化学：金刚石、石墨和C60_经典辅导世纪e校通---子女教育

云水霜天 2010-12-29

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一、教学内容

金刚石、石墨和C₆₀

二、考点清单

1、了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途。

2、知道碳单质的化学性质。

3、知道C₆₀分子的结构特点和潜在应用前景。

三、全面突破

考点1 碳的单质

1、金刚石（C）是自然界中最硬的物质，无色透明，正八面体。可用于制钻石；刻划玻璃、钻探机的钻头（体现了它的硬度大）等。

2、石墨（C）是最软的矿物之一，深灰色，具有金属光泽，是细鳞片状的固体，有优良的导电性，润滑性。可用于制铅笔芯（体现了它呈深灰色、质软）、干电池的电极（体现了它的导电性）、电车的电刷（体现了它的导电性，滑腻感、常温下化学性质稳定）、作润滑剂（体现它具有滑腻感）等。

金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：碳原子的排列不同。

3、无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成.主要有：焦炭，木炭，活性炭，炭黑等。

活性炭、木炭具有强烈的吸附性（因为具有疏松多孔的结构），木炭可用于食品、工业产品中除去色素、异味等，活性炭可用于防毒面具中除去毒气、制糖业中脱色以制白糖；焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。

注意：吸附性是活性炭、木炭的物理性质

4、C₆₀：C₆₀分子是由60个碳原子构成的分子，形似足球，结构稳定。

【典型例题】

例1：下列有关碳的物质的用途说法错误的是

A. 金刚石中混有杂质就呈现不同颜色

B. 铅粉和少量石墨粉制作铅笔芯

C. 长期未用而难开启的锁，可在锁孔中加入少量铅笔芯粉末来作润滑剂

D. 活性炭可作冰箱的去味剂

【解析】本题主要利用碳的单质的物理性质及对应的用途。如：金刚石经过仔细雕琢，可成为璀璨夺目的装饰品——钻石。利用石墨质软的性质可制成铅笔芯，因为石墨具有滑腻感，可用来作润滑剂。利用活性炭的吸附性可作冰箱的除味剂。

【答案】B

例2：金刚石和石墨的不同点是

A. 金刚石是纯净物，石墨是混合物

B. 金刚石是单质，石墨是化合物

C. 金刚石和石墨中碳原子的排列不同

D. 金刚石和石墨中碳原子内部结构不同

【解析】金刚石和石墨都是由碳元素组成的，但由于在金刚石和石墨里碳原子的排列方式不同，所以金刚石和石墨是两种不同的单质。即石墨是单质，属于纯净物。A、B错；原子是化学变化中最小的粒子，金刚石和石墨中的碳原子内部结构应相同，D错。

【答案】C

例3： 2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机在空中失事。有专家分析认为，其原因可能是航天飞机机壳底部的石墨瓦在空中脱落，击中机翼。航天飞机表面覆盖石墨瓦可以起隔热和保护作用，这主要是因为石墨

A. 能导电 B. 密度小

C. 熔点高、耐高温、化学性质稳定 D. 硬度小，有润滑作用

【解析】解此题的关键是根据石墨的特性再结合题中的信息，即航天飞机表面覆盖石墨瓦的作用作出选择。而石墨具有质软、导电性良好、有润滑作用，还有熔点高、耐高温等特性。

【答案】C

例4：下列关于C₆₀的说法正确的是

A. 属于单质 B. 属于混合物

C. 由30个碳原子构成的分子 D. 相对分子质量为60

【解析】C₆₀是由一种元素组成的纯净物，属于单质。一个C₆₀分子中有60个碳原子。相对分子质量=60×12=720

【答案】A

例5：如图，向盛有二氧化氮气体的集气瓶里投入几块木炭，为什么红棕色会消失？漏斗中液面为什么会上升？为什么用漏斗而不直接用导管插入水中？

【解析及答案】木炭具有疏松多孔的结构，有效面积大，有强烈的吸附性，能把大量的气体或染料等微小粒子吸附在它的表面，所以，二氧化氮气体被木炭吸附了，红棕色会消失。二氧化氮被吸附后，集气瓶内的气体减少，压强变小了，所以，漏斗中液面会上升。如果直接用导管插入水中，则烧杯中的水会沿着导管进入集气瓶中。

考点2 ：单质碳的化学性质

单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却完全相同!

1、常温下的化学性质比较稳定。因此古代用墨书写、绘画的字画保存时间很久，且不易变色。

2、可燃性：

【典型例题】

例1：书写档案规定使用碳素墨水，其理由是

A. 单质碳不与其他任何物质反应

B. 常温下，碳的化学性质不活泼

C. 碳易与纸张反应生成化学性质稳定的物质

D. 这种墨水是经过加工的性质稳定的化合物

【解析】本题主要考查物质的性质与用途之间的关系。碳素墨汁是由碳的单质制成的，碳在常温下化学性质稳定，受日光照射或与空气、水分接触不起变化，用碳素墨水书写的字虽然年深日久也不褪色。

【答案】B

例2：某物质在空气中燃烧，其产物之一是二氧化碳，则该物质

A. 一定是碳的某种单质 B. 一定是含氧元素的物质

C. 一定是含碳元素的物质 D. 一定是由碳、氧元素组成的化合物

【解析】根据质量守恒定律，反应前后元素的种类和质量相同。

【答案】C

例3：甲、乙两同学分别做鉴别碳粉和氧化铜两种黑色粉末的实验，各设计如下方案：甲：将两种黑色粉末分别在空气中燃烧，有火星出现并且黑色粉末逐渐减少的是碳粉。乙：将两种黑色粉末分别放在试管里，通入氢气后加热（H₂ + CuO Cu + H₂O），有亮红物质出现的是氧化铜。

你认为最佳方案是（填“甲”或“乙”），简要说明理由。

【解析】选择实验方案时一般从以下几方面考虑：操作是否简便易行，是否节约能源、经济实惠，是否安全等。

【答案】甲。甲方案只要点燃木炭就行，不需要再消耗其他能源，既经济实惠，又简便易行；乙方案需要加热，得消耗热能，制取所使用的氢气要消耗化学药品，并且，使用氢气具有一定的危险性。

例4：水煤气厂生产煤气，将水加热成水蒸气，通过赤热的炭，得到氢气和一氧化碳。王老师为了说明其化学原理，画出了如图所示的卡通片，其中A图表示（物质）：

剂；B图表示（物质）剂；写出该反应的化学方程式。

（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）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____________________________________________________。

【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）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的氧元素的质量。

利用CO₂——2O

44 32

1.32g x 44：32=1.32g：x x=0.96g

0.96g/3.2g×100%=30%

【答案】（1）检查装置气密性

（2）澄清石灰水变浑浊

（3）使产生的二氧化碳气体全部被澄清石灰水吸收

（4）30%

四、本讲小结：

1、碳的几种单质，金刚石、石墨、C₆₀，及几种常见的碳，虽然它们都是由碳元素组成的单质，但在物理性质上却有较大的差异，这是由于它们的晶体中碳原子的排列方式不同。同一种元素可以组成不同的单质。

2、根据它们的性质掌握它们的主要用途。这一讲通过对比分析、对比实验，从结构、性质和用途三个方面介绍了碳元素形成的单质。三者之间的关系是：结构决定性质，性质决定用途；反之，用途体现了性质，性质又体现了结构。

3、碳的原子结构决定碳在常温下化学性质稳定，随着温度的升高，化学活动性大大增强，具有可燃性和还原性。重点掌握碳的还原性及有关实验装置。

五、应考锦囊：

1、碳与炭的区别：

“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称。比如：碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳。（这儿不能用“炭”）

“炭”表示由碳元素组成的某种单质—木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。

2、抓住碳的各种单质的物理性质与其用途的关系是解题的关键

3、碳的单质的物理性质不同与原子的排列方式有关，而化学性质则与碳原子的最外层电子数有关，因此有相似的化学性质

4、反应物相同，但反应物的量不同、反应物间接触面积不同或反应条件不同，则生成的产物或反应中产生的现象有可能不同。如：碳和氧气在点燃条件下反应，氧气充足时生成的是CO₂，而氧气不充足时主要生成CO。

5、对于碳的还原性，应了解反应的现象、装置、操作、化学方程式等知识，并结合知识解决问题。

六、超前思维：（第六单元课题2 二氧化碳制取的研究）

1、实验室制取气体的思路：（原理、装置、检验）

（1）发生装置：由及决定：

反应物是固体，需加热，制气体时则用的发生装置。

反应物是固体与液体，不需要加热，制气体时则用的发生装置。

（2）收集方法：由及决定：

难溶于水用法收集

密度比空气大用向排空气法

密度比空气小用向排空气法

2、二氧化碳的实验室制法：

1）原理：用石灰石和稀盐酸反应：

2）选用和相同的发生装置

3）气体收集方法：向排空气法

4）验证方法：将制得的气体通入，如能，则是二氧化碳。

验满方法：用点燃的木条，放在集气瓶，木条。证明已集满二氧化碳气体。

3、二氧化碳的工业制法：

煅烧石灰石：

生石灰和水反应可得熟石灰：CaO+H₂O=Ca（OH）₂

【模拟试题】（答题时间：60分钟）

一、填空题：

1. 在常温下，碳的化学性质________，在点燃条件下，碳跟充足的氧气反应生成________，化学方程式是________________；当氧气不充足时，碳燃烧生成________，化学方程式是_____________________；这两个反应都属于________反应（基本反应类型）。