碳单质的物理性质及用途
碳单质的性质与用途
1.金刚石、石墨、活性炭、焦炭、炭黑、C60的性质与用途碳的单质有金刚石、石墨、木炭、焦炭、活性炭等等，从晶体形态考虑，碳有两种同素异形体——石墨和金刚石。
平常所说的无定形碳如木炭、活性炭、焦炭、炭黑等实际上也具有石墨的晶体结构，并不是真正的另一种晶体类型。
直到8O 年代中期，人类发现了富勒烯(Fullerene)，科学家进一步研究确认富勒烯是碳元素存在的第三种晶体形态，至此人类对碳的认识提高了一个新层次。
美国科学家Curl和Smalley教授及英国科学家Kroto教授为此荣获1996年诺贝尔化学奖。
金刚石：金刚石为无色透明固体，硬度10莫氏，熔点3550℃，沸点4827℃，密度3.51g/cm3，是天然存在的最硬的物质。
在温室下对所有化学试剂都显惰性，在氧气中燃烧温度为777℃，燃烧热为395.40KJ/mol。
透明的金刚石可以作宝石或钻石。
黑色和不透明的金刚石在工业上用以制钻头和切割金属、玻璃或矿石的工具。
金刚石粉是优良的研磨材料，可以制砂轮[1]。
石墨：石墨为灰黑色不透明固体，硬度1莫氏,熔点3652℃,沸点4827℃，密度2.2g/cm3，是电和热的良导体。
化学性质比金刚石稍活泼，在氧气中燃烧温度687℃,燃烧热为393.50KJ/mol。
石墨能被强氧化剂如浓HNO、NaCIO4和KMnO4等氧化为石墨氧化物。
石墨在工业上被大量地用于制造电极、坩埚、某些化工设备及高温热电偶，也可以作原子反应堆中的中子减速剂。
石墨粉可以作润滑剂、颜料和铅笔芯。
石墨能与许多金属生成碳化物，如青铜色的C8K[1]。
无定形碳：无定形碳大都为黑色不透明固体，物理性质各不相同。
化学性质比金刚石和石墨都稍活泼。
在高温下,除与O2及金属氧化物反应外,还与硫反应。
与某些金属反应，可得到碳化物。
(1)木炭一般是由木材、纤维在隔绝空气的条件下加热制得,主要用于冶金、吸附剂、黑色火药原料。
(2)焦炭若是由煤干馏得到的，其成分和机械性能不一；若是由沥青或天然气的蒸馏残渣碳化得到的产物成分一致。
碳的几种单质在结构物理性质用途上的差异
碳的几种单质在结构、物理性质、用途上的差异以单质学生存在的碳有金刚石、石墨、无定形碳、足球烯等。
下面介绍它们在结构和物理性质上的差异。
一、结构：1、金刚石：金刚石晶体属立方晶系，是典型的原子晶体，每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体。
2、石墨：全部以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成三个共价单键并排列成平面六角的网状结构，这些网状结构以范德华力联成互相平行的平面，构成层片结构。
3、无定形碳：无定形碳指木炭、焦炭、活性炭和炭黑等。
它们的内部结构并不是真正的无定形体，而是具有和石墨一样结构的晶体，只是由碳原子六角形环状平面形成的层状结构零乱而不规则，晶体形成有缺陷，而且晶粒微小，含有少量杂质。
4、足球烯：C60（碳60简称为C60）分子是一种由60个碳原子结合形成的稳定分子，它形似足球。
具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，它形似足球，因此又被称为足球烯。
二、物理性质及其用途：1、金刚石：纯净的金刚石是一种无色透明，在八面体形状的固体，含有杂质的金刚石带棕、黑等颜色。
开采岀来的金刚石并没有宝石的外形和光彩，通过切割和磨光等工艺才能成为钻石。
金刚石具有以下物理性质：①高热传导率，②低热膨胀系数, ③低摩擦系数，④高硬度，⑤在可见光和红外光下高透明性，⑥ 高折射系数，⑦化学和放射性惰性等。
因此，它广泛应用于工业和科研的特殊领域，例如，可作为切割工具、研磨料、不利环境屮的热探头、放射性检出仪、压力敏感器、荧光显增器、光学窗、微型机械元件，以及高密度、高能量电子元件等。
2、石墨：①石墨及其制品具有耐高温、高强度的性质，在冶金工业屮主要用来制造石墨圮埸，在炼钢中常用石墨作钢锭Z保护剂，冶金炉的内衬。
②石墨具有良好的导电性。
因此可用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。
③石墨有耐磨润滑性。
在机械工业屮常作为润滑剂。
碳的单质知识点总结
碳的单质知识点总结碳的化学性质稳定，它可以发生许多化学反应。
例如，碳可以与氧气反应生成二氧化碳，这是一种重要的环境污染物；碳还可以与氢气反应生成甲烷等碳氢化合物；此外，碳还可以与氧气或氯气反应形成碳酸氢根等化合物。
另外，碳还可以与许多其他元素发生化学反应，生成各种碳化合物。
碳的物理性质也非常特殊。
例如，钻石是一种坚硬的材料，具有很高的抗压强度；而石墨则是一种柔软的材料，具有良好的导电性和热导率。
此外，碳的物理性质还可以通过修改其晶体结构而发生巨大变化。
例如，通过对石墨的层状结构进行氧化处理，可以制备出氧化石墨烯等新材料，这是一种具有极好导电性和热导率的材料，具有广泛的应用前景。
在自然界中，碳的循环是非常复杂的。
碳以多种形式存在于大气、地壳和生物体中，它通过生物和地球化学过程不断发生转化。
例如，植物通过光合作用将二氧化碳转化为有机物，从而吸收了大气中的碳；而动物则通过呼吸作用释放二氧化碳。
此外，海洋中也存在大量的溶解性有机碳和无机碳。
石油、天然气等化石燃料的燃烧也会释放大量的二氧化碳。
因此，碳的循环对于地球的气候和生态平衡具有重要影响，它也是全球气候变化的重要研究对象。
碳是一种重要的工业原料。
石墨可用于制笔芯、润滑剂和电极等；碳纤维则是一种轻、硬、耐高温耐腐蚀的新型纤维材料，广泛应用于航空航天、汽车、造船等领域；碳黑是一种重要的填充剂和颜料，广泛用于橡胶、油墨、涂料等工业中。
此外，碳还可以用于制备多种重要的化工产品，如乙烯、乙炔等。
在生物体内，碳是构成有机物质的重要元素。
生物体中的有机物质包括蛋白质、脂类、碳水化合物、核酸等，它们都含有大量的碳。
碳通过生物合成和分解过程不断在生物体内循环，支持着生命的存续。
总之，碳是一种非常重要的元素，它在自然界中广泛存在，并具有非常丰富的应用价值。
同时，碳也是一个重要的环境问题，其循环对地球的气候和生态平衡产生着重要的影响。
因此，对碳的研究具有重要的理论和实际意义。
第六单元 碳和碳的氧化物(复习课件)-2023年中考化学一轮大单元复习
石灰水 __澄__清__石__灰___水__变__浑__浊___的是CO2 通入紫色 __无__明__显__现___象_______的是CO；
石蕊溶液 __使__紫__色__石___蕊__溶__液__变__红_的是CO2
化学方程式 Ca(OH)2＋CO2 = CaCO3↓＋H2O H2O＋CO2 = H2CO3
制碳素墨水
考点一、碳单质的性质和用途
（3）还原性
C＋2CuO 高温 2Cu＋CO2↑
黑色
红色
3C＋2Fe2O3 高温 4Fe＋3CO2↑
砖红色、
黑色
红棕色
C+CO2 高温 2CO
用途：冶炼金属（炼铁）
教材母题
人教版P112
1.金刚石、石墨和C60都是由_碳___元素组成的单质。
2.根据下列物质的性质，写出其对应的一种或几种用途: (1)金刚石的硬度很大:做___钻__头___ (2)石墨的导电性能好:_做___电__极__ (3)活性炭的吸附性强:__做__冰__箱___除__味__剂_
(1)金刚石
a.天然存在最__硬___的物质
立体网状结构 裁玻璃
切割大理石 加工坚硬的金属 钻探机的钻头
b.无色透明、正八面体
钻石饰品
考点一、碳单质的性质和用途
(2)石墨
a.深灰色、质软，有滑腻感 b.优良的_导__电___性
平面层状的结构 铅笔芯 高温润滑剂 制作电极
(3)C60
C60由60个碳原子构成的一个分子
2. （2021·广州）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（ C ）
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. 1 g金刚石和1 g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
碳单质的物理性质和用途教学设计三
碳单质的物理性质和用途教学设计三【教学目标】知识与技能明白不同元素能够形成不同物质，同种元素也能够形成不同物质；了解金刚石、石墨和C60差不多上由碳元素形成的单质；了解木炭、活性炭的吸附性过程与方法通过对金刚石、石墨和C60中碳原子排列方式的分析，明白得物质结构、性质和用途之间的关系；通过木炭、活性炭对红墨水的西服实验，学会用对比实验的方法来解决实际问题。
情感态度与价值观通过对C60、碳钠米管的发觉及研究的介绍，学会用进展的眼光看问题、提高学生的科学素养。
【教学重点】金刚石、石墨和C60中原子排列方式的分析，物质的结构、性质和用途之间的关系。
【教学难点】物质的结构、性质和用途之间的关系【教材分析】创设教学情形；联系日常生活；联系社会和高科技。
【教学方法】观看－分析－总结实验探究－分析－归纳【课时安排】2课时【教具学具预备】教师用具：1、[实验6-1]所需的有关器材及药品：金刚石、石墨、C6 0分子模型、玻璃刀、6B铅笔芯、干电池、石墨电极、投影仪、电视媒体、防毒面具、导线、灯泡。
学生用具；(1)仪器；小锥形瓶、试管(大小各1个)、铁架台、酒精灯、网罩、带导管的塞子；(2)药品：红墨水、烘烤过的木炭(活性炭)、木炭粉、Cu()粉末、澄清石灰水。
【教学过程】教师活动学生活动设计意图【引入新课】请同学们将铅笔用铅笔刀削好，并注意环境卫生。
请同学们用小刀将玻璃片割开。
【提问】什么缘故用小刀割不开玻璃片？谁明白可用什么工具将玻璃片割开？【讨论】什么缘故玻璃刀能够切割玻璃片？玻璃刀上是一种什么物质？【提问】金刚石有那些性质和用途？【引导】是否想明白更多有关金刚石的知识呢？观看后请填写相关学案。
【播放视频】金刚石的物理性质和用途。
【提问】通过观看金刚石的用途，你又了解到那些？学生动手削铅笔，并将铅笔屑放在一张纸上。
学生们积极行动用小刀割玻璃，并产生议论声。
学生摸索后回答：可用玻璃刀将玻璃片割开。
【实验探究】请俩位学生用玻璃刀进行玻璃切割，注意安全，指导操作。
碳与碳的化合物知识点
1、碳的单质（金刚石、石墨）的物理性质和用途金刚石石墨外观无色透明正八面体状晶体深灰色磷片状固体光泽加工琢磨后有光泽略有金属光泽硬度最硬软导电性无良好导热性无良好用途钻探机钻头、刻刀、装饰品等电极、铅笔芯、润滑剂等注：由于碳原子排列方式不同，导致金刚石和石墨在物理性质上存在较大差异。
2CO2CO物理性质无色、无味气体，可溶于水，密度比空气大，干冰易吸热升华。
无色无味气体，难溶于水，密度与空气接近，略小于空气密度。
化学性质可燃性一般情况下既不能燃烧，也不支持燃烧。
有可燃性2CO+O22CO2还原性没有还原性，有较弱的氧化性C+CO22CO有还原性CO+CuO Cu+CO2与水反应与水反应CO2+H2O===H2CO3不能与水反应与石灰水的反应与石灰水反应CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O不能与石灰水反应毒性无毒有剧毒主要用途可制汽水，作制冷剂，灭火，气体肥料。
可作气体燃料和冶金工业的还原剂。
注：由于CO和CO2的分子构成不同，决定了二者性质的不同。
C CO相似点都具有可燃性、还原性，常用作燃料和作还原剂冶炼金属不同点属于固体单质，常温下具有稳定性属于气体化合物，具有毒性4、实验室制取二氧化碳时需注意的几个问题（1）正确选择制取二氧化碳的药品实验室制取二氧化碳用大理石或石灰石（主要成分是碳酸钙）和稀盐酸。
不用稀硫酸、浓盐酸代替稀盐酸，不用碳酸钠、纯净碳酸钙代替大理石或石灰石（要会分析原因）。
原因：①用大理石或石灰石跟稀盐酸反应，速度适中，便于收集CO2气体；大理石或石灰石原料价低易得。
②不用稀硫酸与大理石反应的理由：刚开始二者反应生成微溶于水的硫酸钙覆盖在大理石的表面，阻止了酸与大理石的接触，使反应不能持续进行下去。
③不用浓盐酸的原因：浓盐酸易挥发出HCl气体，会使生成的CO2中混有HCl气体，使制得的CO2不纯。
④不用纯CaCO3或Na2CO3等代替大理石（或石灰石）是因为它们与稀盐酸反应速度太快，很难控制，且药品价格比石灰石要贵（成本较高）。
6.1碳单质的多样性(第1课时碳单质的物理性质及用途)课件九年级化学人教版(2024)上册
第六单元 碳和碳的氧化物
课题1 碳单质的多样性
第1课时 碳单质的物理性质及用途
教学课件
情境创设
氧气
水
不同的元素组成不同的物质。 有没有同一种元素组成不同物质的例子呢？
几种由碳元素组成的不同单质的微观结构
金刚石
石墨
C60
从微观角度观察，这三种单质有什么区别？ 原子的排列方式不同。
课堂小结
金刚石 立体网状结构
碳
元
素
组 成
石墨
层状结构
的
单
质
木炭、活性炭 疏松多孔
无色透明 硬度大
装饰品 裁玻璃等
灰黑色、硬度小 有滑腻感
优良的导电性能
铅笔芯 润滑剂 导电部件
吸附能力 吸附、净水等
C60
60个碳原子组成形似足球的分子
课堂练习 1.将下列物质与其物理性质及用途连线。
物质
金刚石 石墨 活性炭
区分“碳”和“炭”
碳 指碳元素，用于描述物质组成
二氧化碳、碳酸钙
炭
指具体物质
木炭、焦炭、活性炭、炭黑
探究新知
观察与分析 红墨水
水
烘烤过的木炭 （或活性炭）
现象：液体颜色由 红色逐渐变浅，最 终褪为无色。
➢ 分析（色素变化）：液体中的色素减少。 ➢ 结论（性质）： 木炭（或活性炭）有吸附能力，吸附了液体中的色素。 ➢ 推测（结构）： 木炭（或活性炭）具有疏松多孔的结构。
结构 体现 决定
物理性质
用途
探究新知
讨论 物质的微观结构、物理性质、用途之间有什么关系？
物质 金刚石
石墨
性质 无色透明
硬度大 灰黑色、很软
考点19 碳的几种单质-备战2022年中考化学一轮复习考点帮(解析版)
考点19 碳的几种单质命题趋势碳单质在中考中会结合碳单质的化学式或分子模型,考查微观构成和宏观组成及各种碳单质的物理性质及其用途之间的关系。
在实验探究题和图框推断题中考查木炭还原氧化铜的反应原理或通过反应物的特点及实验现象推导反应。
主要以选择题和填空题形式出现，有时也会出现在简答题中，有时结合其他知识点综合考查。
涉及的命题点有：①碳单质的物理性质和化学性质；②几种碳单质物理性质存在较大差异的原因；③碳单质的用途等。
考查重点1. 单质碳的性质；②碳单质物理性质存在较大差异的原因；③碳单质的用途。
重点考向考向一、碳单质的物理性质和用途1. 金刚石、石墨和C 60名称金刚石石墨C60结构模型色、态、形无色透明、正八面体形状的固体深灰色、有金属光泽而不透明的细鳞片状固体形状似足球，又叫足球烯硬度天然存在的最硬的物质质软，有滑腻感导电性不导电具有良好的导电性常温下不导电用途用作钻探机钻头、玻璃刀头、装饰品制铅笔、用作电极材料、润滑剂等有可能广泛应用于超导、催化、材料、医学2. 木炭、活性炭、焦炭和炭黑木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质的主要成分都是碳单质，它们的结构与石墨类似。
①木炭：具有疏松多孔的结构，有吸附性，常用于吸附色素和异味。
②活性炭：用于防毒面具、制糖、吸附色素和异味。
③焦炭：用于冶金工业。
④炭黑：常用于制造墨、油漆、颜料等。
易错警示C60由分子构成，C60可以表示一个C60分子，每个分子由60个碳原子构成。
知识拓展同素异形体同素异形体是指由同样的单一化学元素组成，因排列方式不同，而具有不同性质的单质。
同素异形体之间的性质差异主要表现在物理性质上，化学性质上也有着活性的差异。
例如磷的两种同素异形体，红磷和白磷，它们的着火点分别是240和40摄氏度，但是充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷；白磷有剧毒，可溶于二硫化碳，红磷（如制品不纯时可含少量黄磷，可致黄磷中毒，经常吸入红磷尘，可引起慢性磷中毒，遇明火、高热、摩擦、撞击有引起燃烧的危险，与溴混合能发生燃烧，与大多数氧化剂如氯酸盐、硝酸盐、高氯酸盐或高锰酸盐等组成爆炸性能十分敏感的化合物，燃烧时放出有毒的刺激性烟雾。
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课题1 金刚石、石墨和C60
第1课时碳单质的物理性质及用途
【学习目标】
1.通过阅读教材，了解金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质；
2.通过对金刚石、石墨、C60中碳原子排列方式的分析，懂得物质结构、性质和用途之间的
关系，知道不同元素可以组成不同物质，同种元素也可以组成不同物质；
3.通过实验，认识木炭、活性炭的吸附性。
【自主学习】
阅读教材P106-109，填空
1.纯净的金刚石是一种_____透明的_____________形状的固体，________是其最重要的物理性质，利用这个性质，可做___________________________。
2.石墨是一种______色的有__________而不透明的__________状固体。
石墨质软，能_____，具有润滑性。
对应的用途是____________ 、 _______________ 、______________ 。
3.金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是_________________________。
4.木炭和活性炭具有________，利用该性质，木炭可以除去食品和工业产品里的_____，活性炭可做_________的滤毒剂。
【共同建构】
活动一：完成教材实验6-1，填空
1.由于木炭和活性炭都具有___________的结构，因此他们都具有较强的吸附能力，可以吸附毒气、色素、以及有异味的物质。
2.小组讨论：金刚石、石墨、木炭和活性炭的性质和用途，讨论物质的性质与用途之间有什么关系。
（1）金刚石、石墨、木炭和活性炭的物理性质有很大差异的原因是___________________。
（2）一般物质的________决定物质的_________。
【典型例题】
关于同种元素组成物质的说法不正确的是（）
①可能是化合物
②可能是单质
③可能是混合物
④可能是纯净物，也可能是混合物
【当堂演练】
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
2.下列物质均含有碳元素，其中属于单质的是（）
A．C60 B．CO C．C2H2 D．CH3OH
3.金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，下列关于碳单质的正确叙述是（）A．都是黑色固体
B．在氧气中充分燃烧都生成二氧化碳
C．碳原子的排列方式相同
D．一定条件下，石墨转化成金刚石是物理变化
4.在日常生活和生产中，下列物质用途是由化学性质决定的是（）
A．用活性炭除去冰箱中的异味
B．用天然气做燃料
C．用金属铜制作电线
D．用金刚石刻划玻璃
【课后提高】
1.下图是金刚石、石墨、C60、碳纳米管结构示意图，下列说法正确的是（）
A．这四种物质都很软，可做润滑剂
B．这四种物质碳原子的排列方式不同
C．这四种物质完全燃烧后的产物都是二氧化碳
D．这四种物质的结构中都是每个碳原子连接3个碳原子
2.下列叙述中正确的是（）
A．金刚石、石墨都是碳的单质
B．碳单质都是黑色固体
C．所有物质中金刚石最硬，石墨最软
D．石墨是优质绝缘材料
3.科学家已证实了有一种具有空心球状结构的N60分子，以下判断不正确的是（）A．N60和N2都是氮元素的单质
B．N60相对分子质量是840
C．N60中含有30个氮分子
D．N60中氮元素的化合价为零
4.如图所示，先在a、c两支相同的大试管中充满红棕色的NO2气体然后
分别向a、c试管中加入质量相等的足量的石墨和活性炭，塞进胶塞，经
过一段时间后，打开弹簧夹，所观察到的现象是（）
A．c管中的颜色消失，水往c管流，a管无明显变化
B．a管中的颜色消失，水往a管流，c管无明显变化
C．a、c两支试管中的颜色都消失，水往两支试管中流
D．a、c两支试管都无明显变化
【思维拓展】
如何证明金刚石、石墨、C60是由同一种元素组成的单质？
【课堂感悟】。