2021学年课题1 金刚石、石墨和C60精品一课一练

第六单元  碳和碳的氧化物

课题1  金刚石、石墨和C60(共2课时)

课时1  碳的单质

基础夯实练

01  碳单质的结构

1.金刚石和石墨物理性质有很大差异的原因是 (    )

A.原子排列方式不同 B.原子大小不同 C.原子种类不同 D.原子数目不同

2.我国“辽宁号”航母甲板上涂有耐高温、耐磨的碳化硅(SC)涂层,碳化硅的结构类似于金刚石的结构,则构成碳化硅的粒子是              (    )

A.分子 B.原子 C.离子 D.中子

3.(易错题)下图是金刚石、石墨的结构示意图,下列说法不正确的是 (    )

A.它们的化学式都可以用C表示 B.石墨转化成金刚石是物理变化

C.金刚石与石墨的原子排列方式不同 D.石墨很软,有滑腻感

4.C60的发现使人类了解到一个全新的碳世界。根据图示回答下列问题:

(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”)构成的。

(3)C60与金刚石、石墨具有相似的________(填“化学”或“物理”)性质。

02  碳单质的性质与用途

5.能用来填充防毒面具的是 (    )

A.石墨 B.活性炭 C.金刚石 D.炭黑

6.有关石墨的用途描述错误的是 (    )

A.制造铅笔芯 B.做干电池电极 C.用于切割玻璃 D.用作润滑剂

7.下列说法中错误的是 (    )

A.C60可用作超导材料 B.木炭可用作电池电极 C.石墨可用于制铅笔芯 D.金刚石可用于裁割玻璃

8.(易错题)右图是一个简易的净水器,从上面缓缓地注入滴有品红的水,净水器的下端流出的水变为无色。下列说法正确的是              (    )

A.活性炭能与品红反应,使之褪色

B.品红颗粒较大,不能通过活性炭

C.活性炭可吸附品红分子

D.该实验原理与过滤完全相同

能力提升练

9.下列有关碳单质的说法,不正确的是（　　）

A.金刚石是天然存在的最硬的物质 B.是由60个碳原子构成的单质

C.石墨具有优良的导电性能 D.活性炭可用作冰箱除味剂

10.据报道,我国科学家首次将石墨炔作为电池活性层的主体材料,石墨炔是第一个具有我国自主知识产权的碳材料,具有高电荷传输能力。下列有关石墨炔的说法错误的是（　　）

A.石墨炔能导电 B.石墨炔中粒子在做无规则运动

C.石墨炔可用在电子领域 D.石墨炔和C60是同一种物质

11.下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图。下列说法正确的是 (    )

A.这四种物质相互转化是化学变化 B.这四种物质碳原子的结构不同

C.这四种物质都很软,可做润滑剂 D.这四种物质具有相似的物理性质和化学性质

12.2018年的“北京8分钟”惊艳世界,演员们穿的防寒服是用“石墨烯”制成的。石墨烯具有坚硬、透光度好、导热性强等特性。下图是通过实验测得的石墨烯层数与导热能力间的关系。分析图像得到的结论是________

________________________________。

13.碳的单质在生产和生活中有着广泛的应用。

(1)下列物质的用途中,利用了石墨能导电的是________(填序号,下同)；利用了金刚石硬度大的是________。

(2)炭雕是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合。因为活性炭有疏松多孔的结构,具有________能力,所以炭雕既可以净化室内空气,又可以美化居住环境。

培优压轴练

14.阅读下面科普短文。

石墨烯是目前已知最薄、最坚硬的材料,它的熔点高达3000℃,具有优良的导电、导热性能。目前常用的制备方法是氧化石墨还原法,石墨片与浓硝酸、浓硫酸、高锰酸钾等反应,再经超声处理得到氧化石墨烯,最后通过还原得到石墨烯。

我国的科研团队发现了石墨烯的防腐功能,利用其独特的二维片层结构,在涂层中叠加形成致密的隔绝层,使腐蚀介质难以通过,起到物理隔绝作用。如图2所示,表面叠加了石墨烯薄膜的铜在高温下也没有被腐蚀。

将石墨烯与高分子聚合物复合形成复合涂料,可提升涂料的防腐蚀性能。

表:某复合涂料的基本性能(涂膜厚度相同)

与石墨烯相关的新技术、新发明会得到越来越广泛的应用。

依据文章内容回答下列问题。

(1)石墨烯具有的物理性质是________________(写一点即可)。

(2)石墨烯属于________(填“单质”或“化合物”)。

(3)石墨烯可以防腐的原因是________________。

(4)依据表格分析,该复合涂料中石墨烯的比例为________时基本性能最好。

课时2  碳的化学性质

基础夯实练

01  碳的稳定性

1.古代字画能保存很长时间不褪色,是因为单质碳在常温下具有 (    )

A.可燃性 B.还原性 C.稳定性 D.吸附性

2.下列事实中没有体现单质碳的稳定性的是 (    )

A.书写档案材料时必须使用碳素墨水 B.钻石恒久远,一颗永流传

C.木头电线杆在埋入地下前将表面稍微烤焦 D.制糖工业中用活性炭脱色

02  碳的可燃性

3.把8g碳和16g氧气放在密闭的容器里,在一定条件下充分反应,最终密闭容器中有 (    )

A.二氧化碳 B.一氧化碳 C.二氧化碳和一氧化碳 D.二氧化碳和氧气

4.根据碳与氧气的反应,回答下列问题:

(1)做“木炭的燃烧”实验时,将放入燃烧匙的木炭点燃,由上而下________(填“缓慢”或“迅速”)伸入盛有集满氧气的集气瓶中。

(2)碳不完全燃烧的化学方程式是________________。

(3)红热木炭在氧气中燃烧的实验现象是________________,验证碳燃烧的产物是二氧化碳,其操作方法是________________________

03  碳的还原性

5.(易错题)我国的锡储量占世界

第一位。古代记载的炼锡方法的化学方程式为SnO2+2CSn+2CO↑此反应说明碳具有

A.稳定性 B.可燃性 C.氧化性 D.还原性

6.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.给酒精灯火焰加网罩,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,再将导气管从澄清石灰水中撤出

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7.“钻石恒久远,一颗永流传”这句广告词被美国《广告时代》评为20世纪最经典的广告语之一,该广告语最能体现出钻石的性质是              (    )

A.熔点高 B.硬度大 C.不能导电 D.化学性质稳定

8.如图为科学家利用精密的仪器把石墨拆成只有一个或几个原子层厚的“碳片”,下列说法正确的是 (    )

A.碳片是一种化合物 B.碳片和C60是同一种物质

C.在一定条件下,碳片可还原氧化铁 D.碳片在氧气中完全燃烧的产物是CO

9.碳可用于冶金工业,焦炭与氧化铁反应的化学方程式为3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑。下列有关该反应的说法正确的是（　　）

A.C具有氧化性 B.Fe2O3发生了还原反应

C.反应前后元素的化合价没有改变 D.反应前后固体质量不变

10.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.该实验需要较高温度 B.木炭发生了还原反应

C.实验前应把木炭粉充分烘干 D.该实验中的木炭粉可以换成活性炭

11.已知A、B为两种黑色粉末,D为红色单质。A、B、C、D四种物质之间的转化关系如图所示:

请回答:

(1)C的化学式为________________。

(2)反应①的化学方程式为________________,该反应中被还原物质的化学式是________________ 。

12.用如图所示的玻璃管进行碳还原氧化铜实验。

(1)B处的实验现象是澄清石灰水变浑浊,A处的现象是________________。

(2)查阅资料发现:反应生成的红色固体除了铜以外还可能有氧化亚铜(Cu2O),则生成氧化亚铜的化学方程式为________________。

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13.某校科学兴趣小组利用木炭做还原剂使木炭与氧化铜进行反应,发现很难观察到紫红色铜的生成,却往往有暗红色固体Cu2O出现。小科认为木炭和氧化铜反应需要较高温度,建议用乙装置代替甲装置,即用酒精喷灯替代酒精灯,并添加了止水夹,在实验结束时及时夹上。针对上述实验,回答下列问题:

(1)稍过量的炭粉有利于反应的进行,对下列三种氧化铜和炭粉的质量比例,建议选择________

A.11:1 B.40:3 C.16:1

(2)该小组按改进后的方案进行实验(如图乙),他们在检验了装置的气密性后,往试管中加入已干燥的药品并开始加热,当看到澄清的石灰水刚出现浑浊时,________(填“能”或“不能”)确定氧化铜和炭粉已经开始反应。

(3)待反应结束,先将导气管从石灰水中取出,然后关闭止水夹,再移走酒精灯,让产物自然冷却,终于获得了紫红色的铜,若不关闭止水夹,可能出现的问题是________________________________________________。

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《参考答案及解析》

第六单元  碳和碳的氧化物

课题1  金刚石、石墨和C60

课时1  碳的单质

1.A

解析：金刚石和石墨都是由碳原子构成的,但由于构成两者的原子的排列方式不同,所以金刚石和石墨物理性质有很大差异。

2.B

解析：金刚石是由碳原子直接构成的,碳化硅的结构类似于金刚石的结构,则构成碳化硅的粒子也是原子。

3.B

解析：金刚石和石墨均是由碳原子直接构成的,所以化学式均可用C来表示；石墨与金刚石属于不同种物质,故石墨转化成金刚石是化学变化；由题图可知,金刚石与石墨中碳原子的排列方式不同；石墨质软,有滑腻感。

易错总结：误认为金刚石和石墨是同一种物质,石墨转化成金刚石是物理变化

石墨转化成金刚石,虽然前后组成元素没有改变,但碳原子的排列方式发生了改变,生成了新物质,所以发生了化学变化。

4.(1)单质  (2)分子  (3)化学

【解析】（1)C60是由一种元素组成的纯净物,属于单质。

(2)C60这种物质是由分子构成的,每个分子中含60个碳原子。

(3)C60与金刚石、石墨的物理性质不同,化学性质相似。

5.B【解析】活性炭具有吸附性,能吸附色素和有毒的物质,可用来填充防毒面具。

6.C【解析】石墨质软,在纸上划过时会留下灰黑色痕迹,可用来制铅笔芯；石墨具有导电性,可以做干电池的电极；石墨质软不能用于切割玻璃；石墨具有滑腻感,可用作润滑剂。

7.B【解析】C60有许多优异的性能,如超导强磁性、耐高压等；木炭不具有导电性,不能用作电池电极；石墨很软在纸上划过时会留下痕迹,故可用于制作铅笔芯；金刚石是自然界中硬度最大的物质,可用于裁割玻璃。

归纳总结：物质的结构决定物质的性质,物质的性质决定物质的用途

(1)金刚石具有正八面体形状的结构,是天然存在的最硬的物质,可用来做钻头等。

(2)石墨是层状结构,质软,具有导电性和润滑性等,因而可用来制铅笔芯、做电极、做润滑剂等。

(3)木炭、活性炭均具有疏松多孔的结构,具有吸附性,因此可做吸附剂等。

8.C 【解析】活性炭具有疏松多孔的结构,能吸附水中的有色物质,但活性炭与有色物质并没有发生化学反应；过滤利用的是水中较大的固体颗粒不能透过滤纸,水和可溶性的物质能透过滤纸的原理,因此与吸附原理不相同。

易错总结：误认为木炭与活性炭的吸附性属于化学性质

木炭与活性炭的吸附性是利用其特殊结构吸附水中的异味和色素,不是与其发生化学反应,所以吸附性是其物理性质。

9.B【解析】金刚石是天然存在的最硬的物质；C6的一个分子是由60个碳原子构成的；石墨具有优良的导电性能；活性炭具有吸附性,可用作冰箱除味剂。

10.D【解析】石墨炔具有优良的导电性能；构成物质的粒子都在做无规则运动；石墨炔具有优良的导电性能,可用在电子领域；石墨炔和C60是两种不同的物质。

11.A【解析】

12.在实验研究的层数范围内,3层时导热能力最差

【解析】根据图中数据可知,石墨烯为3层时,导热能力最差。

13.(1)④  ①③  (2)吸附

【解析】(1)石墨具有优良的导电性,可用作电极；金刚石是天然存在的最硬的物质可用于制作玻璃刀钻探机的钻头。

(2)活性炭具有吸附性,能吸附异味和色素,故炭雕能净化室内空气。

14.(1)硬度大(或熔点高或具有优良的导电、导热性能)  (2)单质  (3)石墨烯在涂层中叠加形成致密的隔绝层,使腐蚀介质难以通过,起到物理隔绝作用  (4)2%

【解析】(1)石墨烯硬度大、熔点高,具有优良的导电、导热性能。  (2)石墨烯是由同种元素组成的纯净物,属于单质。  (3)石墨烯可以防腐的原因是石墨烯在涂层中叠加形成致密的隔绝层,使腐蚀介质难以通过,起到物理隔绝作用。  (4)通过分析可知,该复合涂料中石墨烯的比例为2%时基本性能最好。

核心素养解读：本题借助对石墨烯的性能、制备及特殊结构的介绍,考查了对材料的分析、整合能力,体现了具有一定“科学精神与社会责任”的学科素养。

随着科学技术的发展,碳单质的用途不断被发现,一些以新的形态存在的碳单质也相继被发现。通过材料中对石墨烯相关知识的介绍,可了解其相关性质及用途等。

课时2  碳的化学性质

1.C【解析】由于碳在常温下化学性质稳定,以古代字画能保存很长时间不褪色。

2.D【解析】碳的化学性质稳定,使用碳素墨水书写档案,字迹长时间不会发生变化；碳在常温下化学性质不活泼,很难与其他物质发生反应,保存的时间较长；木头电线杆在埋入地下之前,把埋入地下的部分木头烤焦,在木头表面能形成化学性质稳定的木炭层；制糖工业中用活性炭脱色,利用了活性炭的吸附性。

3.【解析】C+O2CO2中碳与氧气的质量比为3:8,2C+022CO中碳与氧气的质量比为3:4。碳与氧气的质量比小于3:8时,说明氧气过量,剩余气体为二氧化碳和氧气；碳与氧气的质量比在3:8和3:4之间,说明剩余气体为二氧化碳和一氧化碳的混合物；如果碳与氧气的质量比大于或等于3:4时,说明氧气不足,剩余气体为一氧化碳,因此选C。

满分攻略：化学极限题的解法要点

①正确分析所发生的化学反应；②依据有关化学方程式和数据进行过量判断或划分取值范围；③确定在不同取值范围内所对应的产物；④进行必要的计算求解。

4.(1)缓慢  (2)2C+O22CO 

(3)剧烈燃烧,发出白光向燃烧后的集气瓶中加入适量的澄清石灰水,振荡,石灰水变浑浊

【解析】(1)应把红热的木炭由瓶口向下缓慢插入集气瓶,这样可以使木炭与氧气充分反应。

(2)碳不完全燃烧生成一氧化碳。

(3)木炭在氧气中能剧烈燃烧,发出白光,放出热量,向燃烧后的集气瓶中加入适量的澄清石灰水,振荡,若石灰水变浑浊,说明产物是二氧化碳。

5.D【解析】在该反应中碳获得了氧变为一氧化碳,体现了碳的还原性。

易错总结：误认为碳具有氧化性,二氧化锡具有还原性

运用对比法认识氧化反应和还原反应,根据物质得氧、失氧情况进行判断。C得到氧发生了氧化反应,说明C具有还原性；SnO2失去氧发生了还原反应,说明SnO2具有氧化性。

6.D【解析】给酒精灯火焰加网罩,目的是使火焰集中并提高温度,A正确；实验过程中生成了二氧化碳,可观察到澄清石灰水变浑浊,B正确；碳在反应中与氧结合,发生了氧化反应,表现出还原性,C正确；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,D错误。

7.D【解析】钻石是外形经过加工的金刚石(碳的单质),碳在常温下化学性质不活泼,很难与其他物质发生反应,能长时间保存。

8.解：科学家利用精密的仪器把石墨拆成只有一个或几个原子层厚的“碳片”,石墨属于单质,则“碳片”属于单质；C60是由分子构成的,与“碳片”不是同一种物质；碳单质具有还原性,在一定条件下,“碳片”可还原氧化铁；碳具有可燃性“碳片”在氧气中完全燃烧的产物是二氧化碳。

9.B【解析】碳具有还原性,在该反应中氧化铁发生了还原反应；反应前后铁元素与碳元素的化合价都发生了改变；反应后固体的质量减小。

10.B【解析】木炭具有还原性,能与氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳,该实验需要较高温度；木炭具有还原性,在反应中夺取了氧化铜中的氧,发生了氧化反应；实验前应把木炭粉充分烘干；活性炭与木炭的化学性质相似,该实验中的木炭粉可以换成活性炭。

11.(1)CO2   (2)2CuO+C 2Cu+CO2↑   CuO

【解析】(1)C和澄清石灰水反应会生成沉淀,所以C是二氧化碳；A、B为两种黑色粉末,且在高温条件下反应会生成D和二氧化碳,因为D为红色单质,所以D是铜。

(2)反应①是碳和氧化铜在高温的条件下反应生成铜和二氧化碳,该反应中氧化铜发生还原反应生成了铜。

满分攻略：解答物质推断题的一般方法

(1)一点击破,顺逆推断。抓住“突破口”,直接得出结论,然后用顺向或逆向或两边向中间推断,逐一导出其他结论。

(2)提出假设,讨论推断。在分析题目所给条件的基础上,提出假设后进行反复验证,逐步缩小范围,排除不合题意的结论。

(3)相遇组合,对比推断。采用类似数学中的“相遇”方法,用图中列出的各种物质反应次数,再由各物质的性质及反应规律列出各物质反应次数,然后对号入座推断出各物质。

12.(1)黑色粉末变成红色物质   (2)C+4CuO 2Cu2O+CO2↑

【解析】(1)由于碳具有还原性,故B处的现象是澄清石灰水变浑浊,碳还原氧化铜生成铜和二氧化碳,则A处的现象是黑色粉末变成红色物质。(2)由题意可知,在加热时,碳与氧化铜反应生成氧化亚铜的化学方程式为C+4CuO2Cu2O+CO2↑

13.(1)A  (2)不能  (3)空气会进入反应的试管中,使生成的依然灼热的铜重新被氧化

【解析】(1)根据反应的化学方程式求出恰好完全反应时,氧化铜与炭粉的质量比为40:3,为了保证氧化铜能充分反应,炭粉应稍过量,因此应选A。

(2)验开始时,可能是炭粉与氧气反应生成的二氧化碳使澄清石灰水变浑浊故不能判断炭粉与氧化铜发生了反应。

(3)反应结束后要关闭止水夹,防止进入空气,使灼热的铜被氧化。

核心素养解读：本题借助木炭还原氧化铜实验过程中发现的问题及实验装置的创新与改进,培养了“科学探究与创新意识”的学科素养。

该反应在高温下进行,应在酒精灯火焰上加网罩或改用酒精喷灯进行实验；实验结束时,应先将导管撤出再熄灭酒精灯,以防止石灰水倒流炸裂试管,同时为了防止进入的空气使生成的铜被氧化,应用止水夹夹紧橡皮管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒出。