组成燃料的主要元素——碳

组成燃料的主要元素——碳【学习目标】1.了解金刚石和石墨的物理性质和主要用途；知道木炭、活性炭的吸附性。

2.知道碳单质的化学性质，掌握碳跟氧气的反应。

3.知道不同元素可以组成不同的物质，同一种元素也可以组成不同物质。

4.了解一氧化碳的物理性质和化学性质。

【要点梳理】要点一、碳的单质1.同一种元素可以组成不同的单质：金刚石、石墨都是由碳元素组成的单质，但是由于碳原子排列方式不同，即结构不同，因此它们的性质存在着差异。

金刚石的结构石墨的结构2.金刚石3.木炭、活性炭、焦炭、炭黑等物质都是由石墨的微小晶粒和少量杂质构成的，所以从严格的意义上来说它们还不是碳的单质（被称为无定形碳）。

由于木炭和活性炭均具有疏松多孔的结构，因此它们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等。

木炭和活性炭有吸附性，所以它们在制糖工业、食品工业、防毒面具制作等方面有重要的应用，炭黑在常温时非常稳定，用炭黑墨汁所绘的画和书写的字经久不变色。

【要点诠释】1.金刚石和石墨在一定条件下可以相互转化，这个转化过程发生了化学变化。

2.物质的组成和结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。

3.由于木炭疏松多孔，有很大的表面积，因此它具有吸附性，活性炭的吸附性比木炭更强。

吸附作用是将气体或溶液里的微小粒子吸附在固体表面，没有生成新物质，属于物理变化。

4.“碳”和“炭”的区别：“碳”是元素的名称，是核电荷数为6的一类原子的总称。

比如碳元素、碳单质、含碳化合物、一氧化碳等，这儿不能用“炭”。

而“炭”指的是具体物质，它表示由碳元素组成的某种单质——木炭、活性炭、焦炭等。

一般在未指明具体单质时，习惯上用碳，如“炽热的碳”、“当碳燃烧时”。

要点二、碳的化学性质1.稳定性：在常温下，碳的化学性质不活泼。

在高温下，碳能够与很多物质起反应。

2.可燃性（碳与氧气反应）：（1）当氧气充足时，碳完全燃烧，生成二氧化碳，同时放出大量的热。

实验现象：木炭在氧气中剧烈燃烧，发出白光，放热，生成无色无味能使澄清石灰水变浑浊的气体。

C+O2CO2（2）当氧气不足时，碳不完全燃烧，生成一氧化碳，同时放出热量。

2C+O22CO【要点诠释】1．碳单质的化学性质都相同。

如金刚石、石墨和C60以及木炭等都是由碳元素组成的，其碳原子的最外层电子的数目一样多（都是4个），因此，不同碳单质的化学性质相同。

2．碳单质的化学性质在常温下稳定。

但随着温度的升高，能和许多物质发生化学反应；反应的条件不同，产物也不同。

如：碳和氧气在点燃条件下反应，氧气充足时生成的是CO2，而氧气不充足时主要生成CO。

3．性质决定用途：（1）碳在常温下具有稳定性，所以古代用墨写的字经久不褪色。

（2）碳具有可燃性，可用作燃料。

要点三、一氧化碳的性质和用途1．一氧化碳的物理性质：一氧化碳是一种无色无味的气体，密度比空气略小，难溶于水。

2．一氧化碳的化学性质：（1）可燃性：CO燃烧放出大量的热，火焰呈蓝色。

2CO+O2 2CO2（2）毒性：一氧化碳被吸入肺里，能跟血液里的血红蛋白结合成稳定的碳氧血红蛋白，随血流遍布全身。

由于CO与血液中的血红蛋白的结合力要比氧与血红蛋白的结合力大300倍，故而使血红蛋白不能很好地与氧气结合，造成机体急性缺氧。

因此一氧化碳有剧毒。

轻微中毒者，应立即撤离中毒环境，呼吸大量新鲜空气或吸氧。

病情严重者，进行人工呼吸并急送医院治疗。

有人说在煤炉上放一壶水就能防止一氧化碳中毒，这种说法不正确。

因为一氧化碳难溶于水，也不与水发生化学反应。

3．一氧化碳的用途：（1）CO具有可燃性可作气体燃料；（2）CO具有还原性，可用于冶金工业。

【要点诠释】1.一氧化碳和单质碳性质的比较（1）相似点：都具有可燃性，燃烧时放出大量热，所以一氧化碳常作气体燃料。

（2）不同点：一氧化碳是气体，是化合物；碳是固体，是单质。

由于碳元素有可变化合价，所以碳在不同条件下燃烧的产物不同。

【典型例题】类型一、考查碳单质的性质和用途1．在书写档案文书时，最好使用（）A．铅笔B．纯蓝墨水笔C．碳素墨水笔D．圆珠笔【思路点拨】碳在常温下化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应，据此进行分析判断。

【答案】C【解析】碳素墨水中含有碳，碳在常温下化学性质不活泼，很难与其他物质发生反应，保存的时间较长，重要文件资料书写时最好使用碳素墨水笔。

A．重要文件资料需要长期保存，书写时最好使用碳素墨水笔，而不是铅笔，因为铅笔书写的字能用橡皮擦去，故选项错误；B．重要文件资料需要长期保存，书写时最好使用碳素墨水笔，而不是纯蓝墨水笔，故选项错误；C．重要文件资料需要长期保存，书写时最好使用碳素墨水笔，故选项正确；D．重要文件资料需要长期保存，书写时最好使用碳素墨水笔，而不是圆珠笔，故选项错误。

【总结升华】掌握常温下碳的化学性质不活泼并能灵活应用是正确解答本题的关键。

2．“轻轨电车”（如右图）是近年来新兴的城市高架交通工具，具有污染小的特点。

当轻轨电车开动时，轻轨电车上裸露的“电刷”沿架空电线滑动。

电刷材料中含有石墨。

选择石墨作电刷材料是因为其具有下列性质：①；②；③。

【答案】①导电②润滑③耐高温（或不易氧化；或化学性质不活泼）【解析】电刷沿架空电线长时间滑动，因摩擦产生大量的热，这就要求电刷材料具有润滑、导电和耐高温的性能。

而石墨恰好具有润滑、导电和耐高温的性质，因此石墨是制作电刷的理想材料。

【总结升华】解答本题可从石墨的优良性能和轻轨电车对电刷的要求两方面综合考虑。

3．金刚石、石墨和C60的化学性质相似，物理性质却有很大差异，其主要原因是（）A．构成它们的原子大小不同B．构成它们的原子数目不同C．金刚石、石墨和C60由不同种原子构成D．金刚石、石墨和C60里碳原子的排列方式不同【思路点拨】根据金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，它们的性质上存在很大差异的原因是碳原子排列方式不同进行解答。

【答案】D【解析】金刚石、石墨、C60都是由碳元素组成的单质，它们的性质上存在很大差异的原因是碳原子排列方式不同。

【总结升华】由于构成碳单质的碳原子排列方式不同，导致几种碳单质的物理性质不同，但碳单质的化学性质相同。

4．金刚石、石墨、木炭和C60都是由碳元素组成的单质，下列关于碳的单质的叙述正确的是（）A．都是黑色固体B．在氧气中充分燃烧时都生成二氧化碳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【答案】B【解析】金刚石是无色透明的，故A错；由于它们都是由碳元素组成的，所以燃烧产物相同，都是二氧化碳，故B正确；金刚石是正八面体结构，而石墨是层状结构，故碳原子的排列方式不同，C错；石墨转化为金刚石生成了新的物质，发生的是化学变化，故D错。

【总结升华】金刚石、石墨、木炭、和C60属于碳的同素异形体（即相同的元素组成的不同单质），它们的化学性质相同，但物理性质相差很大。

举一反三：【变式1】2013年3月，我国研制出世界上最轻、吸油力最强的固体——碳海绵。

碳海绵由碳元素组成，具有疏松多孔的结构。

下列关于碳海绵的说法不正确的是（）A．常温下化学性质不活泼B．是一种新型的化合物C．具有较强的吸附性D．可处理海上泄漏的石油【答案】B【解析】碳海绵是由碳元素组成的单质，常温下碳的化学性质不活泼，A正确，B不正确；碳海绵是吸油力最强的固体，说明碳海绵具有较强的吸附性，C正确；碳海绵能吸油，可处理海上泄漏的石油，D 正确。

【变式2】金刚石可装在钻探机的钻头上，是由于。

石墨可作铅笔芯，是利用了和颜色为深灰色的性质，刻画时容易留下痕迹；石墨可作润滑剂，是由于；石墨可作电极，是由于。

活性炭可作防毒面具的滤毒剂，是由于。

【答案】金刚石硬度大石墨很软石墨具有润滑性石墨具有导电性活性炭具有吸附性【变式3】下列关于碳的化学性质叙述正确的是（）A．碳的化学性质不活泼B．碳的化学性质很活泼C．碳具有可燃性，碳在空气中燃烧的产物只有CO2D．碳在高温下能和氧化铜等金属氧化物反应【答案】D类型二、考查一氧化碳的性质5．燃气热水器使用不当容易造成CO中毒事故。

请回答：(1)CO使人中毒的原因是：CO与人体血红蛋白结合，阻止空气中的________________进入人体。

(2)你认为，在使用燃气热水器时，要注意的是(写一点)：___________________。

(3)CO虽然有毒，但有很多重要用途，用化学方程式表示其中一例：_____________________。

【思路点拨】本题主要考查一氧化碳的化学性质和用途，结合一氧化碳具有可燃性、还原性等相关知识，不难得出答案。

【答案】（1）氧气（2）一定要通风良好（3）2CO+O22CO2【解析】CO与人体血红蛋白结合后，氧气便不能与之结合，使人缺氧而死。

而燃料的不完全燃烧会产生CO，所以在使用燃气热水器时，一定要注意通风以防止发生CO中毒。

根据CO的可燃性它可作燃料。

【总结升华】记住一氧化碳的性质和用途是解题的关键。

6．下列说法中，正确的是（）A．煤炉上放一壶水可以防止CO中毒B．金刚石、石墨都是由碳原子构成的，所以都很坚硬C．用活性炭可以除去水中的氯化钠杂质D．用澄清石灰水可区分CO、CO2【答案】D【解析】一氧化碳难溶于水；石墨是矿物中最软的物质；活性炭只是吸附色素和异味，不能除去溶于水中的物质；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。

【总结升华】物质的结构不同，决定物质的性质也不同。

由于构成金刚石和石墨的碳原子排列方式不同，导致物理性质差异很大。

举一反三：【变式】下列有关说法错误的是（）A．香烟的烟气中含有一氧化碳B．一氧化碳具有可燃性C．一氧化碳是能产生温室效应的气体D．二氧化碳是能产生温室效应的气体【答案】C。