中考化学总复习 (金刚石.石墨和C60)

2011年中考化学总复习教学案

知识·巧学·升华

金刚石、石墨和C 60都是由碳元素组成的单质，但由于碳原子的排列方式不同，因此它们的物理性质有很大差异。

一、碳的单质

1. 金刚石

无色透明，正八面体形状，可作装饰品——钻石，它是天然存在的最硬的物质。

2. 石墨

石墨是一种深灰色的有金属光泽而不透明的细鳞片状固体，很软，有滑腻感，有优良的导电性能。

要点提示

石墨很软，在纸上划过会留下痕迹，因而常用于制铅笔芯。以干电池用石墨为例，说明石墨具有优良的导电性能。另外石墨的结构是分层的，每一层内每个碳原子和其他三个碳原子结合，形成正六边形，每层之间的连接不牢固，可以滑动。

3. 木炭、活性炭、炭黑

木炭主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，它具有疏松多孔的结构。这种疏松多孔的结构使木炭具有吸附能力。

4.C 60分子

C 60是一种新的以单质形式存在的碳，是一种由60个碳原子构成的分子，它

形似足球，很稳定。

要点提示

C 60分子结构与足球相似，所以又称“足球烯”，这种“足球”结构的碳分子很稳定，一个C 60分子中含有60个碳原子，每个碳原子都和其他三个碳原子结合形成正六边形，这样C 60有30个六边形组成。

5. 金刚石、石墨和C 60的物理性质和用途

①金刚石的碳原子在空间构成连续、坚固的骨架结构，所以坚硬。石墨的碳原子呈平面层状结构，层与层之间的作用力小，所以很软，能导电，有滑腻感。除了金刚石和石墨以外，生活中我们还常常用到木炭、活性炭、炭黑、焦炭等，它们主要由石墨的微小晶体和少量杂质构成。

②物质的组成结构决定体现物质的性质决定体现物质的用途

二、碳的化学性质

在常温下，碳的化学性质不活泼。常温下，碳受日光照射或跟空气、水分接触，都不容易发生变化。

1. 碳跟氧气的反应

单质碳可以在氧气里燃烧，放出热量，燃烧充分时，生成二氧化碳气体；燃烧不充分时，产生一氧化碳气体。化学方程式为：

氧气充足时：C+O2点燃CO 2

氧气不足时：2C+O2点燃2CO

2. 碳跟某些氧化物的反应

（1）木炭和氧化铜反应，生成铜和二氧化碳： 2CuO+C2Cu+CO2↑

［实验探究］木炭还原氧化铜

原理：C+2CuO高温2Cu+CO2↑

装置：铁架台、大试管、酒精灯（用高锰酸钾制氧气的装置）。

实验步骤：①按(上图) 从下到上安装好仪器，试管口略向下倾斜。②将木炭粉和黑色氧化铜分别充分烘干后，按一定的质量比称取两种黑色粉末。放入研钵中反复研碎、混匀。③用药匙或小纸槽将黑色混合物放进试管底部，塞上带有橡皮塞的直角玻璃导管，玻璃导管的另一端插入另一支盛有澄清石灰水的试管中。④点燃酒精灯，先预热试管，然后集中在盛有混合粉末处加强热。几分钟后，可观察到澄清石灰水变浑浊。⑤拔下橡皮塞，熄灭酒精灯，待试管自然冷却后，将试管中的混合物倒在一张白纸上。⑥混合粉末中有红色的单质铜生成。

现象：黑色粉末变成红色固体，放出的气体能使澄清石灰水变浑浊。

要点提示

①试管口略向下倾斜。

②实验结束先从澄清石灰水中拿出导管再停止加热。

③待试管冷却后再把试管中的红色固体倒出来，防止生成的铜再被氧化；

④用酒精灯加热时可用网罩提升温度，也可用酒精喷灯加热。

氧化铜与碳的配比：由化学方程式计算，氧化铜与碳的质量比应当是13∶1，在实际操作中，氧化铜粉与炭粉的质量比控制在(9～13) ∶1的范围内效果较好。

（2）木炭还原氧化铁

2Fe 2O 3+3C高温4Fe+3CO2↑

三、还原反应

含氧化合物里的氧被夺去的反应叫做还原反应。含氧化合物提供氧的性质叫做氧化性，含氧化合物是氧化剂；夺取含氧化合物中氧的物质是还原剂，它的这种性质叫做还原性。用于冶金工业，如3C+2Fe2O 3高温4Fe+3CO2↑

要点提示

①氧化剂和和还原剂描述的对象是反应物，还原反应和氧化反应描述的是反应过程，氧化剂具有氧化性，还原剂具有还原性。如：反应2CuO+C2Cu+CO2↑。

氧化铜失去氧而变成单质铜，氧化铜被还原发生了还原反应。木碳得到氧变成二氧化碳，木碳被氧化发生了氧化反应。木炭使氧化铜还原为铜，木炭具有还原性，是一种还原剂。氧化铜能使木炭氧化为二氧化碳，那么氧化铜具有氧化性，在这个反应中是还原剂。 关于氧化反应、还原反应、氧化剂、还原剂的判断，可以根据下面的韵语：

得氧氧化，失氧还原；要是问剂，恰恰相反。

②氧化反应和还原反应同时发生，不可能在一个反应中，只有物质发生氧化反应，没有物质发生还原反应。也就是说在同一反应中，有氧化剂，也有还原剂。

问题·思路·探究

问题1：吸附（作用）是物理变化还是化学变化？

思路:吸附是各种固体表面都有的性质。一定质量的吸附剂，吸附能力的大小决定于其表面积的大小，表面积越大，吸附能力越强。被吸附的气体物质的分子越大（半径越大）——相对分子质量越大，沸点越高，越易被吸附。

探究:木炭和活性炭的吸附是将被吸附物（有色液体、气体、有毒气体等）吸在表面（细管道内），这个变化并没有新物质生成，因此是物理变化。由于活性炭是将木炭在隔绝空气的条件下，通过水蒸气气流加强热得到的，所以管道更为疏通，因而吸附性强于木炭。 问题2：同一种元素可以组成不同的单质吗？

思路：由于同一种元素可以组成不同种单质，元素已经发现了109种，那么单质的种类就要更多了。注意元素和单质是不同的概念，单质一定是由同一种元素组成的，但一种元素不一定只形成一种单质。

探究：同一种元素不仅能够组成一种单质，有的还能组成多种单质，如碳元素可组成金刚石、石墨、C 60等几种单质；磷元素可组成红磷、白磷等单质；氧元素可组成氧气、臭氧等单质。 典题·热题·新题

例1：碳元素有金刚石、石墨和无定形碳等多种单质，下列关于碳单质的叙述正确的是（ ）

A. 都是黑色固体 B. 碳原子的排列方式都相同

C. 在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳 D. 都能使红墨水褪色

思路解析：金刚石是无色透明的，所以A 选项不对；这几种物质正是因为碳原子排列方式不同所以结构不同，是不同的物质，所以B 选项错；金刚石、石墨和无定形碳都是碳元素形成的单质，其燃烧产物相同，都是二氧化碳；这三种物质中，只有无定形碳是疏松多孔的物质，具有吸附性，能使红墨水褪色，所以D 选项错。

答案：C

深化升华

该题考查了对同种元素可以组成不同单质的理解，进一步提高了对组成结构决定性质、性质决定用途基本原理的认识。金刚石、石墨和无定形碳等单质都是由碳元素组成的，虽组成元素完全一样，但因结构不同, 又是完全不同的几种物质，性质差别很大。如金刚石无色透明、硬度极大、不导电，石墨呈灰黑色、质软、具有良好的导电性，木炭、活性炭有较强的吸附性等，用途也各不相同。

例2：1985年科学家发现的C 60分子是由60个碳原子构成的，它的形状像足球（图C ），因此又叫足球烯。1991年科学家又发现一种碳的单质——碳纳米管，它是由六边环形的碳原子构成的管状大分子（图D ）。图A 、图B 分别是金刚石和石墨的结构示意图，图中小黑点均代表碳原子。

思路解析：由于碳原子排列方式的不同，导致它们的物理性质有较大差异。金刚石、石墨、足球烯、碳纳米管都是由碳原子构成的碳单质，它们的化学性质（常温下稳定性、可燃性、还原性）是相同的，而且由于碳原子的最外层电子数为4，常温下不易得失电子，决定了这些碳单质在常温下性质稳定。证明足球烯和碳钠米管都是由碳元素组成的，首先利用其可燃性说明其含有碳元素，其次通过定量测定证明其只含碳元素。

答案：（1）碳原子的排列方式不同。（2）不活泼，因为碳原子的最外层电子数为4，常温下不易得失电子。（3）将足球烯放在充满氧气的密闭容器里使之燃烧，测定其生成物是二氧化碳，且二氧化碳里所含碳的质量等于燃烧前后足球烯减少的质量。

分析题目时应将足球烯和碳纳米管的结构、性质与金刚石和石墨的结构、性质相联系。例3：据《美国化学杂志》报道，中国科学家以二氧化碳为碳源，金属钠为还原剂，在470 ℃、80 MPa下合成出金刚石，具有深远意义。下列说法不正确的是 „（ ）

A. 由二氧化碳合成金刚石是化学变化

B. 金刚石是碳的一种同位素

C. 钠被氧化最终生成碳酸钠

D. 金刚石中只含有非极性共价键

思路解析：判断过程属于物理变化还是化学变化的关键是看是否产生新的物质，由二氧化碳合成金刚石产生新的物质属于化学变化，金刚石是一种单质而不是元素。

答案：B

深化升华

此题综合性较强，考查的知识点较多，既有概念方面的问题，又有化学性质方面的问题，如钠被氧化最终生成碳酸钠，还有理论方面的问题，如共价键。只要这些基本知识比较扎实，此问题不难解决。

例4：水煤气厂生产煤气，将水加热成蒸气，通过赤热的碳，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），是 剂；B 图表示 （物质），是 剂；写出该反应的化学方程式 。

A B

思路解析：根据氧化还原反应的原理，氧化剂给出氧原子，还原剂得到氧原子，从反应H 2O+C高温H 2+CO可看出，H 2O 给出氧原子，是氧化剂；碳得到氧原子，是还原剂。 答案：H 2O 氧化 C 还原 H 2O+C高温H 2+CO

深化升华

本题首先要学会读图片，根据图片提供的信息，给出氧原子的应该是水，得到氧原子的应该是碳。