(2)从化学角度分析，用墨书写的春联能长时间保存是因为_________。
(3)写坏了的春联被烧掉后，墨迹无存的原因是_________________(用化学方程式解释)。
【题型9】碳单质综合
【典型例题】如图是金刚石，石墨、C60、碳纳米管结构示意图。关于这四种物质的说法中错误的是（　　）
A.C60是由分子构成的
B.石墨在一定条件下转化为金刚石是化学变化
C.都是由碳元素组成的单质，完全燃烧后的产物都是CO2
D.金刚石、石墨物理性质有很大差异，这是由于碳原子结构不同
【举一反三1】石墨烯是从石墨剥离出的单层材料，是目前发现的最薄、强度最大、导电性能最好的材料。下列关于石墨烯正确的是（　　）
A.构成：碳原子
B.结构：微粒排列方式与金刚石一致
C.性质：常温下活泼，不能稳定存在
D.用途：用作绝缘材料
【举一反三2】下列有关碳单质的说法错误的是(　　)
A.金刚石是天然存在的最硬的物质
B.金刚石和石墨都是黑色固体
C.金刚石和石墨的化学性质相似
D.C60由C60分子构成，其分子结构很稳定
【举一反三3】电影《流浪地球2》中的太空电梯给同学们留下了深刻印象。清华大学团队研发的超长碳纳米管可能会成为未来建造太空电梯的材料。碳纳米管是碳单质的一种。请根据如图回答问题：
(1)图1、2、3是碳元素的三种单质，其中图2表示的物质是　　　　(填名称)，它们的物理性质差异很大的原因是　　　　。
(2)中国高铁惊艳世界，“大国重器”扬我国威。高铁动车与电路连接的石墨电刷用到石墨的物理性质主要是　　　　性。
(3)到目前为止，碳纳米管是人类能造出来最坚固的材料，请推测碳纳米管可能具有的一条化学性质　　　　。
【举一反三4】2024年中国国际石墨烯创新大会于2024年11月1～3日在浙江宁波召开。石墨烯是一种由碳原子构成的材料，可用机械剥离法从石墨中剥离制得，它是目前发现的最薄、强度最大、导电、导热性能最强的一种新型纳米材料。回答下列问题：
(1)石墨烯强度大、导电、导热性能强属于它的　　　　(填“物理”或“化学”)性质。
(2)关于石墨烯的认识正确的是　　　　(填字母)。
A．可用作散热材料 B．是一种化合物 C．可作新型电池的电极
(3)碳元素还能组成其他单质。“钻石恒久远，一颗永流传”体现了碳在常温下化学性质　　　　。
【举一反三5】阅读下面科普短文，回答问题。
　　化学是不断发明和制造对人类更有用的新物质的科学。在分子、原子层次上改变原子的排列方式就可以创造新物质。
　　在超高压和高温条件下，石墨中某些碳原子受到挤压，凸出到层间的空间中，与上一层正六边形的碳原子形成正四面体的排列方式，就得到金刚石。
　　分子是由12个正五边形和20个正六边形构成的完美对称的笼状分子。分子形似足球，被形象地称为“足球烯”。在常温下是紫红色晶体，具有金属光泽，可用于超导、催化等领域，在的使用中注意一定要远离火源。
　　碳纳米管的直径一般为几纳米到几十纳米，其中碳原子以正六边形排列形成管状结构。其管状结构决定了它的弹性和弯曲性优异，可制作金属催化载体，用于计算机芯片等前沿领域。
　　石墨烯中的碳原子是以正六边形紧密排列的单层结构。石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发。2004年，科学家用一种非常简单易行的机械剥离法得到石墨烯，之后，制备石墨烯的新方法层出不穷，工业上可采用甲烷在高温和Cu-Pd催化下分解制取石墨烯，同时产生氢气。随着科技水平的提升，石墨烯的应用前景会十分广阔。
(1)碳纳米管的弹性较好、易于弯曲，这些性质都源于它是 　　　　结构。
(2)写出石墨烯燃烧的化学方程式：　　　　。
(3)甲烷在高温和Cu-Pd催化下制取石墨烯的反应属于　　　　(填基本反应类型)。

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