碳的单质-金刚石石墨碳

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。

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）。

碳单质的化学性质
1：碳的单质有3个
金刚石，石墨，C60。

2：物理性质和用途。

钻石:自然界中最坚硬的物质，具有八面体结构。

它通常用于制造钻头、切割玻璃和大理石。

石墨:层状结构，质软，导电性好，可用作电极、电刷和润滑剂。

金刚石和石墨的元素组成相同，物理性质不同(由于碳原子排列不同)，化学性质相似。

3：碳单质的化学性质
稳定性:常温下不易与其他物质发生反应，如用碳素笔书写重要文件；古代字画可以保存几千年。

可燃性:无论是金刚石还是石墨，完全燃烧可以产生二氧化碳，不完全燃烧可以产生一氧化碳。

还原性：可以将金属氧化物还原成金属单质。

C+CuO提现碳的还原性，实验现象：黑色固体逐渐变成红色，生成能使澄清石灰水变混浊。

（在初中学习中，不详细讲还原性和氧化性，只说提供氧元素的为氧化剂，抢夺氧元素的为还原剂，完全为了便于理解。

）
4.有两个容易出错的地方。

第一，金刚石、石墨和碳60的相互转化是化学变化，不是物理变化。

第二，碳60是由分子组成的，不是原子。

金刚石和石墨是由原子构成的。

第六单元：碳和碳的氧化物一、碳的几种单质1.金刚石(色散性好，坚硬)金刚石（C）是自然界中最硬的物质，可用于制钻石、刻划玻璃、钻探机的钻头等。

2.石墨（软，有滑感。

具有导电性，耐高温）石墨（C）是最软的矿物之一，有优良的导电性，润滑性。

可用于制铅笔芯、干电池的电极、电车的滑块等。

金刚石和石墨的物理性质有很大差异的原因是：碳原子的排列方式不同。

CO和CO2的化学性质有很大差异的原因是：分子的构成不同。

3.C60（由分子构成）4.无定形碳：由石墨的微小晶体和少量杂质构成.主要有：焦炭，木炭，活性炭，炭黑等。

活性炭、木炭具有强烈的吸附性，焦炭用于冶铁，炭黑加到橡胶里能够增加轮胎的耐磨性。

二、.单质碳的化学性质：单质碳的物理性质各异，而各种单质碳的化学性质却完全相同!1、常温下的稳定性强2、可燃性:完全燃烧(氧气充足),生成CO2 : C+O2==(点燃)CO2不完全燃烧(氧气不充足),生成CO：2C+O2==(点燃)2CO3、还原性：C+2CuO ==(高温) 2Cu+CO2↑（置换反应）2Fe2O3+3C==(高温)4Fe+3CO2↑三、二氧化碳的制法1、实验室制取气体的思路：（原理、装置、检验）（1）发生装置：由反应物状态及反应条件决定：反应物是固体，需加热，制气体时则用高锰酸钾制O2的发生装置。

反应物是固体与液体，不需要加热，制气体时则用制H2的发生装置。

（2）收集方法：气体的密度及溶解性决定：难溶于水用排水法收集CO只能用排水法度比空气大用向上排空气法CO2只能用向上排空气法密度比空气小用向下排空气法回忆一下收集气体的几种方法2、二氧化碳的实验室制法1) 原理：用石灰石和稀盐酸反应：CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑(重点)注意：（1）不能用H2SO4代替盐酸，因为CaCO3+ H2SO4 === CaSO4 +H2O+CO2↑生成的CaSO4微溶于水，覆盖在碳酸钙表面，阻止了碳酸钙与酸接触，使反应难以进行。