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9.碳与碳的化合物在工农业生产及日常生活中有广泛的用途。
(1)图1是碳原子的原子结构示意图，碳原子的最外层电子数为
(2)图2、图3、图4对应三种碳单质，图2单质的名称是
(3)普通干电池采用石墨作为电极材料，是利用石墨优良的
(4)图5是木炭还原氧化铜的实验。
①该实验中观察到的实验现象是
②木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与CuO粉末混合均匀后使用。这样处理的目的是
③酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是
。
④木炭与氧化铜发生反应的化学方程式是
(1)图1是碳原子的原子结构示意图，碳原子的最外层电子数为
4
。(2)图2、图3、图4对应三种碳单质，图2单质的名称是
金刚石
；它们的物理性质相差很大，其原因是碳原子之间的结合方式不同
。(3)普通干电池采用石墨作为电极材料，是利用石墨优良的
导电
性。(4)图5是木炭还原氧化铜的实验。
①该实验中观察到的实验现象是
有红色固体生成
、澄清石灰水变浑浊
。②木炭呈块状，实验时要先将木炭研细，再与CuO粉末混合均匀后使用。这样处理的目的是
使木炭与氧化铜粉末充分接触，有利于反应进行
。③酒精灯火焰处加有铁丝网罩，其作用是
聚集火焰，使加热更集中，提高温度，有利于反应进行
。。
④木炭与氧化铜发生反应的化学方程式是
$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$
。此反应中发生还原反应的物质是CuO
(填化学式)。答案
9.(1)4
(2)金刚石；碳原子之间的结合方式不同
(3)导电
(4)①有红色固体生成；澄清石灰水变浑浊
②使木炭与氧化铜粉末充分接触，有利于反应进行
③聚集火焰，使加热更集中，提高温度，有利于反应进行
④$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；CuO
(2)金刚石；碳原子之间的结合方式不同
(3)导电
(4)①有红色固体生成；澄清石灰水变浑浊
②使木炭与氧化铜粉末充分接触，有利于反应进行
③聚集火焰，使加热更集中，提高温度，有利于反应进行
④$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；CuO
解析
【分析】
1. 第(1)题：原子结构示意图中，最外层电子数是最外层的电子数，需观察碳原子的核外电子排布确定。
2. 第(2)题：根据碳单质的结构特征判断对应单质名称，碳单质物理性质差异源于碳原子的排列方式不同。
3. 第(3)题：石墨作电极利用其导电的特性，结合电极的作用分析。
4. 第(4)题：木炭还原氧化铜的实验，需从反应产物、操作目的、装置作用、反应类型等角度逐一分析：反应生成铜和二氧化碳，对应现象；研细反应物是增大接触面积；铁丝网罩是集中火焰提温度；还原反应是含氧化合物失氧的反应，对应物质为氧化铜。
【解析】
(1) 原子结构示意图中，碳原子的核外电子排布为第一层2个、第二层4个，因此最外层电子数为4。
(2) 图2为空间网状结构，对应碳单质为金刚石；图3是层状结构、图4是球状结构，三者均为碳单质，物理性质差异大的原因是碳原子之间的结合方式（排列方式）不同。
(3) 石墨具有优良的导电性，因此可作为普通干电池的电极材料。
(4) ①木炭还原氧化铜生成红色的铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故实验现象为黑色固体变为红色、澄清石灰水变浑浊；②将木炭研细并与CuO混合，目的是增大反应物的接触面积，使反应更充分；③酒精灯火焰加铁丝网罩，作用是集中火焰，提高加热温度，满足反应所需的高温条件；④木炭与氧化铜在高温下反应，化学方程式为$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；反应中CuO失去氧被还原，发生还原反应。
【答案】
(1)4；(2)金刚石；碳原子之间的结合方式不同；(3)导电；(4)①黑色固体变成红色；澄清石灰水变浑浊；②增大反应物的接触面积，使反应更充分；③集中火焰，提高温度；④$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；CuO
【知识点】
原子结构示意图；碳单质的性质；碳的化学性质
【点评】
本题考查碳及碳的化合物的基础知识点，涵盖原子结构、碳单质的结构与性质、碳的还原性实验等核心内容，是初中化学的常考基础题型，注重对基础知识的理解与应用。
【难度系数】
0.7
1. 第(1)题：原子结构示意图中，最外层电子数是最外层的电子数，需观察碳原子的核外电子排布确定。
2. 第(2)题：根据碳单质的结构特征判断对应单质名称，碳单质物理性质差异源于碳原子的排列方式不同。
3. 第(3)题：石墨作电极利用其导电的特性，结合电极的作用分析。
4. 第(4)题：木炭还原氧化铜的实验，需从反应产物、操作目的、装置作用、反应类型等角度逐一分析：反应生成铜和二氧化碳，对应现象；研细反应物是增大接触面积；铁丝网罩是集中火焰提温度；还原反应是含氧化合物失氧的反应，对应物质为氧化铜。
【解析】
(1) 原子结构示意图中，碳原子的核外电子排布为第一层2个、第二层4个，因此最外层电子数为4。
(2) 图2为空间网状结构，对应碳单质为金刚石；图3是层状结构、图4是球状结构，三者均为碳单质，物理性质差异大的原因是碳原子之间的结合方式（排列方式）不同。
(3) 石墨具有优良的导电性，因此可作为普通干电池的电极材料。
(4) ①木炭还原氧化铜生成红色的铜和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，故实验现象为黑色固体变为红色、澄清石灰水变浑浊；②将木炭研细并与CuO混合，目的是增大反应物的接触面积，使反应更充分；③酒精灯火焰加铁丝网罩，作用是集中火焰，提高加热温度，满足反应所需的高温条件；④木炭与氧化铜在高温下反应，化学方程式为$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；反应中CuO失去氧被还原，发生还原反应。
【答案】
(1)4；(2)金刚石；碳原子之间的结合方式不同；(3)导电；(4)①黑色固体变成红色；澄清石灰水变浑浊；②增大反应物的接触面积，使反应更充分；③集中火焰，提高温度；④$\ce{C + 2CuO\xlongequal{高温}2Cu + CO_{2}\uparrow}$；CuO
【知识点】
原子结构示意图；碳单质的性质；碳的化学性质
【点评】
本题考查碳及碳的化合物的基础知识点，涵盖原子结构、碳单质的结构与性质、碳的还原性实验等核心内容，是初中化学的常考基础题型，注重对基础知识的理解与应用。
【难度系数】
0.7
(2025·湖南长沙)认真阅读下列科普短文。
“人才济济”的碳家族
墨是文房四宝之一，在我国书法和绘画中发挥了重要作用。《天工开物》中就有制墨的记载：将桐油、猪油、松枝等进行不完全燃烧，取其产生的黑色粉状物质（主要成分是碳）加水、加胶制成液体，浇注在模具中，干燥后即成墨。
墨的主要成分是炭黑，其结构与石墨类似。从石墨中剥离得到的单层石墨片即石墨烯，它被喻为“改变世界的神奇材料”，有优异的导电导热性、超出钢铁数十倍的强度和极佳的透光特性。如果我们把石墨（结构如图所示）当作一本书，其中的每一页纸都可以被认为是石墨烯。
石墨的碳层间距是$0.335 nm(1 nm =10^{-9} m)$，能够嵌入锂离子，目前被广泛应用于锂离子电池负极材料。然而，地球上的锂资源有限，钠资源相对来说更为丰富，因此现在正不断加大钠离子电池的研发。石墨的碳层难以嵌入钠离子，与石墨结构相似的物质——硬碳，其结构中存在相互扭曲的碳层，碳层间距约为0.37～0.40 nm，能够嵌入钠离子，因此硬碳成为钠离子电池负极材料的优秀候选者。
依据短文内容，回答下列问题。
(1)推测桐油、猪油、松枝中一定含有
(2)写出石墨烯的一条物理性质：
(3)钠离子电池负极材料的优秀候选者是硬碳而不是石墨，原因是
“人才济济”的碳家族
墨是文房四宝之一，在我国书法和绘画中发挥了重要作用。《天工开物》中就有制墨的记载：将桐油、猪油、松枝等进行不完全燃烧，取其产生的黑色粉状物质（主要成分是碳）加水、加胶制成液体，浇注在模具中，干燥后即成墨。
墨的主要成分是炭黑，其结构与石墨类似。从石墨中剥离得到的单层石墨片即石墨烯，它被喻为“改变世界的神奇材料”，有优异的导电导热性、超出钢铁数十倍的强度和极佳的透光特性。如果我们把石墨（结构如图所示）当作一本书，其中的每一页纸都可以被认为是石墨烯。
石墨的碳层间距是$0.335 nm(1 nm =10^{-9} m)$，能够嵌入锂离子，目前被广泛应用于锂离子电池负极材料。然而，地球上的锂资源有限，钠资源相对来说更为丰富，因此现在正不断加大钠离子电池的研发。石墨的碳层难以嵌入钠离子，与石墨结构相似的物质——硬碳，其结构中存在相互扭曲的碳层，碳层间距约为0.37～0.40 nm，能够嵌入钠离子，因此硬碳成为钠离子电池负极材料的优秀候选者。
依据短文内容，回答下列问题。
(1)推测桐油、猪油、松枝中一定含有
碳
元素。(2)写出石墨烯的一条物理性质：
优异的导电导热性(合理即可)
。(3)钠离子电池负极材料的优秀候选者是硬碳而不是石墨，原因是
硬碳结构中存在相互扭曲的碳层且碳层间距比石墨大
（从结构角度分析）。答案
(1)碳
(2)优异的导电导热性(合理即可)
(3)硬碳结构中存在相互扭曲的碳层且碳层间距比石墨大
(2)优异的导电导热性(合理即可)
(3)硬碳结构中存在相互扭曲的碳层且碳层间距比石墨大
解析
【分析】
第(1)题：根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，桐油、猪油、松枝不完全燃烧生成主要成分为碳的黑色粉状物质，说明反应物中一定含有碳元素；
第(2)题：从短文中提取石墨烯的物理性质，文中明确给出石墨烯的相关物理特性，任选其一即可；
第(3)题：对比短文对石墨和硬碳结构的描述，分析两者碳层结构、间距的差异，得出硬碳能嵌入钠离子的原因。
【解析】
(1) 桐油、猪油、松枝不完全燃烧生成主要成分为碳的黑色物质，根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，因此这些物质中一定含有碳元素；
(2) 短文提到石墨烯有优异的导电导热性、超出钢铁数十倍的强度、极佳的透光特性，这些都属于物理性质，任选一条作答；
(3) 石墨的碳层间距为0.335nm，难以嵌入钠离子；而硬碳结构中存在相互扭曲的碳层，碳层间距约为0.37～0.40nm，比石墨的碳层间距大，能够嵌入钠离子，因此硬碳是钠离子电池负极材料的优秀候选者。
【答案】
(1) 碳
(2) 优异的导电导热性（合理即可）
(3) 硬碳结构中存在相互扭曲的碳层且碳层间距比石墨大
【知识点】
质量守恒定律、物理性质、碳单质的结构与性质
【点评】
本题为信息提取类化学题，结合科普短文考查基础化学知识，需要学生从文中提取关键信息并结合化学概念解答，难度较低，侧重考查学生的信息处理能力。
【难度系数】
0.7
第(1)题：根据质量守恒定律，化学反应前后元素种类不变，桐油、猪油、松枝不完全燃烧生成主要成分为碳的黑色粉状物质，说明反应物中一定含有碳元素；
第(2)题：从短文中提取石墨烯的物理性质，文中明确给出石墨烯的相关物理特性，任选其一即可；
第(3)题：对比短文对石墨和硬碳结构的描述，分析两者碳层结构、间距的差异，得出硬碳能嵌入钠离子的原因。
【解析】
(1) 桐油、猪油、松枝不完全燃烧生成主要成分为碳的黑色物质，根据质量守恒定律，反应前后元素种类不变，因此这些物质中一定含有碳元素；
(2) 短文提到石墨烯有优异的导电导热性、超出钢铁数十倍的强度、极佳的透光特性，这些都属于物理性质，任选一条作答；
(3) 石墨的碳层间距为0.335nm，难以嵌入钠离子；而硬碳结构中存在相互扭曲的碳层，碳层间距约为0.37～0.40nm，比石墨的碳层间距大，能够嵌入钠离子，因此硬碳是钠离子电池负极材料的优秀候选者。
【答案】
(1) 碳
(2) 优异的导电导热性（合理即可）
(3) 硬碳结构中存在相互扭曲的碳层且碳层间距比石墨大
【知识点】
质量守恒定律、物理性质、碳单质的结构与性质
【点评】
本题为信息提取类化学题，结合科普短文考查基础化学知识，需要学生从文中提取关键信息并结合化学概念解答，难度较低，侧重考查学生的信息处理能力。
【难度系数】
0.7
