資源簡介

第六章 碳和碳的氧化物
碳的幾種單質
適用學科 初中化學 適用年級 初三
適用區域 人教版區域 課時時長（分鐘） 120
知識點 1.碳元素組成的幾種性質不同的單質 2.碳單質的物理性質和用途比較 3.單質碳的化學性質
教學目標 1.了解金剛石和石墨的物理性質和主要用途 2.知道碳單質的化學性質 3.知道C60分子的結構特點和潛在應用前景 4.了解木炭和活性炭的吸附性
教學重點 碳的化學性質
教學難點 碳單質物理性質不同的原因
自1985年富勒烯C60首次被發現以來，人們對碳的單質有了新的認識，并建立一門嶄新的富勒烯分支學科。C60諸多異乎尋常的性能，使它對化學、物理、材料、醫藥、微電子等領域產生了深遠的影響，在應用方面顯示出誘人的前景。C60是由60個碳原子構成的球形分子，其獨特的結構賦予了它特殊的物理、化學性質。在工業應用中與堿金屬形成的復合體系是優良的高溫超導材料，與氫化物可作為吸氫材料，用C60薄膜作為基質材料可以制成手指狀組合型的電容器......今天我們就來學習這個特殊的物質是怎么構成的。
使用建議說明：碳元素組成的不同單質主要是需要學生了解即可。中考相關考題難度系數不大。
1、定義
由同一種元素碳組成的幾種不同的單質：金剛石、石墨、C60、無定形碳等，這些單質的物理性質有較大的差異，其原因是碳原子的空間排列不同；但他們的化學性質相同，其原因是決定它們化學性質的是碳原子。
使用建議說明：此塊內容偏文字記憶型的比較多，學生大多很容易理解。但是也要注意新題型的出現情況。
1、金剛石和石墨的物理性質與用途的比較見下表：
顏色、狀態 硬度 導電性 熔點 用途
金剛石 無色、透明的正八面體的固體 很大 不導電 很高 劃玻璃、制鉆頭、鉆石
石墨 深灰色、有金屬光澤、不透明的鱗片狀固體 很小 導電 很高 潤滑劑、電極、制鉛筆芯
2、C60分子
金剛石、石墨都是由碳原子直接構成的物質，沒有分子可言。但C60是由60個碳原子構成分子，由分子構成物質。60分子形狀類似于足球，所以有人稱其為“足球烯”。現在不僅僅發現C60。還發現C70、C80、C120……形成龐大的碳烯族。
3、幾種無定形碳的比較見下表：
色態 制法 用途
木炭 灰黑色多孔固體 木材隔絕空氣加強熱 作燃料、冶煉金屬、制黑火藥、制活性炭、吸附劑
焦炭 淺灰色多孔固體 煙煤隔絕空氣加強熱 冶煉生鐵
活性炭 黑色粉末 木炭在高溫下用水蒸氣處理 凈化多種氣體和液體，作防毒面具吸附劑
炭黑 黑色粉末 含碳物質不完全燃燒 制造油墨、油漆、顏料、作橡膠制品的填料
小結：結構性質用途。
說明：①木炭．焦炭．活性炭和炭黑都是由石墨的微小晶粒和少量雜質組成的，均屬混合物，無一定幾何形狀，所以叫無定形碳。
②木炭．活性炭因具有疏松多孔的結構，表面積很大，所以吸附能力很強。吸附是被吸附物(有色液體、有毒氣體等)吸附在其表面(細孔管道內)，這個過程是物理變化。
③“碳”和“炭”的區別：“碳”是指核電荷數為6的碳元素，在描述物質組成時用“碳”，如二氧化碳。“炭”
是指由碳元素組成的幾種無定形物質。如木炭、活性炭等。
使用建議說明：碳單質的化學性質主要注意幾個對比。尤其是碳的還原實驗，很喜歡考查相關的實驗題。對于此處的現象考查，一直是重點。
常溫下碳具有穩定性 我國古代用墨書寫或繪制的畫，年深日久不褪色——碳在常溫下化學性質穩定，現在填寫檔案，用碳素筆
高溫下 可燃性 反應經常發生在以煤為燃料的火爐里 ※相同反應物在不同的條件反應產物可能不同
還原性 ①碳和CuO反應：2CuO+C2Cu+CO2↑ 現象：黑色的CuO變成紅色，有使澄清石灰水變渾濁的氣體產生 ②碳和CO2反應：CO2+C2CO
使用建議說明：此處內容主要用于教師課堂的精講，每個題目結合試題本身、答案和解析部分，教師有的放矢的進行講授或與學生互動練習。
我國古代一些書法家、畫家用墨（用炭黑等制成）書寫或繪制的字畫能夠保存很長時間而不變色，這是因為單質碳具有 （ ）
A、可燃性 B、還原性 C、在常溫下，化學性質不活潑 D、吸附性
【答案】C
【解析】A、B項是碳的化學性質，但都與題干無關，D項是碳的物理性質，只有C項切合題意，墨（用炭黑等制成）書寫或繪制的字畫能夠保存很長時間而不變色，這是因為單質碳在常溫下的化學性質不活潑。
化學下列說法中，正確的是 （ ）
A、金剛石、石墨都是由碳原子構成的，都很硬
B、單質碳具有還原性
C、用活性炭可除去硬水中的氯化鈣雜質
D、木炭燃燒時吸收大量的熱
【答案】B
【解析】A選項錯，金剛石、石墨都是由碳原子構成的，但由于兩者之間的碳原子排列方式不同，兩者具有不同的物理性質。金剛石是自然界中最硬的物質，但石墨很軟。B選項是正確的，單質碳都由碳元素組成，具有還原性，是他們共有的化學性質。C選項錯誤，用活性炭能夠吸附水中的固體雜質．顏色和氣味，但不能吸附可溶于水的氯化鈣雜質。
石墨烯是新發現的二維空間材料，它是由石墨制成的新型碳單質。金剛石、石墨、C60和石墨烯的結構示意圖如下所示，下列關于這四種物質的說法中正確的是(　　)。
A、都是黑色固體
B、都質軟，可作潤滑劑
C、碳原子排列方式都相同
D、在氧氣中充分燃燒都生成二氧化碳
【答案】D
【解析】金剛石是無色晶體，A錯；金剛石的硬度很大，不能作潤滑劑；石墨質軟，可作潤滑劑，B錯；在這些單質中碳原子的排列方式不同，使得物理性質差別很大，C錯；這四種物質均是由碳原子直接構成的，因此完全燃燒生成物都是二氧化碳。
納米材料被譽為21世紀最有前途的新型材料。納米碳管是一種由碳原子構成的直徑為幾個納米（1 nm=10-9 m）的空心管。下列說法錯誤的是（ ）
A、納米碳管是一種新型的有機化合物
B、納米碳管如果完全燃燒，生成物是二氧化碳
C、納米碳管材料管道多，表面積大，吸附能力強
D、納米碳管在常溫下化學性質穩定
【答案】A
【解析】本題是信息給予題。結合題目所給信息，并遷移課本中關于碳單質的性質來解答。依題意，納米碳管是由碳原子構成的。所以，它的化學性質在常溫下很穩定；如果完全燃燒，生成物為CO2；納米碳管又是一個空心管，所以表面積大，吸附能力強。有機物是含碳的化合物而納米管只有碳，故A錯。
在物質的各大家庭中，有一家兄弟多，老大骨頭硬，光彩照人，身價百萬；老二又軟又滑，生活學習都有它；老三似足球，科研工作都喜歡它。
舉出老大的一種用途____________。
(2) 請你猜出老二是___________，用途有______________。
(3) 請你寫出老三的化學式______________。
【答案】（1）鉆頭；（2）石墨 作鉛筆芯電極、潤滑劑 ；（3）C60
【解析】此處均為碳單質的重點用途，學生直接根據性質決定用途相關原理進行記憶即可。
碳元素有金剛石，石墨和無定形碳等多種單質，下列關于碳單質的敘述正確的是（ ）
A、都是黑色固體
B、碳原子的排列方式都相同
C、在氧氣中充分燃燒時，都生成二氧化碳
D、都能使紅墨水褪色
【答案】C
【解析】碳為金剛石時，其不為黑色固體，碳原子排列方式的不同導致其有多種形式，只有活性炭的吸附性才能使紅墨水褪色。
使用建議說明：在對課堂知識講解完，把握了重點突破了難點以及練習精講了之后，再用練習馬上進行課堂檢測，根據學生情況建議分3個難度層次：易，中，難。
1、下列物質的用途與該物質的物理性質無關的是( )
A、石墨做潤滑劑 B、金剛石做玻璃刀
C、活性炭做冰箱里的除臭劑 D、焦炭做煉鐵高爐中的還原劑
2、1985年科學家發現C60分子是由60個碳原子構成的，它的形狀像足球(圖C)，因此叫足球烯。1991年科學家又發現一種碳的單質——碳納米管，它是由六邊形的碳原子構成的管狀大分子(圖D)。圖A．圖B分別是金剛石和石墨的結構示意圖。田中小黑點均代表碳原子。
用你所學知識回答下列問題。
(1)金剛石、石墨、足球烯、碳納米管物理性質有較大差異的原因是什么
__________________________________________。
(2)常溫下足球烯和碳納米管的化學性質是否活潑？簡要說明理由。
__________________________________________。
(3)請設計一個方案，證明足球烯和碳納米管都是由碳元素組成的(用文字簡要敘述)。
__________________________________________。
3、下列變化屬化學變化的是（ ）
A、木炭燃燒 B、活性炭吸附毒氣
C、石墨導電 D、金剛石切割玻璃
【答案】
1、D
2、(1)碳原子排列方式不同 (2)不活潑。碳單質的化學性質常溫下穩定
(3)將它們放在充滿氧氣的密閉容器中燃燒，測定其生物是CO2，且CO2中碳元素的質量等于燃燒前碳單質的質量
3、A
【解析】
1、焦炭做煉鐵高爐中的還原劑,涉及到化學反應，體現的是其化學性質。
2、碳原子排列方式不同導致物理性質有較大差異；碳單質構成的物質化學性質都不活潑；將它們放在充滿氧氣的密閉容器中燃燒，測定其生物是CO2，且CO2中碳元素的質量等于燃燒前碳單質的質量。
3、燃燒類的反應均為化學反應，體現了化學變化。
4、用墨繪制的字畫能夠保存多年而不褪色，這是由于碳（ ）
A、具有還原性 B、具有可燃性 C、常溫下性質穩定 D、不溶于水
5、下列物質中硬度最大的是（ ）
A、石墨 B、鐵 C、金剛石 D、石灰石
6、繼發現C60后，C70也已制得。下列有關C70的說法正確的是（ ）
A、它是一種化合物 B、它是一種單質
C、它是一種混合物 D、它的相對分子質量是70 g
7、納米材料被譽為21世紀最有前途的新型材料。納米碳管是一種由碳原子構成的直徑為幾個納米（1 nm=10-9 m）的空心管。下列說法錯誤的是（ ）
A、納米碳管是一種新型的有機化合物
B、納米碳管如果完全燃燒，生成物是二氧化碳
C、納米碳管材料管道多，表面積大，吸附能力強
D、納米碳管在常溫下化學性質穩定
8、下列關于碳的幾種單質的組成和用途的說法錯誤的是（ ）
A、璀璨奪目的天然鉆石是由碳元素組成的
B、長期未用而難開啟的鐵鎖，可在鎖孔中加入少量鉛筆芯末作潤滑劑
C、鉛筆芯是用鉛和少量碳粉制成的
D、活性炭可作防毒面具的濾毒劑
9、下表列出了1 cm3活性炭所能吸附的常見氣體的體積。試分析活性炭吸附氣體的體積跟氣體的哪些性質有關？哪些性質的氣體易被活性炭吸附？
N2 NH3 CO2 O2 N2 Cl2
氣體沸點/℃ -252 -33 -78 -183 -196 34
吸附氣體體積/Ml 4.5 178 97 35 11 494
【答案】
4、C 5、C 6、B 7、A 8、C 9、與氣體的相對分子質量、沸點等有關；相對分子質量越大，沸點越高的氣體越易被吸附。
【解析】
4、碳的化學性質非常穩定，所以碳可以保存較長時間
5、碳單質中，金剛石的硬度最大
6、其僅由一種元素組成，所以為單質
7、其僅由一種元素組成，所以為單質而不是化合物
8、鉛是一種有毒的重金屬，不能用來做鉛筆
9、與氣體的相對分子質量、沸點等有關；相對分子質量越大，沸點越高的氣體越易被吸附。
10、下圖向盛有二氧化氮氣體的集氣瓶里投入幾塊木炭，為什么紅棕色會消失？漏斗中液面為什么會上升 為什么用漏斗而不直接用導管插入水中
11、碳元素是組成許多物質的基本元素。
（1）化石燃料主要包括煤． 和天然氣，它們都含有碳元素，其中天然氣的主要成分是 （寫化學式）。
（2）很多天然礦石中含有碳元素，菱錳礦的主要成分是碳酸錳（MnCO3），其中錳元素的化合價 。
（3）在 440℃和高壓條件下，金屬鈉與二氧化碳反應能生成金剛石（C）和碳酸鈉，該反應的化學方程式為 。
（4）“碳海綿”是已知最輕的固體材料（如下圖所示），由碳元素組成，具有多孔結構，彈性好。它對石油有很強的吸附能力（不吸水），將吸入的石油擠出后仍可恢復原狀。下列關于碳海綿的說法正確的是 （填字母序號）。
A、具有吸附性
B、可重復使用
C、可處理海上石油泄漏
12、甲、乙兩同學都做過鑒別碳粉和氧化銅兩種黑色粉末的實驗，各設計如下方案：
甲：將兩種黑色粉末分別在空氣中燃燒，有火星出現并且黑色粉末逐漸減少的是碳粉。
乙：將兩種黑色粉末分別放在試管里，通入氫氣后加熱，有紅亮物質出現的是氧化銅。
你認為最佳方案是___________（填“甲”或“乙”）；簡要說明理由。
【答案】
10、木炭具有疏松多孔的結構，有效面積大，有強烈的吸附性，能把大量的氣體或染料等微小粒子吸附在表面，所以，二氧化氮氣體被木炭吸附了，紅棕色會消失。二氧化氮被吸附后，集氣瓶內的氣體減少，壓強變小了，所以，漏斗中液面會上升。如果直接用導管插入水中，則燒杯中水會沿著導管進入集氣瓶中。
11、(1) 石油 CH4
(2) +2
(3)4Na＋3CO2C＋2Na2CO3
(4)A 、B 、C
12、甲 甲方案只要點燃木炭就行，不需要再消耗其他能源，既經濟實惠，又簡便易行；乙方案需要加熱，得消耗熱能，制取所使用的氫氣要消耗化學藥品，并且，使用氫氣具有很大的危險性。
使用建議說明：此處內容主要用于教師對本節課重點內容進行總結，一方面是對本節課的重點難點內容的回顧，更重要的是針對這節課學生出現的問題再次進行復習提問等，以達到讓學生課上掌握的目的，同時可以對下節課內容進行簡單的鋪墊，以體現出本節課內容與下節課內容之間的關系。
1、碳元素組成的單質為：金剛石．石墨．C60．無定形碳
2、碳單質組成的物質的物理性質的對比
3、單質碳的化學性質：可燃性、還原性
使用建議說明：此處內容主要用于教師根據學生掌握情況有針對性的進行課后作業的布置，掌握好的同學可以適當的布置難度大一些的作業，成績一般的同學可以以基礎題和鞏固題目為主，但是一定要控制作業的數量，給學生布置的作業一般不要超過5題，這樣學生才能保證做題的質量。
1、古代字畫能長期保存，是由于單質碳在常溫下具有(　　)
A、穩定性　　　B、氧化性
C、還原性 D、助燃性
2、下列關于金剛石、石墨、C60的說法不正確的是( )
A、它們都是電的良導體
B、石墨質軟，可作鉛筆芯
C、C60是一種新型的單質
D、金剛石硬度大，可切割大理石
3、中華炭雕(主要成分是木炭)是一種集觀賞與空氣凈化于一體的工藝品，關于它的說法錯誤的是( )
A、炭雕擺設要遠離火種
B、炭雕藝術品可以長久保存
C、炭雕是輕質透明的固體
D、炭雕能吸附室內有害氣體
4、當前人們已經認識到無節制排放二氧化碳的危害，紛紛提倡“國家應低碳發展經濟，個人應低碳生活”。下列做法不符合上述理念的是( )
A、盡量采用公共交通工具出行
B、拆除低效率的小型燃煤發電廠
C、積極研究開發氫氣燃料
D、拒絕使用含碳元素的物質
5、 金剛石、石墨、木炭和C60都是由碳元素組成的單質，下列關于碳的單質的敘述正確的是（ ）
A、都是黑色固體
B、在氧氣中充分燃燒時都生成二氧化碳
C、碳原子的排列方式相同
D、一定條件下，石墨轉化成金剛石是物理變化
【答案】
1、A 2、C 3、D 4、C 5、B
6、下列關于碳單質的說法中正確的是(　　)
A、C60的相對分子質量為720
B、金剛石、石墨和C60都由碳元素組成，結構相同
C、木炭具有還原性，常溫下可以將氧化銅中的銅還原出來
D、石墨很軟，不能用于制石墨電極
7、碳和碳的化合物都是非常重要的物質。
(1)碳原子的結構示意圖為 ,碳原子的核電荷數是______________。
(2)碳的單質有多種，具有下列結構的碳單質中，由分子構成的是_______(填選項號)。
(3)上海世博會體現的“低碳”亮點主要降低了___________氣體的排放。
8、把下列各物質與其對應的主要用途用線連接起來。
A、石墨 ⑴ 填充濾毒罐、用于冰箱去味劑
B、金剛石 ⑵ 可作電極材料
C、活性炭 ⑶ 用于冶煉生鐵
D、焦炭 ⑷可用于裁割玻璃
【答案】
A
(1)6 (2)C (3)CO2(或二氧化碳)
8、A （2）；B（4）； C（1）；D（3）
9、碳和碳的化合物都是非常重要的物質。
(1)碳原子的結構示意圖為，碳原子的核電荷數為________。
(2)碳的單質有多種，具有下列結構的碳單質中，由分子構成的是________。
(3)用木炭還原氧化銅的實驗如圖所示。
①酒精燈加網罩的目的是____________________________________________________；
②剛開始預熱，試管b中立即產生氣泡，但石灰水不變渾濁，原因是________________________________________________________________________；
③繼續加熱，觀察到石灰水逐漸變渾濁，黑色粉末中出現紅色物質。請你寫出帶點部分的化學方程式：____________________；
④停止加熱時，應先將導管從試管b中撤出，并用彈簧夾夾緊橡皮管，待試管a冷卻后再把試管里的粉末倒出。這樣操作的原因是______________________________________________________________。
(4)上海世博會體現的“低碳”亮點主要是降低了________氣體的排放。
10、化學興趣小組的同學們在實驗室發現一些黑色粉末，是做“碳還原氧化銅”的實驗時剩余的藥品，于是對其成分進行探究。
【猜想與實驗設計】小紅猜測：黑色粉末是CuO。她設計了如下圖所示的實驗裝置。
【實驗步驟】取適量該粉末放入玻璃管中，打開K通入CO，排盡空氣后加熱。
【實驗現象】
【實驗結論】該黑色粉末是CuO。B裝置中反應的化學方程式為_____________________。
【評價與反思】
（1）小蕓認為該實驗裝置存在安全隱患，需要改進的是_________________________；小蕓還認為小紅的實驗結論是有欠缺的，她認為該黑色粉末的成分是_________________________________，理由是________________________________________________。
（2）小紅經過反思，改進了實驗并確認了黑色粉末的成分。請填寫下表。
實驗步驟 實驗現象 實驗結論
【答案】
9、(1)6　(2)C
(3)①提高酒精燈火焰的溫度
②開始排出的是試管內的空氣
③C＋2CuO 高溫 2Cu＋CO2↑
④防止生成的銅被氧化
(4)二氧化碳
10、【實驗結論】Ca(OH)2＋CO2 = CaCO3↓＋H2O
（1）增加尾氣處理裝置 一定含氧化銅，也可能是混有炭粉的氧化銅 含有炭粉的氧化銅也能出現同樣的實驗現象
（2）
實驗步驟 實驗現象 實驗結論
①關閉K，②取適量該粉末放入玻璃管中，③加熱。 若A中黑色粉末變紅，B中的澄清石灰水變渾濁。 該黑色粉末是炭粉和氧化銅的混合物。
若A、B中均無明顯現象。 該黑色粉末是氧化銅。
其他方法，例如：實驗步驟①取少量黑色粉末稱重，②置于在空氣中充分加熱冷卻后再稱重，實驗現象和實驗結論若質量減少則該黑色粉末是炭粉和氧化銅的混合物；若質量不變則該黑色粉末是氧化銅。
此處內容主要是針對教師在這節課上的比較成功的地方和比較失敗的地方進行反思總結，同時也可以利用問卷星或調研表等對學生進行調研，以便于更好的總結和反思自己的教學。
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