课题1 碳单质的多样性 第1课时（同步讲义）初中化学人教版（2024）九年级上册 第六单元 碳和碳的氧化物（原卷版）

第六章碳和碳的氧化物课题1碳单质的多样性第1课时碳单质的多样性教学目标1.了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途。2.知道物质具有多样性，不同的元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同的物质。3.了解无定形碳，清楚活性炭的吸附能力。重点和难点重点：金刚石、石墨和C60的物理性质与用途。难点：同种元素组成不同的单质。◆知识点一碳的单质1.同种元素可以组成不同单质（1）不同种元素可以组成的单质，如氧气是由氧元素组成的单质，氮气是由氮元素组成的单质。（2）同一种元素也可以组成的单质，如金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。同种元素组成的物质一定是单质吗?答：不一定。同种元素组成的物质可能是，也可能是。如金刚石和石墨混合在一起，虽然只含有碳元素，但金刚石和石墨不是一种物质，它们混合在一起，属于。同种元素组成的纯净物一定是。（3）几种常见的由同种元素组成的不同单质常见元素COP组成的不同单质金刚石、石墨和C60氧气和臭氧红磷和白磷2.金刚石、石墨和C60的物理性质及用途物质结构性质用途金刚石立体网状质硬（天然存在的最的物质）裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等无色透明、璀璨夺目(琢磨后)作装饰品——钻石在特殊条件下制备的金刚石薄膜：透光性好、硬度大→作光学窗口和透镜的涂层导热性好→用于集成电路基板散热石墨层状色、有感、质软作铅笔芯、润滑剂熔点作高温润滑剂优良的性高铁列车的受电弓滑板、作电极C60形似足球具有一些特殊的物理和化学性质广泛应用于、、材料、医学及生物等领域区别与联系①导致三者的物理性质存在明显差异；②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本。①金刚石和石墨都是由构成的，C60是由构成的，每个C60分子由构成。②石墨在高温、高压和催化剂的条件下可以转化为金刚石，二者为碳元素组成的不同单质，由石墨转化为金刚石是变化。3.无定形碳（1）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为(由石墨的细小晶体和少量杂质形成),属于物，主要成分是碳单质，结构与石墨类似。（2）木炭与活性炭①探究木炭(或活性炭)的吸附性实验装置及步骤在盛有半瓶水的小锥形瓶里，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭(或活性炭),轻轻振荡锥形瓶，观察现象实验现象溶液的红色逐渐变浅，最终褪为无色实验分析木炭(或活性炭)有，吸附了水中的，色素减少，水的颜色变浅直至无色②木炭和活性炭都具有吸附能力原因都具有的结构用途木炭吸附一些食品和工业产品里的、有的物质活性炭a.用在防毒面具里吸附有毒气体；b.制糖工业中脱色以制取白糖；e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；d.吸附室内装修产生的有害气体①活性炭可由木炭经水蒸气高温处理制得，其吸附能力比木炭的。吸附性属于性质，木炭、活性炭对其他物质的脱色发生的是物理变化。（3）焦炭、炭黑①焦炭用于冶金工业，作剂。②炭黑用于制造、油漆、鞋油、、橡胶的补强剂和填料(将炭黑加到橡胶里，可以增加橡胶的耐磨性)等。碳和炭的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称，具有广泛、概括的含义，并不是具体指某种物质，比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等。而“炭”表示由碳元素组成的具体的物质——木炭、活性炭、焦炭等。一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”“当碳燃烧时”。即学即练1．下列物质的用途正确的是A．金刚石裁玻璃 B．活性炭做电车的电刷C．用石墨制成的墨汁绘画 D．用木炭脱色制白糖2．金刚石和石墨的微观结构如图，下列有关说法正确的是A．金刚石和石墨的组成元素不相同 B．构成金刚石和石墨的原子大小不同C．金刚石和石墨的化学性质相似，物理性质差别很大 D．石墨能导电，所以石墨是金属3．下列物质的性质和用途的对应关系，正确的是A．金刚石硬度大，可用于切割玻璃 B．石墨具有导电性，可制作铅笔芯C．炭黑具有可燃性，可制作墨水 D．木炭具有吸附性，可用作燃料考点一同种元素组成的单质【例1】（多选）下列关于物质分类的叙述正确的是A．同种元素组成的物质一定是单质 B．混合物一定是含有不同种元素的物质C．不同的物质可能含有相同的元素 D．化合物一定是含有不同种元素的物质【变式1-1】现代科学又发现了H3、C60、C90、N5、N60、…，据此可作出的推测是①同一种元素可以形成多种单质

②同种元素构成的物质不一定是纯净物③单质可能存在复杂的分子结构④同种元素形成的单质之间可能存在更多的相互转化。A．只有①② B．只有②③ C．只有③④ D．①②③④【变式1-2】下列说法正确的是A．一种元素只能形成一种单质 B．由碳元素形成的单质都是黑色的C．同种元素组成的不同种单质性质相同 D．一种元素可能形成几种单质考点二碳单质的结构、性质与用途【例2】下列有关碳单质的说法，正确的是A．石墨有优良的导电性，可以用作电极B．活性炭和石墨都是碳的单质，都可用来填充防毒面具C．在一定条件下，石墨可转化为金刚石，这个变化是物理变化D．金刚石、石墨和都是黑色固体【变式2-1】下列物质的性质和用途及其对应关系均正确的是选项物质性质用途A金刚石硬度大作装饰品B石墨颜色为灰黑色作电极C木炭具有可燃性冶铁炼钢D活性炭有吸附性净水【变式2-2】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。（1）金刚石是无色透明的固体，其硬度（填“大”或“小”）可当作钻头。（2）石墨是灰黑色有金属光泽的固体，天然最软的矿物之一，还具有性，因此可作为电极、电刷。（3）金刚石和石墨物理性质差异的原因。（4）C60这种物质由（填“分子”或“原子”）构成。考点三木炭、活性炭的吸附性【例3】某品牌直饮水机内部结构如图，下列说法不正确的是A．活性炭可吸附水中的色素和异味 B．超滤膜过滤可除去水中的不溶性杂质C．紫外线灯管照射的作用是杀菌消毒 D．最终得到的直饮水是纯净物【变式3-1】如图是同学们自制的水净化装置，下列对该装置分析正确的是A．能杀菌消毒 B．能除去水中的色素和异味C．能淡化海水 D．能获得纯净水【变式3-2】碳是人类接触得最早、利用得最多的元素之一。（1）化学中有一种分子结构形似足球的物质（如图1），其化学式为。（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合。因为活性炭有的结构，具有能力，所以炭雕除了可以美化居住环境，还可以净化室内空气。（3）图3表示的物质的名称是，是天然存在的最的物质。基础达标1．下列有关金刚石、石墨、的说法中，正确的是A．构成它们的原子大小不同 B．金刚石是硬度最大的物质C．金刚石、石墨、由不同种原子构成 D．具有独特性质是因为它有独特的结构2．根据图示，下列说法中描述错误的是A．四种物质都是由碳原子构成的B．四种物质均可以在氧气中燃烧C．碳纳米管的发现进一步丰富了碳材料大家族D．金刚石和石墨性质存在差异的原因是原子排列方式不同3．实验测得某物质中只含有碳元素，则这种物质A．一定是金刚石或石墨中的一种B．可能是一种碳单质，也可能是几种碳单质组成的混合物C．一定是含碳元素的单质D．一定是金刚石、石墨和组成的混合物4．浙江大学制造出了超轻物质，取名“碳海绵”(如图，主要成分是石墨烯和碳纳米管)，刷新了超轻固体材料的世界纪录，也是目前吸油力最强的材料。下列对碳海绵的说法错误的是A．在一定条件下可还原氧化铜 B．是轻质透明且不易变质的固体C．使用时须特别注意防火 D．可处理海上石油泄漏5．下列对于碳单质的认识不正确的是A．金刚石是天然存在的最硬的物质 B．石墨有金属光泽，能导电，属于金属单质C．活性炭具有吸附性，可以吸附色素和异味 D．炭黑在常温下性质非常稳定6．2025年1月10日全球首列碳纤维地铁列车“CETROVO1.0碳星快轨”在青岛地铁1号线开启运营之旅，其车体、转向架构架等主承载结构均采用碳纤维复合材料制造，实现了车辆性能的升级。碳纤维的主要成分是由碳原子直接构成的物质。下列有关说法正确的是A．碳纤维在氧气中充分燃烧生成二氧化碳 B．碳纤维与金刚石的性质完全相同C．碳纤维是一种新型化合物 D．碳纤维是一种金属单质7．模型是对研究对象的本质特质、构成要素、相互关系一种概括性的描述，以下是关于碳的各种模型(如图)，说法不正确的是A．四种物质都由碳元素组成B．四种物质都属于单质C．四种物质都是由原子直接构成的D．四种物质具有相似的化学性质8．单层石墨称为石墨烯，石墨烯是一种革命性材料，具有优异的光学、电学和力学特性。下列说法正确的是①石墨烯是一种新型化合物②石墨在一定条件下转变为金刚石是物理变化③金刚石和石墨烯分别在足量的氧气中完全燃烧的产物相同④金刚石和石墨烯是组成相同但结构不同的两种物质⑤金刚石、石墨和足球烯（）都是由碳原子直接构成的A．①② B．④⑤ C．②③ D．③④9．（多选）C60的发现为人类打开了一个崭新的碳世界。关于C60的叙述不正确的是A．C60是由60个碳原子构成的B．C60是一种新型化合物C．C60能与氧气反应生成二氧化碳D．C60具有独特性质的原因在于它有独特的结构10．（多选）碳单质存在的形式多种多样，除了金刚石、石墨之外，科学家们又相继发现了一些新的碳单质，如等。下列对于碳单质的认识中，不正确的是A．石墨转化为金刚石属于化学变化 B．金刚石、石墨、都由原子直接构成C．所有的碳单质都能导电 D．等碳材料是一种未来革命性材料综合应用11．据图回答下列问题。（1）图1所示的物质的用途中，利用了石墨导电性的是（填序号）。（2）炭雕（如图2）是活性炭成型技术与传统雕刻工艺的完美结合，可以净化空气，这里利用了活性炭的（填“物理”或“化学”）性质。（3）世界上最轻的固体材料“碳海绵”由碳元素组成，具有多孔结构，弹性好。它对石油有很强的吸附能力（不吸水），将吸入的石油挤出后仍可恢复原状。下列关于“碳海绵”的说法，正确的是______（填字母）。A．具有吸附性B．可重复利用C．可处理海上石油泄漏12．水是宝贵的自然资源，日常生活、工农业生产和科学实验都离不开水。（1）根据硬度不同，天然水分为硬水和软水，硬水中含有较多的两种阳离子，是、（用离子符号表示）。区别软水和硬水的办法是取水样，加入，振荡，若观察到泡沫较丰富，则是（填“硬水”或“软水”）。（2）某家用净水机工作原理如图所示：净水机中，PP棉净水原理是（填“过滤”或“蒸馏”）。颗粒活性炭可去除异味和余氯，是因为活性炭具有良好的性。（3）请写一条日常生活中，节约用水的举措：。13．阅读科普短文并回答问题：在常温下为黑色或深棕色的固体，密度为，熔点280℃以上。分子具有空心球体结构，由12个正五边形和20个正六边形封闭而成。分子形状像一个足球，因此也被称为富勒烯或足球烯。在惰性气体（如氦气或氩气）气氛下，通过石墨电极之间的电弧放电，使石墨蒸发，冷却后形成。由于具有这种独特的分子结构，在气体存储、新型催化剂和超导材料的研制以及光学和医学等领域具有应用前景。例如，研究表明，与K等金属反应生成的化合物是超导体。（1）是由构成的。（2）由石墨制得属于变化（填“物理”或“化学”）。（3）下列属于物理性质的是______（填字母）。A．密度为 B．能与K等金属反应 C．熔点280℃以上（4）的应用（写一点即可）。14．结合下列图片，回答问题。（1）属于金刚石用途的是（填字母）。（2）利用了石墨导电性的是（填字母）；石墨可用于制铅笔芯，是因为石墨的（填性质）。（3）冰箱除味剂中含有活性炭，该物质具有的结构。拓展培优15．阅读下列科普短文。神奇的碳材料石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料，一层层叠起来就是石墨，1mm厚的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯具有优良的导电和光学性能。除石墨烯外，科学界还不断研发出新型碳材料，碳气凝胶就是其中一种。将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，制造出的一种超轻固体材料被称为“全碳气凝胶”（如图1），是迄今为止世界上最轻的材料。“全碳气凝胶”还是吸油能力最强的材料之一，吸收量可高达自身质量的900倍。碳气凝胶具有优良的吸附性能，在环境净化中发挥重要作用。科研人员在不同温度下制备了三种碳气凝胶样品，比较其对CO2的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定了上述样品对混合气体中CO2吸附的选择性值，实验结果如图2.图中选择性值越高，表明碳气凝胶对CO2的选择性吸附性能越好。未来，碳材料将会有更广阔的应用领域。根据文章内容，回答问题。（1）石墨烯微观上是由构成的。（2）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的性。（3）石墨在生活中用途广泛，请将石墨用途与对应性质连线。（4）全碳气凝胶可应用在的领域（一种即可）。（5）分析图2曲线，得出的实验结论有：a.在实验研究范围内，同一温度下制备的碳气凝胶，压强越大，对CO2的选择性吸附性能越；b.。16．2023年12月，我国科学家首次成功合成了分别由10、14个碳原子组成的环型纯碳分子材料，碳材料家族再添两位新成员的这一科研成果已发表在学术期刊《自然》上。相关团队创新性地将全卤化萘（）和全卤化蒽（）两种分子放在“手术台上”（氯化钠薄膜）并将其“麻醉”（液氮冻住），有关情况如图1、图2所示。研究人员利用STM针尖作为“手术刀”对其进行“手术”（原子操纵），进而诱导两种分子完全脱卤并伴随发生反伯格曼开环反应，最终成功地在氯化钠薄膜表面上合成了两种芳香性环型碳和。研究发现，化学键分辨的原子力显微镜表明，不同于此前的聚炔型结构，和均具有累积烯烃型的结构。这项研究工作推动了环型碳领域的发展，提出的表面合成策略有望成为一种合成一系列环型碳的普适性方法。同时，合成的环型碳有望发展成为新型半导体材料，并在分子电子器件中有着广阔的应用前景。回答下列问题。（1）碳元素是地球上最常见的化学元素之一，碳原子的最外层有个电子。（2）从宏观角度看，石墨、金刚石、富勒烯（）、石墨烯、、和的相同之处是；从微观角度看，石墨、金刚石的主要差别是。（3）全卤化萘（）的相对分子质量比全卤化萘（）大，全卤化萘固体完全脱卤产生固态和另一种气态双原子分子产物的化学方程式是。（4）构成氯化钠的微观粒子符号是。液氦和氦气的相关转化过程中