第六單元 碳和碳的氧化物 ?課題1 ?金剛石、石墨和C60（講學(xué)）
課標(biāo)定位
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了解金剛石和石墨的物理性質(zhì)和主要用途。
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知道碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)
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知道不同的元素可以組成不同的單質(zhì)，同一種元素也可以組成不同的物質(zhì)
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以人類對(duì)碳單質(zhì)的認(rèn)識(shí)為例，引導(dǎo)學(xué)生形成“科學(xué)是發(fā)展”的觀點(diǎn)
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知識(shí)梳理
核心知識(shí)歸納
1.金剛石、石墨和C60都是由碳元素組成的單質(zhì),但由于它們的原子排列方式不同,因此它們的性質(zhì)存在著差異。
2.金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)。石墨很軟,有滑膩感,具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
3.由于木炭具有疏松多孔的結(jié)構(gòu),因此它具有吸附能力,可以吸附一些食品和工業(yè)產(chǎn)品里的色素,也可以用它來吸附有異味的物質(zhì)。防毒面具里的濾毒罐是利用活性炭來吸附毒氣的。
4.C60分子是一種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子,這種足球結(jié)構(gòu)的碳分子很穩(wěn)定。
5.碳的化學(xué)性質(zhì):(1)在常溫下,碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑。(2)當(dāng)碳不充分燃燒的時(shí)候,生成一氧化碳,同時(shí)放出熱。其燃燒的化學(xué)方程式為:2C+O2
2CO;當(dāng)碳充分燃燒的時(shí)候,生成二氧化碳,同時(shí)放出熱。其燃燒的化學(xué)方程式為:C+O2
CO2。(3)木炭與氧化銅反應(yīng)的化學(xué)方程式為:2CuO+C
2Cu+CO2↑。
6.含氧化合物里的氧被奪去的反應(yīng),叫做還原反應(yīng)。木炭具有還原性,因此單質(zhì)碳可用于冶金工業(yè)。
知識(shí)點(diǎn)一、碳單質(zhì)的種類和物理性質(zhì)
知識(shí)在線
碳的幾種單質(zhì)（金剛石、石墨、C60）
（1）金剛石（C）為正八面體形狀的固體,它無色、透明、不導(dǎo)電,是天然存在的最硬的物質(zhì),用于雕琢后作裝飾品、鉆探機(jī)的鉆頭、玻璃刀的刀頭等。
（2）石墨（C）是最軟的礦物之一，深灰色，具有金屬光澤，細(xì)鱗片狀的固體，有優(yōu)良的導(dǎo)電性，潤滑性?？捎糜谥沏U筆芯、干電池的電極、電車的電刷、做固體潤滑劑等
（3）無定形碳：由石墨的微小晶體和少量雜質(zhì)構(gòu)成.主要有:焦炭,木炭,活性炭,炭黑等.
（4）C60（也叫“足球碳”）：C60分子是一種由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子,其相對(duì)分子質(zhì)量為720。它形似足球,這種足球結(jié)構(gòu)的碳分子性質(zhì)穩(wěn)定,質(zhì)脆,導(dǎo)電、導(dǎo)熱性差,可應(yīng)用于材料科學(xué)、超導(dǎo)體等
知識(shí)拓展
1、碳單質(zhì)物理性
質(zhì)差別的原因?yàn)樘荚拥呐帕许樞虿煌＝饎偸刑荚优帕谐收拿骟w結(jié)構(gòu)，石墨中碳原子排列呈片層結(jié)構(gòu)，C60中碳原子排列呈足球狀結(jié)構(gòu)。
2、無定性碳
活性炭、木炭具有強(qiáng)烈的吸附性，木炭可用于食品、工業(yè)產(chǎn)品中除去色素、異味等，活性炭可用于防毒面具中除去毒氣、制糖業(yè)中脫
色以制白糖；焦炭用于冶鐵，炭黑加到橡膠里能夠增加輪胎的耐磨性。
?3、金剛石和石墨都是由碳元素組成的單質(zhì),但是組成單質(zhì)的碳原子排列方式不同,結(jié)構(gòu)就不同,所以物理性質(zhì)有很大差異
考題再現(xiàn)
【考題示例】
1、下列物質(zhì)的用途利用其化學(xué)性質(zhì)的是( )?
A.N2作填充劑 ? ? ? ? B.金剛石作鉆頭 ? ? ? ? C.干冰作制冷劑 ? ? ? ? D.天然氣作燃料
【答案】A、D
【解析】N2作填充劑利用的是N2的性質(zhì)穩(wěn)定、不活潑這一化學(xué)性質(zhì);金剛石作鉆頭利用的是金剛石是天然存在的最硬的物質(zhì)這一物理性質(zhì);干冰可作制冷劑利用的是干冰升華吸熱這一物理性質(zhì)。天然氣作燃料利用的是甲烷的可燃性,是一種化學(xué)性質(zhì)。
2、防毒面具的濾毒罐中用來吸附毒氣的物質(zhì)是( )
A.炭黑 ? ? ? ? ? ? ?B.活性炭 ? ? ? ? ? ? ?C.木炭 ? ? ? ? ? ? ? D.石墨
【答案】B
【解析】相比較而言,活性炭的吸附能力最強(qiáng),所以應(yīng)用于濾毒罐中的吸附劑一般是活性炭。
3、碳家族中,C60的分子結(jié)構(gòu)形似足球(如圖所示)。關(guān)于C60的說法中,錯(cuò)誤的是( )
A.它是一種單質(zhì) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?B.每個(gè)C60?分子由60個(gè)碳原子構(gòu)成
C.它與金剛石是同一種物質(zhì) ? ? ? ? ? ? ? ?D.它完全燃燒后的產(chǎn)物是CO2
【答案】C
【解析】C60是由碳元素組成的一種單質(zhì);一個(gè)C60分子由60個(gè)碳原子構(gòu)成;碳的單質(zhì)有金剛石、石墨、C60等,它們是由碳元素組成的不同單質(zhì),完全燃燒都生成CO2,故選C。
知識(shí)點(diǎn)二、碳單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)
知識(shí)在線
1.常溫下碳的化學(xué)性質(zhì)不活潑,受日光照射或與空氣、水分接觸都不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
2.可燃性,見下表。
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氧氣充足時(shí)
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碳與充足的氧氣在加熱或點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)生成二氧化碳,其化學(xué)方程式為:C+O2 CO2,生成的氣體能使澄清石灰水變渾濁
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氧氣不充足時(shí)
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碳與不充足的氧氣反應(yīng)生成一氧化碳,放出熱量,其化學(xué)方程式為:2C+O2 2CO
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3.還原性,見下表。
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實(shí)驗(yàn)
用品
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鐵架臺(tái)(帶鐵夾)、試管、酒精燈、帶導(dǎo)管的橡膠塞、火柴、藥匙、木炭粉末、氧化銅粉末、澄清石灰水
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實(shí)驗(yàn)
原理
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2CuO+C 2Cu+CO2↑
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實(shí)驗(yàn)
裝置
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實(shí)驗(yàn)
步驟
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(1)把剛烘干的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻,小心地鋪入試管,并將試管固定在鐵架臺(tái)上
(2)試管口裝有通入澄清石灰水的導(dǎo)氣管,用酒精燈加熱混合物幾分鐘
(3)先撤出導(dǎo)氣管,待試管冷卻后再把試管里的粉末倒在紙上,觀察現(xiàn)象
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實(shí)驗(yàn)
現(xiàn)象
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試管中的黑色粉末狀固體在加熱后變成了紅色,澄清石灰水變渾濁
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實(shí)驗(yàn)
點(diǎn)撥
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(1)試管口要略向下傾斜,以防止水蒸氣冷凝回流到試管底部,使試管炸裂
(2)加熱試管時(shí),應(yīng)先將試管預(yù)熱,再固定在盛藥品的底部加熱,以防止試管受熱不均而炸裂
(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,先撤導(dǎo)管再熄滅酒精燈,以防止石灰水倒吸入試管中,引起試管炸裂
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考題再現(xiàn)
【考題示例】
炭雕是一種集觀賞、空氣凈化于一體的工藝品,其主要成分是木炭。下列說法中錯(cuò)誤的是( )
A.炭雕作為藝術(shù)品可以長久保存
B.炭雕能吸附室內(nèi)微量的有害氣體
C.擺放炭雕必須遠(yuǎn)離火種
D.將炭雕的下腳料研成粉末,與氧化銅粉末共熱,不能發(fā)生反應(yīng)
【答案】D
【解析】炭雕的主要成分是木炭,屬于碳單質(zhì)。碳在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,所以炭雕可以長久保存;木炭具有吸附能力,因此可以吸附室內(nèi)微量的有害氣體;單質(zhì)碳具有可燃性,因此擺放炭雕必須遠(yuǎn)離火種;單質(zhì)碳具有還原性,在高溫下能與氧化銅反應(yīng)。
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走近中考
1、【2018年廣州市中考化學(xué)試題】下列有關(guān)金剛石、石墨的說法正確的是（????）
A．都是由碳元素組成 ???B．都是黑色固體 ???C．都能導(dǎo)電 ???D．硬度都很大
【答案】A
【解析】A．金剛石、石墨都是由碳元素組成，是碳的兩種不同單質(zhì)，正確； ???B．石墨是黑色固體，金剛石是無色透明的晶體，錯(cuò)誤；C．石墨能導(dǎo)電，金剛石不能，錯(cuò)誤； ???D．金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，石墨是自然界中硬度最小的物質(zhì)，錯(cuò)誤。故選A。
2、【2018年湖北省宜昌市中考化學(xué)試題】在一密閉的容器中，一定質(zhì)量的碳粉與過量的氧氣在點(diǎn)燃的條件下充分反應(yīng),容器內(nèi)各相關(guān)量與時(shí)間(從反應(yīng)開始計(jì)時(shí))的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是( ???)
A．
????B．
????C．
????D．
【答案】A
【解析】一定質(zhì)量的碳粉與過量的氧氣在點(diǎn)燃的條件下充分反應(yīng)生成二氧化碳。A、氣體的分子數(shù)不變，C＋O2 
?CO2，故A正確；B、氣體的質(zhì)量應(yīng)增加，故B錯(cuò)誤；C、氧氣是過量的，固體質(zhì)量最終應(yīng)變?yōu)榱悖?/span>C錯(cuò)誤；D、任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都必然遵循質(zhì)量守恒定律，故D錯(cuò)誤。
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跟蹤短訓(xùn)
1、有關(guān)C+2CuO
2Cu+CO2↑的反應(yīng),下列說法正確的是( )
A.CuO具有還原性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? B.C發(fā)生了還原反應(yīng)
C.反應(yīng)前后氧元素的化合價(jià)沒有改變?? ? ? ? ? ?D.反應(yīng)前后固體質(zhì)量不變
【答案】C
【解析】物質(zhì)得氧發(fā)生氧化反應(yīng),即C發(fā)生氧化反應(yīng),具有還原性;物質(zhì)失氧發(fā)生還原反應(yīng),即CuO發(fā)生還原反應(yīng),具有氧化性;反應(yīng)前CuO中的O為-2價(jià),反應(yīng)后CO2中的O仍為-2價(jià);反應(yīng)前固體質(zhì)量是CuO和木炭質(zhì)量之和,反應(yīng)后生成氣體CO2,固體質(zhì)量是Cu的質(zhì)量,即固體質(zhì)量減少。
2、李洋同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用木炭和氧化銅兩種黑色粉末在高溫下反應(yīng)制取單質(zhì)銅(如圖所示),反應(yīng)的化學(xué)方程式為:C+2CuO
2Cu+CO2↑
他聯(lián)想到單質(zhì)碳的一些化學(xué)性質(zhì),認(rèn)為在該實(shí)驗(yàn)中還可能會(huì)有CO產(chǎn)生。
查閱資料:CO氣體能使浸有磷鉬酸溶液的黃色氯化鈀試紙變藍(lán)色。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:
(1)點(diǎn)燃A處酒精燈,數(shù)分鐘后發(fā)現(xiàn)試管中的黑色固體物質(zhì)變紅,該紅色物質(zhì)是 。?
(2)裝置B中發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 ,該反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。?
(3)C裝置中浸有磷鉬酸溶液的黃色氯化鈀試紙變藍(lán)色,說明有 氣體生成,證明李洋同學(xué)是判斷是正確的。?
實(shí)驗(yàn)反思:
(4)李洋同學(xué)對(duì)CO產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析:①原因一:木炭和氧化銅在高溫條件下直接發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生CO;②原因二:反應(yīng)C+2CuO2Cu+CO2↑中的一種產(chǎn)物和反應(yīng)物木炭又發(fā)生了新的化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生了CO;③原因三:……
請(qǐng)你從原因一、原因二中選擇其一,用化學(xué)方程式表示存在此原因的化學(xué)反應(yīng)原理 。?
(5)在設(shè)計(jì)裝置時(shí)還要考慮環(huán)保因素,因此要在裝置C處添加 裝置。?
【答案】(1)Cu或銅 (2)石灰水變渾濁;Ca(OH)2+CO2
CaCO3↓+H2O
(3)CO (4)C+CuO
Cu+CO↑或CO2+C2CO (5)尾氣處理或點(diǎn)燃尾氣或尾氣收集
【解析】?(1)根據(jù)反應(yīng)信息“C+2CuO2Cu+CO2↑”,則紅色物質(zhì)是Cu;(2)CO2能使澄清石灰水變渾濁,原因是生成不溶于水的CaCO3沉淀;(3)因?yàn)?/span>CO氣體能使浸有磷鉬酸溶液的黃色氯化鈀試紙變藍(lán),說明有CO氣體生成;(4)原因一是木炭與CuO反應(yīng)生成Cu和CO,原因二是木炭與生成的CO2反應(yīng)生成CO;(5)為了防止CO擴(kuò)散到空氣中污染空氣,可增加收集裝置或燃燒掉CO。
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