课题1 碳单质的多样性 第2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2课时碳单质的化学性质教学目标1.了解碳单质的化学性质。2.理解还原反应，掌握木炭还原氧化铜的实验探究。3.了解碳单质的用途。重点和难点重点：碳单质的化学性质。难点：还原反应。◆知识点一碳单质的化学性质1.常温下碳的稳定性（1）碳原子的结构决定碳单质的性质，碳原子的核内质子数为6，核外电子数也为6，第一层有2个电子，最外层有个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的（很稳定），即使受日光照射或与空气、水分接触，都不容易发生变化。（2）实际应用2.碳与氧气的反应—可燃性在点燃的条件下，碳可以在氧气(或空气)里燃烧，放出热量。氧气充足充分燃烧时，生成二氧化碳现象：。氧气不足不充分燃烧时，生成一氧化碳—①一般情况下，未特殊说明碳是不充分燃烧，通常就是认为碳充分燃烧，生成物为CO2。②反应物的含量有时决定了生成物的种类，例如碳在氧气中燃烧，若氧气的量不同，则生成物不同。碳充分燃烧生成二氧化碳，不充分燃烧生成一氧化碳。③碳和氧气反应时，不论燃烧是否充分，反应过程中都热量。3.碳与某些氧化物的反应—还原性（1）实验探究——木炭还原氧化铜实验装置实验步骤①；②把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀，小心地铺放进试管；③将试管固定在铁架台上，试管口装有通入澄清石灰水的导管；④用酒精灯(可加网罩，最好使用酒精喷灯)加热混合物几分钟；⑤撤出导管，用弹簧夹夹紧乳胶管，停止加热，待试管后再把试管里的粉末倒在纸上实验现象开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，粉末变为，澄清石灰水变实验分析开始加热时，试管中的空气因受热体积膨胀而逸出；温度达到高温后，木炭与氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另一种生成物二氧化碳为无色气体，能使澄清石灰水变浑浊实验结论碳和氧化铜在高温下反应生成铜和二氧化碳；木炭具有性化学方程式①根据化学方程式计算可知，木炭与氧化铜反应时的理论质量比约为1:13.3，但因为反应过程中，木炭会和试管中的氧气反应，所以木炭粉应该稍，木炭粉与氧化铜粉末的质量比最好控制在左右。②木炭粉烘干的原因：。③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止。④开始加热时，导管口有无色气泡冒出，但澄清石灰水不变浑浊，这是因为刚开始排出的是试管内的。⑤实验结束后，应先把导管从澄清石灰水中撤出，再熄灭酒精灯，防止。⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止。⑦网罩的作用：。（2）碳的还原性即学即练1．下列说法不能说明碳在常温下化学性质稳定的是A．用碳素墨水书写档案 B．古代的水墨画保存百年不褪色C．钻石恒久远，一颗永流传 D．炭雕能吸附室内甲醛2．中科院研究人员成功合成了一种类似金刚石结构的物质—“T-碳”（化学式为C）。有关“T-碳”的说法错误的是A．完全燃烧的产物是二氧化碳 B．常温下化学性质稳定C．由原子直接构成 D．物理性质与石墨相似3．下面是某同学做完碳的还原性实验后所写的化学方程式：2CuO+C2Cu+CO2↑。下列说法中正确的是A．实验时大试管中红色粉末变黑B．化学反应前后试管中固体总质量不变，符合质量守恒定律C．碳发生了还原反应，有还原性D．该反应中CuO中的氧被C夺去4．我国劳动人民早在五千年前就会使用木炭炼铜，在化学实验室里模拟炼铜，既可用传统的实验装置（见图甲），又可用改进的微型实验装置（见图乙）。化学兴趣小组采用图乙装置，开展以下探究活动。（1）写出木炭与氧化铜反应的化学方程式，其中发生还原反应的物质是。（2）判断木炭与氧化铜已经发生反应的依据是。（3）使用图乙装置与使用图甲装置相比，其优点是（写出一条即可）。一、密闭容器中碳与氧气反应后物质成分的判断此类题型考查在密闭容器中，一定质量的碳与氧气反应后所得物质的成分(一般考查气体成分)的确定。根据碳在氧气中充分燃烧与不充分燃烧的化学方程式进行分析讨论，再利用所给的碳与氧气的质量比确定反应后所得物质的成分。可利用数轴帮助分析理解，具体分析如下。碳在氧气中的反应：碳与氧气的质量比所得物质成分O2、CO2CO2CO、CO2COCO、C所得气体成分O2、CO2CO2CO、CO2COCO表格信息可用数轴表示：实践应用1．将一定质量的碳和氧气放入密闭容器中引燃，两者恰好完全反应，测得容器中只有CO2和CO。则原来密闭容器中碳和氧气的质量比可能是A．3∶4 B．3∶8 C．1∶2 D．1∶3二、还原反应含氧化合物里的氧被夺去的反应属于还原反应。天平不平衡不等于不遵守质量守恒定律在反应2CuO+Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Cu+CO2↑中，氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原，发生反应。氧化铜在反应中提供氧，具有性，是氧化剂。木炭夺去了氧化铜里的氧生成了二氧化碳，发生了反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，具有性，是还原剂。实践应用1．（多选）明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火锻红，冷淀，毁罐取出，即倭铅也”（注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，煅烧时分解为氧化锌和二氧化碳。泥罐中掺有煤炭），下列说法不正确的是A．倭铅是指金属锌和铅的混合物 B．煤炭中起作用的主要成分是CC．冶炼Zn过程中，ZnO发生了还原反应 D．反应过程中只有锌元素化合价发生改变考点一碳单质的可燃性【例1】如图是墨经记载“立窑烧烟法”的示意图，炉膛口较小，松木置于炉膛中燃烧，瓮中收集的黑烟主要为炭黑可用于制墨。请回答下列问题：（1）墨中的主要元素是（写元素名称）；水墨画能长时间保存，是因为。（2）炭黑产量与炉堂口的大小填“有关”或“无关”。（3）请你写出炉膛中发生化学变化的化学方程式：。（4）石墨与炭黑都是由同种元素组成，但它们的物理性质差别很大，原因是。【变式1-1】新材料“碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管(两者都是碳单质)，具备高弹性和疏松多孔的结构，其密度约为氢气密度的两倍。关于“碳海绵”的说法中不正确的是A．“碳海绵”充分燃烧生成CO2 B．“碳海绵”具有吸附性，属于物理性质C．“碳海绵”具有一定的吸附性 D．“碳海绵”是单质【变式1-2】“超级黑”是一种碳纳米管制造的新型材料，它只吸收0.035%的光线，传导热的效率为铜的7倍，坚固程度为钢的10倍。下列说法正确的是A．“超级黑”是一种新型的化合物 B．在一定条件下，“超级黑”能够燃烧C．“超级黑”说明碳单质都是黑色 D．“超级黑”中碳元素的化合价为+4【变式1-3】相同质量的碳燃烧分别生成和，消耗氧气的质量比是A． B． C． D．考点二碳单质的还原性【例2】“中国高铁，世界第一”高铁列车车体材料使用的不锈钢中加入了金属镍增强性能，工业上采用火法炼镍的原理是：，下列说法错误的是A．反应中X的化学式为 B．是一种氧化物C．此变化前后的化合价降低了 D．此反应说明碳具有氧化性【变式2-1】中国科研团队受“弓弩”等结构启发，研制出碳单质家族的新成员—“碳弹簧”，该新型碳材料由多孔碳材料制作而成。下列关于“碳弹簧”的说法正确的是A．常温下，“碳弹簧”的化学性质很活泼B．“碳弹簧”中碳原子静止不动C．在一定条件下，“碳弹簧”可以与氧化铜发生反应D．“碳弹簧”在氧气中燃烧只能生成二氧化碳【变式2-2】华为手机搭载的先进芯片备受关注，制取芯片的主要材料是硅，其生产过程涉及的主要化学反应为2C+SiO2Si+2CO↑。关于该反应叙述错误的是A．2C表示2个碳原子B．C具有还原性C．该反应有两种氧化物D．参加反应的C和SiO2的质量比为2∶1【变式2-3】燃煤发电仍是我国电力的主要来源。如何实现燃煤产生的二氧化碳零排放，科学家设想利用煤和氧化铁反应发电并将二氧化碳转变成液体燃料甲醇(CH3OH)的新工艺获得了一定的进展，该设想的反应原理流程如图所示：（1）将煤磨成煤粉，是为了增大，提高反应速率和原料利用率。（2）“反应器”中主要的化学反应方程式为。（3）“分离器”的产物用“热空气循环氧化”，“热空气”中参与反应的物质主要是。（4）“合成器”中发生反应的化学方程式可表示为：CO2+3H2=CH3OH+。（5）该流程主要产生的废弃物是。考点三有关碳单质性质的实验探究【例3】李洋同学在实验室用木炭和氧化铜两种黑色粉末在高温下反应制取单质铜，他联想到单质碳的一些化学性质，认为在该实验中还可能会有CO产生。【查阅资料】CO气体有毒，不能使澄清石灰水变浑浊，但能使湿润的黄色氯化钯试纸变蓝色。【实验验证】（1）点燃A处酒精灯，数分钟后发现试管中的黑色固体物质变红，反应的化学方程式为：。（2）刚开始预热时，B中立即有气泡产生，但澄清石灰水不变浑浊，原因。（3）C装置中出现的现象，说明有CO气体生成，证明该同学的判断是正确的。【实验反思】（4）李洋同学对CO产生的原因进行了分析。①原因一：木炭和氧化铜在高温条件下直接反应放出产生CO。②原因二：反应中的一种产物和反应物木炭又发生了新的化学反应，产生了CO，请你从原因一、原因二中选择其一，用化学方程式表示其反应原理：。（5）有同学实验结束后立即将试管中的粉末倒出，发现红色粉末逐渐变为黑色，出现这样的原因可能是。【变式3-1】某小组利用如图装置进行木炭与氧化铜的实验，酒精灯加金属网罩是为了提高火焰温度。下列说法错误的是A．该反应说明木炭具有还原性B．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体C．该反应中，化合价降低的是铜元素和碳元素D．装置中发生反应：【变式3-2】在学习了“碳的化学性质”后，化学兴趣小组的同学在老师的指导下打算进行“木炭还原氧化铜”的实验。装置如图所示。请回答下列问题：（1）此实验在酒精灯火焰上罩网罩的目的是：。加热一段时间后停止加热，并将装置冷却至室温后，将试管内固体取出，同学们对固体的成分产生了浓厚的兴趣。【提出问题】试管内固体成分是什么？【猜想与假设】（2）甲同学的猜想：铜和氧化铜；乙同学的猜想：氧化铜和碳；丙同学的猜想：铜、碳和氧化铜；丁同学的猜想：铜；你的猜想：。【收集证据】（3）同学们一致认为，的猜想错误，原因，在老师的帮助下，同学们最终得出了丙同学的猜想正确的结论，并继续对固体加热完成了此实验。下图是甲同学根据整个反应进程绘制的生成铜的质量(m)与加热时间(t)的关系图像。你认为同学们在实验过程中第一次对固体停止加热的时间点是(填“t₁”、“t2”、“t₃”或“t4”)。【讨论交流】（4）刚开始加热时，装有少量澄清石灰水的试管中，液面下导管口产生气泡，但澄清石灰水没有变白色浑浊的原因是。（5）在这个反应中，氧化铜而变成单质铜。【变式3-3】某实验小组尝试利用木炭和氧化铜混合制备铜，进行了如下实验：（1）加热一段时间后，观察到a试管中的现象为，反应的方程式为，b试管中的现象为。（2）实验结束时，应先(选填“将导管撤出石灰水”或“移开酒精喷灯”)，原因是。移开酒精喷灯后，还应立即用弹簧夹夹紧乳胶管，这样做的目的是。（3）利用下图甲装置进行实验可知，碳与氧化铜反应除了生成CO2可能还会产生CO。CO和CO2的体积分数(ppm)与时间(t)变化情况如图乙所示。老师指出CO不一定是木炭与氧化铜反应产生的，请分析可能的原因是。基础达标1．明代宋应星所著的《天工开物》曾记载了炼锡的方法，其化学方程式为：，发生还原反应的物质是A．C B．SnO2 C．CO D．Sn2．对于化学反应，下列说法不正确的是A．产物是一种空气污染物 B．此反应中碳元素有两种化合价C．此反应涉及两种氧化物 D．此反应为化合反应3．下列用途利用了碳单质的化学性质的是①石墨作电极

②制糖工业中用活性炭脱色

③石墨作润滑剂

④作燃料

⑤冶炼金属A．①②③④ B．②⑤ C．①③⑤ D．④⑤4．下列关于金刚石和石墨的说法，不正确的是A．金刚石和石墨都属于碳的单质 B．石墨转化为金刚石属于物理变化C．它们完全燃烧后的产物都是二氧化碳 D．金刚石和石墨的物理性质存在着明显差异5．2024年1月4日，媒体报道天津大学研究团队领衔创造了世界上第一个由石墨烯制成的功能半导体。石墨烯是由碳原子形成的单层六边形结构材料。下列有关说法正确的是A．石墨烯属于新型化合物 B．石墨烯与金刚石组成不同C．石墨烯完全燃烧生成二氧化碳 D．石墨烯一定不具有还原性6．下列有关碳的化学性质的描述中正确的是()A．碳单质具有可燃性，燃烧时一定生成二氧化碳B．碳充分燃烧时放热，不充分燃烧时吸热C．木炭可以燃烧，金刚石不能燃烧D．C60在氧气中充分燃烧的化学方程式为C60+60O260CO27．除去氧化铜中少量木炭粉的方法是A．隔绝空气加强热B．加入水搅拌后过滤C．在氧气流中加热 D．根据颜色分离8．有关碳还原氧化铜的实验如图，分析正确的是A．开始加热时，装置Ⅲ中出现的气泡是B．实验中，装置I中铜元素的质量始终不变C．停止加热前，必须将导管从装置Ⅲ中取出D．结束后，装置I中仍有黑色固体说明碳过量综合应用9．取碳和氧化铜的混合物ag在一定条件下恰好完全反应，相关量的变化如下图。下列说法正确的是A．M点对应的固体物质只有两种B．N点对应的固体为黑色C．反应后产生气体的总质量为（a-b）gD．内，固体中铜元素的质量分数不变10．实验小组的同学按照图1所示装置进行木炭还原氧化铜的实验，实验时，试管中固体的质量随加热时间的变化如图2所示，下列分析错误的是A．M点时反应未开始B．N点对应的固体物质只有两种C．M→P的过程中，固体减少的质量等于生成气体的质量D．反应中木炭表现出还原性，将氧化铜还原为铜11．两份质量相等的碳,一份与足量的氧气完全反应生成二氧化碳,另一份与氧气反应全部生成一氧化碳,则前者与后者消耗氧气的质量比为A．2:1 B．1:2 C．3:4 D．3:812．金刚石、石墨、都是由碳元素组成的单质，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组成的不同单质：。（2）石墨具有优良的，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，该反应中发生(填“氧化”或“还原”)反应。（4）已知反应：。则着火时，(填“能”或“不能”)使用二氧化碳灭火器灭火。拓展培优13．化学兴趣小组取一定质量木炭粉和氧气在密闭耐高温容器中引燃，用压强传感器测定容器内压强的变化如图所示（起始压强为，已知：一定温度和体积下，容器内压强与气体分子数目成正比），请根据图示信息回答下列问题。（1）图中AB段压强变化不明显的原因是。（2）BC段压强快速上升的原因是。（3）CD段压强下降的原因是，D点的气体成分是（写化学式）。14．化学实验深受同学们的喜爱，同学们在实验室完成木炭粉和氧化铜的实验时发现可能会产生一氧化碳有毒且容易爆炸，实验结束未及时撤出导管澄清石灰水会倒吸，存在安全隐患。于是他们对教材实验装置进行了如图改进：（1）按如图组装好仪器，检查装置的气密性。加热前，要先从左端通入一段时间氮气后，再关闭旋塞。目的是。（2）打开连接MCH陶瓷加热棒的直流电源充分加热，观察到长柄U形玻璃管中的现象为。发生还原反应的物质有。（3）待冷却后打开旋塞，滴入澄清石灰水，发生反应的化学方程式为。（4）判断碳粉与氧化铜是否完全反应，最简单的方法是。15．某化学兴趣小组用木炭进行了相关探究。【探究一】木炭的还原性为探究碳还原氧化铜的最佳实验条件，用木炭和氧化铜的干燥混合物1~2.5g进行系列实验。查阅资料：氧化铜()为黑色固体。进行实验：实验1：取质量比的木炭粉和氧化铜混合物1.3g，用甲、乙两种装置进行实验。装置现象甲：黑色粉末中含有少量红色固体乙：红色固体有金属光泽，混有极少量黑色物质实验2：取一定