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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、稳定性
1．中华文化源远流长，书画更是一绝，更为可贵的是，这些用墨书写或绘制的作品能够保存的到今天，与常温下碳的____________________不活泼直接相关，但是随温度升高碳的化学活动性______________。
2．“钻石恒永远，一颗恒流传”的广告语，说明碳受日光照射或与______________接触，都不反应。
（英国国王权杖上的“非洲之星”钻石）
3．碳的核外电子排布中，最外层有_______个电子，得失电子均不容易，所以____________不活泼，画出碳的原子结构示意图：___________________。
二、可燃性（与氧气的反应）
1．氧气充足时
与氧气反应生成二氧化碳，其化学反应方程式为_______________________________________。
2．氧气不足时
与氧气反应生成一氧化碳，其化学反应方程式为_______________________________________。
三、还原性（与某些氧化物的反应）
1．与氧化铜的反应
（1）装置
（2）原理
C＋_______CuO________________
（3）现象
黑色粉末逐渐变成光亮的__________色，产生的气体能使澄清的石灰水____________。
2．还原反应
（1）定义
含氧化合物中的_________被夺去的反应，叫做还原反应。
（2）还原剂
还原反应中，__________________的物质，叫做还原剂，还原剂具有还原性。
3．还原性的用途
（1）用于冶金，能将金属从___________里还原出来。焦炭还原氧化铁的化学方程式为_______________。
（2）将二氧化碳转化为一氧化碳
CO2+C______________2CO
【答案】一、1．化学性质 大大增强
2．空气、水分
3．4 化学性质
二、1．C+O2CO2
2．2C+O22CO
三、1．（1）①酒精灯 澄清石灰水
（2）2 Cu+ CO2↑
2．（1）氧
（2）夺取氧元素
（3）红 变浑浊
3．（1）金属氧化物 2Fe2O3+3C4Fe +3CO2↑
（2）
重点
一、木炭还原氧化铜
1．实验操作
（1）把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；（2）将试管固定在铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管；（3）集中加热；（4）过几分钟后，先撤出导气管，待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。2．实验现象
澄清的石灰水变浑浊；黑色固体逐渐变成红色。3．实验原理
C+2CuO2Cu+CO2↑
在碳还原氧化铜的反应中，C在反应中得到氧，发生氧化反应，具有还原性。CuO在反应中失去氧，发生还原反应，具有氧化性。
4．实验操作目的及注意事项
反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。
试管口应略向下倾斜：防止冷凝水倒流使试管炸裂。
在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度。
配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。
实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。
二、氧化与还原
1．氧化反应、还原反应
物质与氧发生的反应叫做氧化反应。含氧化合物中的氧被夺去的反应叫做还原反应。简记为“得氧被氧化，失氧被还原”。
2．氧化性、还原性
在反应中物质供给氧的性质叫做氧化性，物质夺取氧的性质叫做还原性。
典例1 下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．给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度
B．实验过程中，可观察到澄清石灰水变浑浊
C．碳在反应中发生了氧化反应，表现出还原性
D．实验结束后，应先停止加热，再将导管从石灰水中撤出
【解析】A、给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度，正确；B、实验过程中，可观察到澄清石灰水变浑浊，因为过程中会产生二氧化碳，正确；C、碳在反应中发生了氧化反应，表现出还原性，正确；D、实验结束后，应先将导管从石灰水中撤出，再停止加热，以防止石灰水到吸入大试管中，错误。故选D。
【答案】D
典例2 （2019·南京选编）碳及其氧化物性质的应用。
（1）如图所示，向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里投入几小块烘烤过的木炭，红棕色消失，说明木炭具有____________能力，其原因是木炭具有____________的结构。
（2）在书写具有保存价值的档案时，规定应使用碳素墨水，原因是__________________。
（3）将一定质量的金刚石在足量的氧气中充分燃烧，固体全部消失，写出反应的化学方程式________________________；将生成的产物用足量的氢氧化钠溶液来充分吸收并测定其质量，当金刚石的质量恰好等于__________________时，则可证明金刚石是由碳元素组成的单质。
（4）写出碳在高温时还原氧化铜的化学方程式_________________________________，并计算要使80 g氧化铜完全还原，需要碳的质量至少是多少_________？
【解析】（1）向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里投入几小块烘烤过的木炭，红棕色消失，说明木炭具有吸附能力，其原因是木炭具有疏松多孔的结构，木炭可以吸附色素和异味。（2）在书写具有保存价值的档案时，规定应使用碳素墨水，原因是碳素墨水中含有碳，在常温下，碳的化学性质不活泼。（3）将一定质量的金刚石在足量的氧气中充分燃烧，固体全部消失，反应的化学方程式是C+O2CO2；将生成的产物用足量的氢氧化钠溶液来充分吸收并测定其质量，当金刚石的质量恰好等于生成的二氧化碳中碳元素的质量时，则可证明金刚石是由碳元素组成的单质。（4）设要使80 g氧化铜完全还原，需要碳的质量至少是x。
C + 2CuO2Cu + CO2↑
12 160
x 80 g
x=0.6 g
【答案】（1）吸附 疏松多孔
（2）碳素墨水中含有碳，在常温下，碳的化学性质不活泼
（3）C+O2CO2 生成的二氧化碳中碳元素的质量
（4）C + 2CuO2Cu + CO2↑ 6 g
基础训练
1．如图所示的是北宋黄庭坚用墨书写的字，虽年久仍不变色，这是因为墨中的主要成分碳在常温下具有
A．稳定性 B．可燃性 C．还原性 D．氧化性
2．（2019·郑州二模）下列碳单质的各种用途中，利用其化学性质的是
A．用焦炭冶炼金属 B．用金刚石做钻头
C．用石墨做铅笔芯 D．用活性炭做冰箱除味剂
3．（2019·华师大附中月考）纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料。碳纳米管是一种由碳原子构成的、直径为几纳米（1 nm=10-9 m）的空心管。下列说法中错误的是
A．碳纳米管是一种新型化合物
B．碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳
C．碳纳米管材料管道多，表面积大，吸附能力强
D．碳纳米管常温下化学性质稳定
4．物理学家发现将C60加压到一定程度，可以制造出一种可使钻石凹陷的“超硬”的新型碳材料。关于这种新型的碳材料说法正确的是
A．在一定条件下，可以还原氧化铜
B．“超硬”是该材料的化学性质
C．构成的微粒不再运动
D．和C60的性质完全相同
5．（2019·上海杨浦区调研）关于金刚石、石墨和C60的说法正确的是
A．都是黑色固体
B．都具有导电性
C．都是由原子直接构成的
D．燃烧都生成二氧化碳
6．下列对一些事实的解释错误的是
事实
解释
A
书写档案规定必须使用碳素墨水
碳的化学性质稳定
B
石墨能够做电池的电极材料
石墨能够导电
C
焦炭能与二氧化碳反应生成一氧化碳
焦炭具有氧化性
D
制糖工业中用活性炭来脱色以制白糖
活性炭具有吸附性
7．一定量的木炭和氧化铜固体混合物受热过程中，某变量y随加热时间的变化趋势如图，其中纵坐标y表示
A．碳的质量
B．氧化铜的质量
C．二氧化碳的质量
D．固体中铜元素的质量分数
能力提升
8．有关2CuO+C2Cu+CO2↑的反应，下列说法正确的是
A．CuO具有还原性
B．C发生了还原反应
C．反应前后氧元素的化合价没有改变
D．反应前后固体质量不变
9．化学实验中常常表现出颜色变化美，下列化学实验中的颜色变化不符合实验事实的是
A．铁钉放入硫酸铜溶液中，溶液由蓝色变为浅绿色
B．将空气中燃着的硫伸入氧气瓶中，火焰由黄色变为蓝紫色
C．高温加热木炭与氧化铜的混合物，固体由黑色变成红色
D．在水中加入少量高锰酸钾，液体由无色变成紫红色
10．（2019·云南开远市模拟）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．给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度
B．实验结束后，应先停止加热，再将导气管从澄清石灰水中撤出
C．碳在反应中表现出还原性
D．实验过程中，可观察到澄清石灰水变浑浊
真题练习
11．[2019·呼和浩特]下列碳单质的用途与其化学性质有关的是
A．用石墨制作干电池的电极
B．用碳素笔书写档案文件
C．用活性炭作饮水机的净水剂
D．用铅笔芯粉末使生锈的锁头容易开启
12．[2019·宜昌]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．石墨和C60是由不同种原子构成
C．金刚石和石墨的化学性质相似
D．活性炭包可放在冰箱中除异味[
参考答案
基础训练
1．【答案】A
2．【答案】A[
3．【答案】A
【解析】A、碳纳米管是一种单质，错误；B、碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳，正确；C、碳纳米管材料管道多，表面积大，吸附能力强，正确；D、碳纳米管常温下化学性质稳定，正确。故选A。
4．【答案】A
【解析】A、碳单质具有还原性，所以在一定条件下，可以还原氧化铜，故A正确；B、硬度属于物质的物理性质，故B错误；C、构成物质的微粒在不断的运动，故C错误；D、新型的碳材料和C60的硬度大小不同，故D错误。故选A。
5．【答案】D
【解析】A、金刚石不是黑色固体，错误；B、金刚石不导电，错误；C、金刚石、石墨是由碳原子构成，但是C60是由分子构成，错误；D、金刚石、石墨和C60都含有碳元素，燃烧后都生成二氧化碳，正确。故选D。
6．【答案】C
【解析】A、碳常温下化学性质稳定，故书写档案规定必须使用碳素墨水，这样可以保存较长的时间，正确；B、石墨具有良好的导电性，可做电极，正确；C、焦炭具有还原性，可以二氧化碳反应，还可以冶炼金属，错误；D、活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，正确。故选C。
7．【答案】D
【解析】通过分析C+2CuO2Cu+CO2↑可知，A、氧化铜和碳反应生成铜和二氧化碳，碳作为反应物，质量逐渐减小，不符合题意，故A错误；B、氧化铜作为反应物，质量逐渐减小，故B错误；C、二氧化碳的质量应该从零开始不断增加，故C错误；D、铜元素质量不变，固体质量逐渐减小，所以固体中铜元素的质量分数逐渐增加，然后不变，故D正确。故选D。
点睛：随着化学反应的进行，反应物的质量不断减少，生成物的质量不断增加，催化剂的质量保持不变；但是反应前后每一种元素的质量都不变。
能力提升
8．【答案】C
9．【答案】B
【解析】A、铁钉放入蓝色硫酸铜溶液中，生成浅绿色的硫酸亚铁溶液，正确；B、将空气中燃着的硫伸入氧气瓶中，火焰由淡蓝色变为蓝紫色，错误；C、高温加热黑色的木炭与氧化铜的混合物，生成红色的铜，正确；高锰酸钾为紫色固体，溶液水得到紫红色的溶液，正确。故选B。
10．【答案】B
【解析】A、给酒精灯加网罩，目的是使火焰集中并提高温度，正确；B、实验结束后，应先将导气管从澄清石灰水中撤出，再停止加热，防止液体倒流引起试管炸裂，错误；C、碳在反应中与氧结合，发生了氧化反应，表现出还原性，正确；D、实验过程中生成了二氧化碳，可观察到澄清石灰水变浑浊，正确。故选B。
真题练习
11．【答案】B
【解析】A、用石墨制作干电池的电极是利用石墨的导电性，属于物理性质，故选项错误；B、用碳素笔书写档案文件，说明单质碳的化学性质不活泼，故选项正确；C、用活性炭作饮水机的净水剂是利用活性炭的吸附性，属于物理性质，故选项错误；D、用铅笔芯粉末使生锈的锁头容易开启是利用石墨的滑腻感，属于物理性质，故选项错误。故选B。
12．【答案】B
【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，正确；B、石墨和C60是由同种原子不同排列方式构成的，错误；C、金刚石和石墨的化学性质相似，都是由同一种原子构成的，正确；D、活性炭包可放在冰箱中除异味，活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味，正确。故选B。

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