人教版九年级上册课题1 金刚石、石墨和C60学案设计

这是一份人教版九年级上册课题1 金刚石、石墨和C60学案设计，共10页。学案主要包含了学习目标，重难点，考点精讲等内容，欢迎下载使用。

1.了解金刚石、石墨和C60都是由碳元素形成的单质及木炭、活性炭的吸附性。
2.掌握碳的化学性质，了解碳的用途。
二、重难点
重点：碳的化学性质及金刚石、石墨和C60中原子排列方式的分析
难点：碳还原氧化铜的探究及物质的结构、性质和用途之间的关系
三、考点精讲
1. 碳的单质
金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质。
（1）金刚石是无色透明、正八面体形状的固体，经仔细研磨可称为璀璨夺目的装饰品—钻石。它是天然存在的最硬的物质。可用于裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，以及装在钻探机的钻头上，钻凿坚硬的岩层等。
（2）石墨是一种深灰色的有金属光泽光泽而不透明的细鳞片状固体。石墨很软，有滑腻感，还具有良好的导电性能。可用于制铅笔芯、电极等。
金刚石与石墨的物理性质不同是因为碳原子的排列方式不同。
（3）日常生活中的木炭、焦炭、活性炭和炭黑等的主要成分也是碳单质。
①木炭具有疏松多孔的结构，具有吸附能力，
可除去异味和色素；
②活性炭的吸附能力比木炭还要强。防毒面具里用活性炭除去毒气，制糖工业上利用活性炭来脱色以制白糖，还可用于吸附装修产生的对人体有害的气体等；
（4）C60室温下呈紫红色，有金属光泽的固体。
每个C60分子由60个碳原子构成。它的独特机
构决定了它具有一些特殊性质，可用于超导、
催化、材料、医学生物等领域。
2. 单质碳的化学性质
（1）化学性质及用途
典型例题1：金刚石和石墨是常见的碳单质，其结构如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．构成金刚石和石墨的原子大小不同
B．金刚石和石墨中原子排列方式相同
C．1g金刚石和1g石墨所含原子数相同
D．金刚石和石墨在氧气中都不能燃烧
【答案】C
【解析】A、构成金刚石和石墨的原子都是碳原子，大小相同，错误；
B、金刚石和石墨中原子排列方式不同，错误；
C、金刚石和石墨的原子都是碳原子，碳原子相同，所以1g金刚石和1g石墨所含原子数相同，正确；
D、金刚石和石墨在氧气中都能燃烧生成二氧化碳，错误。
典型例题2：某校九年级“我们爱化学”活动小组的同学，在探究木炭与CuO反应时，完成了如图实验，请回答下列问题：
如图所示装置进行实验，很快发现澄清的石灰水变浑浊；
（1）请写出C与CuO反应的化学方程式 ；
（2）实验结束时，应 （填写下列操作代号）。
①先撤出导管，再熄灭酒精灯
②先熄灭酒精灯，再撤出导管
【答案】（1）2CuO+C高温2Cu+CO2↑有（2）①
【解析】（1）高温条件下，C与CuO反应生成铜和二氧化碳，化学方程式：2CuO+C高温2Cu+CO2↑
（2）实验结束时，应先撤出导管，再熄灭酒精灯，以防止液体倒流炸裂试管。
【巩固提升】
1．下列宏观事实的微观解释错误的是( )
A.A B.B C.C D.D
【答案】A
【解析】A、二氧化碳气体变为干冰，是物质三态之间的变化，从气态变为固态，分子间的间隔变小，二氧化碳分子的大小不变，错误；
B、端午时节粽飘香，说明分子是不断运动的，正确；
C、结构决定性质，CO2和CO的化学性质不同，是因为两者的分子结构不同，正确；
D、金刚石、石墨、C60的物理性质有很大差异，三者都是碳元素组成的单质，碳原子的排列方式不同，物理性质存在巨大差异，正确。
2. 碳单质的性质与用途对应关系错误的是（ ）
A．石墨导电性好可作电池电极
B．活性炭吸附性强可作冰箱除味剂
C．金刚石硬度大可制作铅笔芯
D．炭黑常温化学性质稳定可制墨汁
【答案】C
【解析】A、石墨具有优良的导电性，可作电池电极，正确；
B、活性炭吸附性强，能吸附异味和色素，可作冰箱除味剂，正确；
C、金刚石硬度大，不能制作铅笔芯，石墨质软，可制作铅笔芯，错误；
D、炭黑的主要成分是碳，在常温化学性质稳定，可制墨汁，正确。
3. 某小组利用如图装置进行创新实验。实验时，先加热炭粉，一段时间后，将酒精灯移至CuO处加热。下列说法错误的是（ ）
A．酒精灯加网罩是为了提高火焰温度
B．气球可以收集尾气，防止污染空气
C．反应过程中，黑色氧化铜变为红色固体
D．装置中发生反应：C+2CuO高温2Cu+CO2↑
【答案】D
【解析】A、酒精灯加网罩能集中火焰，是为了提高火焰温度，正确；
B、由于在高温条件下碳和二氧化碳反应生成了一氧化碳，气球可以收集尾气一氧化碳，防止污染空气，正确；
C、反应过程中，在高温条件下，一氧化碳还原氧化铜生成了铜和二氧化碳，黑色氧化铜变为红色固体，正确；
D、由于碳和氧化铜不接触，不能发生反应，发生的反应是在高温条件下一氧化碳还原氧化铜生成了铜和二氧化碳，方程式是：CO+CuO高温Cu+CO2，错误。
【课后练习】
1.下列物质中，硬度最大的是（ ）
A. 金刚石 B. 石墨 C. 焦炭 D. 活性炭
【答案】A
【解析】金刚石是自然界中硬度最大的物质，A正确。
2.结构决定性质，性质决定用途，下列对应关系错误的是（ ）
A．石墨、金刚石的硬度不同，原因是碳原子排列方式不同
B．活性炭多孔，可用于制糖工业脱色
C．碳有还原性，常用焦炭冾炼金属
D．CO和CO2组成元素相同，化学性质相似
【答案】D
【解析】A、金刚石、石墨、C60的物理性质有很大差异，三者都是碳元素组成的单质，碳原子的排列方式不同，物理性质存在巨大差异，正确；
B、CO和CO2组成元素相同，但分子的构成不同，化学性质不相似，如一氧化碳具有可燃性、还原性，二氧化碳不具有，正确；
C、碳有还原性，常用焦炭冶炼金属，正确；
D、结构决定性质，CO2和CO两者的分子结构不同，化学性质不同，错误。
3. 按如图进行实验，下列分析或结论正确的是（ ）
A．导管口刚有气泡冒出说明反应开始
B．实验结束应立即倒出粉末
C．木炭能使氧化铜还原为铜
D．固体减少的质量一定等于生成二氧化碳质量
【答案】C
【解析】A、试管中有空气，导管口刚有气泡冒出的是受热膨胀的空气，不能说明反应开始，错误；
B、实验结束应立即倒出粉末，此时产物铜的温度较高，容易和空气中的氧气发生反应，又产生黑色的氧化铜，所以要等固体冷却后才能倒出，错误；
C、木炭具有还原性，能夺取氧化铜中的氧元素，使氧化铜失去氧，变成单质铜，正确；
D、根据质量守恒定律，固体减少的质量等于氧化铜中失去的氧元素的质量和参加反应的碳元素的质量的总和，反应中可能生成一氧化碳，所以固体减少的质量不一定等于生成二氧化碳质量，错误。
4.关于金刚石和石墨的说法正确的是（ ）
A．都有可燃性B．都是无色固体
C．硬度都很大D．都能导电
【答案】A
【解析】A、金刚石和石墨都具有可燃性，说法正确，正确；
B、金刚石是无色透明的正八面体形状的固体，石墨是深灰色有金属光泽的细鳞片状的固体，说法错误；
C、金刚石是天然存在的最硬的物质，石墨很软，说法错误；
D、石墨具有良好的导电性，金刚石不具有导电性，说法错误。
5.性质决定用途。下列物质的性质与其用途不相符的是（ ）
A．石墨有优良的导电性能﹣﹣用于制铅笔芯
B．C60分子很稳定，有超导性﹣﹣广泛应用于超导领域
C．金刚石是天然存在的最硬物质﹣﹣用于装在钻探机的钻头上
D．CO有还原性﹣﹣在冶金工业用于炼铁
【答案】A
【解析】A、石墨有优良的导电性能，与用于制铅笔芯无关，用于制铅笔芯利用了是质软的性质，错误；
B、C60分子很稳定，有超导性，广泛应用于超导领域，正确；
C、金刚石是天然存在的最硬物质，硬度大，可用于装在钻探机的钻头上，正确；
D、CO具有还原性，在冶金工业用于炼铁，正确。
6. 下列有关碳和碳的氧化物的说法，正确的是（ ）
A．焦炭能用于冶金工业，是因为其具有氧化性
B．在一定条件下，一氧化碳与二氧化碳可以相互转化
C．碳具有可燃性，木炭在空气中燃烧只生成二氧化碳
D．高温条件下，一氧化碳与氧化铁发生的反应属于置换反应
【答案】B
【解析】A、焦炭能用于冶金工业，是因为其具有还原性，错误；
B、由一氧化碳和二氧化碳的性质可知，在一定条件下，一氧化碳和二氧化碳可以相互转化，正确；
C、碳具有可燃性，碳燃烧时不是总是生成二氧化碳，燃烧不充分还会生成一氧化碳，错误；
D、高温下，一氧化碳与氧化铁的反应生成铁和二氧化碳，该反应的反应物均为化合物，不属于置换反应，错误。
7．碳和碳的化合物是一个庞大的家族，下列说法完全正确的个数是（ ）
①金刚石、石墨、C60都是由碳原子构成的单质
②CO、甲烷（CH4）、酒精都可用作燃料，其中甲烷中碳元素的化合价为﹣4价
③CO有毒而CO2无毒，是因为它们的分子构成不同，两者的相互转化只能通过化合反应实现
④工业炼铁中焦炭只起提供热量的作用，炼得的生铁与钢的最大区别是含碳量不同
A．1个B．2个C．3个D．4个
【答案】A
【解析】①金刚石、石墨都是由碳原子构成，但C60是由分子构成，由C60分子构成，错误；
②CO、甲烷（CH4）、酒精都可用作燃料，其中甲烷（CH4）中氢元素化合价为+1价，碳元素化合价为﹣4价，正确；
③CO有毒而CO2无毒，是因为它们的分子构成不同，CO转化为CO2的方法有：2CO+O2点燃2CO2，CO+CuO△Cu+CO2，而CO+CuO△Cu+CO2不属于化合反应，错误；
④工业炼铁中焦炭起到提供热量和提供还原剂的作用，错误；
8．下列有关碳和碳的氧化物的说法正确的是（ ）
A．干冰可用于人工降雨
B．金刚石和石墨都可用作电极
C．在常温下，碳的化学性质活泼
D．CO和CO2都具有还原性
【答案】A
【解析】A、干冰升华吸热，可用于人工降雨，正确；
B、石墨可用作电极，但金刚石不能用作电极，错误；
C、在常温下，碳的化学性质稳定，错误；
D、CO具有还原性，而CO2没有还原性，错误。
9.按如图进行实验，下列分析或结论正确的是（ ）
A．导管口刚有气泡冒出说明反应开始
B．实验结束应立即倒出粉末
C．木炭能使氧化铜还原为铜
D．固体减少的质量一定等于生成CO2的质量
【答案】C
【解析】A、导管口刚有气泡冒出不能说明反应开始，因为刚开始排出的是试管内的空气，错误；
B、实验结束应不能立即倒出粉末，因为铜在加热条件下能与氧气反应生成氧化铜，错误；
C、木炭具有还原性，能使氧化铜还原为铜，正确；
D、根据质量守恒定律，固体减少的质量等于氧化铜中失去的氧元素的质量和参加反应的碳元素的质量的总和，反应中可能生成一氧化碳，所以固体减少的质量不一定等于生成二氧化碳质量，错误。
10. 某化学兴趣小组的同学探究木炭还原氧化铜的实验，实验装置如图。实验时，a中的固体由黑色变红色，b中的试管内产生气泡和白色沉淀。
【査阅资料】氧化亚铜(Cu2O)是红色固体，能与稀硫酸发生如下反应：Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O。
【提出问题】已知实验后a中的红色固体含有单质铜，是否还含有氧化亚铜(Cu2O)呢？
【实验验证】取a中的红色固体少量于试管中，加入___________溶液，试管中出现___________，证明固体中确实含有Cu2O。
【提出问题】木炭还原氧化铜产生的气体是什么？
【提出猜想】猜想一：CO2 猜想二：CO 猜想三：___________
【提出质疑】甲同学认为猜想二不正确，他的理由是___________。
【验证猜想】乙同学将木炭还原氧化铜产生的气体通入灼热的氧化铜粉末中，黑色固体变红，证明猜想______是正确的，该反应的化学方程式为___________。
【交流反思】兴趣小组认为上图装置不够完善，为了防止尾气对空气的污染，应该把上图装置中的b部分装置换成下列___________装置(填字母序号)。
【答案】【实验验证】稀硫酸 溶液变蓝色 【提出猜想】CO和CO2 【提出质疑】实验时，装置b中的试管产生白色沉淀，说明气体中含有二氧化碳(合理即可) 【验证猜想】三 CuO+CO△Cu+CO2 【交流反思】ABD
【解析】【实验验证】通过实验分析可知，取a中的红色固体少量于试管中，加入稀硫酸，试管中出现溶液变蓝色，证明固体中确实含有Cu2O；
【提出猜想】碳在高温下能与氧化铜反应，生成的二氧化碳在高温下也能与碳反应生成一氧化碳，因此，碳与氧化铜在高温下反应生成的气体产物有三种可能：只有二氧化碳，只有一氧化碳，一氧化碳与二氧化碳的混合物；
【提出质疑】实验时，装置b中的试管产生白色沉淀，说明气体中含有二氧化碳，因此猜想二不正确；
【验证猜想】乙同学将木炭还原氧化铜产生的气体通入灼热的氧化铜粉末中，黑色固体变红，说明气体中含有一氧化碳，一氧化碳有还原性，一氧化碳和氧化铜在加热的条件下生成铜和二氧化碳；
【交流反思】一氧化碳有毒，为了防止尾气对空气的污染，应对尾气进行处理，可用气囊(装置A)或安全瓶(装置D)来吸收，也可以作燃烧处理(装置B)。
化学性质
反应现象及化学方程式
稳定性
常温下，碳的化学性质不活泼。用途：用于墨汁写字或绘画
可燃性
①充分燃烧：C+O2点燃CO2
②不充分燃烧：2C+O2点燃2CO
用途：单质碳能燃烧，可用作燃料
还原性
①木炭还原氧化铜
a．实验现象：黑色粉末逐渐变成光亮的紫红色，澄清石灰水变浑浊
b．化学方程式：C+2CuO高温2Cu+CO2↑
c．注意事项：
Ⅰ酒精灯火焰上的金属网罩的作用是集中火焰提高温度
Ⅱ导管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流炸裂试管
d．还原反应
含氧化合物中的氧被夺去的反应，叫还原反应
木炭使氧化铜还原成铜，其具有还原性
氧化铜使碳氧化成二氧化碳，其具有氧化性
②焦炭可以把铁矿石（假设含氧化铁）中的铁还原出来
化学方程式：3C+2Fe2O3高温4Fe+3CO2↑
用途：利用单质碳的还原性，可用于冶炼金属
③碳还原二氧化碳，生成一氧化碳
化学方程式：CO2+C高温2CO
用途：利用单质碳的还原性，可用于产生还原剂一氧化碳
选项
宏观事实
微观解释
A
在一定条件下，二氧化碳气体变成干冰
二氧化碳分子体积变小
B
端午时节粽飘香
分子是不断运动的
C
CO2和CO的化学性质不同
分子构成不同
D
金刚石、石墨、C60的物理性质有很大差异
碳原子的排列方式不同