Question

4．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是碳原子结构示意图，碳原子的最外层电子数为4，属于非金属（填“金属”，“非金属”或“稀有气体”）元素．碳元素在元素周期表中位于第二周期．
（2）图2、3、4对应三种碳单质，图2单质的名称是金刚石．
（3）C为+4价，Cl为-1价，由C和Cl组成的化合物的化学式为CCl₄．
（4）古代用墨书写或绘制的字画虽年久仍不变色，原因是墨中主要成分碳在常温下具有稳定性．
如图5是木炭还原氧化铜的实验，大试管中的反应体现了碳的还原性，其反应的化学方程式是C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑，碳的还原性可以用于冶铁工业．
（5）研究发现：物质的结构决定性质，物质的性质决定用途．如：一氧化碳也能还原氧化铜，也有还原性．从化学反应前后碳元素化合价的变化特点分析，一氧化碳和碳都具有还原性的原因是碳元素的化合价在反应中升高；而二氧化碳没有还原性的原因是二氧化碳中碳元素的化合价不能再升高．

Answer 1

分析 （1）根据原子的结构示意图中各部分的含义、碳的名称、电子层数=周期数分析回答；
（2）根据常见的碳单质的结构分析回答，金刚石的碳原子的排列是空间网状结构，石墨的碳原子的排列是层状结构，C₆₀的碳原子的排列是由60个原子构成的分子，形似足球；
（3）根据化合价原则，由化合价会写出化学式；
（4）根据碳原子结构中最外层电子数的特点，判断碳元素的化学性质；并根据高温下木炭还原氧化铜的反应原理解答；
（5）单质碳中碳元素化合价为0，一氧化碳中碳元素化合价为+2价，二氧化碳中碳元素化合价为+4价为碳元素的最高正价．

解答 解：（1）由原子结构示意图的意义可知，碳原子最外层电子数为4；根据碳的名称可知碳属于非金属元素；由图可知：碳原子有两个电子层，属于第二周期；
（2）由碳单质的结构可知，图b的碳原子的排列是空间网状结构，具有这种结构的单质的名称是金刚石；
（3）由在化合物中正负化合价的代数和为零的原则可知，C为+4价，Cl为-1价，由C和Cl组成的化合物的化学式为：CCl₄．
（4）古代用墨书写或绘制的字画虽年久仍不变色，说明碳的化学性质稳定；木炭和氧化铜在高温条件下生成铜和二氧化碳，反应方程式是：C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑；
（5）根据碳还原氧化铜的反应中，碳元素的化合价从0变为+4；一氧化碳还原氧化铜的反应中，碳元素的化合价从+2价变为+4价；单质碳与一氧化碳具有还原性，则是由于它们中碳元素的化合价不是最高价，都可以继续升高为+4价；
故答案为：
（1）4；非金属；二；
（2）金刚石；
（3）CCl₄；
（4）稳定；C+2CuO$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Cu+CO₂↑；
（5）一氧化碳和碳中碳元素的化合价在反应中升高；二氧化碳中碳元素的化合价不能再升高．

点评 本题考查了由碳元素组成的几种碳的单质的性质，同时考查了根据题中信息结合所学知识书写化学方程式和分析、解决问题的能力．