新疆且末料青玉:中考化学考点知识梳理与疑难突破（十七）金刚石、石墨和C60

金刚石、石墨和C₆₀

知识梳理

    1.碳的单质

（1）同一种元素可以组成不同的单质

金刚石、石墨和C₆₀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______ ___有很大差异。

（ 2）金刚石、石墨和C₆₀的物理性质和用途

金刚石

石墨

C_{60[来源:学科网]}

物

理[来源:Z&xx&k.Com]

性[来源:学科网ZXXK][来源:学_科_网Z_X_X_K]

质

外观[来源:Z§xx§k.Com]

无色透明正八面体形状的固体

深灰色细鳞片状固体

形似足球，这种足球状的碳分子很稳定

光泽

加工雕琢后有夺目光泽

有金属光泽

硬度

最硬（天然存在）

很软

导电性

不导电

优良的导电性

用途

刻刀、钻石、钻头

铅笔芯、电极、润滑剂

制备新材料、制作新器件等

（3）木炭、活性 炭的吸附性

木炭、活性炭、炭黑、焦炭等物质都是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。由于木炭和活性炭都具有疏松多孔的结构，因此它们都具有较强的_________能力，可以吸附毒气、色素以及有异味的物质等。据此，木炭和活性炭在制糖工业、食品工业、防毒面具制作等方面有重要的应用。

（4）物质的结构、性质、用途之间的关系

物质的结构决定性质，性质决定用途。其关系可简单表示为：

物质的组成结构 物质的性质 物质的用途

答案:（1）物理性质  （3）吸附

2.碳的化学性质

（1）稳定 性

常温下，碳受日光照射或跟空气、水分接触，都________发生变化。但是随着温度的升高，碳的活动性大大 增强，在高温下，碳能够跟很多物质起反应。

（2）可燃性

氧气充足时：C+O₂ CO₂

氧气不足时：2C +O₂ 2CO，用煤生炉子，燃烧不旺时就会发生这一反应。

（3）还原性

a.与非金属氧化物反应，如：C+CO₂ 2CO，煤炉中经常发生这一反应。

b.与金属氧化物反应，如与氧化铜、氧化铁、氧化铝等的反应。

木炭还原氧化铜的反应原理：

C+2CuO 2Cu+CO₂↑

现象：黑色粉末变成________固体，放出的气体能_________。

装置：用高锰酸钾制氧气的装置

c.碳的还原性的应用：单质碳的还原性可用于冶金工业，例如用焦炭炼铁。

答案:（1）不容易  （3）红色  使澄清石灰水变浑浊

3.还原反应

含氧化合物里的氧________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。

答案:被夺去的反应

疑难突破

1.举例说明吸附（作用）是物理变化还是化学变化？

剖析：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），这个变化并未有新物质生成，因此是物理变化。

2.举例说明同一种元素可以组成不同的单质吗？

剖析：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、C₆₀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。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。

问题探究

    问题  怎样证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的？

    探究：将金刚石和石墨分别放在充满氧气的密闭容器里，使它们在容器里充分燃烧。测得产物CO₂，测定CO₂里所含碳元素的质量，恰好等于燃烧掉的金刚石或石墨的质量。

由于金刚石和石墨燃烧 都可以生成二氧化碳，就可以说明金刚石和石墨中都含有碳元素。又由于测定CO₂里所含碳元素的质量，恰好等于燃烧掉的金刚石或石墨的质量，那就可以说明燃烧掉的金刚石或石墨的质量恰巧就是CO₂里所含碳元素的质量。因此可以证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的。

典题精讲

    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、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。

答案：C

    例2  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，蓝宝石和红宝石用来制作戒指

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来作润滑剂

D.活性炭可作冰箱的去味剂

思路解析: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

知识导学

    由同种元素组成的物质不一定是单质，只有由同种元素组成的纯净物才是单质。如：金刚石和石墨混合，它们只由碳元素组成，却是混合物。

金刚石和石墨都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的碳原子的排列方式不同，因此它们的物理性质存在较大差异。金刚石是天然存在的最硬的物质而石墨很软；石墨还具有导电性而金刚石没有导电性等。

C₆₀分子中60表示的意义指一个C₆₀分子是由60个碳原子构成的。

碳的单质不一定都是黑色的，例如金刚石就是无色透明的固体。

“碳”字指元素，凡碳的单质和碳的化合物中的碳元素都是用“碳”，是广义的碳的用字。

木炭、活性炭、炭黑、焦炭等物质都是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的，没有规则的几何外形，所以叫无定形碳。

吸附过程属于物理变化。

物质的结构决定了性质，分析物质的性质时应从物质的结构中找出依据。物质的性质决定了物质的用途，分析物质的用途时应从物质的性质中找出依据。

如埋木桩时，通常要把埋入地下的一端用火烧焦，就是利用碳在常温下化学性质比较稳定。

用煤生炉子，燃烧不旺时就会产生一氧化碳。因此用煤取暖时一定要注意通风换气，以免引起中毒。

其中木炭还原氧化铜的实验现象、注意问题以及化学方程式的书写是重点。能够根据化学方程式判断谁被氧化，谁被还原，谁是氧化剂，谁是还原剂。

注意问题：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高温度，也可用酒精喷灯加热。

可以根据下面的韵语判断氧化反应、还原反应、氧化剂、还原剂：

得氧氧化，失氧还原；要是问剂，恰恰相反。

如在木炭还原氧化铜的反应中：

C+2CuO 2Cu+C O₂↑

碳变成二氧化碳，得氧，被氧化，是还原剂；氧化铜变成铜，失氧，被还原，是氧化剂。

疑难导析

要知道木炭和活性炭的结构以及吸附过程，然后分析这个过程中物质是否发生变化，是否有新物质生成。

要说 明同一种元素是否能够组成一种单质，是否能够组成多种单质。要明确元素和单质的区别，是否是不同的概念，单质是否一定是由同一种元素组成的，一种元素是否一 定只形成一种单质。

问题导思

    要证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的，可以将其在充满氧气的密 闭容器里充分燃烧。

只要测得产物是CO₂，就可以说明金刚石和石墨中都含有碳元素。

根据测得CO₂里所含碳元素的质量，恰好等于燃烧掉的金刚石或石墨的质量，就可以说明燃烧掉的金刚石或石墨的质量恰巧就是CO₂里所含碳元素的质量。

通过以上探究即可证明金刚石和石墨都是由碳元素组成的。

典题导考

绿色通道

通过研究，人类认识到几种碳单质的存在是因其内 部碳原子排列方式不同所致。通过将它们放在纯氧气中充分燃烧时都能生成唯一产物二氧化碳得以证明。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。

典题变式

下列说法正确的是（    ）

A.一种元素只能形成一种单质

B.金刚石和石墨是由不同种元素组成的

C.金刚石、石墨和C₆₀都是黑色晶体

D.金刚石、石墨和C₆₀的化学性质基本相同

答案：D

绿色通道

物质的性质决定了物质的用途，分析物质的用途时应从物质的性质中找出依据。

典题变式

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

答案:C