人教版九年级化学上册《碳单质的多样性》同步练习题（附答案解析）

人教版九年级化学上册《6.1碳单质的多样性》同步练习题（附

答案解析）

题型01金刚石、石墨、C他等碳单质的物理性质、用途

知识积累）

物质结构性质用途

裁玻璃、切割大理石、加工坚硬

质硬（天然存在的最—的物质）的金属，以及装在钻机的钻头

上，钻凿坚硬的岩层等

金刚石无色透明、璀璨夺目（琢磨后）作装饰品——钻石

oW.在特殊条件下制备的金刚石薄膜：

透光性好、硬度大T作光学窗口和透镜的涂层

立体网状

导热性好—用于集成电路基板散热

—色、有—感、质软作铅笔芯、润滑剂

r*A

:••••••*•

:・•••I熔点一作高温润滑剂

石墨•

优良的—性高铁列车的受电弓滑板、作电极

层状

©

具有一些特殊的物理和化学性广泛应用于—、—、材料、

C60

质医学及生物等领域

形似足球

①____________________导致三者的物理性质存在明显差异；

区别与联系

②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本一O

，源赢翦"一"一

①金刚石和石墨都是由构成R勺，C6O是由构成的，每个C6O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。

典例精讲＞

【典例1】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。

举一反三〉：

【变式Ml下列物质的性质与用途不具有对应关系的是

A.金刚石硬度大，常用于切割玻璃

B.常温下氮气化学性质稳定，液氮用于创造低温

C.稀有气体性质稳定，可以用作保护气

D.石墨为黑色质软的固体，可用于生产铅笔芯

【变式1・2】从石墨材料中可以剥离出石墨烯，它与金刚石、石墨一样，都只由碳元素组成。下图是金刚石、

石墨C60和石墨烯的微观结构示意图，则①•⑧中关于它们的说法，错误的是

金刚石石墨C60石墨烯

①它们都是单质②它们在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳③它们的结构中碳原子的排列方式都相同④它

们的物理性质相异⑤它们都是黑色固体⑥它们都质软可作润滑剂⑦它们的化学性质不同⑧一个C60分

了由60个碳原子构成

A.®®®®B.③④®®C.④⑤©©D.⑥⑦

【变式1・3】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是

A.石墨和石墨烯是同种物质

B.金刚石、石墨、Cco都是由碳原子构成的

C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质

D.金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同

题型02从微观角度解释碳单质物理性质差异原因

典例精讲

【典例2】碳的几种单质的结构示意图如下，请据图回答下列问题。

图1图2图3

（1）图1表示的物质是（填物质名称），图I、图2和图3表示的物质的物理性质差异很大,原因是

（2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，所利用的石墨的物理性质主要是性。用活性炭除异味,

是因为它有的结构，体现了活性炭的（填“物理”或“化学”）性质。

（3）在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，该变化属于（填“物理”或“化学”）变化。

（4）这三种物质在氧气中完全燃烧的产物都是（填化学式）。

【变式随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是

金刚石石用C“碳纳米管石墨烯E小

古代----------------------------------------------------------------------------------►现代

A.石墨和石墨烯是同种物质

B.金刚石、石墨、Cco都是由碳原子构成的

C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质

D.金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同

【变式2・2】碳在地壳中的含量不高，但分布极广。根据所学知识回答：

图①图②图③

（1）图①、②、③对应三种碳单质：图①单质的名称是—:

（2）以下的用途中，不属于图②单质的用途是_____；

A.制作铅笔芯

B.用于切割大理石

C.制作高铁列车的受电弓滑板

D.用于制作超导材料E.用于制作耐高温的珀烟

（3）图①和图②对应的碳单质，物理性质存在明显差异的原因是一。

（4）图③表示的物质，化学式为—o

【变式2・3】碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识问答:

图①图②图③图④

（1）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为,常温下碳的化学性质（填“活

泼”或“不活泼，

（2）图②、③、④对应三种碳单质：图②单质的名称是；

（3）图②和③物理性质有很大差异，其原因是碳原子o

题型03新型碳单质的结构和物理性质分析

知识积累》

CD木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为（山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

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

木炭（或活性炭）有______,吸附了水中的一，色素减少，水的颜色变浅直至

实验分析

无色

②木炭和活性炭都具有吸附能力

原因都具有________的结构

木炭吸附一些食品和工业产品里的—、有一的物质

口用在防毒而具里吸附有毒气体；

用途江制糖工业中脱色以制取白糖；

活性炭

e.城市污水、工业废水和饮用水的深度净化处理；

“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一性质，木炭、活性炭对其他

\物质的脱色发生的是物理变化。

飞速菽蓑重...................................................................................

①焦炭用于冶金工业，作一剂。

②炭黑用于制造一、油漆、鞋油、一、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

质一木炭、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

典例精讲

【典例3】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅0.16ngemt,是一种良好的绝缘材料，其主要成分是

石墨烯和碳纳米管等。下列关于,像海绵”性质的推测正确的是

A.“碳海绵”不能浮在水面上B.“碳海绵”是一种新型的化合物

C.“碳海绵”导电性良好D.“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳

【变式3・1】石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。下列说法不正确的

是

A.用机械法从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化B.石墨烯的导电性比金属强

C.石墨烯中的碳原子和石墨中的碳原子大小相同D.石墨烯是一种新型的化合物

【变式3・2】碳纳米管是一种由碳原子构成的直径为儿纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是

A.碳纳米管是一种新型化合物

B.碳纳米管材料如果完全燃烧，生成物是二氧化碳

C.碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳

D.碳纳米管在常温下化学性质稔定

【变式3・3】请阅读下面科普材料，然后回答问题。

迄今为止最黑的材料——碳纳米管

一个东西能够黑到什么程度？Vantablack就是人类造出的迄今最黑的物质，它是一种由SurreyNanosystems

公司研发的碳纳米管材料。

O''

碳原子的结构示意图为也）2，而Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，它可吸收99.965%

的可见光。有人看过之后说：“我的眼睛都没法聚焦了。它太黑了，根本看不到任何细节，几乎就像是个黑

洞，吸走了所有光线它让这张空中起皱的锡纸看起来就像兔人哥卡通片中的便携式洞穴。这种材料可用

于望远镜、卫星上的星体跟踪定位器等。

（1）由碳原子的结构示意图可获得的•条信息是。

（2）Vantablack的组成元素是，其物质类别属于（填序号）。

A.混合物B.单质C.化合物

（3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和等，在一定条件下二者的相互转化属于_

变化（填“物理”或“化学”），该变化的微观本质是o

题型04碳单质的化学性质

知识积累〉

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，

最外层有一个电子，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

山

漆

古代书法家、画家用

的

用碳素墨水填写具碳的墨（用炭黑等制成）书写

有保存价值的档案稳定性4或绘制的字画能够保

2存很长时间而不变色

2.碳与氧气的反应一可燃性

在点燃的条件下，碳可以在氧气（或空气）里燃烧，放出热量。

充分燃烧时，生成二

氧气充足氧化碳现象:_______________________________________________________。

不充分燃烧时，生成

氧气不足一氧化碳—

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C02。

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。

W旃窠晶化物前反应二隹直行”

【典例4】传统文化唐代著名书法家颜真卿所作的《自书告身帖》至今仍不褪色，是因为墨汁中的碳

A.具有可燃性B.在常温下性质稳定

C.具有氧化性D.具有还原性

E53>

【变式4・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

【变式4・2】下列关于碳的各种模型（如图）的说法，正确的是

图1图2图3

A.图1是碳原子的原子结构示怠图，I个碳原于有4个核外电子

B.由图2可知一个碳原子的质累为12.01g

C.由图3可知金刚石和石墨属于混合物，C他属于纯净物

D.图3中三种物质完全燃烧后的产物相同

【变式4.3】下列用途中利用r单质碳的还原性的是

A.金刚石刻划玻璃B.冶金工业

C.活性炭吸附毒气D.石墨电极

题型05实验探究——木炭还原氧化铜

知识积累

④用酒精灯［可加网罩，最好使用酒精喷灯）加热混合物儿分钟；

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

开始加热时，导管口有无色气泡冒出；过一会儿，一粉末变为—，澄清石

实验现象

灰水变—

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

实验分析氧化铜开始反应，生成的铜为红色固体，另•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；木炭具有一性

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\

j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：___________________________________。i

j③固定试管时试管口应略向下倾斜，防止__________________________________________。j

i④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―/

1⑤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。i

j⑥待试管冷却后再把试管内的粉末倒出，防止\

!⑦网罩的作用：o

典例精讲

【典例5】在学习碳的化学性质时，我们学习了木炭和氧化铜的反应，该实验装置如下图所示。

（2）该反应中A装置能看到的现象为

A.黑色固体变红B.红色固体变黑C.氧化铜变红D.氯化铜变黑

（3）实验装置中的止水夹的作用是

A.防止冷凝水倒流炸裂试管B.防止石灰水倒吸炸裂试管

C.防止反应物粉末培塞导管D.防止灼热的铜被再次氧化

（4）木炭的主要成分为石墨，与石墨互为同素异形体的物质是0

A.活性炭B.焦炭C.炭黑D.金刚石

（5）若'实验过程中放入的木炭过量，则可能导致产物中生成CO,反应中C、CO、CO2的质量比不可能为

A.6：7：11B,9：7：22C.12：7：33D.18：7：44

E53>

【变式5・1】利用铜纹进行碳与氧化铜反应的探究，装置如图所示（夹持装置已省略）。下列有关说法正确的

步骤二

A.步骤一中加热后铜丝质量变大，说明该反应不遵循质量守恒定律

B.步骤二实验中观察到红色固体逐渐变黑

C.步骤二实验结束后，应先停止加热，再关闭弹簧夹

D.步骤二实验结束后，立即取出铜丝，桐丝质量可能会大于6.4g

【变式5・2】松松同学做碳单质还原氧化铜实验，装置如图所示，加热一段时间后，发现试管口有红色固体

生成，也有部分黑色固体，他对黑色固体的成分进行了进一步探究。

（1）左侧试管内发生反应的化学方程式:反应结束撤出导管后，用弹簧夹夹紧乳胶管的原因

（文字描述）。

【提出问题】剩余黑色固体是什么？

【猜想假设】

（2）猜想一：CuO：猜根二：（填化学式）：猜想三：C和CuO：猜根四：Cuo经过i，l•论同学们一

致认为无需验证就知道猜想是错误的。

【进行实验】

（3）

实验操作现象结论

取反应后剩余黑色固体继续在空气中灼烧无明显现象猜想______成立

【拓展延伸】

（4）此实验中体现出的碳的化学性质可以用于（填一种用途）。

（5）为了使所有氧化铜能充分反应完，碳单质与氧化铜的质量比最合适的是（填序号）。

A.3:35B.3:47C.3:80

【变式5・3】某实验小组在用下图甲和乙装置做木炭还原氧化铜的实验中，发现从乙装置的导气管口不断有

气泡逸出，以为是反应产生的CO?未被石灰水完全吸收。于是在乙装置后乂连接上丙装置，重新实验，发

现丙装置中仍不断有气泡逸出，但发现石灰水未见浑浊。可见该气体不是C。?，那么从丙装置中逸出的气

体是什么呢？请完成下列探究中的相关问题。

（I）你认为从丙装置中逸出的气体可能是，写出实验中生成这种气体的化学方程式:

（2）请按下表要求，设计实验方案，验证你的猜想。

操作步骤现象结论

①用试管从丙导管末端收集该

能燃烧，产生蓝色火焰

气体，点燃

从丙装置中逸出的气

是_____0

②将步骤①燃烧后的气体通入

澄清石灰水变浑浊

到澄清石灰水中，振荡

（3）根据以上探究，该实验小组同学认为上述装置还不够完善，其理由是；于是他们在丙装置后再

增加一个装置。

题型06木炭还原氧化铜的计算

典例精讲

【典例6】学习了碳的化学性质后，社团同学利用如图装置进行木炭和氧化铜反应的实验，如表为实验的相

关数据。

反应过程试管中固体的总质量/g

反应前1.75

反应后1.31

木炭和氧化铜

澄

清

石

灰

水

（1）实验结束时首先进行的操作是先取出导气管，停止加热，然后,待试管冷却后取出粉末并用电

子天平称量质量。

（2）计算本次实验中参加反应的氧化铜的质量。（写出计算过程，结果精确到0.1g）

举一反三

【变式6・1】17.2g氧化铜和碳粉混合固体高温卜恰好完全反应，冷却称量剩余的固体重量为12.8g。求：

（1）最终生成二氧化碳的质量为g;

（2）原混合固体中氧化铜的质量分数。

【变式6・2】冰城化学兴趣小组的同学们取木炭粉和氧化铜粉末的固体混合物A,高温加热•段时间后停止

加热并冷却至室温，得到固体B。

C+CuO

（1）经分析，同学们一致认为，所得的固体中一定存在的物质是（写名称）；

最终根据实验记录数据，原固体A共20g,而所得的固体B的质量为15.6g。

请回答：

（2）上述实验中产生二氧化碳的质量为；

（3）根据上述数据请计算参加反应氧化铜的质量为多少？（写出详细计算过程）

【变式6・3】人类对金属的利用起始尸铜。实验室利用木炭和氧化铜粉末反应制取铜。根据所学知识，请回

答下列问题：

（1）氧化铜中铜元素和氧元素的质量比是（填最简整数比）。

（2）要使80g氧化铜完全还原，理论上可得到铜的质量是多少？（请根据化学方程式进行计算）

参考答案与解析

题型01金刚石、石墨、C地等碳单质的物理性质、用途

知识积累）

物质结构性质用途

裁玻璃、切割大理石、加工坚硬

质硬（天然存在的最硬的物质）的金属，以及装在钻机的钻头

上，钻凿坚硬的岩层等

金刚石无色透明、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、硬度大一作光学窗口和透镜的涂层

立体网状

导热性好-用于集成电路基板散热

灰黑色、有滑腻感、质软作铅笔芯、润滑剂

熔点高作高温润滑剂

石墨

优良的导电性高铁列车的受电弓滑板、作电极

层状

具有一些特殊的物理和化学性广泛应用于超导、催化、材料、

C60

质医学及生物等领域

形似足球

①碳原子的排列方式不同导致三者的物理性质存在明显差异：

区别与联系

②三者都是由碳元素组成的单质，故化学性质基本粗圆。

①金刚石和石墨都是由碳原子构成【I勺，C6O是由C维分子构成的，每个C60分子由也仝碳原子构成C

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，由石墨茂化为金刚石

I

典例精讲

【典例1】下图为三种碳单质的结构示意图，请回答以下问题。

金刚石的结构c6G的分子结构石墨的结构

（I）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）CM这种物质由（填“分子”或“原子构成。

【答案】（1）大

（2）导电

（3）碳原子的排列方式不同

（4）分子

【蟀析】（1）金刚石是自然界中最硬的物质，可以制成钻探机的钻头；

（2）石墨是自然界里最软的物质之一，石墨具有导电性，可以用来生产电极、电刷；

（3）金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但它们的物理性质却有很大的差异，是因为碳原子的排列方

式不同：

（4）C&）这种物质是由分子构成的，每个C60分子由6（）个碳原子构成。

举一反三

【变式下列物质的性质与用途不具有对应关系的是

A.金刚石硬度大，常用于切割玻璃

B.常温下氮气化学性质稳定，液氮用于创造低温

C.稀有气体性质稳定，可以用作保护气

D.石墨为黑色质软的固体，可用于生产铅笔芯

【答案】B

【解析】A、金刚石硬度大，因此能用于切割玻璃（硬度大的物质可切割硬度相对小的物质），性质与用途

对应，不符合题意；

B、液氮用于创造低温，是因为液氮汽化时吸收大量的热（属于物理性质），而不是因为“常温二氮气化学性

质稳定“（化学性质），性质与用途不对应，符合题意；

C、稀有气体性质稳定（化学性质不活泼），因此可用作保护气（防止物质被氧化或发生反应），性质与用途

对应，不符合题意；

D、石墨为黑色、质软的固体，在纸上划过能留下痕迹，因此可用作生产铅笔芯，性质与用途对应，不符合

题意。

故选B。

【变式从石墨材料中可以剥离出石墨烯，它与金刚石、石墨一样，都只由碳元素组成。下图是金刚石、

石墨C60和石墨烯的微观结构示意图，则①-⑧中关于它们的说法，错误的是

金刚石石墨C60石墨烯

①它们都是单质②它们在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳③它们的结构中碳原子的排列方式都相同④它

们的物理性质相异⑤它们都是黑色固体⑥它们都质软可作润滑剂⑦它们的化学性质不同⑧一个C60分

子由60个碳原子构成

A.①②®®B.③④⑤@C.④⑤⑥OD.③@⑥⑦

【答案】D

【解析】①金刚石、石墨、C60和石墨烯都只由碳元素组成，由同种元素组成的纯净物是单质，所以它们都

是单质，正确；

②因为它们都只含碳元素，根据质量守恒定律，在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳，正确；

③从微观结构示意图可以看出，它们的结构中碳原子的排列方式不同，如金刚石中碳原子呈正四面体网状

结构排列，石墨中碳原子呈层状拌列，C&）分子由60个碳原子构成足球状结构，石墨烯是由碳原子构成的

二维平面结构，错误：

④由于碳原子排列方式不同，导致它们的物理性质差异很大，如金刚石硬度大，石墨质软等，正确；

⑤金刚石是无色透明的固体，不是黑色固体，错误；

⑥石墨质软可作润滑剂，但金刚石硬度很大，C«）和石墨烯也并非都质软可作润滑剂，错误；

⑦它们都是由碳元素组成的单质，化学性质相似，错误；

⑧由C60的化学式可知，一个C,分子由60个碳原子构成，正确。

综上①-⑧中关于它们的说法，错误的是③⑤⑥⑦。

故选D°

【变式1-3］随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是

碳纳米管

A.石墨和石墨烯是同种物质

B.金刚石、石墨、CM都是由碳原子构成的

C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，属于化学性质

D.金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同

【答案】D

【解析】A.石墨和石墨烯虽然都是由碳原子构成，但石墨是层状结构，而石墨烯是单层碳原子构成，两者

的碳原子排列方式不同，属于两种不同物质，故A错误；

B.佥刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C&）是由C60分子构成的，故B错误；

C.石墨和石墨烯都具有优良的导电忤，该性质不需耍发牛化学变化就能表现出来，属于物理性质，而不是

化学性质，故C错误；

D.金刚石和石墨的物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同，故D正确；

故选：D<.

题型02从微观角度解释碳单质物理性质差异原因

【典例2】碳的几种单质的结构示意图如卜，请据图回答下列问题。

（1）图1表示的物质是（填物质名称），图1、图2和图3表示的物质的物理性质差异很大,原因是

（2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，所利用的石墨的物理性质主要是性。用活性炭除异味,

是因为它有的结构，体现了活性炭的（填“物理”或“化学”）性质。

（3）在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，该变化属于（填“物理”或“化学”）变化。

（4）这三种物质在氧气中完全燃烧的产物都是（填化学式）。

【答案】（1）金刚石碳原子的排列方式不同

（2）导电疏松多孔物理

（3）化学

(4)CO

【解析】（1）图1表示的物质是金刚石，金刚石的结构为正四面体网状结构。

图1（金刚石）、图2（石墨，层状结构）和图3（C*,足球状分子结构）表示的物质物理性质差异很大，

原因是碳原子的排列方式不同。碳原子排列方式不同，导致它们的结构不同，进而决定了物理性质的差异

（结构决定性质）。

（2）高铁与电路之间连接用到的石墨电刷，利用了石墨的导电性，因为石墨能导电，可用于制作电极、电

刷等。

用活性炭除异味，是因为活性炭有疏松多孔的结构，这种结构使其具有吸附性，能吸附异味和色素等。吸

附过程中没有新物质生成，体现了活性炭的物理性质（物理性质是不需要发生化学变化就表现出来的性质）。

（3）石墨和金刚石是不同的物质，在特定条件下，石墨转化为金刚石，有新物质生成，该变化属于化学变

化（化学变化的本质是有新物质生成）。

（4）这三种物质（金刚石、石墨、C^）都由碳元素组成，在氧气中完全燃烧时，碳元素与氧结合生成，

占燃

产物都是CO,,化学方程式为c+OzVco?。

举一反三〉

【变式2.1】随着科学技术的发展，碳单质不断被发现，如图所示。下列关于碳单质说法正确的是

A.石墨和石墨烯是同种物质

B.金刚石、石墨、CM都是由碳原子构成的

C.石墨和石墨烯都具有优良的导甩性，属于化学性质

D.金刚石和石墨物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同

【答案】D

【解析】A.石墨和石墨烯虽然都是由碳原子构成，但石墨是层状结构，而石墨烯是单层碳原子构成，两者

的碳原子排列方式不同，属于两种不同物质，故A错误；

B.金刚石和石墨是由碳原子直接构成的，而C60是由C60分子构成的，故B错误；

C.石墨和石墨烯都具有优良的导电性，该性质不需要发生化学变化就能表现出来，属于物理性质，而不是

化学性质，故C错误；

D.金刚石和石墨的物理性质差异大，原因是碳原子排列方式不同，故D正确：

故选：D”

【变式2・2】碳在地壳中的含量不高，但分布极广。根据所学知识回答:

图①图②图③

（1）图①、②、③对应三种碳单质：图①单质的名称是

（2）以下的用途中，不属于图②单质的用途是____；

A.制作铅笔芯

B.用于切割大理石

C.制作高铁列车的受电弓滑板

D.用于制作超导材料E.用于制作耐高温的用烟

（3）图①和图②对应的碳单质，物理性质存在明显差异的原因是—，

（4）图③表示的物质，化学式为一。

【答案】（1）金刚石

（2）B

（3）碳原子的排列方式不同

⑷♦

【解析】（1）图①中碳原子排列成正八面体结构，对应的碳单质是金刚石；

（2）图②中碳原子排列成层状结构，对应的碳单质是石墨。

A,石墨质软，能在纸上留下痕迹，可制作铅笔芯，属于石墨的用途，不符合题意：

B、用于切割大理石的是金刚石，因为金刚石硬度大，而不是石墨，不属于石墨的用途，符合题意；

C、石墨具有良好的导电性且耐高温、有润滑性等，可制作高铁列车的受电弓滑板，属于石墨的用途，不符

合题意；

D、某些经过特殊处理（如掺杂等）的石墨材料，在特定条件下可表现出超导性，可用于制作超导材料，属

于石墨的用途，不符合题意；

E、石墨熔点较高，用于制作耐高温的用烟，属于石墨的用途，不符合题意。

故选Bo

（3）金刚石和石墨物理性质存在明显差异的原因是碳原子的排列方式不同：不同的排列方式导致它们的结

构不同，进而物理性质差异很大，如金刚石硬度大，石墨质软等；

（4）图③具有球状结构，每个分子由60个碳原子构成，该物质的化学式为C60。

【变式2・3】碳在地壳中的含量不高，但它的化合物数量众多，而且分布极广。根据所学知识回答：

（I）图①为碳原子的结构示意图，碳原子最外层电子数为,常温下碳的化学性质_________（填”活

泼”或“不活泼”）;

（2）图②、③、④对应三种碳单质：图②单质的名称是；

（3）图②和③物理性质有很大差异，其原因是碳原子o

【答案】（1）4不活泼

（2）金刚石

（3）排列方式不同

【解析】（1）从图①碳原子结构示意图可看出，最外层电子数为4；

常温下，碳原子最外层电子数为4,不易得失电子，所以碳的化学性质不活泼。

（2）图②中碳原子呈正四面体结构排列，这种结构对应的碳单质是金刚石。

（3）图②金刚石和图③石墨都是由碳元素组成的单质，但物理性质差异大，是因为碳原子的排列方式不同，

金刚石中碳原子呈正四面体结构排列，石墨中碳原子呈层状排列。

题型03新型碳单质的结构和物理性质分析

（|）木炭、活性炭、焦炭和炭黑等通常称为无定形碳（由石墨的细小晶体和少量杂质形成）,属于混合物，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

木炭（或活性炭）有吸附性,吸附了水中的色素,色素减少，水的颜色变浅直至

实验分析

无色

②K炭和活性炭都具有吸附能力

原因都具有疏松多孔的结构

木炭吸附一些食品和工业产品里的色素、有异味的物质

口用在防毒面具里吸附有毒气体；

用途儿制糖工业中脱色以制取白糖；

活性炭

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强,吸附性属于物理性质，木炭、活性炭对其他

物质的脱色发牛.的是物理变化。

・用墓「菸熏..........................................................................................

①焦炭用于冶金工业，作还原剂。

②炭黑用于制造油墨、油漆、鞋油、颜粗、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。

「■州政£・1

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”。

典例精讲

【典例3】“碳海绵”是已知最轻的固体材料，密度仅0.16mg・cm-3•是一种良好的绝缘材料，其中要成分是

石墨烯和碳纳米管等。下列关于•“碳海绵”性质的推测正确的是

A.“碳海绵”不能浮在水面上B.“碳海绵”是一种新型的化合物

C.“碳海绵”导电性良好D.“碳海绵”燃烧会产生二氧化碳

【答案】D

【解析】A、水的密度为1g/cm3（即1000mg/cm3）。“碳海绵”密度为0.16mg/cm3,远小于水的密度。物体

密度小于液体密度时能浮在液面上。因此，"碳海绵''能浮在水面上，选项A说法错误。

B、化合物是由两种或更多种不问元素组成的纯净物。而'•碳海绵”主要成分是石墨烯和碳纳米管，二省均为

碳元素组成的单质，因此选项B说法错误。

C、碳海绵”是“良好的绝缘材料“，绝缘材料指不导电或导电性极差的物质（如橡胶）。因此，“碳海绵”导电

性不好，选项C说法错误。

D、“碳海绵”主要成分是碳单质。碳在氧气中充分燃烧生成二氧化碳。因此，选项D正确。

故选Do

【变式3-1】石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。下列说法不正确的

是

A.用机械法从石墨中剥离出石墨烯属于物理变化B.石墨烯的导电性比金属强

C.石墨烯中的碳原子和石墨中的碳原子大小相同D.石墨烯是一种新型的化合物

【答案】D

【解析】A、从石墨中剥离出石墨烯过程中，没有新物质生成，属于物理变化，该选项说法正确；

B、石墨烯为导电导热性能最强的新型纳米材料，该选项说法正确；

C、原子的大小由原子本身决定，不随物质形态改变，石墨烯和石墨都是由碳原子构成的同素异形体，只是

原子排列方式不同，因此碳原子大小相同，该选项说法正确；

D、石墨烯中只含碳元素，属于单质，该选项说法不正确。

故选D。

【变式3・2】碳纳米管是•种由碳原子构成的直径为几纳米的空心管，下列关于碳纳米管的说法错误的是

A.碳纳米管是一种新型化合物

B.碳纳米管材料如果完全燃烧，土成物是二氧化碳

C.碳纳米管材料如果燃烧不完全，生成物是一氧化碳

D.碳纳米管在常温下化学性质稳定

【答案】A

【解析】A、化合物是由不同种元素组成的纯净物，而单质是由同种元素组成的纯净物（如金刚石、石墨）。

题干明确碳纳米管”由碳原子构成、'，说明它只含碳元素，因此属于单质，不是化合物，此说法错误。

B、碳单质（如木炭）在氧气充足时完全燃烧，会生成二氧化碳。碳纳米管由碳原子构成，属于碳单质，因

此完全燃烧的生成物应为二氧化碳。此说法正确。

C、碳单质在氧气不足时不完全燃烧，会生成一氧化碳。碳纳米管作为碳单质，在燃烧不完全的条件下，也

应生成一氧化碳。此说法正确。

D、碳的单质（如金刚石、石墨）在常温下不易与其他物质反应，化学性质稳定。这是因为碳原子结构在常

温下不易被破坏。碳纳米管由碳原子构成，同样属于碳单质，因此在常温下化学性质稳定。此说法正确。

故选Ao

【变式3・3】请阅读下面科普材料，然后回答问题。

迄今为止最黑的材料——碳纳米管

一个东西能够黑到什么程度？Vantablack就是人类造出的迄今最黑的物质，它是一种由SurreyNanosystems

公司研发的碳纳米管材料。

碳原子的结构示意图为也）2，而Vamablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，它可吸收99.965%

的可见光。有人看过之后说：“我的眼睛都没法聚焦了。它太黑了，根本看不到任何细节，几乎就像是个黑

洞，吸走了所有光线“。它让这张组中起皱的锡纸看起来就像兔人哥卡通片中的便携式洞穴。这种材料可用

于望远镜、卫星上的星体跟踪定位器等。

（I）由碳原子的结构示意图可获得的一条信息是0

C2）Vantablack的组成元素是,其物质类别属于（填序号）。

A.混合物B.单质C.化合物

（3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和等,在一定条件下二者的相互转化属于_

变化（填“物理”或"化学''），该变化的微观本质是。

【答案】（1）碳原子最外层电子数为4（合理即可）

（2）碳元素B

（3）金刚石化学碳原子重新排列

【解析】（1）由碳原子的结构示意图可得碳原子最外层电子数为4：

（2）Vantablack实际上是只有一个原子厚的碳纳米管层，所以Vantablack的组成元素是碳元素.属于单质，

故选B；

（3）碳原子除了可构成Vantablack外，还可直接构成石墨和金刚石等，在一定条件下二者的相互转化属于

化学变化，该变化的微观本质是碳原子重新排列。

题型04碳单质的化学性质

知识积累

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，

最外层有生个电子，不容易得、失电子，所以常温下碳单质的化学性质不活泼（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

山

■连

古代书法家、画家用

的

用碳素墨水填写具碳的墨（用炭黑等制成）书写

有保存价值的档案稳定性4或绘制的字画能够保

对存很长时间而不变色

一

2.碳与氧气的反应一可燃性

在点燃的条件下，碳可以在氧气（或空气）里燃烧，放出热量。

充分燃烧时，生成二氧化碳现象：发出白光，放出大量的热，生成使澄清

氧气充足

C+TCS石灰水变浑浊的气体。

不充分燃烧时，生成一氧化碳

氧气不足—

2C+Ch=^=2CO

[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C02。

：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