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第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 金刚石、石墨和C60
知识
一、物质的组成
1．不同元素组成的物质
氧气是由____________组成，氮气是由____________组成，二氧化碳是由________________组成，水是由_______________组成。
2．同种元素组成的不同的物质
红磷是由___________组成，白磷是由___________组成；氧气是由___________组成，臭氧是由_________组成；水是由__________________组成，过氧化氢是由_________________组成。碳元素组成的单质有_______________________________等。
二、碳的单质
不同种类的碳单质由于它们的_______________________________________________不同，导致它们在物理性质上存在很大差异。
1．金刚石

（1）金刚石由________构成，是__________中最硬的物质，纯净的金刚石是无色透明、_____________形状的固体。
（2）金刚石的用途
用于装饰品——____________，用于裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，用于钻探上，这些都是利用金刚石的__________性质。
2．石墨

（1）石墨由________构成，硬度__________，有滑腻感，具有优良的_________性能；石墨是深灰色有金属光泽而不透明的___________________状固体。
（2）石墨的用途
用于制铅笔芯、电刷、电极，这些都利用了石墨的__________性质。
（3）无定形碳
木炭、焦炭、活性炭和炭黑的主要成分是__________，结构与__________类似。
木炭具有____________的结构，具有吸附能力，能吸附_____________________。
活性炭的吸附能力更强，能吸附____________________________________。
（4）石墨烯：从石墨中分离出的单层石墨片，具有优异的导电、导热性。
3．C60

（1）C60形似足球，由________构成，每个C60分子由__________________构成。
（2）C60的独特结构决定了其具有一些独特的性质，广泛用于________________________________、医学及生物等领域。
【答案】一、1．氧元素 氮元素 碳元素和氧元素 氢元素和氧元素
2．磷元素 磷元素 氧元素 氧元素 氢元素和氧元素 氢元素和氧元素 金刚石、石墨、石墨烯、碳纳米管、C60
二、原子排列方式
1．（1）碳原子 自然界 正八面体
（2）钻石 物理
2．（1）碳原子 很软 导电 细鳞片
（2）物理
（3）碳单质 石墨 疏松多孔 色素、异味 色素、异味、有害气体
3．（1）C60分子 60个碳原子
（2）超导、催化、材料
重点
一、“碳”和“炭”的区别
“碳”指碳元素，不是具体指某种物质；而“炭”指具体的、由碳元素组成的单质。
二、金刚石与石墨间的转化
金刚石、石墨、C60是由碳元素组成的三种不同的单质。所以，在一定条件下，将石墨转化为金刚石的变化是化学变化。
三、金刚石、石墨的物理性质和用途
化学式
颜色
形状
硬度
导电性
导热性
润滑性
熔点
用途
金刚石
C
无色透明
正八面体
最硬 ]
无
无
无
高 X+K]
划玻璃、切割金属、钻探机钻头、制装饰品等
石墨
深灰色、有金属光泽、不透明
细鳞片状
最软之一
优良
良好
良好
电极、铅笔芯、润滑剂等
1．金刚石是天然存在的最硬的物质。
2．无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，没有固定形状。常见的无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。
颜色、状态
制法
用途
木炭
灰黑色的多孔性固体
木材隔绝空气加强热
燃料、黑火药、制活性炭、冶炼金属
活性炭
灰黑色多孔颗粒状固体
木炭在高温下用水蒸气处理
净化多种气体和液体、作防毒面具
焦炭
浅灰色多孔性固体
烟煤隔绝空气加强热
冶炼金属
炭黑
极细的黑色粉末
含碳物质不完全燃烧
墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料
木炭、活性炭具有吸附性（物理性质），活性炭的吸附性更强。
典例1 下列有关化学科学认识正确的是
A．一定条件下可用石墨制得金刚石
B．石墨与单层石墨片（石墨烯）的性质完全相同
C．氮气不与任何物质反应
D．纯牛奶中不含任何化学物质
【解析】A、在高温高压和催化剂的条件下可用石墨制得金刚石，正确；B、石墨与单层石墨片（石墨烯）的结构不同，性质有很多区别；C、氮气很难与其它物质反应，在一定条件下能与氧气等物质反应，错误；D、纯牛奶中一定含有化学物质，错误。故选A。
【答案】A
典例2 （2019·黔东南州期末）物质的性质决定其用途，将石墨制成电刷用在动车与电路的连接就充分利用了石墨的性质。请你判断将石墨制成电刷与下列石墨的哪一方面性质无关
A．稳定性 B．滑腻感
C．还原性 D．导电性
【解析】动车的运行是依靠顶部的石墨电刷与电线接触获取电源，使用石墨制作电刷不仅因为石墨能耐高温、化学性质稳定、具有滑腻感，还利用了石墨的导电性，与碳单质的还原性无关。故选C。
【答案】C
基础训练
1．初中化学学业水平考试实行网上阅卷，考生答题时必须使用2B铅笔填涂答题卡，2B铅笔芯的主要成分是
A．石墨 B．木炭 C．焦炭 D．铅
2．下图是金刚石、石墨、C60的结构示意图，它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异。其原因是
A．构成它们的原子大小不同
B．构成它们的原子数目不同
C．金刚石、石墨、C60由不同种原子构成
D．金刚石、石墨、C60里碳原子的排列方式不同
3．下面是教材中的一些插图，其中发生了化学变化的是
4．关于碳的单质的组成和用途的说法不正确的是
A．用铅笔芯的粉末可以使锁的开启变的灵活
B．璀璨夺目的天然钻石是由碳元素组成的
C．活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
D．铅笔芯主要用铅和少量碳粉制成
5．物质的性质决定物质的用途。下列因果关系不成立的是
A．因为氮气化学性质不活泼，所以可用于食品防腐
B．因为氧气能支持燃烧，所以可用作燃料
C．因为石墨能导电，所以常用作电池的电极
D．因为金刚石硬度大，所以可用于切割玻璃
6．石墨烯是从石墨中分离出来的单原子层石墨，它具有超强导电、导热的性能。下列关于石墨烯的说法中，错误的是
A．属于一种新型的化合物
B．可做散热材料
C．可做新型电池的电极
D．在一定条件下能与氧气反应
7．竹炭制品深受消费者欢迎，竹炭是竹子经过炭化处理后形成的多孔性材料，竹炭不具有的性质是
A．黑色固体
B．易溶于水
C．有吸附性
D．能够燃烧
8．碳和碳的化合物都是非常重要的物质。
（1）请画出碳原子的结构示意图___________________。
（2）下图所示物质都是由碳元素组成的单质，请写出B物质的名称________。
能力测试
9．某物质中只含有一种元素，则该物质
A．一定是一种单质
B．一定不是化合物
C．一定是纯净物
D．一定是混合物
10．碳的世界丰富多彩，C60发现使人类了解到一个全新的碳世界，根据下图回答下列问题：
A B C
（1）C60属于___________（填“单质”或“化合物”）。
（2）C60这种物质是由__________________（填“分子”或“原子”）构成。
（3）C60与金刚石、石墨具有相似的______________（填“化学”或“物理”）性质。
11．阅读下面科普短文。
人们曾经认为碳元素的单质只有两种，即金刚石和石墨。它的第三种单质C60在20世纪80年代被发现。它是一种由60个碳原子构成的分子，其结构显然与石墨和金刚石截然不同，是一种由多个正多边形封闭而成的空心球体，形似足球，又名足球烯。
C60在常温下为紫红色晶体，有金属光泽，密度为1.68g/cm3，可溶于甲苯等有机溶剂中。
C60在材料科学、超导体等方面有着很好的应用前景，成为信息技术和航天技术中的新宠。利用其独特的分子结构，可用于气体贮存、提高金属材料的强度、制得具有优异性能的新型高分子材料。C60在医学上应用广泛，例如：将肿瘤细胞的抗体附着在C60分子上，然后将带有抗体的C60分子引向肿瘤，以达到杀伤肿瘤细胞的目的。
因为C60有许多优异性能，所以C60在很多领域有潜在的应用前景。
依据文章内容，回答下列问题。
（1）短文中涉及到的碳单质有___________种。
（2）下列属于C60的物理性质的是____________（填字母序号）。
A．有金属光泽
B．常温下为紫红色晶体
C．密度为1.68 g/cm3
D．由多个正多边形封闭而成的空心球体
（3）C60的用途广泛，如：_________________________________________________________。
（4）结合此篇短文，谈谈你对“化学”的认识____________________________________________________。
真题练习
12．[2019·盐城]下列客观事实对应的微观解释正确的是
A．把液化气压缩进钢瓶——分子体积变小
B．公园里闻到花的香味——分子不断运动
C．电解水得到氢气和氧气——水由氢分子和氧分子构成
D．金刚石和石墨的物理性质差异大——碳原子结构不同
13．[2019·广州]下列有关金刚石、石墨的说法正确的是
A．都是由碳元素组成
B．都是黑色固体
C．都能导电
D．硬度都很大
14．[2019·襄阳]同素异形体是指由同种元素组成的不同单质。下列和氧气互为同素异形体的是
A．臭氧 B．液氧 C．石墨 D．二氧化碳
参考答案
基础训练
1．【答案】A
【解析】2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，石墨质软，刻画时容易留下痕迹，常用作铅笔芯的材料。故选A。
2．【答案】D
【解析】金刚石、石墨、C60是碳的不同单质，他们都是由碳原子构成的，但是由于金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同，故它们的化学性质相似，物理性质却有很大差异，故选D。
3．【答案】B
4．【答案】D
【解析】A、铅笔芯的粉末的主要成分是石墨，石墨具有润滑性，用铅笔芯的粉末可以使锁的开启变的灵活，正确；B、天然钻石是由碳元素组成的单质，正确；C、活性炭具有吸附性，所以活性炭可用作防毒面具的滤毒剂，正确；D、铅笔芯主要用石墨和粘土制成的，不含铅，错误。故选D。
5．【答案】B
【解析】A、因为氮气化学性质不活泼，所以可用于食品防腐，故A正确；B、因为氧气能支持燃烧，所以可用作助燃剂，故B错误；C、因为石墨能导电，所以常用作电池的电极，故D正确。故选B。
6．【答案】A
【解析】A、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，属于碳的单质，故错误；B、石墨烯是导电、导热性能超强的一种新型纳米材料，故可用作散热材料，故正确；C、石墨烯是导电、导热性能超强的一种新型纳米材料，所以具有良好的导电性，可用作新型电池的电极，故正确；D、碳单质具有可燃性，石墨烯在一定条件下能与氧气反应，故正确。故选A。
7．【答案】B
【解析】A、竹炭是竹子经过碳化处理后形成的多孔性材料，所以其颜色为黑色，故选项不符合题意；B、由于碳单质不易溶于水，所以竹炭也不例外，故选项符合题意；C、竹炭是竹子经过炭化处理后形成的多孔性材料，具有吸附性，故选项不符合题意；D、碳具有可燃性，能燃烧，故选项不符合题意。故选B。
8．【答案】（1）
（2）金刚石
【解析】﹙1）碳原子的质子数=核外电子数=6，故其结构示意图为。
（2）B物质的名称是金刚石。
能力提升
9．【答案】B
【解析】由两种或两种以上物质组成的物质叫混合物；由一种物质组成的物质叫纯净物；由一种元素组成的纯净物叫单质；由不同元素组成的纯净物叫化合物。物质只含有一种元素，若为纯净物则为单质，否则为混合物，但一定不为化合物。
10．【答案】（1）单质
（2）分子
（3）化学
11．【答案】（1）3
（2）ABC
（3）用于气体贮存、制得具有优异性能的新型高分子材料等（答出一点即可）
（4）世界是由物质组成的，化学则是人类认识和改造物质世界的主要方法和手段之一；我们学习、研究化学，是为了认识自然、改造自然，使之为人类服务；化学可以研究自然界现有的物质也可以发现自然界不存在的物质等（传递正能量，合理给分）
【解析】（1）涉及到石墨、金刚石和C60三种。（2）光泽、颜色、密度都属于物理性质；D项为分子的结构，不属于物理性质。（3）由题可得，C60可用于气体贮存、制得具有优异性能的新型高分子材料等，将肿瘤细胞的抗体附着在C60分子上，然后将带有抗体的C60分子引向肿瘤，以达到杀伤肿瘤细胞的目的。
真题练习
12．【答案】B
【解析】A、把液化气压缩进钢瓶，分子之间的间隙变小，分子的体积不变，错误；B、公园里闻到花的香味是由于分子不断运动，正确；C、电解水得到氢气和氧气只能说明水是由氢元素和氧元素组成，水由水分子构成，错误；D、金刚石和石墨的物理性质差异大是由于碳原子排列方式不同，错误。故选B。
13．【答案】A
【解析】A、金刚石、石墨都是由碳元素组成，是碳的两种不同单质，正确；B、石墨是黑色固体，金刚石是无色透明的晶体，错误；C、石墨能导电，金刚石不能，错误；D、金刚石是自然界中硬度最大的物质，石墨是自然界中硬度最小的物质，错误。故选A。
14．【答案】A
科研速递
早期的灯泡是使用碳丝作为灯丝，后来改用熔点更高的钨丝。现在，研究人员又回到碳这种材料，用只有一个碳原子厚度的石墨烯作为灯丝，石墨烯灯丝与金属电极相连，当电流通过时灯丝就会受热发光。石墨烯灯丝可以被集成到芯片上，有望为制造只有原子厚度的显示屏以及基于石墨烯芯片的光通信铺平道路。

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