人教版九年级化学上册同步精品讲义课题11金刚石、石墨和C60讲义(学生版+解析)

这是一份人教版九年级化学上册同步精品讲义课题11金刚石、石墨和C60讲义(学生版+解析)，共23页。学案主要包含了金刚石，石墨，C60，其他碳单质等内容，欢迎下载使用。

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课前引入
“钻石恒久远，一颗永流传”。钻石对得起它昂贵的价格吗？
知识精讲
金刚石、石墨和C60等都是由碳元素组成的不同单质。由于碳原子的排列方式不同，即结构不同，导致它们的性质尤其是物理性质有很大差异。
一、金刚石
1．外观：无色透明、正八面体状晶体（网状结构）
2. 光泽：加工后璀璨夺目
3. 硬度：天然存在的最硬的物质
4. 导电性：不导电
5. 导热性：良好
6. 用途：装饰品——钻石；切割玻璃、大理石、做钻探机的钻头等。
二、石墨
1．外观：深灰色、细鳞片状固体（层状结构）
2. 光泽：有金属光泽
3. 硬度：质地软，有滑腻感
4. 导电性：良好
5. 导热性：良好
6. 用途：电极、铅笔芯、润滑剂等
三、C60
1. 每个C60分子是由60个碳原子构成的。
2. C60分子形似足球，这种足球结构的C60分子（又叫足球烯）很稳定。
3. C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
四、其他碳单质
1. 木炭、焦炭、活性炭、炭黑等均是无定形碳，主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。
2. 活性炭、木炭具有疏松多孔的结构，可以吸附异味、色素等，具有吸附作用。
3. 焦炭常用于冶炼金属，炭黑用于制造黑色染料、油墨等。
4. 一些新形态的碳单质相继被发现，如碳纳米管、石墨烯等。
对点训练
题型一：同种元素组成的单质
【变1】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）下列说法正确的是
A．一种元素只能形成一种单质B．由碳元素形成的单质都是黑色的
C．同种元素组成的不同种单质性质相同D．一种元素可能形成几种单质
题型二：结构决定性质，性质决定用途
【变2-2】（2021·江苏·创新外国语学校九年级月考）物质的性质决定用途。下列因果关系不成立的是
A．因为金刚石硬度大，所以可用于刻玻璃
B．因为氧气能助燃，所以可用作燃料
C．因为红磷燃烧产生大量白烟，所以可用于制作烟幕弹
D．因为氮气化学性质稳定，所以可用于食品包装袋内防腐
【变2-3】（2021·全国·九年级课时练习）请把下列物质的用途与其对应的性质连接起来
石墨有优良的导电性 做高温润滑剂
石墨的熔点高且有润滑性 做电极
活性炭有吸附性 做防毒面具里的滤毒罐
石墨质地很软 铅笔芯
题型三：金刚石、石墨和C60的性质
【例3】（2019·山西实验中学九年级月考）如图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法不正确的是
A．原子的排列方式改变，则构成的物质种类改变
B．相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同
C．金刚石。石墨和C60都是由碳原子直接构成的单质
D．在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，是化学变化
【变3-2】（2020·重庆八中九年级期中）古人对“洧水（石油）”的使用有“洧水可燃”、“扫其烟为墨，墨光如漆，松墨不及也”的描述，“烟”最有可能是
A．金刚石B．焦炭C．炭黑D．木炭
题型四：碳的新型单质
【变4】（2021·江苏·苏州新草桥中学模拟预测）美国科学家用某有机分子和球形笼状分子C60制成了“纳米车”(如图所示)，每辆“纳米车”是由一个有机分子和4个C60分子构成。“纳米车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法正确的是
A．人们用肉眼可以清晰地看到“纳米车”的运动
B．一个C60分子中含有60个碳原子
C．C60是一种新型的化合物
D．“纳米车”人为外力作用下才能运动
【例7】（2021·黑龙江大庆·一模）随着化学科学的发展，化学知识在生产生活中有了更加广泛的应用。
（1）中美科学家携手发现了全硼富勒烯 B40团簇（结构如图所示），它在超导、绿色催化等领域具有重要的应用价值。B40属于______。（填字母）
A．单质 B．化合物 C．有机物 D．混合物
（2）我国 5G技术处于世界领先地位。氮化镓（GaN）是生产 5G 芯片的关键材料之一，其中 Ga显+3价，则 N 的化合价为______。
（3）利用催化剂可消除室内装修材料释放的甲醛，如图所示为该反应的微观示意图。
①甲醛的化学式为______
②参加反应的甲和生成的丁分子个数比为______
（4）2019年碳家族再添新成员。某研究小组合成出第一个由 18个碳原子构成的环状纯碳分子，其结构如图所示。
①碳原子的结构示意图为______；若碳元素在化合物中的化合价为+2价，写出一种符合要求的化合物的化学式______。
②尝试写出环状纯碳分子的化学式______。
提分特训
【题1】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）金刚石石墨的物理性质有很大差异的原因是
A．金刚石是单质，石墨是化合物B．金刚石和石墨碳原子排列不同
C．金刚石和石墨是由不同种元素组成的D．金刚石不含杂质，石墨含杂
【题2】（2021·全国·九年级课时练习）下列关于物质分类的说法，正确的是
A．由同种元素组成的物质一定是单质B．由同种分子构成的物质一定是化合物
C．由同一种原子构成的物质一定是单质D．混合物可以由一种元素组成，也可由多种元素组成
【题3】（2021·江苏苏州·九年级月考）下列物质的用途及其依据的性质对应正确的是
A．金刚石用于制造钻石——金刚石硬度大
B．石墨用作电池的电极——石墨是一种黑色固体
C．氮气作粮食瓜果的保护气——氮气化学性质稳定
D．氧气可用于医疗急救——氧气具有助燃性
【题4】（2018·河北·廊坊市第四中学九年级月考）如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图，下列说法正确是
A．四种物质都为黑色固体B．四种物质碳原子的排列方式相同
C．四种物质都由原子直接构成D．四种物质在氧气中充分燃烧都会生成CO2
【题5】（2019·黑龙江肇源·八年级月考）碳单质除了金刚石、石墨、C60外，科学家还合成了C70、C90、C240等，由此做出如下推测：①同种元素可以形成多种单质；②单质可能存在着复杂的分子结构；③单质的研究前景广阔；④同种元素的单质之间可能会相互转化。你认为以上推测正确的是
A．只有①②B．只有②③C．只有①③④D．①②③④
【题6】（2021·全国·九年级专题练习）据报道，科学家已经研制出世界上最薄的材料——碳膜片，其厚度只有一根头发的二十万分之一。如下图所示，这种碳膜片形状如蜂巢，是由碳原子构成的六边形单元向外延展而成，下列有关碳膜片的说法中，正确的是
A．碳膜片属于单质
B．碳膜片与C60是同一种物质
C．碳膜片属于一种新型的金属材料
D．碳膜片属于一种新型化合物
【题7】（2021·江苏·扬州市江都区第三中学九年级月考）阅读下面科普短文，依据文章内容回答下列问题：
（一）碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。
石墨是制铅笔芯的原料之一，在16世纪被发现后，曾被误认为是含铅的物质。直到18世纪，化学家将石墨与硝酸钾共熔后产生二氧化碳，才确定了它是含碳的物质。
碳纤维既有碳材料的固有本质特性，又有纺织纤维的柔软可加工性，综合性能优异。目前，我国已形成碳纤维生产、碳纤维复合材料成型，应用等产业链，碳纤维复合材料应用领城分布如图2。
科学界不断研发出新型碳材料，碳气凝胶就是其中一种。碳气凝胶具有优良的吸附性能，在环境净化中发挥重要作用。我国科研人员在不同温度下制备了三种碳气凝胶样品，比较其对二氧化碳的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定了上述样品对混合气体中二氧化碳吸附的选择性值，实验结果如图3。图中选择性值越高，表明碳气凝胶对二氧化碳的选择性吸附性能越好。
随着科学技术的发展，碳材料的潜能不断被激发，应用领城越来越广泛。
（1）金刚石属于 （填序号）。
A．无定形碳B．过渡态碳C．晶形碳
（2）由图2可知，我国碳纤维复合材料应用占比最高的领域是_______。
（3）下列说法正确的有 （填序号）。
A．石墨是一种含铅的物质B．二氧化碳属于纯净物
C．用石墨制金刚石是化学变化D．碳材料其有广阔的应用和发展前景
（4）对比图3中三条曲线，得到的实验结论是_______。
（二）石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料，一层层叠起来就是石墨，1mm厚的石墨包含300万层石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界中，只是难以剥离出单层结构。石墨烯的制备方法之一是低温扩张法，把石墨粉、钠、液氨按照一定比例混合，在特定装置中进行剥离，然后用去离子水清洗至中性，再放入烘箱内烘干即得石墨烯。制得的石墨烯的比表面积越大，质量越好。科学家测定了烘干温度对制得的石墨烯的比表面积的影响如图所示。石墨烯具有强度高、透光率高、导电性强、韧性好的特点，是构成其它新型碳材料的基本组成单元。
将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，制造出的一种超轻固体材料被称为“全碳气凝胶”，是迄今为止世界上最轻的材料。随着石墨烯制备方法的研发，石墨烯必将广泛应用到各领域中。
（5）石墨烯属_______（填“纯净物”或“混合物”）。
（6）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的具体性质是_______。
（7）由图可知：制备石墨烯时最佳的烘干温度是_______℃。
（8）下列说法不正确的是 。
A．自然界中不存在石墨烯
B．石墨烯可以制备多种新型碳材料
C．碳纳米管具有可燃性，在氧气中充分燃烧后生成二氧化碳
（9）石墨烯与金刚石都是由碳元素组成，两者物理性质差异很大的原因是_______。
提分作业
【练1】（2021·湖南广益实验中学一模）下列有关碳单质的说法中，不正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质B．C60是由60个碳原子构成的化合物
C．石墨具有优良的导电性能D．活性炭可用作冰箱除味剂
【练2】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）在城巿建设过程中，经常用到玻璃材料。切割玻璃的玻璃刀头上镶的物质是
A．石墨B．硬玻璃C．不锈钢D．金刚石
【练3】（2021·全国·九年级专题练习）科学家发现由C60制取的化合物M有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述不正确的是
A．厦大化学家制得了C50，它与C60都是单质
B．某物质含有C50分子和C60分子，该物质是化合物
C．由C60制取化合物M的过程，发生了化学变化
D．C60与金刚石、石墨都属于碳的单质
【练4】（2019·安徽·淮北市西园中学九年级月考）如图为金刚石和石墨的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法正确的是
A．组成：都是由碳元素组成的，且原子排列方式也相同
B．性质：常温下均为黑色固体，且硬度很大
C．用途：金刚石可以作铅笔芯，石墨可以切割玻璃
D．转化：在一定的条件下，石墨可转化为金刚石
【练5】（2021·湖南耒阳·九年级期末）下列叙述中，“碳”和“炭”二字使用正确的是
A．金刚石是由炭元素组成的物质B．活性炭使红墨水褪色
C．二氧化炭是一种氧化物D．木碳在氧气中燃烧
【练6】（2021·全国·九年级课时练习）下列关于物质的性质和用途的说法错误的是
A．石墨有滑腻感，可以作电极B．氮气的化学性质不活泼，可用于食品防腐
C．活性炭有吸附性，可吸附异味D．金刚石的硬度大，可切割玻璃
【练7】（2020·重庆忠县·九年级期末）结构决定性质，性质决定用途。根据表中信息填空：
【练8】（2019·黑龙江道外·八年级期末）图甲是木炭在氧气中充分燃烧的微观模拟图；图乙是常见的三种碳单质的结构示意图。请根据下图回答：
（1）在图甲变化前后，不发生改变的微粒是___________。
（2）图乙中，表示C60的结构示意图是___________；画出碳原子的结构示意图___________。
（3）分析图乙可以得出：金刚石和石墨硬度差异较大的微观原因是___________。
物质
金刚石
石墨
炭黑
木炭
结构
碳原子
______（填中文）
性质
______
滑腻感
______
吸附性
用途
钻头
______
碳素墨水，书写的档案可长期保存
吸附剂
课题1 金刚石、石墨和C60
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课前引入
“钻石恒久远，一颗永流传”。钻石对得起它昂贵的价格吗？
知识精讲
金刚石、石墨和C60等都是由碳元素组成的不同单质。由于碳原子的排列方式不同，即结构不同，导致它们的性质尤其是物理性质有很大差异。
一、金刚石
1．外观：无色透明、正八面体状晶体（网状结构）
2. 光泽：加工后璀璨夺目
3. 硬度：天然存在的最硬的物质
4. 导电性：不导电
5. 导热性：良好
6. 用途：装饰品——钻石；切割玻璃、大理石、做钻探机的钻头等。
二、石墨
1．外观：深灰色、细鳞片状固体（层状结构）
2. 光泽：有金属光泽
3. 硬度：质地软，有滑腻感
4. 导电性：良好
5. 导热性：良好
6. 用途：电极、铅笔芯、润滑剂等
三、C60
1. 每个C60分子是由60个碳原子构成的。
2. C60分子形似足球，这种足球结构的C60分子（又叫足球烯）很稳定。
3. C60的独特结构决定了它具有一些特殊的物理和化学性质，有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学及生物等领域。
四、其他碳单质
1. 木炭、焦炭、活性炭、炭黑等均是无定形碳，主要是由石墨的微小晶体和少量杂质构成的。
2. 活性炭、木炭具有疏松多孔的结构，可以吸附异味、色素等，具有吸附作用。
3. 焦炭常用于冶炼金属，炭黑用于制造黑色染料、油墨等。
4. 一些新形态的碳单质相继被发现，如碳纳米管、石墨烯等。
对点训练
题型一：同种元素组成的单质
【变1】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）下列说法正确的是
A．一种元素只能形成一种单质B．由碳元素形成的单质都是黑色的
C．同种元素组成的不同种单质性质相同D．一种元素可能形成几种单质
【答案】D
【详解】
A、一种元素可能形成几种单质，如氧气、臭氧，故原说法错误；
B、由碳元素形成的单质不一定都是黑色的，如金刚石是无色透明的，故原说法错误；
C、同种元素组成的不同种单质化学性质相同，物理性质不同，故原说法错误；
D、一种元素可能形成几种单质，如石墨、金刚石，故原说法正确。
故选D
题型二：结构决定性质，性质决定用途
【变2-2】（2021·江苏·创新外国语学校九年级月考）物质的性质决定用途。下列因果关系不成立的是
A．因为金刚石硬度大，所以可用于刻玻璃
B．因为氧气能助燃，所以可用作燃料
C．因为红磷燃烧产生大量白烟，所以可用于制作烟幕弹
D．因为氮气化学性质稳定，所以可用于食品包装袋内防腐
【答案】B
【详解】
A、金刚石是天然存在的最硬的物质，可用于切割玻璃，不符合题意；
B、氧气具有助燃性，不具有可燃性，不能作燃料，符合题意；
C、红磷燃烧，产生大量白烟，可用于制作烟幕弹，不符合题意；
D、氮气化学性质稳定，且无毒，可填充于食品包装中，用于防腐，不符合题意。
故选B。
【变2-3】（2021·全国·九年级课时练习）请把下列物质的用途与其对应的性质连接起来
石墨有优良的导电性 做高温润滑剂
石墨的熔点高且有润滑性 做电极
活性炭有吸附性 做防毒面具里的滤毒罐
石墨质地很软 铅笔芯
【答案】
【详解】
物质的性质决定物质的用途。
石墨有优良的导电性，可做电极；
石墨的熔点高且有润滑性，可做高温润滑剂；
活性炭有吸附性，可做防毒面具里的滤毒罐；
石墨质地很软，可做铅笔芯
题型三：金刚石、石墨和C60的性质
【例3】（2019·山西实验中学九年级月考）如图为金刚石、石墨和C60的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法不正确的是
A．原子的排列方式改变，则构成的物质种类改变
B．相同元素组成的不同碳单质，在足量的氧气中充分燃烧，产物相同
C．金刚石。石墨和C60都是由碳原子直接构成的单质
D．在特定的条件下，石墨可转化为金刚石，是化学变化
【答案】C
【分析】
金刚石、石墨和C60的不同的结构，是碳原子排列方式不同，结构决定了性质。
【详解】
A．金刚石、石墨、C60的碳原子排列方式不同，构成物质的种类不同，故A正确；
B．金刚石、石墨、C60在足量的氧气中完全燃烧，产物都是二氧化碳，故B正确；
C．金刚石和石墨由碳原子直接构成，C60由C60分子构成，故C错误；
D．石墨转化为金刚石有新物质生成，属于化学变化，故D正确；
故选C
【变3-2】（2020·重庆八中九年级期中）古人对“洧水（石油）”的使用有“洧水可燃”、“扫其烟为墨，墨光如漆，松墨不及也”的描述，“烟”最有可能是
A．金刚石B．焦炭C．炭黑D．木炭
【答案】C
【详解】
A、金刚石一般是透明或半透明，不是黑色的，故A不正确；
B、焦炭是在烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成的碳，不是石油燃烧形成的，故B不正确；
C、石油中碳的含量较高，燃烧不充分，生成大量黑烟，是炭黑，故C正确；
D、木炭是木材或木质原料经过不完全燃烧，或者在隔绝空气的条件下热解，所残留的深褐色或黑色多孔固体燃料，不是石油燃烧形成的，故D不正确。
故选C。
题型四：碳的新型单质
【变4】（2021·江苏·苏州新草桥中学模拟预测）美国科学家用某有机分子和球形笼状分子C60制成了“纳米车”(如图所示)，每辆“纳米车”是由一个有机分子和4个C60分子构成。“纳米车”可以用来运输单个的有机分子。下列说法正确的是
A．人们用肉眼可以清晰地看到“纳米车”的运动
B．一个C60分子中含有60个碳原子
C．C60是一种新型的化合物
D．“纳米车”人为外力作用下才能运动
【答案】B
【详解】
A、分子原子体积很小，科学家用某有机分子和球形笼状分子C60制成了“纳米车”，用肉眼不可以清晰地看到，错误；
B、分子是由原子构成的；一个C60分子中含有60个碳原子，正确；
C、C60中只有一种元素，是一种单质，错误；
D、分子原子是不断运动的，“纳米车”不需要人为外力作用下就能运动，错误。
故选B。
【例7】（2021·黑龙江大庆·一模）随着化学科学的发展，化学知识在生产生活中有了更加广泛的应用。
（1）中美科学家携手发现了全硼富勒烯 B40团簇（结构如图所示），它在超导、绿色催化等领域具有重要的应用价值。B40属于______。（填字母）
A．单质 B．化合物 C．有机物 D．混合物
（2）我国 5G技术处于世界领先地位。氮化镓（GaN）是生产 5G 芯片的关键材料之一，其中 Ga显+3价，则 N 的化合价为______。
（3）利用催化剂可消除室内装修材料释放的甲醛，如图所示为该反应的微观示意图。
①甲醛的化学式为______
②参加反应的甲和生成的丁分子个数比为______
（4）2019年碳家族再添新成员。某研究小组合成出第一个由 18个碳原子构成的环状纯碳分子，其结构如图所示。
①碳原子的结构示意图为______；若碳元素在化合物中的化合价为+2价，写出一种符合要求的化合物的化学式______。
②尝试写出环状纯碳分子的化学式______。
【答案】A -3 CH2O 1：1 CO C18
【详解】
（1）B40是只含有硼一种元素的纯净物，属于单质。故选A。
（2）氮化镓中Ga显+3价，设N的化合价为，根据化合物中各元素化合价代数和为零可知，（+3）+=0，得=-3，N的化合价为-3。
（3）根据结构示意图可以知道该反应为甲醛和氧气在催化剂催化作用下，反应生成二氧化碳和水，化学式为CH2O+O2CO2+H2O；
①甲醛的化学式为CH2O。
②参加反应的甲和生成的丁分子个数比为：1：1。
（4）①碳原子原子序数为6，共两个电子层，电子数分别为2、4，碳原子的结构示意图为；若碳元素在化合物中的化合价为+2价，氧元素化合价是-2，根据化合物中元素化合价代数和为零可知，碳元素和氧元素组成的化合物的化学式是CO。
②环状纯碳是由18个碳原子构成的环状纯碳分子，分子的化学式是C18。
提分特训
【题1】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）金刚石石墨的物理性质有很大差异的原因是
A．金刚石是单质，石墨是化合物B．金刚石和石墨碳原子排列不同
C．金刚石和石墨是由不同种元素组成的D．金刚石不含杂质，石墨含杂
【答案】B
【详解】
A、金刚石和石墨是由同种元素组成的不同单质，选项A错误；
B、金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是金刚石和石墨中碳原子的排列方式不同，选项B正确；
C、金刚石和石墨都是由碳元素组成的单，选项C错误；
D、金刚石和石墨是由同种元素组成的不同单质，都属于纯净物，选项D错误。
故选：B
【题2】（2021·全国·九年级课时练习）下列关于物质分类的说法，正确的是
A．由同种元素组成的物质一定是单质B．由同种分子构成的物质一定是化合物
C．由同一种原子构成的物质一定是单质D．混合物可以由一种元素组成，也可由多种元素组成
【答案】D
【详解】
A、由同种元素组成的物质不一定是单质，也可能是混合物，如氧气和臭氧的混合物，选项说法不正确；
B、由同种分子构成的物质不一定是化合物，也可能是单质，但一定是纯净物，选项说法不正确；
C、由同种原子构成的物质不一定是单质，如氧气分子和臭氧分子都由氧原子构成的，两者混合在一起，属于混合物，选项说法不正确；
D、混合物是由多种物质组成，混合物可以由一种元素组成，如氧气和臭氧的混合物，也可由多种元素组成，如一氧化碳和二氧化碳的混合物，选项说法正确。
故选D。
【题3】（2021·江苏苏州·九年级月考）下列物质的用途及其依据的性质对应正确的是
A．金刚石用于制造钻石——金刚石硬度大
B．石墨用作电池的电极——石墨是一种黑色固体
C．氮气作粮食瓜果的保护气——氮气化学性质稳定
D．氧气可用于医疗急救——氧气具有助燃性
【答案】C
【详解】
A、金刚石用于制造钻石是因为金刚石经过仔细研磨后，可以璀璨夺目。A错误。
B、石墨用作电池的电极是因为石墨具有优良的导电性能。B错误。
C、氮气作粮食瓜果的保护气是由于氮气的化学性质不活泼。所以C正确。
D、氧气可用于医疗急救是因为氧气能供给呼吸。
故选C。
【题4】（2018·河北·廊坊市第四中学九年级月考）如图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管的结构示意图，下列说法正确是
A．四种物质都为黑色固体B．四种物质碳原子的排列方式相同
C．四种物质都由原子直接构成D．四种物质在氧气中充分燃烧都会生成CO2
【答案】D
【详解】
A、金刚石不是黑色固体，错误；
B、这四种物质碳原子的排列方式不相同，错误；
C、C60是由C60分子构成的，错误；
D、这四种物质都是由碳元素组成的，完全燃烧后的产物都是CO2，正确。
故选：D。
【题5】（2019·黑龙江肇源·八年级月考）碳单质除了金刚石、石墨、C60外，科学家还合成了C70、C90、C240等，由此做出如下推测：①同种元素可以形成多种单质；②单质可能存在着复杂的分子结构；③单质的研究前景广阔；④同种元素的单质之间可能会相互转化。你认为以上推测正确的是
A．只有①②B．只有②③C．只有①③④D．①②③④
【答案】D
【详解】
①同种元素可以形成多种单质，如碳元素可以形成金刚石、石墨和C60等多种单质，故①正确；
②单质可能存在复杂的分子结构，如C70、C90、C240等，故②正确；
③单质的研究前景广阔，如C60在超导、催化、材料等领域可能有着广泛的应用，故③正确；
④同种元素的单质之间可能会相互转化，如氧气与臭氧之间可以互相转化，用石墨可以制造金刚石等，故④正确。
故选：D。
【题6】（2021·全国·九年级专题练习）据报道，科学家已经研制出世界上最薄的材料——碳膜片，其厚度只有一根头发的二十万分之一。如下图所示，这种碳膜片形状如蜂巢，是由碳原子构成的六边形单元向外延展而成，下列有关碳膜片的说法中，正确的是
A．碳膜片属于单质
B．碳膜片与C60是同一种物质
C．碳膜片属于一种新型的金属材料
D．碳膜片属于一种新型化合物
【答案】A
【详解】
碳膜片是由碳元素组成的纯净物，应该属于单质，故A正确，D错误；碳元素属于非金属元素，故C错误；碳膜片与C60不是同一种物质。
【题7】（2021·江苏·扬州市江都区第三中学九年级月考）阅读下面科普短文，依据文章内容回答下列问题：
（一）碳元素是人类接触和利用最早的元素之一。由碳元素组成的单质可分为无定形碳、过渡态碳和晶形碳三大类，如图1。
石墨是制铅笔芯的原料之一，在16世纪被发现后，曾被误认为是含铅的物质。直到18世纪，化学家将石墨与硝酸钾共熔后产生二氧化碳，才确定了它是含碳的物质。
碳纤维既有碳材料的固有本质特性，又有纺织纤维的柔软可加工性，综合性能优异。目前，我国已形成碳纤维生产、碳纤维复合材料成型，应用等产业链，碳纤维复合材料应用领城分布如图2。
科学界不断研发出新型碳材料，碳气凝胶就是其中一种。碳气凝胶具有优良的吸附性能，在环境净化中发挥重要作用。我国科研人员在不同温度下制备了三种碳气凝胶样品，比较其对二氧化碳的选择性吸附性能。他们在不同压强下测定了上述样品对混合气体中二氧化碳吸附的选择性值，实验结果如图3。图中选择性值越高，表明碳气凝胶对二氧化碳的选择性吸附性能越好。
随着科学技术的发展，碳材料的潜能不断被激发，应用领城越来越广泛。
（1）金刚石属于 （填序号）。
A．无定形碳B．过渡态碳C．晶形碳
（2）由图2可知，我国碳纤维复合材料应用占比最高的领域是_______。
（3）下列说法正确的有 （填序号）。
A．石墨是一种含铅的物质B．二氧化碳属于纯净物
C．用石墨制金刚石是化学变化D．碳材料其有广阔的应用和发展前景
（4）对比图3中三条曲线，得到的实验结论是_______。
（二）石墨烯是一种由碳原子构成的碳纳米材料，一层层叠起来就是石墨，1mm厚的石墨包含300万层石墨烯。实际上石墨烯本来就存在于自然界中，只是难以剥离出单层结构。石墨烯的制备方法之一是低温扩张法，把石墨粉、钠、液氨按照一定比例混合，在特定装置中进行剥离，然后用去离子水清洗至中性，再放入烘箱内烘干即得石墨烯。制得的石墨烯的比表面积越大，质量越好。科学家测定了烘干温度对制得的石墨烯的比表面积的影响如图所示。石墨烯具有强度高、透光率高、导电性强、韧性好的特点，是构成其它新型碳材料的基本组成单元。
将含有石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液低温环境下冻干，去除水分、保留骨架，制造出的一种超轻固体材料被称为“全碳气凝胶”，是迄今为止世界上最轻的材料。随着石墨烯制备方法的研发，石墨烯必将广泛应用到各领域中。
（5）石墨烯属_______（填“纯净物”或“混合物”）。
（6）石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的具体性质是_______。
（7）由图可知：制备石墨烯时最佳的烘干温度是_______℃。
（8）下列说法不正确的是 。
A．自然界中不存在石墨烯
B．石墨烯可以制备多种新型碳材料
C．碳纳米管具有可燃性，在氧气中充分燃烧后生成二氧化碳
（9）石墨烯与金刚石都是由碳元素组成，两者物理性质差异很大的原因是_______。
【答案】
（1）C
（2）工业应用
（3）BCD
（4）温度越低，压强越小，碳气凝胶对二氧化碳的选择性吸附性能越好
（5）纯净物
（6）导电性强
（7）225
（8）A
（9）碳原子排列方式不同
【分析】
（1）
根据题给信息可知，金刚石属于晶形碳，故选C。
（2）
由图2可知，我国碳纤维复合材料应用占比最高的领域是工业应用。
（3）
A、石墨是一种含碳元素的物质，此选项错误；
B、二氧化碳由一种物质组成，属于纯净物，此选项正确；
C、石墨与金刚石是两种不同的物质，所以用石墨制金刚石是化学变化，此选项正确；
D、碳材料其有广阔的应用和发展前景，此选项正确。
故选BCD。
（4）
对比图3中三条曲线，得到的实验结论是温度越低，压强越小，碳气凝胶对二氧化碳的选择性吸附性能越好。
（5）
石墨烯由一种物质组成，所以石墨烯属于纯净物。
（6）
石墨烯可用于制作新能源电池，主要利用石墨烯的具体性质是导电性强。
（7）
因为制得的石墨烯的比表面积越大，质量越好。由图可知：制备石墨烯时最佳的烘干温度是225℃。
（8）
A、石墨烯本来就存在于自然界中，只是难以剥离出单层结构，此选项错误；
B、石墨烯可以制备多种新型碳材料，此选项正确；
C、碳纳米管具有可燃性，因为碳纳米管由碳元素组成，所以在氧气中充分燃烧后生成二氧化碳，此选项正确。
故选A。
（9）
石墨烯与金刚石都是由碳原子构成的，因为结构决定性质，两者物理性质差异很大的原因是碳原子排列方式不同。
提分作业
【练1】（2021·湖南广益实验中学一模）下列有关碳单质的说法中，不正确的是
A．金刚石是天然存在的最硬的物质B．C60是由60个碳原子构成的化合物
C．石墨具有优良的导电性能D．活性炭可用作冰箱除味剂
【答案】B
【详解】
A、金刚石是天然存在的最硬的物质，说法正确；
B、C60是单质，一个分子中由60个碳原子构成，故说法错误；
C、石墨具有优良的导电性能，说法正确；
D、活性炭具有吸附性，可用作冰箱除味剂，说法正确。
故选B。
【练2】（2021·全国·盐城市亭湖初级中学九年级课时练习）在城巿建设过程中，经常用到玻璃材料。切割玻璃的玻璃刀头上镶的物质是
A．石墨B．硬玻璃C．不锈钢D．金刚石
【答案】D
【详解】
A、石墨质软，不能镶在玻璃刀头上，故A不正确；
B、硬玻璃硬度较小，不能镶在玻璃刀头上，故B不正确；
C、不锈钢耐腐蚀、耐热等特性，但不镶在玻璃刀头上，故C不正确；
D、金刚石硬度大，能镶在玻璃刀头上，故D正确。
故选D。
【练3】（2021·全国·九年级专题练习）科学家发现由C60制取的化合物M有抑制艾滋病毒的作用，下列叙述不正确的是
A．厦大化学家制得了C50，它与C60都是单质
B．某物质含有C50分子和C60分子，该物质是化合物
C．由C60制取化合物M的过程，发生了化学变化
D．C60与金刚石、石墨都属于碳的单质
【答案】B
【练4】（2019·安徽·淮北市西园中学九年级月考）如图为金刚石和石墨的结构模型图，图中小球代表碳原子。下列说法正确的是
A．组成：都是由碳元素组成的，且原子排列方式也相同
B．性质：常温下均为黑色固体，且硬度很大
C．用途：金刚石可以作铅笔芯，石墨可以切割玻璃
D．转化：在一定的条件下，石墨可转化为金刚石
【答案】D
【详解】
A、金刚石和石墨都是由碳元素组成，但是原子排列方式不同，不正确；
B、石墨常温下为透明的固体，不正确；
C、石墨可以作铅笔芯，金刚石可以切割玻璃，不正确；
D、在一定的条件下，石墨可转化为金刚石，正确。
故选D。
【练5】（2021·湖南耒阳·九年级期末）下列叙述中，“碳”和“炭”二字使用正确的是
A．金刚石是由炭元素组成的物质B．活性炭使红墨水褪色
C．二氧化炭是一种氧化物D．木碳在氧气中燃烧
【答案】B
【详解】
A. 金刚石是由碳元素组成的，选项使用错误；
B. 活性炭具有吸附性，能吸附色素和异味，因此活性炭使红墨水褪色，选项使用正确；
C. 二氧化碳是由碳元素与氧元素组成的化合物，属于氧化物，选项使用错误；
D. 木炭在氧气中可以燃烧，选项使用错误。
故选：B。
【练6】（2021·全国·九年级课时练习）下列关于物质的性质和用途的说法错误的是
A．石墨有滑腻感，可以作电极B．氮气的化学性质不活泼，可用于食品防腐
C．活性炭有吸附性，可吸附异味D．金刚石的硬度大，可切割玻璃
【答案】A
【练7】（2020·重庆忠县·九年级期末）结构决定性质，性质决定用途。根据表中信息填空：
【答案】硬度大 润滑剂 常温下化学性质稳定 疏松多孔
【详解】
金刚石是天然存在最硬的物质，可作钻头；石墨质软，有滑腻感，可作润滑剂；炭黑常温下化学性质稳定，所以碳素墨水，书写的档案可长期保存；木炭具有疏松多孔结构，具有吸附性，可作吸附剂，故填：硬度大；润滑剂；常温下化学性质稳定；疏松多孔。
【练8】（2019·黑龙江道外·八年级期末）图甲是木炭在氧气中充分燃烧的微观模拟图；图乙是常见的三种碳单质的结构示意图。请根据下图回答：
（1）在图甲变化前后，不发生改变的微粒是___________。
（2）图乙中，表示C60的结构示意图是___________；画出碳原子的结构示意图___________。
（3）分析图乙可以得出：金刚石和石墨硬度差异较大的微观原因是___________。
【答案】
（1）碳原子、氧原子
（2） B
（3）碳原子的排列方式不同
【分析】
（1）
图甲是木炭在氧气中充分燃烧的微观模拟图，由图知，在图甲变化前后，不发生改变的微粒是碳原子、氧原子。
（2）
C60分子结构近似球形，图乙中，表示C60的结构示意图是B；碳原子质子数=核外电子数=6，核外有两个电子层，电子数从内到外依次为2、4，碳原子的结构示意图为。
（3）
分析图乙可以得出：金刚石和石墨硬度差异较大的微观原因是碳原子的排列方式不同。
物质
金刚石
石墨
炭黑
木炭
结构
碳原子
______（填中文）
性质
______
滑腻感
______
吸附性
用途
钻头
______
碳素墨水，书写的档案可长期保存
吸附剂