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课题1 碳单质的多样性
第六单元 碳和碳的氧化物
水：H2O
氧气：O2
氢气：H2
元素组成丰富多彩的物质世界
氧气（O2）和臭氧（O3）、白磷和红磷
碳元素也能组成不同的物质：金刚石、石墨和C60
同种元素可以组成不同的物质吗？
石墨
金刚石
碳的单质
C60
碳的单质
金刚石
用途
性质
结构
空间立体结构
金刚石
纯净的金刚石是无色透明
透光性好，硬度大
天然存在的最硬的物质
熔点较高，不导电，导热性好
钻石
钻探机的钻头
玻璃刀
金刚石散热片
光学仪器的涂层
结构
层状结构
做润滑剂
做铅笔芯
做电极
性质
灰黑色，不透明
金属光泽，细鳞片状固体
石墨很软，有滑腻感
熔点高，具有优良的导电性能
碳的单质
石墨
用途
金刚石和石墨物理性质差别巨大的原因是什么吗？
金刚石的结构
石墨的结构
碳原子的排列方式不同导致二者的物理性质存在明显的差异，但它们都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本相同。
金刚石、石墨之间的转化是物理变化还是化学变化？
化学变化
金刚石 石墨
化学式 C C
色态 无色透明 灰黑色、有金属色泽
硬度 最硬 质软
导电性 不导电 导电
熔点 很高 高、耐高温
用途 钻石、钻头、玻璃刀刀头、散热 润滑剂、铅笔芯、作电极
物理性质 差异大，因为碳原子的的排列方式不同 化学性质 化学性质相同 相互转化 是化学变化
木炭
活性炭
焦炭
在日常生活中，还有一些物质如：木炭、焦炭、活性炭、炭黑等的主要成分也是碳的单质，而它们的结构则与石墨类似。
炭黑
碳的单质
无定形碳
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。
木炭、活性炭吸附溶液中的色素
活性炭、木炭都具有疏松多孔的结构，表面积很大，具有较强的吸附性，能吸附水中的色素。
显微镜下木炭的结构
具有吸附性，用于吸附色素、异味
强吸附性，用于防毒面具的滤毒罐，脱色，净水
用于油墨、橡胶等填充剂
木炭
活性炭
焦炭
炭黑
用于冶金工业
碳的单质
无定形碳
防毒面具
冰箱除味剂
活性炭的用途
食品脱色
（食品工业）
净水
碳的单质
除有害气体
用途
应用于材料科学
应用于超导体
分子结构形似足球，非常稳定
结构
一个C60分子由60个碳原子构成
碳的单质
C60
碳单质的研究进展
20世纪90年代初，一些以新的形态存在的碳单质又相继被发现：
碳纳米管
单层石墨片
(石墨烯)
尺寸小
机械强度高
导电性好
优异的导电性
导热性
其他奇特性质
早在古罗马时代，人们就经常使用铅棒来做记号，那时的铅棒就被称为铅笔。但是这种真正的铅笔效果并不好，不仅颜色浅还极易划破纸。
直至1564年，英格兰有位牧羊人发现了一种黑色矿物质——石墨(铅笔芯的原材料)，这种新矿物质显色度极好，因而被用来在羊身上做记号。
铅笔的前世今生
铅笔上的“B”是英文“Black”的第一个字母，在铅笔中表示“软”；“H”是英文“Hard”的第一个字母，在铅笔中表示“硬”。
1.金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但物理性质差异很大，原因是( )
A．碳原子的排列方式不同 B．原子大小不同
C．原子数目不同 D．原子种类不同
A
2．下列有关碳单质的说法错误的是( )
A．金刚石是自然界最硬的物质，可作钻头
B．石墨有导电性，可制作电极
C．C60 具有稳定结构，不能燃烧
D．活性炭疏松多孔，具有强烈的吸附性，可用作净水
C
3．由同种元素组成的物质( )
A．一定是单质 B．一定是金属 C．可能是混合物 D．可能是化合物
C
4.石墨烯是新发现的二维空间材料，它是由石墨制成的新型碳单质，金刚石、石墨、C60和石墨烯的结构示意图如图所示，下列关于这四种物质的说法正确的是( )
A
金刚石的结构 石墨的结构 C60的结构 石墨烯的结构
A．它们都是单质 B．它们都是由原子构成的物质
C．碳原子排列方式都相同 D．石墨烯与C60是同种物质，具有导电性
这些单质都是由碳元素组成的，元素的化学性质与原子结构的最外层电子数的关系最密切，因此这些物质的化学性质在很大程度上是相似的。
金刚石 石墨 C60
碳原子排列方式多种多样，使碳单质的物理性质差异很大，
那它们的化学性质会怎样呢？也会差异很大吗？
1350年
黄公望
(元代)
国画山水——富春山居图
我国是个具有悠久历史文化的文明古国，在灿烂的历史长河中，涌现出了一大批赫赫有名的书面家，他们用墨(用炭黑等制成)书写或绘制的字画能够保存很长时间而不变色，这是为什么呢？
如果温度升高，碳的活泼性又如何呢？
炭化的木电线杆
铁路枕木被炭化
古书画保存至今
碳的化学性质
碳的化学性质
1、常温下，碳的化学性质不活泼
2
+6
4
CO2
C+O2
点燃
氧气充足
充分燃烧
氧气不足
不充分燃烧
2C + O2 2CO
点燃
注意：描述物质的化学性质时，要注意条件！如碳在常温下化学性质稳定；碳充分燃烧生成二氧化碳；不充分燃烧时则生成一氧化碳等。
碳的化学性质
2、碳与氧气的反应
冬天，北方农村地区常在房间里燃煤、烧炭取暖，常发生中毒现象，你知道是什么原因吗？
碳燃烧不充分时，生成有毒的一氧化碳，它是无色、无味的气体。
实验：把木炭和氧化铜粉末混合放进试管平铺在底部，按图示装置连接好仪器，对固体混合物加热，观察现象。
结束实验时，先把导管从石灰水中撤出，再用弹簧夹夹紧橡胶管，最后熄灭酒精灯，等到试管冷却后倒出粉末
①黑色粉末逐渐变成红色 ②澄清石灰水变浑浊
现象与结论：
C + 2 CuO 2 Cu + CO2
高温
CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O
金属网罩，集中火焰提高温度
碳的化学性质
3、碳具有还原性
防止澄清石灰水倒流入热的试管致使试管破裂
碳的化学性质
防止生成的铜再被氧化成氧化铜
试管口略向下倾斜
高温
装置的气密性要好
实验结束时，先撤出导气管
还原反应
C + 2CuO 2Cu + CO2 ↑
高温
失氧
得氧
观察下面方程式，比较反应物和生成物有什么特点？
像这种，含氧化合物里的氧被夺去的反应，就叫做还原反应。
C、H2、CO
CuO、O2
C得到氧
→ C表现出还原性
CuO失去氧
→ CuO表现出氧化性
还原剂→得氧→氧化反应
氧化剂→失氧→还原反应
还原性 ←
具有
氧化性 ←
具有
碳的化学性质
应用1：碳的还原性可用于冶金工业。
还原反应
应用2：在高温条件下，碳能使二氧化碳转变成一氧化碳。
如：焦炭可以把铁从它的氧化物矿石里还原出来。
3C + 2Fe2O3
高温
C + CO2
高温
4Fe + 3CO2↑
2CO
碳的化学性质
决定
体现
用途
性质
碳的用途
碳素墨水
做燃料（可燃性）
冶炼金属（还原性）
（碳在常温下化学性质不活泼）
⑴实验前，首先要进行的操作是______________________；
⑵实验中，盛放澄清石灰水的大试管中出现的现象是: ；
⑶点燃酒精喷灯前通入纯净而干燥的氮气，其目的是:
。
检查装置气密性
石灰水变浑浊
排出装置中的空气，防止氧气影响实验
已知木炭粉与某红棕色粉末在高温下反应生成二氧化碳和铁。某同学设计了一个实验，证明红棕色粉末中含有氧元素装置如下图所示。
谢谢观看

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