资源描述
第六单元 碳和碳的氧化物 课题1 金刚石、石墨和C60（讲学）
课标定位
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、 知道不同的元素可以组成不同的单质，同一种元素也可以组成不同的物质
4、 以人类对碳单质的认识为例，引导学生形成“科学是发展”的观点
知识梳理
核心知识归纳
1.金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质,但由于它们的原子排列方式不同,因此它们的性质存在着差异。
2.金刚石是天然存在的最硬的物质。石墨很软,有滑腻感,具有优良的导电性能。
3.由于木炭具有疏松多孔的结构,因此它具有吸附能力,可以吸附一些食品和工业产品里的色素,也可以用它来吸附有异味的物质。防毒面具里的滤毒罐是利用活性炭来吸附毒气的。
4.C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,这种足球结构的碳分子很稳定。
5.碳的化学性质:(1)在常温下,碳的化学性质不活泼。(2)当碳不充分燃烧的时候,生成一氧化碳,同时放出热。其燃烧的化学方程式为:2C+O22CO;当碳充分燃烧的时候,生成二氧化碳,同时放出热。其燃烧的化学方程式为:C+O2CO2。(3)木炭与氧化铜反应的化学方程式为:2CuO+C2Cu+CO2↑。
6.含氧化合物里的氧被夺去的反应,叫做还原反应。木炭具有还原性,因此单质碳可用于冶金工业。
知识点一、碳单质的种类和物理性质
知识在线
碳的几种单质（金刚石、石墨、C60）
（1）金刚石（C）为正八面体形状的固体,它无色、透明、不导电,是天然存在的最硬的物质,用于雕琢后作装饰品、钻探机的钻头、玻璃刀的刀头等。
（2）石墨（C）是最软的矿物之一，深灰色，具有金属光泽，细鳞片状的固体，有优良的导电性，润滑性。可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的电刷、做固体润滑剂等
（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.
（4）C60（也叫“足球碳”）：C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,其相对分子质量为720。它形似足球,这种足球结构的碳分子性质稳定,质脆,导电、导热性差,可应用于材料科学、超导体等
知识拓展
1、碳单质物理性质差别的原因为碳原子的排列顺序不同。金刚石中碳原子排列呈正四面体结构，石墨中碳原子排列呈片层结构，C60中碳原子排列呈足球状结构。
2、无定性碳
活性炭、木炭具有强烈的吸附性，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。
3、金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质,但是组成单质的碳原子排列方式不同,结构就不同,所以物理性质有很大差异
考题再现
【考题示例】
1、下列物质的用途利用其化学性质的是( )
A.N2作填充剂 B.金刚石作钻头 C.干冰作制冷剂 D.天然气作燃料
【答案】A、D
【解析】N2作填充剂利用的是N2的性质稳定、不活泼这一化学性质;金刚石作钻头利用的是金刚石是天然存在的最硬的物质这一物理性质;干冰可作制冷剂利用的是干冰升华吸热这一物理性质。天然气作燃料利用的是甲烷的可燃性,是一种化学性质。
2、防毒面具的滤毒罐中用来吸附毒气的物质是( )
A.炭黑 B.活性炭 C.木炭 D.石墨
【答案】B
【解析】相比较而言,活性炭的吸附能力最强,所以应用于滤毒罐中的吸附剂一般是活性炭。
3、碳家族中,C60的分子结构形似足球(如图所示)。关于C60的说法中,错误的是( )
A.它是一种单质 B.每个C60 分子由60个碳原子构成
C.它与金刚石是同一种物质 D.它完全燃烧后的产物是CO2
【答案】C
【解析】C60是由碳元素组成的一种单质;一个C60分子由60个碳原子构成;碳的单质有金刚石、石墨、C60等,它们是由碳元素组成的不同单质,完全燃烧都生成CO2,故选C。
知识点二、碳单质的化学性质
知识在线
1.常温下碳的化学性质不活泼,受日光照射或与空气、水分接触都不易发生化学反应。
2.可燃性,见下表。
氧气充足时
碳与充足的氧气在加热或点燃的条件下反应生成二氧化碳,其化学方程式为:C+O2CO2,生成的气体能使澄清石灰水变浑浊
氧气不充足时
碳与不充足的氧气反应生成一氧化碳,放出热量,其化学方程式为:2C+O22CO
3.还原性,见下表。
实验
用品
铁架台(带铁夹)、试管、酒精灯、带导管的橡胶塞、火柴、药匙、木炭粉末、氧化铜粉末、澄清石灰水
实验
原理
2CuO+C2Cu+CO2↑
实验
装置
实验
步骤
(1)把刚烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀,小心地铺入试管,并将试管固定在铁架台上
(2)试管口装有通入澄清石灰水的导气管,用酒精灯加热混合物几分钟
(3)先撤出导气管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上,观察现象
实验
现象
试管中的黑色粉末状固体在加热后变成了红色,澄清石灰水变浑浊
实验
点拨
(1)试管口要略向下倾斜,以防止水蒸气冷凝回流到试管底部,使试管炸裂
(2)加热试管时,应先将试管预热,再固定在盛药品的底部加热,以防止试管受热不均而炸裂
(3)实验结束后,先撤导管再熄灭酒精灯,以防止石灰水倒吸入试管中,引起试管炸裂
考题再现
【考题示例】
炭雕是一种集观赏、空气净化于一体的工艺品,其主要成分是木炭。下列说法中错误的是( )
A.炭雕作为艺术品可以长久保存
B.炭雕能吸附室内微量的有害气体
C.摆放炭雕必须远离火种
D.将炭雕的下脚料研成粉末,与氧化铜粉末共热,不能发生反应
【答案】D
【解析】炭雕的主要成分是木炭,属于碳单质。碳在常温下化学性质稳定,所以炭雕可以长久保存;木炭具有吸附能力,因此可以吸附室内微量的有害气体;单质碳具有可燃性,因此摆放炭雕必须远离火种;单质碳具有还原性,在高温下能与氧化铜反应。
走近中考
1、【2018年广州市中考化学试题】下列有关金刚石、石墨的说法正确的是（ ）
A．都是由碳元素组成 B．都是黑色固体 C．都能导电 D．硬度都很大
【答案】A
【解析】A．金刚石、石墨都是由碳元素组成，是碳的两种不同单质，正确； B．石墨是黑色固体，金刚石是无色透明的晶体，错误；C．石墨能导电，金刚石不能，错误； D．金刚石是自然界中硬度最大的物质，石墨是自然界中硬度最小的物质，错误。故选A。
2、【2018年湖北省宜昌市中考化学试题】在一密闭的容器中，一定质量的碳粉与过量的氧气在点燃的条件下充分反应,容器内各相关量与时间(从反应开始计时)的对应关系正确的是( )
A． B． C． D．
【答案】A
【解析】一定质量的碳粉与过量的氧气在点燃的条件下充分反应生成二氧化碳。A、气体的分子数不变，C＋O2 CO2，故A正确；B、气体的质量应增加，故B错误；C、氧气是过量的，固体质量最终应变为零，故C错误；D、任何一个化学反应都必然遵循质量守恒定律，故D错误。
跟踪短训
1、有关C+2CuO2Cu+CO2↑的反应,下列说法正确的是( )
A.CuO具有还原性 B.C发生了还原反应
C.反应前后氧元素的化合价没有改变 D.反应前后固体质量不变
【答案】C
【解析】物质得氧发生氧化反应,即C发生氧化反应,具有还原性;物质失氧发生还原反应,即CuO发生还原反应,具有氧化性;反应前CuO中的O为-2价,反应后CO2中的O仍为-2价;反应前固体质量是CuO和木炭质量之和,反应后生成气体CO2,固体质量是Cu的质量,即固体质量减少。
2、李洋同学在实验室用木炭和氧化铜两种黑色粉末在高温下反应制取单质铜(如图所示),反应的化学方程式为:C+2CuO2Cu+CO2↑
他联想到单质碳的一些化学性质,认为在该实验中还可能会有CO产生。
查阅资料:CO气体能使浸有磷钼酸溶液的黄色氯化钯试纸变蓝色。
实验验证:
(1)点燃A处酒精灯,数分钟后发现试管中的黑色固体物质变红,该红色物质是 。
(2)装置B中发生的实验现象是 ,该反应的化学方程式是 。
(3)C装置中浸有磷钼酸溶液的黄色氯化钯试纸变蓝色,说明有 气体生成,证明李洋同学是判断是正确的。
实验反思:
(4)李洋同学对CO产生的原因进行了分析:①原因一:木炭和氧化铜在高温条件下直接发生反应产生CO;②原因二:反应C+2CuO2Cu+CO2↑中的一种产物和反应物木炭又发生了新的化学反应,产生了CO;③原因三:……
请你从原因一、原因二中选择其一,用化学方程式表示存在此原因的化学反应原理 。
(5)在设计装置时还要考虑环保因素,因此要在装置C处添加 装置。
【答案】(1)Cu或铜 (2)石灰水变浑浊;Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O
(3)CO (4)C+CuOCu+CO↑或CO2+C2CO (5)尾气处理或点燃尾气或尾气收集
【解析】 (1)根据反应信息“C+2CuO2Cu+CO2↑”,则红色物质是Cu;(2)CO2能使澄清石灰水变浑浊,原因是生成不溶于水的CaCO3沉淀;(3)因为CO气体能使浸有磷钼酸溶液的黄色氯化钯试纸变蓝,说明有CO气体生成;(4)原因一是木炭与CuO反应生成Cu和CO,原因二是木炭与生成的CO2反应生成CO;(5)为了防止CO扩散到空气中污染空气,可增加收集装置或燃烧掉CO。
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