考点18 碳的单质
一、碳的单质
同一种元素可以组成不同的单质，以单质形式存在的碳有金刚石、石墨和等，由于它们的碳原子排列方式不同，即结构不同，它们的性质也存在较大的差异。由此也可以知道：物质的结构决定其性质。这三种常见单质的空间排列如图所示。 金刚石的结构 石墨的结构 的结构
2．金刚石、石墨和C60的比较
| | 金刚石 | 石墨 | C60 |
物理性质 | 颜 | 无透明 | 深灰 | ─ |
状态 | 正八面体形状的固体 | 细鳞片状固体 | 形似足球 |
光泽 | 加工琢磨有夺目光泽 | 有金属光泽 | ─ |
硬度 | 天然物质中硬度最大 | 质软、有滑腻感 | ─ |
导电性 | 不导电 | 导电性好 背景广播系统 | 有超导性 |
熔点 | 很高 | 很高 | ─ |
主要用途 | 可用来裁玻璃、切割大理石、加工坚硬的金属，制作钻探机钻头，作装饰品（钻石） | 作铅笔芯、润滑剂、电极等 | 材料科学、超导体等 |
相互关系 | | ─ |
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3．无定形碳
无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成，没有固定形状。常见的无定形碳：木炭、活性炭、焦炭、炭黑。
| 用途 |
木炭 | 燃料、、制活性炭、冶炼金属 |
活性炭 | 净化多种气体和液体、作防毒面具 |
焦炭 | 冶炼金属 |
炭黑 | 便携式鱼缸墨、油墨、油漆、鞋油、燃料等，作橡胶制品的填料 |
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二、碳的化学性质
1．常温下，碳单质的化学性质稳定
在常温下，碳的化学性质不活泼。碳受日光照射或与空气、水等接触都不容易起变化。
实际生活中利用这一性质有以下应用：
（1）需要长期保存的档案材料一般用碳素墨水书写。
（2）木质电线杆埋入地下部分用火烧焦。
在点燃的条件下，碳可以在氧气（或空气）里燃烧，放出热量。
（1）氧气充足时，完全燃烧：C+O2CO2
（2）氧气不充足时，不完全燃烧：2C+O22CO
无论碳燃烧是否充分，都会放出热量，因此碳是生活生产中常用的燃料。
单质碳在高温下可以和某些氧化物反应，夺取这些氧化物中的氧，表现出还原性。
（1）木炭还原氧化铜
刮膜棒
①实验现象
澄清的石灰水变浑浊；黑固体逐渐变成红。
②实验小麦草榨汁机原理
C+2CuO2Cu+CO2↑
③实验操作目的及注意事项
a．反应开始的标志：澄清的石灰水变浑浊。
b．试管口应略向下倾斜：防止冷凝水倒流使试管炸裂。
c．在酒精灯上加网罩的目的：使火焰集中并提高温度。
d．配制混合物时木炭粉应稍过量的目的：防止已经还原的铜被氧气重新氧化。
e．实验完毕后先熄灭酒精灯的后果：石灰水倒吸入热的试管中使试管炸裂。
（2）工业上，用焦炭和铁的氧化物反应冶炼铁：2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
（3）高温下，木炭还能与二氧化碳反应：C+CO22CO↑
三、氧化反应与还原反应
1．氧化反应、还原反应
加热搅拌物质与氧发生的反应叫做氧化反应。含氧化合物中的氧被夺去的反应叫做还原反应。简记为“得氧被氧化，失氧被还原”。
2．氧化性、还原性
在反应中物质供给氧的性质叫做氧化性，物质夺取氧的性质叫做还原性。
在2CuO+C2Cu+CO2↑反应里，氧化铜失去氧而变成了铜单质，氧化铜发生还原反应。木炭是使氧化铜还原为铜的物质，它具有还原性，是还原剂。木炭跟氧化铜里的氧起反应生成了二氧化碳，又发生了氧化反应。氧化铜在反应中提供氧，具有氧化性，是氧化剂。
氧化反应与还原反应是从得氧失氧的角度研究化学反应的，不属于基本反应类型。
四、碳燃烧时生成物的判断
氧气量充足时，碳充分燃烧：C+O2CO2
3 ：8 ： 11
氧气量不充足时，碳不充分燃烧：2C+O22CO
3 ：4 ： 7
依据反应的化学方程式可知，碳燃烧后生成何种气体由碳和氧气的质量决定。碳和氧气按 一定质量比混合，反应后生成气体的情况可按如图所示数轴记忆（数轴下面的数字是碳和氧气的质量比）。
考向一 碳单质的结构与用途
典例1 （2019·广州市增城区第一学期期末质量检测）下列关于物质的性质和用途，对应关系错误的是
选项 | 性质 | 用途 |
A | 石墨很软 | 石墨做电池电极 |
B | 金刚石硬度大 | 金刚石做玻璃刀 |
C | 充气按摩器干冰升华吸热 | 用于人工降雨 |
D | 汽油具有可燃性 | 作汽车燃料 |
| | |
【解析】A、石墨具有优良的导电性，可用做电池电极，故A错误；B、金刚石硬度大，可做玻璃刀，故B正确；C、干冰升华吸热，可用于人工降雨，故C正确；D、汽油具有可燃性，可用作汽车燃料，故D正确。故选A。
【答案】A
1．（2019·齐齐哈尔中考）下列物质的用途主要利用其化学性质的是
A．金刚石用于切割玻璃
B．金属铜用于制导线
C．氧气用于医疗急救
D．制糖工业用活性炭脱制白糖
2．（2019·东营中考）如图为金刚、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物质，在足量的氧气中完全燃烧，产物相同
C．相同元素组成的不同物质，化学性质相同
D．在特定的条件下，石墨既可转化为金刚石，也可转化为C60
3．关于碳单质的组成和用途的说法不正确的是
A．用铅笔芯的粉末可以使锁的开启变的灵活
B．璀璨夺目的天然钻石是由碳元素组成的
C．活性炭可用作防毒面具的滤毒剂
D．铅笔芯主要用铅和少量碳粉制成
考向二 碳单质的化学性质
典例2 已知：2CuO+C2Cu+CO2↑。如图表示一定质量的CuO和C固体混合物在受热过程中各物质质量随时间的变化趋势。下列说法中，不正确的是
A．t1时，开始发生反应
B．t1和t2时，固体中铜元素质量保持不变
C．c是固体混合物的质量
D．d是二氧化碳的质量
【解析】A、由图像可知，t1时各物质的质量开始发生变化，说明了反应开始发生，正确；B、根据质量守恒定律可知，反应前后固体中铜元素的质量不变，正确；C、根据在方程式中的质量比可知，生成铜的质量要比二氧化碳的质量多，所以c为生成铜的质量，d应为生成二氧化碳的质量，错误；D、由上述分析可知，d应为生成的二氧化碳的质量，正确。故选C。
【答案】C
4．（2019·德州中考）石墨烯是一种非常优良的纳米材料，由碳元素组成，化学性质和石墨相似，还具有超强导电、导热的性能。关于石墨烯的认识错误的是
A．可作散热材料 B．是一种新型化合物
C．常温下化学性质稳定 D．可作新型电池的电极
5．（2019·益阳中考）我国古代某些画家、书法家用墨（用炭黑等制成）绘制或书写的字画能够保存至今而不变的原因是
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