课题6.1.1 碳的单质-最新初中化学同步（含答案）

第六单元  碳和碳的氧化物

课题1  金刚石、石墨和C60

第1课时   碳的单质

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。

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、几种碳单质

(2020·呼和浩特)石墨烯可用机械剥离法从石墨中剥离制得。它是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体(如图)，图中每一个小球代表一个碳原子。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。关于石墨烯，下列说法不正确的是(　　)

A．石墨烯和金刚石都由碳元素组成 

B．石墨烯的导电性比银强 

C．石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用 

D．从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化

【解析】A、石墨烯和金刚石都由碳元素组成，故A说法正确；

B、由题意可知，石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯的导电性比银强，故B说法正确；

C、由石墨烯的结构可知，石墨烯中每个碳原子为三个六元环共用，故C说法正确。

D、石墨与石墨烯是不同种物质，因此从石墨中剥离出石墨烯属于化学变化，故说法不正确。

【答案】D

四、几种无定形碳：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。

木炭、活性炭具有吸附性(物理性质)，活性炭的吸附性更强。

(2020·沈阳)下下列物质能用于除去水中异味和色素的是(　　)

A. 明矾        B. 活性炭       C. 石子       D. 细沙

【解析】A、明矾的作用是吸附较大颗粒，加速沉降，故A选项不合题意；

B、活性炭具有吸附性，能吸附异味和色素，可用于除去水中异味，故B选项符合题意；

C、小石子起过滤作用，除去水中固体杂质，故C选项不合题意；

D、细沙可起过滤作用，除去水中固体杂质，故D选项不合题意。

【答案】B

1．(2020·海南)文房四宝“笔墨纸砚”中“墨”的主要成分是

A．碳 B．硅 C．磷 D．碘

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．(2019·成都)下列物质的用途主要由其物理性质决定的是

A．金刚石切割大理石 B．碳素墨水书写档案 

C．氮气用于食品防腐 D．硫酸用于铅酸蓄电池

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．(2019·大连)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

6．(2020·长沙)两位英国科学家因在石墨烯材料方面的开创性研究获得2020年诺贝尔奖。石墨烯是由碳元素组成的单质，下列关于碳单质的说法正确的是(　　)

A．金刚石是天然存在的最硬的物质，可用来裁玻璃 

B．石墨有金属光泽，有导电性，所以是一种金属 

C．活性炭具有吸附性，可以吸附所有物质 

D．金刚石、石墨和足球烯(C60)都是由碳原子直接构成的

7．(2020·本溪)下列关于金刚石与石墨的说法中正确的是(    )

A．都能导电 B．都是黑色固体

C．硬度都很小 D．都由碳元素组成

8．下图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法正确的是

①C60的一个分子由60个碳原子构成，是一种新型化合物；

②三种物质分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同；

③金刚石、石墨和C60是组成相同但结构不同的三种不同物质；

④因天然金刚石资源稀少，价格昂贵，不能满足需求，于是人们设法用石墨为原料在一定条件下制得了人造金刚石，在这一过程中只发生物理变化。

A．①④ B．②③ C．①③ D．②③④

9．碳单质在生活和生产中有许多用途，下列说法不正确的是

A．活性炭用于冰箱除异味是利用了它的吸附性

B．金刚石作为装饰品是利用了它的光学性质

C．石墨用于做电极是利用了它的导电性

D．用墨水作画是利用了它的还原性

10．(2020·德州)石墨烯是一种非常优良的纳米材料，由碳元素组成，化学性质和石墨相似，还具有超强导电、导热的性能。关于石墨烯的认识错误的是

A．可作散热材料 B．是一种新型化合物 

C．常温下化学性质稳定 D．可作新型电池的电极

11．(2019·无锡)2019年5月30日，中国石墨烯产业高质量发展论坛在无锡举行。石墨烯是由碳原子组成的导电导热性能很强、硬度很大的一种新材料。下列叙述错误的是(　　)

A. 石墨烯是一种单质 B. 石墨烯是一种化合物

C. 石墨烯具有导电性 D. 石墨烯具有导热性

12.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____________________________________________________。

13．(2019·绥化)在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。

(1)金刚石和石墨均是碳元素组成的单质，但两者物理性质差异较大，其原因是构成它们的碳原子_______________________不同。

(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有_______________________的结构。

(3)在书写具有保存价值的图书档案时，规定使用碳素墨水，其原因是_______________________。

(4)某有机化合物R在氧气中充分燃烧的化学方程式是2R+5O24CO2+2H2O，则R的化学式为__________________。

14. “化学是在分子、原子层次上研究物质的性质、组成、结构与变化规律的科学。”请根据你对“化学”这门科学的认识解答以下问题

(1)通过电解水的实验，可以推断水是由__________________(填元素符号)元素组成的。

(2)金刚石和石墨组成元素相同，而它们的物理性质却有很大差异，其微观解释是_________________。

(3)碳原子的结构示意如图1，则碳原子的核电荷数为_______。

(4)碳的单质分别有金刚石、石墨和C60等，其中由分子构成的是_______(序号)。

1．【答案】A

【解析】A、“墨”是用炭黑制成的，主要成分是碳，故选项正确；B、“墨”是用炭黑制成的，主要成分是碳，而不是硅，故选项错误；C、“墨”是用炭黑制成的，主要成分是碳，而不是磷，故选项错误；D、“墨”是用炭黑制成的，主要成分是碳，而不是碘，故选项错误。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】A

【解析】A、金刚石切割大理石，是因为金刚石硬度大，不需要通过化学变化表现出来，是物理性质；B、碳素墨水书写档案，是因为通常情况下碳不容易和其它物质反应，是化学性质；C、氮气用于食品防腐，是因为氮气在通常情况下不容易和其它物质反应，是化学性质；D、硫酸用于铅酸蓄电池，是因为硫酸能和铅的氧化物反应，需要通过化学变化表现出来，是化学性质。故选A。

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、C60具有金属光泽，有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗抗化学腐蚀、在光、电、磁等领域有潜在的应用前景，故正确。

B、石墨用作电池的电极，是因为石墨具有导电性，木炭不具有导电性，故错误；

C、石墨很软且在纸上划过会留下痕迹，故可用于制作铅笔芯，故正确；

D、金刚石是自然界中硬度最大的物质，可用于裁割玻璃，故正确；

6．【答案】A

【解析】A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可以做钻头，切割玻璃大理石等，正确；

B、石墨有金属光泽，有导电性，但不是金属，选项错误；

C、活性炭具有吸附性，但不可以吸附所有物质，选项错误；

D、金刚石、石墨是由碳原子直接构成的，但足球烯(C60)是由碳分子构成的，选项错误；

7．【答案】D

【解析】A、金刚石不能导电，石墨具有良好的导电性，不符合题意；

B、石墨是灰黑色固体，金刚石是无色透明的固体，不符合题意；

C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨是自然界中最软的物质之一，不符合题意；

D、金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，符合题意。

8．【答案】B

【解析】①C60的一个分子由60个碳原子构成，即C60是由碳元素组成的单质，选项错误；②三种物质都是碳元素组成的单质，所以三种物质分别在足量的氧气中完全燃烧都能生成二氧化碳，选项正确；③金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，所以它们的组成相同，但它们的分子结构不同，是三种不同的物质，选项正确；④因天然金刚石资源稀少，价格昂贵，不能满足需求，于是人们设法用石墨为原料在一定条件下制得了人造金刚石，由于金刚石与石墨是结构不同的两种物质，所以在这一过程中发生了化学变化，选项错误。故选B。

9．【答案】D

【解析】A、活性炭用于冰箱除异味是利用了它的吸附性，该选项说法正确；B、金刚石作为装饰品是利用了它的光学性质，即璀璨夺目，该选项说法正确；C、石墨用于做电极是利用了它的导电性，该选项说法正确；D、用墨水作画是利用了碳的化学性质在通常情况下不活泼，该选项说法不正确。故选D。

10．【答案】B

【解析】A、石墨烯具有超强的导热性，所以可用来作散热材料，故正确；B、石墨烯是一种由同种元素组成的纯净物，属于单质，故错误；C、石墨烯是一种碳的单质，常温下化学性质稳定，故正确；D．石墨烯具有超强的导电性，所以可作新型电池的电极，故正确。

11. 【答案】B

【解析】A、单质是由同种元素组成的纯净物，石墨烯是由碳原子直接构成的纯净物，是碳的一种单质，选项A正确；

B、化合物是由不同种元素组成的纯净物，石墨烯是由碳元素一种元素组成的，不是化合物，选项B错误；

C、题中已知，石墨烯是由碳原子组成的导电性能很强的一种新材料，因此石墨烯具有导电性，选项C正确；

D、题中已知，石墨烯是由碳原子组成的导热性能很强的一种新材料，因此石墨烯具有导热性，选项D正确。

12．【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。

13．【答案】(1)排列方式

(2)疏松多孔

(3)碳在常温下化学性质不活泼

(4)C2H2

【解析】(1)金刚石和石墨物理性质差异较大，是因为构成它们的碳原子排列方式本题。

(2)活性炭有较强的吸附能力，是因为活性炭具有疏松多孔的结构。

(3)在书写具有保存价值的图书档案时，应使用碳素墨水笔，是因为碳素墨水中含有炭黑，炭黑的主要成分是碳，碳在常温下化学性质不活泼。

(4)由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，则2R分子中含有4个碳原子和4个氢原子，则每个R分子由2个碳原子和2个氢原子构成，则物质X的化学式为C2H2。

14.【答案】(1)H、O；  (2)碳原子的排列方式不同。(3)6；(4)C。

【解析】(1)电解水生成氢气和氧气，氢气和氧气分别是由氢元素和氧元素组成的，说明水是由氢元素和氧元素组成的，元素符号分别是H、O。

(2)金刚石和石墨组成元素相同，而它们的物理性质却有很大差异，是因为碳原子的排列方式不同。

(3)由原子结构示意图，根据“原子序数=核内质子数=核外电子数=核电荷数”，可知碳原子的核电荷数为6；

(4)金刚石、石黑和C60等都是由碳元素组成的单质，金刚石、石墨是由碳原子构成的；C60是由碳分子构成的。