新人教版九年级化学上册例题精讲：第6单元课题1金刚石、石墨和C60 5页

1 课题 1 金刚石、石墨和 C60 答案： (1)碳原子的排列方式不同 (2)硬 (3)软 (4)导电 (5 )润滑剂 (6)吸附 (7)稳 定 (8)可燃 (9)还原 1．碳的单质 不同元素可以组成不同的单质，而同一种元素也可以组成不同的单质。几种常见元素的 不同单质如下表所示： 常见元素 碳元素 氧元素 磷元素 形成的 单质 金刚石、 石墨和 C60 氧气和 臭氧 白磷和 红磷 (1)金刚石、石墨、C60 的性质及用途 ①金刚石 a．物理性质：无色透明、正八面体形状的固体，不导电，经加工琢磨后有夺目光泽， 是天然存在最硬的物质。 金刚石结构 b．用途：雕琢作装饰品(钻石就是金刚石雕琢成的)；制作钻头；制作玻璃刀、刻刀。 石 墨结构 ②石墨 a．物理性质：深灰色、不透明的细鳞片状固体，有金属光泽，质软，滑腻，导电性好， 耐高温。 b．用途：用于制铅笔芯(不同型号的铅笔芯，石墨含量不同，“B”值越大，石墨含量 越高)、石墨电极、电刷、耐高温的润滑剂等。 2 C60 结构 ③C60 C60 分子由 60 个碳原子构成，形似足球，很稳定。目前应用于材料科学、超导体等方面 的研究。 金刚 石、石墨和 C60 都是由碳元素组成的，为什么物理性质差异这么大？ 因为碳原子的排列方式不同啊！ (2)木炭、焦炭、活性炭和炭黑 木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，它具有疏松多孔的结构。焦炭、活性 炭、炭黑等的构成和结构与木炭类似，通常称为无定形碳。 由于木炭、活性炭的结构疏松，因此它们具有吸附性。利用这种性质可以吸附气体或溶 液中的一些物质，可用作吸附剂，如木炭用来吸附食品工业里的色素和有异味的物质；活性 炭用在防毒面具中吸附毒气。 释疑点 吸附性是物理性质吗 吸附性是物质的物理性质，吸附过程是物理变化。吸附 剂与物质的接触面积越大，吸附能力越强。 “碳”与“炭”有什么区别吗？ “碳”是元素名称，指元素；“炭”是指,碳元素组成的部分物质，如木炭、活性炭等。 (1)金刚石可作玻璃刀，因为__________________________________________________。 (2)石墨可作电池里的电极，因为 _______________ _______________________________。 (3)活性炭可用于防毒面具的滤毒罐里，因为____________________________________。 (4)木炭能脱色，因为________________________________________________________。 (5)石墨可作铅笔芯，因为____________________________________________________。 解析：考查碳单质的物理性质和用途。物质的特殊结构决定了它具有特殊的性质，具有 什么样的性质决定了它有什么用途。这一规律在化学学习中很有指导作用。 答案：(1)金刚石的硬度极大，是天然存在最硬的物质 (2)石墨具有良好导电性 (3) 活性炭有吸附性，可吸附毒气 (4)木炭具有疏松多孔结构，具有吸附 性，可吸附色素，使 一些有色物质脱色 (5)石墨质软，且呈灰黑色，在纸上划过可留下痕迹 2． 碳的化学性质 分析碳的原子结构： ，最外层电子数为 4，既不易失电子，又不易得电子， 所以常温下碳的化学性质比较稳定，但随着温度的升高，碳能与许多物质发生反应。 (1)碳的稳定性 常温下，单质碳的化学性质稳定，不易与其他物质发生反应，即使在日光照射或与空气、 水分等充分接触，也不容易发生化学变化。如古代用墨书写或绘制的字画虽天长日久却不褪 色。书写春联时要用墨汁，填写档案或签名时要用碳素笔，都利用了碳在常温下化学性质的 稳定性。 (2)可燃性 在点 燃条件下，单质碳能在氧气(或空气)里燃烧，放出热量，碳可作燃料。 ①氧气充足时，碳充分燃烧：C＋O2=====点燃 CO2 ②氧气不充足时，碳不充分燃烧： 2C＋O2=====点燃 2CO (3)还原性 高温下，单质碳能和某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性，像 CuO 失去氧一样，含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。单质碳具有还原性，可作还原 3 剂，用来冶炼金属。 ①碳跟氧化铜的反应： C＋2CuO=====高温 2Cu＋CO2↑ 用木炭还原氧化铜 ②工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁： 3C＋2Fe2O3=====高温 4Fe＋3CO2↑ ③高温下，单质碳还能与水、二氧化碳反应： C＋H2O(气)=====高温 H2＋CO C＋CO2=====高温 2CO 谈重点 用木炭还原氧化铜的注意事项 ①加热固体，盛放固体的试管口都要略向下倾 斜，其目的是防止加热产生的水倒流回热试管，使试管骤冷炸裂；②实验结束后，应该先将 导管从澄清石 灰水中取出，再停止加热， 以防止液体倒流回热试管，使试管骤冷而炸裂。 该反应的温度要求很高，所以，常在酒精灯上加灯罩集中火焰。 【例 2】根据木炭还原氧化 铜实 验(如下图)填空： 用木炭还原氧化铜 (1)反应开始后，盛澄清石灰水的试管中观察到的现象是____________，说明反应中有 ____________( 填 化 学 式 ) 生 成 ， 被 加 热 的 试 管 中 发 生 反 应 的 化 学 方 程 式 是 ________________________________________________________________________。 (2)反应完成后，把被加热的试管里的粉末倒在纸上可以看到有__________色的铜，这 是由于氧化铜发生了____________反应。 (3)图中的酒精灯上加一金属网罩的作用是__________________________。 (4)实验结束时，应先____________，再____________，防止____________________。 解析：木炭还原氧化铜的明显现象是黑色氧化铜粉末变成亮红色，产生能使澄清的石灰 水变浑浊的气体，所以澄清石灰水是检验二氧化碳的一种试剂，也是此类型题目中的提示点； 酒精灯加网罩，目的是使火焰集中，提高温度，该实验要求温度较高，如果有条件最好用酒 精喷灯；因为实验结束后试管里的温度较高，若不先撤出导管，石灰水会倒流，使试管炸裂。 答案：(1)澄清石灰水变浑浊 CO2 C＋2CuO=====高温 2Cu＋CO2↑ (2)红 还原 (3)使酒 精灯的火焰集中，以提高温度 (4)将导管从石灰水中撤出 熄灭酒精灯 石灰水倒流使试 管炸裂 3．正确认识碳元素与碳单质 碳元素可组成不同的碳单质。常见的碳单质有金刚石、石墨、C60 等。要正确理解元素 4 与单质的关系，认识同种元素可形成多种单质的原因。 (1)同种元素可组成不同单质 不同种元素可组成不同单质，同种元素也可以组成不同的单质，如 O2 和 O3，金刚石、 石墨和 C60 等，都是由同种元素组成的不同单质。 (2)碳原子排列方式不同，决定碳单质的物理性质不同 物质的组成和结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。物质的结构、性质、 用途关系密切。 (3)只含一种元素的物质不一定是单质 金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，二者混合后，虽然只含一种元素，但却是混合 物。即：同种元素组成的物质可能是单质，也可能是混合物，但一定不是化合物。 (4)石墨转化成金刚石是化学变化 石墨在高温、高压的条件下可以转化成人造金刚石，这一变化属于化学变化，因为金刚 石和石墨是不同物质。 (5)碳单质的化学性质相同 碳单质的物理性质不同，但其化学性质相同，常温下性质稳定，都具有可燃性、还原性。 【例 3—1】(综合题)下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确 的是( ) A．这四种物质都很软，可作润滑剂 B．这四种物质碳原子的排列方式相同 C．这四种物质完全燃烧后的产物都是 CO2 D．这四种物质的结构中都是每个碳原子连接 3 个碳原子 解析： A × 石墨是平面网状结构，很软，金刚石为空间网状结构，硬度很大。 B × 从图中可看出四种物质的碳原子的排列方式明显不同 C √ 四种物质都由碳原子构成，完全燃烧产物都是二氧化碳 D × 金刚石中每个碳原子连接 4 个碳原子 答案：C 【例 3—2】(综合题 )某物质经鉴定只含有一种元素，则该物质( ) A．肯定是一种单质 B．可能是几种单质组成的混合物 C．肯定是纯净物 D．可能是化合物 解析：如把金刚石和石墨混合在一起，只含碳元素，但金刚石和石墨是不同单质，应属 于混合物；化合物含不同元素，该物质只含一种元素，绝对不可能是化合物。 答案：B 4．氧化反应与还原反应 5 以木炭和氧化铜反应为例： C＋2CuO=====高温 2Cu＋CO2↑ (1)氧化反应、还原反应 木炭夺取了氧化铜中的氧，生成了 CO2，物质与氧发生的反应叫做氧化反应。氧化铜失 去氧变成单质铜，这种含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应 。 (2)氧化剂、还原剂 氧化铜提供氧，使木炭发生氧化反应，提供氧的物质是氧化剂。木炭夺取了氧化铜中的 氧，使氧化铜发生还原反应，得到氧的物质是还原剂。氧化剂、还原剂都是指反应物。 (3)氧化性、还原性 在反应中，物质供给氧的性质叫氧化性，如氧化铜具有氧化性；物质夺取氧的性质叫还 原性，如木炭具有还原性。 析规律 氧化还原反应规律 还原剂有还原性，结合氧，发生氧化反应，如 C；氧化剂 有氧化性，失去氧，发生还原反 应，如 CuO。氧化反应和还原反应同时进行。 【例 4—1】(探究题)对于氧化还原反应的认识，下列说法错误的是( ) A．对于同一个化学反应，不可能既是氧化反应又是还原反应 B．氧化还原反应可以从得氧失氧的角度研究化学反应 C．氧化剂是指能够供给氧的物质，还原剂是指能够得到氧的物质，它们指的都是反应 物 D．在木炭还原氧化铜的实验中，木炭发生了氧化反应，氧化铜发生了还原反应 解析：氧化还原反应存在于同一个反应中，对于一个化学反应，它是氧化反应，就一定 是还原反应，即有物质得氧，那就一定有物质失氧，反之也成立。 答案：A 【例 4—2】(应用题)在化学反应 3CO＋Fe2O3=====高温 2Fe＋3CO2 中，下列说法正确的是( ) A．CO 在反应中得到了氧，具有氧化性，是氧化剂 B．Fe2O3 在反应中失去氧，具有还原性，是还原剂 C．CO 发生了还原反应 D．Fe2O3 发生了还原反应 解析：氧化剂是提供氧的物质，还原剂是得到氧的物质，故 CO 是还原剂，而 Fe2O3 是氧 化剂；氧化剂提供氧，发生了还原反应，还原剂得到氧，发生氧化反应，故 CO 发生了氧化 反应，而 Fe2O3 发生了还原反应。 答案：D