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初中三年级化学

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    在100多种元素中,碳是一种神奇的元素。在自然界中,碳元素能形成多种单质和千万种化合物。常见的碳单质有金刚石、石墨、C60、碳纳米管等,金刚石、石墨是由同一种元素形成的不同种单质,化学上将他们称为同素异形体。请回答下列问题:
    ⑴ 现有①金刚石和石墨 ②H2CO3和Na2CO3③CO和CH4④C60和N50四组物质,其中属于单质的是______(选填序号)。
    ⑵ 金刚石、石墨都是碳原子构成的,前者质地坚硬,后者质地很软。造成这一现象的原因是_____________________________。炭雕艺术品是化学美与艺术美的结合,炭雕产品全部由优质的活性炭制成。炭雕艺术品能长期保存的原因是___________________;炭雕艺术品能净化室内空气,给家居带来清新的生活空间,原因是活性炭具有_________作用。
    ⑶ 碳在一定量氧气中燃烧能生成一氧化碳和二氧化碳,12g碳与________g氧气完全反应产物为一氧化碳。
    ⑷ 下列物质中,不属于同素异形体的是____________。
    A.氧气和臭氧 B.白磷和红磷 C.水和双氧水
    ⑸ 右图为木炭还原氧化铜实验装置图,
    图中酒精灯上加一金属网罩的目的是_____________;
    小试管中澄清石灰水的作用是______________________;
    试写出图中发生的置换反应的化学方程式: __________________。

    本题信息:2010年江苏期末题化学填空题难度较难 来源:王素菲
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本试题 “在100多种元素中,碳是一种神奇的元素。在自然界中,碳元素能形成多种单质和千万种化合物。常见的碳单质有金刚石、石墨、C60、碳纳米管等,金刚石、石墨是由...” 主要考查您对

木炭还原氧化铜

单质和化合物

同素异形体

金刚石、石墨、C60的结构和用途

活性炭和木炭的结构和用途

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  • 木炭还原氧化铜
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氧化铜自身具有氧化性,我们可以用碳还原氧化铜。
灼热的氧化铜可以和氢气(H2)、碳(C)、一氧化碳(CO)等具有还原性物质反应,生成铜+X(氧化物)。

木炭还原氧化铜实验:
1.原理:C+2CuO2Cu+CO2

2.装置:
 

3.现象:
①黑色粉末变成红色;
②澄清石灰水变浑浊

4.步骤:①装药品;②固定试管,连接装置;③加热;④撤出导管;⑤熄灭酒精灯

5.注意:
①要先撤导管再扯酒精灯,防止水倒吸。
②要充分加热木炭和氧化铜粉末,除去其中水分。
③研磨混合要充分。
④加热温度要足够,最好使用酒精喷灯或煤气灯


单质:
(1)概念:由同种元素组成的纯净物。
(2)单质的分类:依据组成单质元素的性质把一单质分为三类。
金属单质:由金属元素组成的单质,如铁、铜、银等
非金属单质:由非金属元素组成的单质,如碳、磷、氧气等
稀有气体单质:由稀有气体元素组成的单质,如氦、氖、氛等单质

化合物:
(1)概念:由不同种元素组成的纯净物。
(2)化合物的分类:化合物分为有机化合物和无机化合物。

单质和化合物的区别和联系:
单质 化合物
区别 宏观组成 同种元素 不同种元素
微观构成 有同种原子构成 由不同种原子构成
化学性质 不能发生分解反应 一定条件下发生分解反应
联系 相互转变 它们均属于纯净物。单质发生化合反应可以生成化合物,化合物发生分解反应可以生成单质
质子数 同一种元素的原子,不论在一单质里还是在化合物里,原子核内质子数保持不变

化合物与氧化物的区别和联系:
化合物 氧化物
区别 ①由不同种元素组成的纯净物叫化合物
②由两种或两种以上元素组成
③不一定含有氧元素
④属于纯净物中的一类
①由两种元素组成的化合物中,如果有一种元素是氧元素,这种化合物叫氧化物
②一定由两种元素组成
③一定含有氧元素
④属于化合物中的一类
联系 氧化物和化合物是个体与总体的关系,氧化物属于化合物中的一类

同种元素组成的物质一定是单质吗?
     由同种元素组成的纯净物叫做单质。理解单质的概念必须抓住两点:①由同种元素组成;②必须是纯净物,如氧气是一单质。由同种元素组成的物质不一定是单质,也可能是混合物,但绝不可能是化合物,如氧气 (O2)、臭氧(O3)两种物质混在一起是一种混合物,但是只有一种氧元素;同样的例子还有红磷和白磷,金刚石和石墨等。

对单质和化合物概念的理解:
(1)单质的概念:
①理解一单质的概念不仅要关注它是由一种元素组成,还应注意它首先是一种纯净物。如:氧气、氮气、碳、硫、铁、铜、各种稀有气体等都属于单质。
②由同种元素组成的物质不一定是单质,还可能是混合物:如:氧气与臭氧的混合物、白磷与红磷的混合物、金刚石与石墨的混合物等都只含一种元素,但都属于混合物。

(2)化合物的概念:理解化合物的概念同样不仅要关注它是由两种或两种以上的元素组成,还应注意它首先是一种纯净物。如二氧化碳,氯化钠、高锰酸钾等都属于化合物。

共价化合物与离子化合物的区别:
1. 共价化合物
(1)概念:像HCl、CO2这样以共用电子对结合在一起的化合物为共价化合物。

(2)共价化合物的类型:
①两种非金属原子结合成的化合物,如HCl、CO2等。
②非金属与酸根构成的化合物,如H2SO4、HNO3等。

2. 离子化合物与共价化合物的区别:
离子化合物是由阴、阳离子相互作用形成的化合物;共价化合物是原子间全部以共用电子对结合形成的化合物。离子化合物由离子构成,共价化合物大多数由分子构成。


 定义:
同一种元素组成的性质不同的单质叫做同素异形体。 如碳元素就有金刚石、石墨、无定形碳等同素异形体。

注意事项:
由于构成物质的原子(或分子)的排列不同,或原子的成键、排列方式不同,使得同一种元素产生多种单质。各种同素异形体都是不同的物质,具有不同的物理性质,但化学性质不一定不同。

初中化学常见的同素异形体:
氧气,臭氧
金刚石,碳,石墨
红磷,白磷
金刚石:
    金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛,例如:工艺品、工业中的切割工具。碳可以在高温、高压下形成金刚石。


石墨:
    石墨是元素碳的一种同素异形体,每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合,构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子,那些电子能够自由移动,因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物,它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。


C60:
   C60分子是一种由60个碳原子构成的分子,它形似足球,因此又名足球烯。(C60这种物质是由C60分子组成的,而不是由原子构成的。) C60是单纯由碳原子结合形成的稳定分子,它具有60个顶点和32个面,其中12个为正五边形,20个为正六边形。其相对分子质量约为720。

金刚石,石墨,碳60性质及用途比较

名称 金刚石 石墨 碳60
外观 纯净无色透明,正八
面体形状的晶体
深灰色,有金属光泽,不
透明的细鳞片状的固体,
质软,有滑腻感 
分子型似足球状,
有金属光泽,其微晶
粉末呈黄色
结构模型
导电性 几乎不导电 良好  几乎不导电
硬度 天然存在的最硬物质  质软 质脆
导热性 很差  良好 很差
熔点 很高 很高 较低
用途 钻头,刻刀,装饰品  电极,铅笔芯,润滑剂 制备新材料,新配
件,医学应用
区别与联系 金刚石、石墨,C60,,的物理性质有很大差异,原因是这些单质中碳原子的排列方式不同,但由于它们都是由碳元素组成的单质,故化学性质相同。金刚石与石墨通过化学反应可以相互转变。

人造金刚石:
     20世纪80年代,人们发现人造金刚石在半导体制造行业具有广泛的应用前景。因为计算机芯片的基体材料—硅的导热性不好,这成为进一步提高芯片性能的难题。而金刚石在导热性方而远远超过硅(甚至超过铜和银),于是它成了芯片基体材料的最佳选择。正是这种需求推动了人造金刚石的研究。

碳纤维:
     碳纤维是一种纤维状碳材料,它是将有机纤维与塑料树脂结合在一起,放在惰性气氛中,在一定压强下加强热、炭化而成的。碳纤维是一种强度比钢大,密度比铝小,比不锈钢还耐腐蚀,比耐热钢还耐高温,又能如铜那样导电,具有电学、热学和力学性能的新型材料。用碳纤维与塑料制成的复合材料,可以代替铝合金来制造飞机。制成的飞机,不仅轻巧,而且消耗动力少、推力大、噪音小。用碳纤维制电子计算机的磁盘,能提高计算机的贮存量和运算速率。用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器,机械强度高,质量小,可节省大量的燃料。总之,用碳纤维或碳纤维增强的塑料、玻璃、陶瓷和金属等材料来代替钢材和合金等,在化工、机电、造船,特别是飞机制造、宇航器材等领域中有广泛的应用。
定义:
木炭、活性炭、炭黑、焦炭是由石墨的微小晶体和少址杂质构成的,均属混合物。没有固定的几何外形,所以称为无定形碳。
无定形碳的物理性质、主要用途及制法
物理性质 用途 制法
木炭 灰黑色多孔固体 制黑火药。制活性炭,制炭笔,吸附色素 木材隔绝空气加强热
活性炭 黑色粉末或颗粒状固体 净化多种气体和液体,制作防毒面具,使溶液脱色 木炭在高温下用水蒸气处理
炭黑 黑色粉末状固体 制造油墨、油漆、鞋油、颜料、墨汁及橡胶制品的填料 含碳物质不完全燃烧
焦炭 浅灰色多孔固体,质地坚硬 作燃料,作冶金工业还原剂 烟煤隔绝空气条件下加强热制得

木炭、活性炭的吸附作用:
     木炭、活性炭因具有疏松多孔的结构,表面积很大,所以吸附能力很强,吸附时被吸附物(有色液体、有毒气体等)吸附在其表面(细孔管道内),这个过程是物理变化。木炭、活性炭的吸附性属于物理性质。活性炭是木炭经过水蒸气高温处理得到的,它具有很大的表面积,因此活性炭的吸附能力比木炭强。
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