中考化学重难点易错点复习讲练详解碳单质（含解析）.doc

1 详解碳单质 一、牢记重要的化学思想 物质的组成结构 物质的性质 物质的用途 二、掌握碳的几种单质：金刚石、石墨、C60 注意： （1）金刚石、石墨的组成元素相同，但其物理性质相差很大，原因是原子的排列方式 不同。 （2）石墨在一定条件下可转化为金刚石，为化学变化。 （3）木炭、活性炭、焦炭、炭黑的主要成分也是碳单质。木炭和活性炭具有疏松多孔 的结构，都具有很强的吸附性，均可用于吸附色素、异味，用于食品工业、净水、净化空气 等；活性炭的吸附能力更强，可以用于防毒面具里的滤毒罐、制糖工业的脱色剂等。 三、单质碳的化学性质 注意：单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却基本相似。 四、木炭还原氧化铜的注意事项： 碳单质 结构 物理性质 用途 无色透明、正八面体形状的固体 装饰品──钻石金 刚 石 硬度大 （天然存在的最硬物质） 玻璃刀 钻探机钻头 深灰色、有金属光泽、不透明的 细磷片状固体 很软 铅笔芯 能导电 电极石 墨 滑腻 润滑剂 C60 形似足球 制超导材料、制作新型催 化剂等方面有 广阔的运 用前景 化学性质 用途 稳定性 常温下化学性质稳定（不活泼） 用碳素墨水书写档案材料等 可燃性 完全燃烧（氧气充足）C+O2 CO2 不完全燃烧 （氧气不充足）2C+O2 2CO 作燃料 还原性 C+2CuO 2Cu+CO2↑ （置换反应） 现象：①黑色粉末逐渐变成光亮的红色 ②澄清石灰水变浑浊 3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2↑ C + CO2 2 CO 冶炼金属2 1. 试管口要向下倾斜，防止药品中的水或加热生成的水进入试管底部炸裂试管。 2. 加热时先使试管预热，然后在药品底部加热。 3. 实验结束后应先撤离导管，后移去酒精灯，防止先撤酒精灯会使试管的温度降低，导 致试管内的压强突然变小，石灰水会倒流入试管中，导致试管炸裂。 4. 在碳的“还原性”实验的化学方程式 中，反应条件是“高温”，不能写成“加热”，即 C+2CuO 2Cu+CO2，不能写成 C+2CuO 2Cu+CO2↑；实验时应使用酒精喷灯或加金 属网罩以集中火焰，提高温度。 例题 1 （大连）下列有关物质性质与用途的说法，错误的是（ ） A. 石墨有滑腻感，可用来作电极 B. 焦炭有还原性，可用于冶金工业 C. 活性炭有吸附性，可用来吸附异味 D. 金刚石的硬度大，可用来切割玻璃 解析：A. 石墨能用来做电极是因为其具有优良的导电性而不是油腻感；B. 焦炭有还原 性，故可以用来冶炼金属；C. 活性炭有疏松多孔结构，故可吸附异味；D. 金刚石是天然存 在的最硬物质，故可切割玻璃。 答案：A 点拨：熟记各种碳的单质的性质和用途是解答此类题的基础。 例题 2 （日照）科学家 成功地利用精密仪器从石墨中分离出单层的石墨片，这是目前 世界上人工制得的最薄的材料，如图所示。下列有关石墨片的说法，错误的是（ ） A. 石墨片是一种单质 B. 石墨片与 C60 是同种物质，具有导电性 C. 在一定条件下，石墨片可还原氧化铜 D. 石墨片在氧气中完全燃烧的产物是 CO2 解析：A. 石墨片是由一种碳原子构成的，即由碳元素组成的纯净物，所以为单质，故 A 说法正确； B. 虽然都是由碳原子构成，但是碳原子的排列方式不同，属于碳的不同单质，所以不3 属于同一物质，故 B 说法错误； C. 由于石墨片从石墨中分离出来，是碳的单质，所以化学性质和其他碳单质相同，所 以碳片可以还原氧化铜，故 C 说法正确； D. 由于石墨片从石墨中分离出来，是碳的单质，所以充分燃烧时生成二氧化碳，故 D 说法正确。 答案：B 点拨： 按“物质结构决定性质，性质决定用途”的规律来学习和理解碳的单质的知识。 碳的单质都由碳原子构成，但原子排列方式的不同决定了其物理性质的差异，而元素种类相 同又决定了它们的化学性质相似。 例题 3 如下图所示，盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块活性炭，最终观察 到红棕色 （填“变深”或“消失”或“不变”），漏斗中液面 （填 “上升”或“下降”或“不变”）。其原因为：活性炭具有 作用，使瓶中气体 压强 外界大气压。 解析：活性炭具有疏松多孔的结构，具有吸附性，将活性炭投入盛满红棕色二氧化氮气 体的集气瓶中，轻轻摇动，NO2 气体被活性炭吸附，所以集气瓶内气体的红棕色逐渐消失； 由于瓶中的压强小于外界大气压强，所以水在外界大气压强下会被压进漏斗，即漏斗中的液 面上升。 答案：消失；上升；吸附；小于 点拨：要掌握活性炭的性质方面的知识，只有掌握了活性炭的性质才能正确的判断活性 炭的作用；将物理知识中有关压强的知识和化学知识相结合。 【综合拓展】 对木炭还原氧化铜实验的再探究 出题角度：经过实践得知，课本上木炭还原氧化铜的实验，存在现象不明显、实验效果 欠佳等问题。一是使用普通酒精灯加灯罩的方法不易稳定达到实验所需的高温；二是未指明 氧化铜与木炭的质量比；三是未强调实验成功的关键。实验题常常会以此为出发点，进行拓 展探究。 解题思路：此类实验题的解法没有固定的格式，解这类题时，只要从实验原理入手，结 合具体实验题目的特点，根据题目所给信息，认真审题，抓住题眼，就能很快的理顺解答的 思路。 答题技巧： 一是要紧扣实验要研究的问题，也就是实验目的，通读全题，明确问题与各环节的联系， 多角度、多方面分析问题； 二是要根据实验条件筛选出合理的假设；4 三是注意发现数据分布的规律和实验特征现象，正确推理出 结论。 例题 木炭作为还原剂用于金属冶炼已有几千年历史。化学兴趣小组按照课本实验方法 （如图甲），做木炭与氧化铜反应实验时，发现很难观察到紫红色铜的生成。他们决定对这 个实验进行探究和改进。 （1）木炭与氧化铜反应的化学方程式是__________________； （2）木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与 CuO 粉末混合均匀后使用。这样处理 的目的是______________________________________； （3）为了提高成功率，某研究小组设计如图乙方案进行实验。 【装置改进】 稳定的高温是本实验成功的关键因素之一，实验装置也会影响加热的效率。与甲相比较， 乙装置中将试管直立放置，酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是 。 【实验研究】 分别称取 2g 木炭与 CuO 的混合物，按每种比例重复实验 3 次。实验记录如下表： 总质量相同（2g），但木炭与 CuO 比例不同的实验对比表 比例 1:6 1:7 1:8 1:9 1:10～ 1:11 1:12 1:13 加热时间 1 ′51″ 1′43″ 1′57″ 1′51″ 1′51″ 1′53″ 4′ 实验现象 红热，产生大量气泡，石灰水变浑浊 偶尔红热， 气泡较少 实验结果 表层铜珠较大，出现未完全反应的黑色木炭 粉末，且木炭含量越高黑色粉末越多 反应较完全， 生 成 亮 红 色 网状铜块 部 分 生 成 Cu2O 主要产物 是 Cu2O 分析实验数据，影响实验的另一因素是______________________________；从产物分析， 该反应混合物的最佳比例范围是_____________________。 解析：（1）直接写出化学方程式为：C+2CuO 2Cu+CO2↑； （2）与反应物的接触面积越大，反应速率越快且反应更充分，所以把块状的木炭变成 炭粉更利于反应的进行； （3）【装置改进】将卧式改为直立式，铁 丝网形成一个类似烟囱的空腔，使空气的对 流加快，从而使燃烧更充分，可以使火焰更集中，提升温度，并可获得持续的高温，利于反 应的进行。 【实验研究】通过实验数据可以看出氧化铜和炭粉的比例不同，得到的产物也不同，从实验5 结果中可以得出反应物的比例为 1:10 至 1:11 时反应是最充分的。 答案：（1）C+2CuO 2Cu+CO2↑（2）增大反应物的接触面积，使反应更充分 （3）【装置改进】使火焰更集中，提升温度 【实验研究】反应物的比例 ；1:10 至 1:11 （答题时间：30 分钟） 1. 下列说法不正确的是（ ） A. 利用木炭的还原性由 CuO 冶炼铜 B. 天然金刚石是最硬的非金属单质，可制成钻石 C. 利用活性炭的稳定性来吸附冰箱中的异味 D. 利用石墨的导电性制作石墨电极 2. （兰州）同学们填写的“毕业生登记表”需要长期保存，因此书写时必须使用（　　） A. 铅笔 B. 圆珠笔 C. 红墨水笔 D. 碳素笔 *3.（兰州）单层石墨称为石墨烯，这种“只有一个碳原子厚的碳薄片”被公认为是目前 世界上最薄、最坚硬、传导电子速度最快的新型材料，下列关于石墨烯的叙述中正确的是 （　　） A. 石墨烯的化学式为 C B. 石墨烯的硬度小于金刚石 C. 石墨烯属于化合物 D. 石墨烯中碳元素的化合价为+4 4.（重庆）“碳海绵”是已知最轻的固体材料，主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是 碳单质），具有疏松多孔结构。下列关于“ 碳海绵” 性质的推测，一定有错误的是 （ ） A. 碳海绵有吸附作用 B. 碳 海绵是灰黑色固体 C. 碳海绵易溶解于水 D. 碳 海绵燃烧会产生二氧化碳 5.（兰州）2013 年 3 月，浙江大学实验室里诞生了世界上最轻的材料——“碳海绵”。 “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，主要成分是石墨烯和碳纳米管（两者都是碳单 质）。下列关于“碳海绵”的说法中不正确的是 （ ） A. 常温下化学性质活泼 B. 具有吸附性 C. 在一定条件下可还原氧化铜 D. 在氧气中完全燃烧的产物是 CO2 *6.（宜宾）下列关于碳单质的说法中正确的是（ ） A. C60 的相对分子质量为 720 B. 金刚石、石墨和 C60 都由碳元素组成，结构相同 C. 木炭具有还原性，常温下可以将氧化铜中的铜还原出来 D. 石墨很软，不能用于制石墨电极 7. 中华炭雕（主要成分是木炭）是一种集观赏与空气净化于一体的工艺品，关于它的说 法错误的是（ ）6 A. 炭雕摆设要远离火种 B. 炭雕艺术品可以长久保存 C. 炭雕是轻质透明的固体 D. 炭雕能吸附室内有害气体 8.（盐城）2013 年 3 月，我国研制出世界上最轻、吸油力最强的固体材料——碳海绵。 碳海绵由碳元素组成，具有疏松多孔的结构。下列关于碳海绵的说法不正确的是（　　） A. 常温下化学性质不活泼 B. 是一种新型的化合物 C. 具有较强的吸附性 D. 可处理海上泄漏的石油 9. 在石墨、金刚石、C60 和活性炭四种碳的单质中，能应用于材料科学的是 ；用 作滤毒剂的是 ；硬度最大的是 ；软而滑腻的是 ；导电性 能好的是 ；能使集气瓶中红棕色的二氧化氮颜色消失的是 ，发生的变 化是 （填“物理”或“化学”）变化。 10.（佛山）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。 图① 图② 图③ 图④ 根据所学知识回答： （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 ，图③单质的名称是 ，图④单质的化学式是 。 （3）C 为+4 价，Cl 为-1 价，由 C 和 Cl 组成的化合物的化学式为 。 *11. 如图是高温下用木炭还原氧化铜的实验装置图 （1）根据 B 中发生的现象，可以判断反应是否开始发生，则 B 中的试剂为（填名称） ________； （2）a 处排出的气体中，除没有排尽的空气和未被完全吸收的带有水蒸气的二氧化碳 外 ， 还 一 定 含 有 少 量 的 （ 填 化 学 式 ） ________ 气 体 ； 酒 精 灯 上 加 罩 的 目 的 是 ______________； （3）写出 A 中的化学方程式____________________________； （4）根据下表实验数据，求出有________克氧化铜参加了反应. 称量对象 质量/g 试管 127 反应前试管、氧化铜和木炭粉 42 冷却后试管、氧化铜和木炭粉 37.6 **12. 已知木炭粉与某红棕色粉末在高温下反应生成二氧化碳和铁。某同学设计了一个实 验，证明红棕色粉末中含有氧元素，并测定其中氧元素的质量分数，装置如下图所示。 （1）实验前，首先要进行的操作是________________________________________； （2）实验中，盛放澄清石灰水的大试管中出现的现象是_________________________； （3）实验中通入纯净而干燥的氮气，其目的是_________________________________； （4）尾气中可能含有的一种有毒气体是 。 （5）如果 3.2 g 该红棕色粉末与碳充分反应，测得澄清石灰水增重 1.32 g，则该红棕 色粉末中氧元素的质量分数为____________________________________________________。8 1. C 解析：A. 木炭具有还原性，所以可以利用木炭还原氧化铜而得到单质的铜； B. 金刚石是天然物质中最硬的非金属单质，所以可以制成钻石，作为装饰品耐磨且恒 久； C. 利用活性炭吸附冰箱中的异味，是根据活性炭具有吸附性，而非稳定性； D. 石墨可以导电，所以可用来制造石墨电极。 2. D 解析：碳素笔中含有碳，其主要成分是碳，碳在常温下化学性质不活泼，很难与其 它物质发生反应，保存的时间较长，因此同学们用碳素笔填写的“毕业生登记表”能长期保 存。 3. A 解析：A. 由题意可知，单层石墨称为石墨烯，所以，石墨烯的化学式为 C，故 A 正 确； B. 由题意可知，“只有一个碳原子厚的碳薄片”被公认为是目前世界上最薄、最坚硬 的材料。所以，石墨烯的硬度大于金刚石，故 B 错误； C. 由题意可知，单层石墨成为石墨烯，石墨烯属于单质，故 C 错误； D. 石墨烯属于单质，碳元素的化合价为 0，故 D 错误。 4. C 解析：“碳海绵”具有疏松多孔结构，所以具有吸附性；“碳海绵”也可能和木炭 一样呈灰黑色；不同的碳单质化学性质相同，所以“碳海绵”应具有常温下化学性质不活泼、 有可燃性、还原性等性质，故碳海绵可燃烧。 5. A 解析：A. 碳的化学性质稳定，不活泼，故 A 说法错误； B. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，故 B 说法正确； C. 碳具有还原性，“碳海绵”的主要成分是石墨烯和 碳纳米管，两者都是碳单质，所 以在一定条件下可还原氧化铜，故 C 说法正确； D. 碳完全燃烧生成二氧化碳，不完全燃烧生成一氧化碳，故 D 说法正确。 6. A 解析：A. C60 的相对分子质量为：12×60=720，故 A 正确； B.金刚石、石墨和 C60 都由碳元素组成，碳原子排列方式不同，结构不同，物理性质不 同，故 B 错误； C. 木炭具有还原性，高温下可以将氧化铜中的铜还原出来，而不是常温，故 C 错误； D. 石墨有良好的导电性，可用于制石墨电极，故 D 错误。 7.C 解析：A.木炭在常温下尽管很稳定，但是木炭可以燃烧，所以必须远离火源，所以 A 正确。 B. 因为碳的化学性质比较稳定，常温下不易反应，所以炭雕艺术品可以长久保存，所 以 B 正确。 C. 木炭是疏松多孔结构，所以质轻，但木炭是黑色的、不透明的，所以 C 不正确。 D. 木炭具备疏松多孔结构，有很大的表面积，有很强的吸附能力，可以吸附室内各种 有害的气体，起到净化空气，消除污染的作用，所以 D 正确。 8. B 解析：A. 碳海绵由碳元素组成，碳的化学性质比较稳定，故说法 A 正确； B. 碳海绵由碳元素组成，属于单质，故说法不正确； C. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，故说法正确； D. “碳海绵”具备高弹性和疏松多孔的结构，所以具有很强的吸附性，可处理海上石 油泄漏。 9. C60 活性炭 金刚石 石墨 石墨 活性炭 物理 解析：能应用于科学材料的是 C60；活性炭具有吸附性，用作滤毒剂；金刚石是天然存9 在的最硬物质；石墨质地较软，有滑腻感，有良好的导电性；活性炭能吸附色素，但无新物 质生成，属于物理变化。 10.（1）4 不活泼 （2）金刚石 石墨 C60 （3）CCl4 解析：（1）由原子结构示意图的意义可知，碳原子最外层电子数为 4；常温下碳的化 学性质不活泼。 （2）根据常见的碳单质的结构，金刚石的碳原子的排列是空间网状结构（图②），石墨 的碳原子的排列是层状结构（图③），C60 的碳原子的排列是由 60 个原子构成的分子，形似 足球（图④）。 （3）根据化合价原则，由化合价写出化学式。由在化合物中正负化合价的代数和为零 的原则可知，C 为+4 价，Cl 为﹣1 价，故 C 和 Cl 组成的化合物的化学式为：CCl4。 11.（1）澄清石灰水 （2）CO；使热量集中，温度更高 （3）C+2CuO 2Cu+CO2↑ （4）16 解析：（1）该反应可生成二氧化碳气体，为检验二氧化碳气体的存在，所以 B 中的试 剂是澄清石灰水。 （2）在高温条件下，碳也会与二氧化碳反应，生成一氧化碳。所以一定有 CO；网罩可 集中火焰，集中的火焰可以使温度更高。 （3）反应物是碳和氧化铜，反应条件是高温，写出化学反应式：C+2CuO 2Cu+CO2↑。 （4）生成的二氧化碳的量：42-37.6=4.4g 解：设产生 4.4g 二氧化碳需要氧化铜 g C+2CuO 2Cu+CO2↑ 160 44 4.4 g = =16g 答：有 16 克氧化铜参加了反应。 12.（1）检查装置的气密性 （2）澄清石灰水变浑浊 （3）将装置中的二氧化碳全部赶入石灰水中 （4）一氧化碳 （5）30% 解析：（1）凡是有气体生成的装置都需要检查气密性。 （2）澄清石灰水可用于检验二氧化碳气体，因为“已知木炭粉与某红棕色粉末在高温 下反应生成二氧化碳和铁”。 （3）因要测量产生的二氧化碳的质量，为了测量准确，需要将反应产生的二氧化碳气 体全部赶入石灰水中以便测量准确。 （4）在高温条件下，碳会与二氧化碳反应，生成一氧化碳。所以尾气中可能含有的一 种有毒气体是 CO。 （5）因二氧化碳与石灰水反应后没有气体生成，因此石灰水增重的质量即为产生的二 氧化碳的质量。而二氧化碳中所含氧元素的质量即为该红棕色粉末中氧元素的质量。 利用 CO2 ～2O 44 32 1.32g x x 44 160 g x 4.4 x x10 =0.96 x g32.1 32 44 = x %30%1002.3 96.0 =× g g