第8章 碳的世界
单元大概念素养目标
大概念素养目标 对应新课标内容
了解金刚石、石墨和C60的物理性质和主要用途 知道物质具有广泛的应用价值,物质的性质决定用途【P18】
知道碳单质的化学性质 知道物质具有独特的物理性质和化学性质,同类物质在性质上具有一定的相似性【P18】
探究二氧化碳的性质 能通过实验说明二氧化碳的主要性质,并能用化学方程式表示【P20】
了解二氧化碳在生产和生活中的用途,开展“基于碳中和理念设计低碳行动方案”等跨学科实践活动 初步形成节能低碳、节约资源、保护环境的态度和健康的生活方式【P33】
掌握二氧化碳的实验室制法 能设计简单实验,制备并检验二氧化碳【P20】
第一节 碳的单质
基础过关全练
知识点1 碳单质的物理性质和用途
1.(2022广西贺州中考)下列物质中,硬度最大的是 ( )
A.C60 B.活性炭 C.石墨 D.金刚石
2.(2023北京顺义期末改编)“碳海绵”是已知最轻的固体材料(如图),它由碳元素组成,具有多孔结构,弹性好。它对石油有很强的吸附能力(不吸水),将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于“碳海绵”的说法不正确的是 ( )
A.具有吸附性
B.是一种新型的化合物
C.可重复使用
D.可处理海上泄漏的石油
3.【教材变式·P143素材改编】金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质。下列关于二者的叙述错误的是 ( )
A.石墨具有导电性,可做干电池的电极
B.金刚石是自然界中存在的最硬的物质,可用来切割玻璃
C.石墨制造金刚石的过程属于物理变化
D.石墨在纸上划过留有痕迹,可做铅笔芯
4.(2021河南中考节选)金刚石和石墨都属于碳单质,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.两种物质由不同种原子构成
C.构成它们的原子数目不同
D.两种物质里碳原子的排列方式不同
知识点2 碳单质的化学性质
5.石墨烯是从石墨中分离出的单层石墨片。我国科学家率先用石墨烯制成新型电池,该材料有望生产出“纸一样薄的手机”“一分钟充满电的电池”等产品。下列关于石墨烯的说法中,不正确的是( )
A.具有还原性
B.常温下化学性质活泼
C.具有导电性
D.在空气中完全燃烧生成二氧化碳
6.【新独家原创】宋代名画《雪山行旅图》,全画用笔工细,人物面貌高古,神态刻画入微。作者巧妙地将山水和人物有机地融为一体。此画保存至今而不变色的原因是 ( )
A.碳具有还原性
B.碳在常温下化学性质不活泼
C.炭黑转变成了更稳定的物质
D.炭黑具有吸附性
7.碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管。下列关于碳纳米管的说法错误的是 ( )
A.碳纳米管完全燃烧,生成二氧化碳
B.碳纳米管是一种新型化合物
C.碳纳米管在常温下化学性质稳定
D.碳纳米管不完全燃烧,生成一氧化碳
8.(2019山东东营中考)如图所示为金刚石、石墨和C60的结构模型图,图中小球代表碳原子。下列说法不正确的是 ( )
A.原子的排列方式改变,则构成的物质种类改变
B.相同元素组成的不同物质,在足量的氧气中完全燃烧,产物相同
C.相同元素组成的不同物质,化学性质相同
D.在特定的条件下,石墨既可转化为金刚石,也可转化为C60
9.(2020四川成都中考)按如图进行实验,下列分析或结论正确的是 ( )
A.导管口刚有气泡冒出说明反应开始
B.实验结束应立即倒出粉末
C.木炭能将氧化铜还原为铜
D.固体减少的质量一定等于生成二氧化碳的质量
能力提升全练
10.(2022吉林中考,7,★☆☆)碳元素能组成多种单质。下列关于碳单质的说法中正确的是 ( )
A.硬度都很大 B.都可用于制造铅笔芯
C.都是黑色固体 D.常温下化学性质都不活泼
11.(2023河北廊坊十中月考,6,★☆☆)吃烧烤的时候人们经常使用竹炭进行加热,竹炭的主要成分是碳单质,下列关于竹炭的叙述错误的是 ( )
A.其结构疏松多孔,放入红墨水中可以使墨水褪色
B.把竹炭放入冰箱,可以吸附冰箱异味
C.将其放入水中,可以杀菌消毒
D.将其燃烧,可以产生使澄清石灰水变浑浊的气体
12.(2022广东博罗期末,7,★☆☆)《墨经》记载“立窑烧烟法”的示意图如图所示,松木置于炉膛中燃烧,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.黑烟是由松木不完全燃烧产生的
B.炉膛口的大小和瓮的高矮会影响炭黑的产量
C.炭黑的主要成分是碳的化合物
D.水墨画能长时间保存,体现了常温下碳的稳定性
13.(2022广东广州一模,9,★☆☆)石墨烯是从石墨材料中剥离制得的,与金刚石、石墨一样,都只由碳元素组成。如图是金刚石、石墨、C60和石墨烯的微观结构示意图。下列说法错误的是 ( )
金刚石 石墨 C60 石墨烯
A.它们都是单质
B.它们的结构中碳原子的排列方式都相同
C.一个C60分子由60个碳原子构成
D.它们在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳
14.(2023北京仁和中学期末改编,20,★☆☆)利用如图装置进行实验,碳和氧化铜受热之后发生化学反应。下列说法不正确的是 ( )
A.试管中红色粉末变成黑色
B.澄清的石灰水用于检验生成的CO2
C.酒精灯加网罩是聚热的作用
D.试管口略向下倾斜是为了防止水倒流使试管炸裂
15.(2022江西中考,10,★★☆)取碳和氧化铜的混合物a g在一定条件下恰好完全反应,相关量的变化如下图,下列说法正确的是 ( )
A.M点对应的固体物质只有两种
B.N点对应的固体为黑色
C.反应后产生气体的总质量为(a-b) g
D.0~t2 min内,固体中铜元素的质量分数不变
16.(2021湖南株洲中考节选,30,★☆☆)某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学,在探究木炭与CuO反应时,完成了如下实验,请回答下列问题。
按图示装置进行实验,很快发现澄清的石灰水变浑浊。
(1)请写出C与CuO反应的化学方程式: 。
(2)实验结束时,应 (填写下列操作代号)。
①先撤出导管,再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯,再撤出导管
素养探究全练
17.【学科素养·科学思维】已知A、B为两种黑色粉末,D为红色的单质。A、B、C、D、E五种物质之间的转化关系如图所示。
请回答下列问题:
(1)C的化学式为 。
(2)A中金属元素的化合价是 。
(3)反应①的化学方程式为 。
18.【学科素养·科学态度与责任】阅读下面科普短文,回答问题。
石墨和金刚石一样,是碳元素的一种存在形式。金刚石是自然界中最坚硬的物质,石墨则是最软的矿物之一,常做成石墨棒和铅笔芯。石墨烯就是从石墨材料中剥离出来的,它只由一层碳原子在平面上构成。可以说,石墨烯的特点之一就是薄,堪称目前世界上最薄的材料,1 mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。同时,它又能导电,电子在石墨烯中的运动速度达1 000千米/秒,是光速的1/300。目前世界上最薄、最轻的全新材料石墨烯,其硬度比最硬的钢铁还要强100倍。
(1)金刚石和石墨均是由碳原子构成的,画出碳原子的结构示意图: 。“1 mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯”,说明构成物质的微粒具有的性质是 。
(2)金刚石和石墨的物理性质存在差异的原因是 。
(3)石墨烯作为一种新材料,它 (填“是”或“不是”)优良的导体。
(4)金刚石、石墨和石墨烯都是由碳元素组成的碳单质,下列关于三种碳单质的叙述不正确的是 (填字母)。
A.三种碳单质都是黑色固体
B.三种碳单质在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳
C.将石墨剥离制成石墨烯发生了物理变化
答案全解全析
基础过关全练
1.D 自然界中存在的最硬的物质是金刚石,故选D。
2.B 根据题意可知,“碳海绵”具有多孔结构,有很强的吸附能力,A正确;“碳海绵”由碳元素组成,不是化合物,B错误;将吸入的石油挤出后仍可恢复原状,说明“碳海绵”可重复使用,C正确;“碳海绵”对石油有很强的吸附能力(不吸水),可处理海上泄漏的石油,D正确。
3.C 石墨制造金刚石的过程,生成了新物质,属于化学变化,C错误。
4.D 金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是碳原子的排列方式不同,故选D。
5.B 石墨烯属于碳单质,常温下化学性质不活泼。
6.B 墨汁中含有碳,碳在常温下化学性质稳定,在通常情况下不容易与其他物质发生化学反应,所以《雪山行旅图》能保存至今而不变色,故选B。
7.B 碳纳米管是由一种元素组成的纯净物,属于单质。
8.C 金刚石、石墨、C60的碳原子排列方式不同,属于不同种物质,A正确;金刚石、石墨、C60在足量的氧气中完全燃烧,产物都是二氧化碳,B正确;相同元素组成的不同物质,化学性质不一定相同,C错误;金刚石、石墨、C60的组成元素相同,特定条件下,可以相互转化,D正确。
9.C 导管口最开始排出的气体是装置内的空气,此时反应未开始,A错误;实验结束时不能立即倒出粉末,因为热的铜粉能与空气中的氧气反应生成氧化铜,B错误;木炭具有还原性,能将氧化铜还原为铜,C正确;根据质量守恒定律,固体减少的质量等于氧化铜中失去的氧元素的质量和参加反应的碳元素的质量总和,反应中可能生成一氧化碳,所以固体减少的质量不一定等于生成的二氧化碳的质量,D错误。
能力提升全练
10.D 石墨质软,A错误;金刚石硬度大,不能用于制造铅笔芯,B错误;金刚石是无色透明的,C错误;常温下碳单质的化学性质都不活泼,D正确。
11.C 竹炭结构疏松多孔,具有吸附性,可以吸附色素和异味;竹炭具有可燃性,完全燃烧生成的二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊;竹炭不能用于杀菌消毒。
12.C 炭黑的主要成分是碳,不是碳的化合物。
13.B 金刚石、石墨、C60和石墨烯都是由碳元素组成的不同单质,金刚石、石墨、C60中碳原子的排列方式不同,故选B。
14.A 反应过程中可观察到试管中黑色粉末逐渐变成红色,A错误;二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊,B正确;酒精灯加网罩的目的是集中火焰,提高温度,C正确;加热固体时,试管口略向下倾斜是为了防止冷凝水倒流,使试管炸裂,D正确。
15.C 题中发生反应的化学方程式为C+2CuO 2Cu+CO2↑,M点时反应正在进行中,所含的固体物质有C、CuO、Cu三种,A错误;N点时,恰好完全反应,固体中仅有Cu,为红色,B错误;根据质量守恒定律可知,反应前后固体的质量差等于生成气体的质量,则产生气体的总质量为(a-b) g,C正确;反应前后固体中铜元素的质量不变,0~t2 min内固体的总质量减小,则铜元素的质量分数增大,D错误。
16.(1)C+2CuO 2Cu+CO2↑ (2)①
解析 (1)C与CuO在高温下反应生成Cu和CO2,反应的化学方程式为C+2CuO 2Cu+CO2↑。(2)实验结束时,为防止倒吸,应先撤出导管,再熄灭酒精灯。
素养探究全练
17.(1)CO2 (2)+2 (3)C+2CuO 2Cu+CO2↑
解析 由D是红色单质,C与澄清石灰水反应生成沉淀,可初步确定C为CO2,D为单质Cu;A、B均为黑色粉末,在高温下反应生成Cu和CO2,则反应①为碳与氧化铜的反应,代入验证,可知推断正确。
18.(1) 体积很小 (2)碳原子的排列方式不同 (3)是 (4)AC
解析 (1)碳元素的原子核内有6个质子,原子结构示意图为 ;“1 mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯”,说明构成物质的微粒体积很小。(2)金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同,所以物理性质存在差异。(3)石墨烯能导电,电子在石墨烯中的运动速度达1 000千米/秒,所以石墨烯是优良的导体。(4)金刚石是无色透明的固体,A错误;三种碳单质都是由碳元素组成的,在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳,B正确;石墨和石墨烯属于不同的物质,所以将石墨剥离制成石墨烯,发生了化学变化,C错误。
