化学人教版九上考点突破练：6.1 金刚石、石墨和C60

6.1\o"6.1金刚石、石墨和C60"金刚石、石墨和C60考点1氧化还原反应1、碳还原金属氧化物（用于工业冶炼金属）碳+某些金属氧化物高温金属单质+CO2↑2、氧化还原反应分析CuO失去氧元素，有氧化性，是氧化剂，被还原，发生还原反应C夺取氧元素，有还原性，是还原剂，被氧化，发生氧化反应氧化反应：物质结合氧元素的反应。还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。氧化剂：在反应中提供氧元素的物质，具有氧化性，如CuO；还原剂：在反应中得到氧元素的物质，具有还原性，如C、CO、H2等；3、碳与二氧化碳反应：C+CO22CO（吸热反应）4、补充：置换反应：一种单质与一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应。【典例1】工业炼铁原理为3CO+Fe2O32Fe+3CO2，其中CO体现还原性。下列化学反应中有物质体现还原性的是（）A．SO3+H2O═H2SO4 B．H2+CuOCu+H2O C．CuSO4+BaCl2═BaSO4↓+CuCl2 D．H2SO4+2NaOH═Na2SO4+2H2O【答案】B。【解析】A、该反应体现二氧化硫和水能反应的性质，错误；B、该反应中氢气夺取了氧化铜中的氧，体现还原性，正确；C、该反应是物质阴阳离子的交换，不体现还原性，错误；D、该反应是物质阴阳离子的交换，不体现还原性，错误。故选：B。【典例2】化学与我们的生活、生产、科技密切相关。（1）中国自主研发的“天问一号”火星探测车已成功登陆火星。硅片太阳能电池板是探测车主要高温动力来。在制硅反应SiO2+2CSi+2CO↑中，发生还原反应的物质是SiO2。（2）我国具有丰富的海洋资，海水中含量最多的阳离子是Na+（填离子符号）。（3）二氧化氯（ClO2）是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂，可应用于自来水和公共场所的杀菌、消毒处理。ClO2中氯元素的化合价为+4价。（4）超氧化钾（KO2）常备于急救器和消防队员背包中，能迅速与水反应放出氧气，同时生成氢氧化钾（KOH）以及种用于实验室制取氧气的物质，其反应的化学方程式为2KO2+2H2O═2KOH+H2O2+O2↑。【答案】（1）SiO2；（2）Na+；（3）+4；（4）2KO2+2H2O═2KOH+H2O2+O2↑。【解析】（1）由SiO2+2CSi+2CO↑，碳夺取了二氧化硅中的氧，具有还原性，作还原剂；二氧化硅失去了氧，发生了还原反应；（2）我国具有丰富的海洋资，海水中氯化钠含量最高，因此含量最多的阳离子是Na+。（3）ClO2中氧元素化合价是﹣2，根据化合物中元素化合价代数和为零可知，氯元素的化合价为+4价。（4）超氧化钾（KO2）能迅速与水反应放出氧气，同时生成氢氧化钾（KOH）以及种用于实验室制取氧气的物质，实验室制取氧气的物质是过氧化氢；其反应的化学方程式为：2KO2+2H2O═2KOH+H2O2+O2↑。故答案为：（1）SiO2；（2）Na+；（3）+4；（4）2KO2+2H2O═2KOH+H2O2+O2↑。【变式训练1】在2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑反应中，还原剂是（）A．C B．CO2 C．Fe2O3 D．Fe【答案】A。【解析】由反应的化学方程式2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑可知，氧化铁失去氧生成铁发生了还原反应，是氧化剂；碳得到氧生成二氧化碳发生了氧化反应，是还原剂。故选：A。【变式训练2】下列关于物质的组成、结构、性质、变化规律以及用途的总结中，正确的是（）A．H2O2、KMnO4、KClO3均含有氧气，都属于氧化物 B．铁原子（Fe）和铁离子（Fe3+）含有的质子数相同，都属于铁元素 C．C、S、P在空气中燃烧都生成气体 D．在高温条件下，C和CO都能使Fe2O3失去氧，在此反应中，C和CO都发生了还原反应【答案】B。【解析】A、H2O2、KMnO4、KClO3均属于纯净物，均不含氧气，H2O2属于氧化物，KMnO4、KClO3均含有三种元素，不属于氧化物，故选项说法错误。B、铁原子（Fe）和铁离子（Fe3+）含有的质子数相同，都属于铁元素，故选项说法正确。C、C、S在空气中燃烧都生成气体，P在空气中燃烧生成五氧化二磷固体，故选项说法错误。D、在高温条件下，C和CO都能使Fe2O3失去氧，在此反应中，C和CO都夺取了氧化铁中的氧，都发生了氧化反应，故选项说法错误。故选：B。【变式训练3】分类、类比是学习化学常用的方法。（1）下列实验或操作中均有气泡出现。请从1﹣4号容器内，气泡中气体的主要成分属于纯净物或混合物的角度，将下列实验A与C（填字母）分为一类，分类依据是：气泡中气体的主要成分均属于纯净物。A．水通电分解B．检查装置气密性C．向试管中加入稀硫酸（2）3CO+Fe2O33CO2+2Fe，H2+CuOH2O+Cu，在这两个反应中Fe2O3、CuO都发生了还原反应，据此推测H2+CuOH2O+Cu反应中CuO发生了还原反应，此反应中氢元素的化合价由0价变为+1。【答案】（1）C；纯净物；（2）CuO；0。【解析】（1）实验A中试管1、2中的气体分别是氢气、氧气，属于纯净物；B中产生的气体是空气，C中产生的气体是氢气，则实验A与C分为一类，分类依据是：气泡中气体的主要成分均属于纯净物。（2）3CO+Fe2O33CO2+2Fe，H2+CuOH2O+Cu，在这两个反应中Fe2O3、CuO都发生了还原反应，H2+CuOH2O+Cu反应中氧化铜失去了氧，发生了还原反应；氢气属于单质，氢元素的化合价为0，此反应中氢元素的化合价由0价变为+1。故答案为：（1）C；纯净物；（2）CuO；0。考点2碳单质及其物理性质和用途1.碳单质的物理性质比较碳单质石墨C碳原子构成金刚石C碳原子构成C60C60分子构成微观结构物理性质深灰色的有金属光泽不透明的细鳞片状固体，耐高温，质地较软，有滑腻感，有良好的导电性。无色透明的、正八面体形状的固体。天然存在的最硬的物质。用途作电极或电刷、石墨炸弹、制铅笔芯、做坩埚，作机械高温润滑剂制装饰品(钻石)、制钻头、切割大理石、玻璃用于超导、催化、材料科学等领域性质差异金刚石和石墨物理性质差异大的原因：碳原子的排列方式不同*C60中的60是指：一个C60分子中含有60个碳原子。*同种元素组成的物质不一定是单质，可能是混合物。（如O2和O3混合；红磷和白磷混合等）*同种元素组成的纯净物才是单质。石墨在高温高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者是碳元素组成的不同单质，该转化是化学变化。2、注意以下几点：（1）关于碳单质的物理性质及用途，可以根据“结构性质用途”这个相互关系来互推巧记和理解；（2）虽然金刚石和石墨都是由碳元素组成的碳的单质，但是金刚石是天然存在的最硬的物质，而石墨却可以说是天然存在的最软的物质，它们的物理性质之所以相差这么大，是由于其中的碳原子的排列方式不同造成的；（3）金属光泽一般是金属的特性，可是石墨却具有金属光泽，但是它不是金属；这一点有特别注意；（4）不同种类的碳：①木炭和活性炭：有疏松多孔结构，具有吸附性，可吸附色素、异味等。木炭：用于除去食品和工业产品里的色素，作冰箱去味剂等。活性炭：活性炭的吸附性比木炭强。用于防毒面具滤毒罐中过滤毒气，制糖工业中白糖脱色，用于净水器、冰箱除味剂，环保活性炭包等。②焦炭：用于冶炼金属。③炭黑：制造黑色染料，油墨，油漆等，添加到橡胶里做补强剂，增强耐磨性。（碳和炭的区别：“碳”是元素名称，并不指具体某种物质；“炭”表示由碳元素组成的具体物质）。【典例3】中考实行网上阅卷，考生答题时必须用2B铅笔填涂答题卡，2B铅笔芯的主要成分是（）A．木炭 B．石墨 C．焦炭 D．铅【答案】B。【解析】A、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含木炭，故选项错误。B、石墨是天然存在的最软的物质之一，在纸张上划过时容易留下痕迹，可用来制作铅笔芯，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，故选项正确。C、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含焦炭，故选项错误。D、2B铅笔芯的主要成分是石墨，铅笔芯是石墨和粘土按照一定比例混合而成的，不含金属铅，故选项错误。故选：B。【典例4】“见著之微，见微之著”是化学的思维方法。如图为金刚石、石墨、足球烯的结构示意图。下列说法正确的是（）A．它们都是由原子直接构成的 B．构成它们的原子的种类和大小都不同 C．构成它们的原子种类相同，但原子的排列方式不同 D．只有石墨和足球烯能在氧气中燃烧，金刚石不能燃烧【答案】C。【解析】A、足球烯是由C60分子构成，不是由原子构成，选项A错误；B、构成三种物质的都是碳原子，其种类和大小都相同，选项B错误；C、构成原子种类相同，只是排列方式不同，形成三种不同物质，选项C正确；D、三种物质都具有碳的化学性质，都可以在氧气中燃烧，选项D错误；故选：C。【典例5】2021年10月16日，搭载神舟十三号载人飞船的长征二号F遥十三运载火箭，顺利将翟志刚、王亚平、叶光富3名航天员送往天和核心舱，他们在太空驻留半年。为让航天员更舒适，核心舱的压强与空气成分都与地球一致，饮食也尽量做到种类丰富、营养均衡。（1）火箭使用的主要燃料是偏二甲肼（C2H8N2）、助燃剂是四氧化二氮（N2O4），反应方程式为C2H8N2+2N2O4═2X↑+3N2↑+4H2O（一定条件下），其中X化学式为CO2。（2）核心舱内空气中含量最多的气体是氮气。空气中的异味，可通过含有活性炭的过滤器除去，此过程是利用了活性炭的吸附性。【答案】（1）CO2；（2）氮气；吸附。【解析】（1）由“C2H8N2+2N2O4═2X↑+3N2↑+4H2O”可知：反应前含有2个碳原子、8个氢原子、6个氮原子、8个氧原子，反应后有6个氮原子、8个氢原子、4个氧原子，剩余2个碳原子和4个氧原子，则X的化学式为CO2；故答案为：CO2；（2）核心舱的压强与空气成分都与地球一致，则核心舱内空气中含量最多的气体是氮气。空气中的异味，可通过含有活性炭的过滤器除去，此过程是利用了活性炭的吸附性；故答案为：氮气；吸附。【变式训练1】下列关于用途的叙述，错误的是（）A．用活性炭做冰箱除味剂 B．用活性炭冶炼金属 C．用石墨和黏土可制成铅笔芯 D．用石墨可做干电池的电极【答案】B。【解析】A、活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味，因此可用活性炭做冰箱除味剂，故A正确；B、冶炼金属时不是用活性炭而是用焦炭，故B错误；C、石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，因此可用石墨和黏土可制成铅笔芯，故C正确；D、石墨具有导电性，因此可用石墨可做干电池的电极，故D正确。故选：B。【变式训练2】下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是（）A．由图1可推测常温下碳的化学性质很活泼 B．由图2可知一个碳原子的质量为12.01g C．图3中三种物质完全燃烧后的产物相同 D．图3中石墨在一定条件下转化为金刚石，发生的是物理变化【答案】C。【解析】A、由图1可知碳原子的最外层有4个电子，在化学反应中既不易得电子，也不易失电子，可推测常温下碳的化学性质不活泼，故A错误；B、由图2可知碳的相对原子质量为12.01，而不是一个碳原子的质量为12.01g，故B错误；C、图3中三种物质都是由碳元素组成的单质，由质量守恒定律可知，三种物质完全燃烧后的产物相同，故C正确；D、图3中石墨在一定条件下转化为金刚石，有新物质生成，发生的属于化学变化，故D错误。故选：C。【变式训练3】请从下列物质中选择填空（填序号）。①石墨②活性炭③木炭④C60（1）可用于制铅笔芯的是①。（2）可用于超导体的是④。（3）可用作燃料的是③。（4）可用于去除冰箱异味的是②。（5）有疏松多孔的结构的是②③。【答案】（1）①。（2）④。（3）③。（4）②。（5）②③。【解析】（1）石墨质软，能在纸上留下灰黑色痕迹，可用于制铅笔芯；故答案为：①。（2）C60可用于超导体；故答案为：④。（3）木炭具有可燃性，可用作燃料；故答案为：③。（4）活性炭具有吸附性，可用于去除冰箱异味；故答案为：②。（5）木炭和活性炭具有疏松多孔的结构；故答案为：②③。【变式训练4】化学在日常生活、能和科学技术等领域有广泛应用。（1）科学家用Xe（氙气）首次合成了XePtF6，在XePtF6中Xe、F分别显+1、﹣1价，则XePtF6中Pt的化合价为+5。（2）氢氧燃料电池是一种新型电池，氢气可通过以下反应获取：2NaCl+2H2O2X+Cl2↑+H2↑，其中X的化学式为NaOH。（3）2021年10月，我国三位宇航员乘坐神舟十三号到太空出差6个月。字航员舱外服实际上是个独立的狭小空间，废气处理系统保障着宇航员的生命。①该系统让呼吸产生的废气进入一个装有活性炭的滤网除去有害气体，此过程利用了活性炭的吸附性。②宇航员呼出的二氧化碳用含氢氧化锂（LiOH）的过滤网吸收，生成碳酸锂和水，反应的化学方程式为CO2+2LiOH═Li2CO3+H2O。【答案】（1）+5；（2）NaOH；（3）①吸附；②CO2+2LiOH═Li2CO3+H2O。【解析】（1）在XePtF6中Xe、F分别显+1、﹣1价，设Pt的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：（+1）+x+（﹣1）×6＝0，则x＝+5价。（2）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，由反应的化学方程式，反应前钠、氯、氧、氢原子个数分别为2、2、4、2，反应后的生成物中钠、氯、氧、氢原子个数分别为0、2、2、0，根据反应前后原子种类、数目不变，则2X分子中含有2个钠原子、2个氢原子和2个氧原子，则每个X分子由1个钠原子、1个氧原子、1个氢原子构成，则物质X的化学式为NaOH。（3）①该系统让呼吸产生的废气进入一个装有活性炭的滤网除去有害气体，此过程利用了活性炭的吸附性，能吸附有害气体。②二氧化碳与氢氧化锂反应生成碳酸锂和水，反应的化学方程式为CO2+2LiOH═Li2CO3+H2O。故答案为：（1）+5；（2）NaOH；（3）①吸附；②CO2+2LiOH═Li2CO3+H2O。考点3碳的化学性质碳的几种单质物理性质各异，而化学性质却相似。1、常温下化学性质不活泼（原因：碳原子的最外层电子数为4，不易得失）用途：用炭黑制成的墨书写绘画，档案用碳素墨水书写，木质电线杆埋入地下部分烤焦增强耐腐蚀性。2、可燃性（作燃料）反应物氧气充足，碳完全燃烧氧气不足，碳不完全燃烧C+O2点燃CO22C+O2点燃2CO质量比3：83：4结论反应物相同时，若反应物的用量不同，则生成物不同应用证明某物质含有碳元素（证明燃烧有二氧化碳生成）：点燃该物质，火焰上方罩内壁涂有澄清石灰水的烧杯，若浑浊，则有二氧化碳生成，从而证明该物质含有碳元素。3、还原性木炭还原氧化铜实验装置实验现象实验结论=1\*GB3①黑色粉末逐渐变成光亮的红色；=2\*GB3②澄清石灰水变浑浊。生成了红色的铜和二氧化碳；化学方程式C+2CuO高温2Cu+CO2实验分析=1\*GB3①木炭粉和氧化铜粉末烘干的原因：防止木炭与水蒸气反应生成的氢气和一氧化碳与氧化铜反应。=2\*GB3②火焰加金属网罩的目的：集中火焰，提高温度。=3\*GB3③实验结束后，先撤出导气管，再停止加热的目的：防止石灰水倒流炸裂热的试管。=4\*GB3④待试管冷却后再把试管中的粉末倒出的原因：防止热的铜接触空气又被氧化。⑤木炭配比比理论值稍微多一点，因为木炭会和试管中的氧气反应，【典例6】在丰富多彩的物质世界里，碳及其化合物占有重要地位。（1）书写具有保存价值的档案使用碳素墨水，其原因是常温下碳的化学性质不活泼。（2）在新买的轿车内放活性炭可减少异味，这是利用活性炭的吸附性。（3）C60广泛应用于超导、催化剂、材料、医学及生物领域，C60属于单质（选填“单质”或“化合物”）。（4）家庭液化气的主要成分之一是丙烷（C3H8），反应的化学方程式为C3H8+5O23CO2+4X，则X的化学式为H2O。（5）金刚石和石墨物理性质差异大的原因是碳原子排列方式不同。【答案】（1）常温下碳的化学性质不活泼。（2）吸附。（3）单质。（4）H2O。（5）碳原子排列方式不同。【解析】（1）书写具有保存价值的档案使用碳素墨水，其原因是常温下碳的化学性质不活泼。故答案为：常温下碳的化学性质不活泼。（2）在新买的轿车内放活性炭可减少异味，这是利用活性炭的吸附性。故答案为：吸附。（3）C60是由碳元素组成的纯净物，属于单质。故答案为：单质。（4）反应前后碳原子都是3个，反应前氢原子是8个，反应后应该是8个，包含在未知物质中，反应前氧原子是10个，反应后应该是10个，其中4个包含在未知物质中，则X的化学式为H2O。故答案为：H2O。（5）金刚石和石墨物理性质差异大的原因是碳原子排列方式不同。故答案为：碳原子排列方式不同。【典例7】《天工开物》中介绍了用碳和氧化锌在高温条件下冶炼锌的方法，化学方程式为：2ZnO+C2Zn+CO2↑。该反应中具有还原性的反应物是碳，ZnO中锌元素的化合价为+2价。【答案】碳；+2。【解析】碳夺取了氧化锌中的氧，具有还原性。在化合物中氧元素一般显﹣2价，设锌元素的化合价是x，根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得：x+（﹣2）＝0，则x＝+2价。故答案为：碳；+2。【变式训练1】碳与碳的化合物在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。（1）图1是碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数为4。（2）图2、3、4对应三种碳单质，图2单质的名称是金刚石；它们的物理性质相差很大，其原因是碳原子的排列方式不同。（3）普通干电池采用石墨作为电极材料，是利用石墨优良的导电性。（4）如图5是木炭还原氧化铜的实验，实验中酒精灯火焰处加网罩，其作用是集中火焰、提高温度。此反应中发生还原反应的物质是CuO（填化学式）。【答案】（1）4；（2）金刚石；碳原子的排列方式不同；（3）导电；（4）集中火焰、提高温度；CuO。【解析】（1）由图可知，碳原子的最外层电子数为4；故答案为：4；（2）由图可知，图2的单质名称是金刚石；图2、3、4对应三种碳单质分别是金刚石、石墨、C60，金刚石和石墨均是由碳原子构成，C60由C60分子构成，C60分子由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，所以物理性质差异很大；故答案为：金刚石；碳原子的排列方式不同；（3）普通干电池采用石墨作为电极材料，是利用石墨优良的导电性；故答案为：导电；（4）实验中酒精灯火焰处加网罩，其作用是：集中火焰、提高温度；木炭和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳，该反应中氧化铜失去氧，发生还原反应，故答案为：集中火焰、提高温度；CuO。【变式训练2】金刚石、石墨、C60都是由碳元素形成的单质，它们的原子排列方式不同，导致它们在性质上存在着明显差异。（1）请写出另一组由同种元素形成的不同单质红磷、白磷（或氧气、臭氧等）。（2）石墨具有优良的导电性，常用作干电池的电极。（3）硅是一种良好的半导体材料。工业上制粗硅的反应为：2C+SiO2Si+2CO↑，该反应中SiO2发生还原（填“氧化”或“还原”）反应。（4）已知反应：2Mg+CO22MgO+C，则Mg着火时不能（填“能”或“不能”）使用干粉灭火器灭火。【答案】（1）红磷、白磷（或氧气、臭氧等）；（2）导电性；（3）还原；（4）MgO；不能。【解析】（1）红磷、白磷（或氧气、臭氧等）是另一组由同种元素形成的不同单质。（2）石墨具有优良的导电性，常用作干电池的电极。（3）工业上制粗硅的反应为：2C+SiO2Si+2CO↑，该反应中SiO2失去了氧，发生了还原反应。（4）由质量守恒定律：反应前后，原子种类、数目均不变，由反应的化学方程式，反应前镁、碳、氧原子个数分别为2、1、2，反应后的生成物中镁、碳、氧原子个数分别为0、1、0，根据反应前后原子种类、数目不变，则2X分子中含有2个镁原子和2个氧原子，则每个X分子由1个镁原子和1个氧原子构成，则物质X的化学式为MgO。Mg能在二氧化碳中燃烧，镁着火时不能使用干粉灭火器灭火。故答案为：（1）红磷、白磷（或氧气、臭氧等）；（2）导电性；（3）还原；（4）MgO；不能。【变式训练3】实验小组利用如图所示装置分别进行木炭还原氧化铜的实