第六章碳和碳的氧化物課題1碳單質(zhì)的多樣性第1課時碳單質(zhì)的多樣性教學(xué)目標(biāo)1.了解金剛石和石墨的物理性質(zhì)和主要用途。2.知道物質(zhì)具有多樣性，不同的元素可以組成不同的物質(zhì)，同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)。3.了解無定形碳，清楚活性炭的吸附能力。重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：金剛石、石墨和C60的物理性質(zhì)與用途。難點(diǎn)：同種元素組成不同的單質(zhì)?！糁R點(diǎn)一碳的單質(zhì)1.同種元素可以組成不同單質(zhì)（1）不同種元素可以組成的單質(zhì)，如氧氣是由氧元素組成的單質(zhì)，氮?dú)馐怯傻亟M成的單質(zhì)。（2）同一種元素也可以組成的單質(zhì)，如金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì)。同種元素組成的物質(zhì)一定是單質(zhì)嗎?答：不一定。同種元素組成的物質(zhì)可能是，也可能是。如金剛石和石墨混合在一起，雖然只含有碳元素，但金剛石和石墨不是一種物質(zhì)，它們混合在一起，屬于。同種元素組成的純凈物一定是。（3）幾種常見的由同種元素組成的不同單質(zhì)常見元素COP組成的不同單質(zhì)金剛石、石墨和C60氧氣和臭氧紅磷和白磷2.金剛石、石墨和C60的物理性質(zhì)及用途物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途金剛石立體網(wǎng)狀質(zhì)硬（天然存在的最的物質(zhì)）裁玻璃、切割大理石、加工堅硬的金屬，以及裝在鉆機(jī)的鉆頭上，鉆鑿堅硬的巖層等無色透明、璀璨奪目(琢磨后)作裝飾品——鉆石在特殊條件下制備的金剛石薄膜：透光性好、硬度大→作光學(xué)窗口和透鏡的涂層導(dǎo)熱性好→用于集成電路基板散熱石墨層狀色、有感、質(zhì)軟作鉛筆芯、潤滑劑熔點(diǎn)作高溫潤滑劑優(yōu)良的性高鐵列車的受電弓滑板、作電極C60形似足球具有一些特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)廣泛應(yīng)用于、、材料、醫(yī)學(xué)及生物等領(lǐng)域區(qū)別與聯(lián)系①導(dǎo)致三者的物理性質(zhì)存在明顯差異；②三者都是由碳元素組成的單質(zhì)，故化學(xué)性質(zhì)基本。①金剛石和石墨都是由構(gòu)成的，C60是由構(gòu)成的，每個C60分子由構(gòu)成。②石墨在高溫、高壓和催化劑的條件下可以轉(zhuǎn)化為金剛石，二者為碳元素組成的不同單質(zhì)，由石墨轉(zhuǎn)化為金剛石是變化。3.無定形碳（1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常稱為(由石墨的細(xì)小晶體和少量雜質(zhì)形成),屬于物，主要成分是碳單質(zhì)，結(jié)構(gòu)與石墨類似。（2）木炭與活性炭①探究木炭(或活性炭)的吸附性實驗裝置及步驟在盛有半瓶水的小錐形瓶里，加入一滴紅墨水，使水略顯紅色。投入幾塊烘烤過的木炭(或活性炭),輕輕振蕩錐形瓶，觀察現(xiàn)象實驗現(xiàn)象溶液的紅色逐漸變淺，最終褪為無色實驗分析木炭(或活性炭)有，吸附了水中的，色素減少，水的顏色變淺直至無色②木炭和活性炭都具有吸附能力原因都具有的結(jié)構(gòu)用途木炭吸附一些食品和工業(yè)產(chǎn)品里的、有的物質(zhì)活性炭a.用在防毒面具里吸附有毒氣體；b.制糖工業(yè)中脫色以制取白糖；e.城市污水、工業(yè)廢水和飲用水的深度凈化處理；d.吸附室內(nèi)裝修產(chǎn)生的有害氣體①活性炭可由木炭經(jīng)水蒸氣高溫處理制得，其吸附能力比木炭的。吸附性屬于性質(zhì)，木炭、活性炭對其他物質(zhì)的脫色發(fā)生的是物理變化。（3）焦炭、炭黑①焦炭用于冶金工業(yè)，作劑。②炭黑用于制造、油漆、鞋油、、橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填料(將炭黑加到橡膠里，可以增加橡膠的耐磨性)等。碳和炭的區(qū)別：“碳”是元素的名稱，是核電荷數(shù)為6的一類原子的總稱，具有廣泛、概括的含義，并不是具體指某種物質(zhì)，比如碳元素、碳單質(zhì)、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素組成的具體的物質(zhì)——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具體單質(zhì)時，習(xí)慣上用碳，如“熾熱的碳”“當(dāng)碳燃燒時”。即學(xué)即練1．下列物質(zhì)的用途正確的是A．金剛石裁玻璃 B．活性炭做電車的電刷C．用石墨制成的墨汁繪畫 D．用木炭脫色制白糖2．金剛石和石墨的微觀結(jié)構(gòu)如圖，下列有關(guān)說法正確的是A．金剛石和石墨的組成元素不相同 B．構(gòu)成金剛石和石墨的原子大小不同C．金剛石和石墨的化學(xué)性質(zhì)相似，物理性質(zhì)差別很大 D．石墨能導(dǎo)電，所以石墨是金屬3．下列物質(zhì)的性質(zhì)和用途的對應(yīng)關(guān)系，正確的是A．金剛石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有導(dǎo)電性，可制作鉛筆芯C．炭黑具有可燃性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料考點(diǎn)一同種元素組成的單質(zhì)【例1】（多選）下列關(guān)于物質(zhì)分類的敘述正確的是A．同種元素組成的物質(zhì)一定是單質(zhì) B．混合物一定是含有不同種元素的物質(zhì)C．不同的物質(zhì)可能含有相同的元素 D．化合物一定是含有不同種元素的物質(zhì)【變式1-1】現(xiàn)代科學(xué)又發(fā)現(xiàn)了H3、C60、C90、N5、N60、…，據(jù)此可作出的推測是①同一種元素可以形成多種單質(zhì)

②同種元素構(gòu)成的物質(zhì)不一定是純凈物③單質(zhì)可能存在復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)④同種元素形成的單質(zhì)之間可能存在更多的相互轉(zhuǎn)化。A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④【變式1-2】下列說法正確的是A．一種元素只能形成一種單質(zhì) B．由碳元素形成的單質(zhì)都是黑色的C．同種元素組成的不同種單質(zhì)性質(zhì)相同 D．一種元素可能形成幾種單質(zhì)考點(diǎn)二碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途【例2】下列有關(guān)碳單質(zhì)的說法，正確的是A．石墨有優(yōu)良的導(dǎo)電性，可以用作電極B．活性炭和石墨都是碳的單質(zhì)，都可用來填充防毒面具C．在一定條件下，石墨可轉(zhuǎn)化為金剛石，這個變化是物理變化D．金剛石、石墨和都是黑色固體【變式2-1】下列物質(zhì)的性質(zhì)和用途及其對應(yīng)關(guān)系均正確的是選項物質(zhì)性質(zhì)用途A金剛石硬度大作裝飾品B石墨顏色為灰黑色作電極C木炭具有可燃性冶鐵煉鋼D活性炭有吸附性凈水【變式2-2】下圖為三種碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)示意圖，請回答以下問題。（1）金剛石是無色透明的固體，其硬度（填“大”或“小”）可當(dāng)作鉆頭。（2）石墨是灰黑色有金屬光澤的固體，天然最軟的礦物之一，還具有性，因此可作為電極、電刷。（3）金剛石和石墨物理性質(zhì)差異的原因。（4）C60這種物質(zhì)由（填“分子”或“原子”）構(gòu)成?？键c(diǎn)三木炭、活性炭的吸附性【例3】某品牌直飲水機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖，下列說法不正確的是A．活性炭可吸附水中的色素和異味 B．超濾膜過濾可除去水中的不溶性雜質(zhì)C．紫外線燈管照射的作用是殺菌消毒 D．最終得到的直飲水是純凈物【變式3-1】如圖是同學(xué)們自制的水凈化裝置，下列對該裝置分析正確的是A．能殺菌消毒 B．能除去水中的色素和異味C．能淡化海水 D．能獲得純凈水【變式3-2】碳是人類接觸得最早、利用得最多的元素之一。（1）化學(xué)中有一種分子結(jié)構(gòu)形似足球的物質(zhì)（如圖1），其化學(xué)式為。（2）炭雕（如圖2）是活性炭成型技術(shù)與傳統(tǒng)雕刻工藝的完美結(jié)合。因為活性炭有的結(jié)構(gòu)，具有能力，所以炭雕除了可以美化居住環(huán)境，還可以凈化室內(nèi)空氣。（3）圖3表示的物質(zhì)的名稱是，是天然存在的最的物質(zhì)?；A(chǔ)達(dá)標(biāo)1．下列有關(guān)金剛石、石墨、的說法中，正確的是A．構(gòu)成它們的原子大小不同 B．金剛石是硬度最大的物質(zhì)C．金剛石、石墨、由不同種原子構(gòu)成 D．具有獨(dú)特性質(zhì)是因為它有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)2．根據(jù)圖示，下列說法中描述錯誤的是A．四種物質(zhì)都是由碳原子構(gòu)成的B．四種物質(zhì)均可以在氧氣中燃燒C．碳納米管的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了碳材料大家族D．金剛石和石墨性質(zhì)存在差異的原因是原子排列方式不同3．實驗測得某物質(zhì)中只含有碳元素，則這種物質(zhì)A．一定是金剛石或石墨中的一種B．可能是一種碳單質(zhì)，也可能是幾種碳單質(zhì)組成的混合物C．一定是含碳元素的單質(zhì)D．一定是金剛石、石墨和組成的混合物4．浙江大學(xué)制造出了超輕物質(zhì)，取名“碳海綿”(如圖，主要成分是石墨烯和碳納米管)，刷新了超輕固體材料的世界紀(jì)錄，也是目前吸油力最強(qiáng)的材料。下列對碳海綿的說法錯誤的是A．在一定條件下可還原氧化銅 B．是輕質(zhì)透明且不易變質(zhì)的固體C．使用時須特別注意防火 D．可處理海上石油泄漏5．下列對于碳單質(zhì)的認(rèn)識不正確的是A．金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì) B．石墨有金屬光澤，能導(dǎo)電，屬于金屬單質(zhì)C．活性炭具有吸附性，可以吸附色素和異味 D．炭黑在常溫下性質(zhì)非常穩(wěn)定6．2025年1月10日全球首列碳纖維地鐵列車“CETROVO1.0碳星快軌”在青島地鐵1號線開啟運(yùn)營之旅，其車體、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架等主承載結(jié)構(gòu)均采用碳纖維復(fù)合材料制造，實現(xiàn)了車輛性能的升級。碳纖維的主要成分是由碳原子直接構(gòu)成的物質(zhì)。下列有關(guān)說法正確的是A．碳纖維在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳 B．碳纖維與金剛石的性質(zhì)完全相同C．碳纖維是一種新型化合物 D．碳纖維是一種金屬單質(zhì)7．模型是對研究對象的本質(zhì)特質(zhì)、構(gòu)成要素、相互關(guān)系一種概括性的描述，以下是關(guān)于碳的各種模型(如圖)，說法不正確的是A．四種物質(zhì)都由碳元素組成B．四種物質(zhì)都屬于單質(zhì)C．四種物質(zhì)都是由原子直接構(gòu)成的D．四種物質(zhì)具有相似的化學(xué)性質(zhì)8．單層石墨稱為石墨烯，石墨烯是一種革命性材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)特性。下列說法正確的是①石墨烯是一種新型化合物②石墨在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸俏锢碜兓劢饎偸褪┓謩e在足量的氧氣中完全燃燒的產(chǎn)物相同④金剛石和石墨烯是組成相同但結(jié)構(gòu)不同的兩種物質(zhì)⑤金剛石、石墨和足球烯（）都是由碳原子直接構(gòu)成的A．①② B．④⑤ C．②③ D．③④9．（多選）C60的發(fā)現(xiàn)為人類打開了一個嶄新的碳世界。關(guān)于C60的敘述不正確的是A．C60是由60個碳原子構(gòu)成的B．C60是一種新型化合物C．C60能與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳D．C60具有獨(dú)特性質(zhì)的原因在于它有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)10．（多選）碳單質(zhì)存在的形式多種多樣，除了金剛石、石墨之外，科學(xué)家們又相繼發(fā)現(xiàn)了一些新的碳單質(zhì)，如等。下列對于碳單質(zhì)的認(rèn)識中，不正確的是A．石墨轉(zhuǎn)化為金剛石屬于化學(xué)變化 B．金剛石、石墨、都由原子直接構(gòu)成C．所有的碳單質(zhì)都能導(dǎo)電 D．等碳材料是一種未來革命性材料綜合應(yīng)用11．據(jù)圖回答下列問題。（1）圖1所示的物質(zhì)的用途中，利用了石墨導(dǎo)電性的是（填序號）。（2）炭雕（如圖2）是活性炭成型技術(shù)與傳統(tǒng)雕刻工藝的完美結(jié)合，可以凈化空氣，這里利用了活性炭的（填“物理”或“化學(xué)”）性質(zhì)。（3）世界上最輕的固體材料“碳海綿”由碳元素組成，具有多孔結(jié)構(gòu)，彈性好。它對石油有很強(qiáng)的吸附能力（不吸水），將吸入的石油擠出后仍可恢復(fù)原狀。下列關(guān)于“碳海綿”的說法，正確的是______（填字母）。A．具有吸附性B．可重復(fù)利用C．可處理海上石油泄漏12．水是寶貴的自然資源，日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗都離不開水。（1）根據(jù)硬度不同，天然水分為硬水和軟水，硬水中含有較多的兩種陽離子，是、（用離子符號表示）。區(qū)別軟水和硬水的辦法是取水樣，加入，振蕩，若觀察到泡沫較豐富，則是（填“硬水”或“軟水”）。（2）某家用凈水機(jī)工作原理如圖所示：凈水機(jī)中，PP棉凈水原理是（填“過濾”或“蒸餾”）。顆?；钚蕴靠扇コ愇逗陀嗦?，是因為活性炭具有良好的性。（3）請寫一條日常生活中，節(jié)約用水的舉措：。13．閱讀科普短文并回答問題：在常溫下為黑色或深棕色的固體，密度為，熔點(diǎn)280℃以上。分子具有空心球體結(jié)構(gòu)，由12個正五邊形和20個正六邊形封閉而成。分子形狀像一個足球，因此也被稱為富勒烯或足球烯。在惰性氣體（如氦氣或氬氣）氣氛下，通過石墨電極之間的電弧放電，使石墨蒸發(fā)，冷卻后形成。由于具有這種獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，在氣體存儲、新型催化劑和超導(dǎo)材料的研制以及光學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。例如，研究表明，與K等金屬反應(yīng)生成的化合物是超導(dǎo)體。（1）是由構(gòu)成的。（2）由石墨制得屬于變化（填“物理”或“化學(xué)”）。（3）下列屬于物理性質(zhì)的是______（填字母）。A．密度為 B．能與K等金屬反應(yīng) C．熔點(diǎn)280℃以上（4）的應(yīng)用（寫一點(diǎn)即可）。14．結(jié)合下列圖片，回答問題。（1）屬于金剛石用途的是（填字母）。（2）利用了石墨導(dǎo)電性的是（填字母）；石墨可用于制鉛筆芯，是因為石墨的（填性質(zhì)）。（3）冰箱除味劑中含有活性炭，該物質(zhì)具有的結(jié)構(gòu)。拓展培優(yōu)15．閱讀下列科普短文。神奇的碳材料石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的碳納米材料，一層層疊起來就是石墨，1mm厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電和光學(xué)性能。除石墨烯外，科學(xué)界還不斷研發(fā)出新型碳材料，碳?xì)饽z就是其中一種。將含有石墨烯和碳納米管兩種納米材料的水溶液低溫環(huán)境下凍干，去除水分、保留骨架，制造出的一種超輕固體材料被稱為“全碳?xì)饽z”（如圖1），是迄今為止世界上最輕的材料?！叭?xì)饽z”還是吸油能力最強(qiáng)的材料之一，吸收量可高達(dá)自身質(zhì)量的900倍。碳?xì)饽z具有優(yōu)良的吸附性能，在環(huán)境凈化中發(fā)揮重要作用?？蒲腥藛T在不同溫度下制備了三種碳?xì)饽z樣品，比較其對CO2的選擇性吸附性能。他們在不同壓強(qiáng)下測定了上述樣品對混合氣體中CO2吸附的選擇性值，實驗結(jié)果如圖2.圖中選擇性值越高，表明碳?xì)饽z對CO2的選擇性吸附性能越好。未來，碳材料將會有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)文章內(nèi)容，回答問題。（1）石墨烯微觀上是由構(gòu)成的。（2）石墨烯可用于制作新能源電池，主要利用石墨烯的性。（3）石墨在生活中用途廣泛，請將石墨用途與對應(yīng)性質(zhì)連線。（4）全碳?xì)饽z可應(yīng)用在的領(lǐng)域（一種即可）。（5）分析圖2曲線，得出的實驗結(jié)論有：a.在實驗研究范圍內(nèi)，同一溫度下制備的碳?xì)饽z，壓強(qiáng)越大，對CO2的選擇性吸附性能越；b.。16．2023年12月，我國科學(xué)家首次成功合成了分別由10、14個碳原子組成的環(huán)型純碳分子材料，碳材料家族再添兩位新成員的這一科研成果已發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然》上。相關(guān)團(tuán)隊創(chuàng)新性地將全鹵化萘（）和全鹵化蒽（）兩種分子放在“手術(shù)臺上”（氯化鈉薄膜）并將其“麻醉”（液氮凍?。嘘P(guān)情況如圖1、圖2所示。研究人員利用STM針尖作為“手術(shù)刀”對其進(jìn)行“手術(shù)”（原子操縱），進(jìn)而誘導(dǎo)兩種分子完全脫鹵并伴隨發(fā)生反伯格曼開環(huán)反應(yīng)，最終成功地在氯化鈉薄膜表面上合成了兩種芳香性環(huán)型碳和。研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)鍵分辨的原子力顯微鏡表明，不同于此前的聚炔型結(jié)構(gòu)，和均具有累積烯烴型的結(jié)構(gòu)。這項研究工作推動了環(huán)型碳領(lǐng)域的發(fā)展，提出的表面合成策略有望成為一種合成一系列環(huán)型碳的普適性方法。同時，合成的環(huán)型碳有望發(fā)展成為新型半導(dǎo)體材料，并在分子電子器件中有著廣闊的應(yīng)用前景。回答下列問題。（1）碳元素是地球上最常見的化學(xué)元素之一，碳原子的最外層有個電子。（2）從宏觀角度看，石墨、金剛石、富勒烯（）、石墨烯、、和的相同之處是；從微觀角度看，石墨、金剛石的主要差別是。（3）全鹵化萘（）的相對分子質(zhì)量比全鹵化萘（）大，全鹵化萘固體完全脫鹵產(chǎn)生固態(tài)和另一種氣態(tài)雙原子分子產(chǎn)物的化學(xué)方程式是。（4）構(gòu)成氯化鈉的微觀粒子符號是。液氦和氦氣的相關(guān)轉(zhuǎn)化過程中