1．为什么说碳元素是人类接触最早、利用最早的元素之一？

大自然的变化可谓气象万千。火山爆发，雷电轰击，长期干旱，都可能产生火。在熊熊的大火面前，动物吓得东奔西跑，而人类却在实践中逐步认识到火可以给人以光明，给人以温暖，更主要的则是火烧过的肉食，吃起来更为可口。据考证，人类大约远在二百万年以前就已经开始用火。大约在二、三十万年以前，人类在漫长的劳动中又发明了摩擦生火的技术，掌握了“木与木相摩则燃”的规律，从而“第一次使人支配了一种自然力”，结束了茹毛饮血的时代，以至“最终把人和动物界分开”。

火是动物燃烧所表现的一种化学现象。树木烧焦以后，就会残留下来木炭；动物被烧死以后，便会剩下骨炭。自从人类在地球上出现以后，就和碳有了接触。摩擦生火则是人类利用摩擦创造高温条件来支配这种化学运动的表现。所以说，碳元素是人类接触最早、利用最早的元素之一。

2．为什么说碳元素及其化合物是化学世界里最庞大的家族？

碳元素及其化合物之所以是化学世界里最庞大的家族，是因为碳的化合物种类最多。到目前为止，碳的化合物多达上千万种，而不含碳的化合物仅有十来万种。碳和碳的化合物除了有我们熟悉的金刚石、石墨、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸钙等等还有一大类含碳物质如甲烷、汽油、酒精、糖类、蛋白质、合成纤维、塑料、橡胶胶等，被称为有机化合物，简称有机物。这类物质有许多共同的特点、性质和变化规律，对它们的研究已成为化学的一大分支──有机化学。

3．金刚石和石墨各有哪些用途？与其物理特性有何联系？

金刚石和石墨虽然都是由碳元素构成的单质，但其物理特性和用途却大相径庭，其原因是晶体结构截然不同。

金刚石十分坚硬，可用来裁割玻璃，制作钻头钻凿岩石，制作切割机械等。纯净的金刚石无色透明，正八面体闪烁耀眼光芒，用来作用价值连城的装饰品──钻石。

石墨色深灰而质软，常用于和粘土粉末按一定比率混合制造铅笔芯；石墨能导电，可用来作电极；石墨粉润滑性强，耐高温，可用作高温作业下的润滑剂。

4．木炭投入NO₂气体和滴有红墨水的水中各有何现象？为什么？

充分振荡后可观察到红棕色的二氧化氮气体和水的红色变浅或消失了。其原因是木炭具有较强的吸附能力，能把大量气体或染料等小微粒吸附在它的表面。

木炭是一种仍保持原物形状的多孔状固体，它是由木材或坚硬果壳等在隔绝空气的高温条件下干馏制得。一般来说，疏松多孔的结构具有较强的吸附能力。木炭再经隔绝空气加强热，并不断通入水蒸气，以除去沾在木炭表面的油质，增大了表面积，制成了吸附能力更强的活性炭，其表面积可达500～1000m²·g^-1。防毒面具里滤毒罐就是利用活性炭来吸附毒气的。第一次世界大战时，德国使用毒气，对俄军造成了威胁。正是活性炭帮了大忙，才使数以万计的俄国士兵免于死亡。

5．C₆₀与金刚石和石墨有何关系？C₆₀有何发展前景？

C₆₀是近年来科学家研究发现的一种新物质。它与金刚石、石墨都是由碳元素构成的单质。

很久以来，化学家们最感兴趣的课题之一就是对碳元素的研究。但很长一段时间里，人们一直认为碳元素只有金刚石和石墨两种单质。随着对碳元素研究的不断深入，到本世纪80年代终于有了突破性的进展。1985年，美国莱斯大学的H·W·Kroto等人用大功率激光照射石墨等科技手段得到了C₆₀，其组成和结构也通过质谱及X射线分析等得到证明。C₆₀分子是一种由60个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又称足球烯。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。

我国北京大学化学系和物理系研究小组也研制出了C₆₀分子。目前，人们对C₆₀分子的结构和反应认识正在不断深入，C₆₀的化合物K₃C₆₀在18K成为超导体，而其非线性光学性能有望用于光电计算机。

此外，C₇₀、C₈₀、C₇₄等许多类似的分子也相继被发现，它们将有广阔的开发前景。

6．我国古代用墨书写、绘制字画，虽然年深日久，为什么不变色呢？

墨灰即炭黑是制造墨的主要原料。墨黑白分明，字迹清晰，永保本色不褪，便于珍藏。之所以能保存数代，正是由于碳单质在常温下的化学性质稳定的缘故。

提示：碳原子核外最外电子层有四个电子，要达到8电子稳定结构，既不易得电子，又不易失电子，只能靠共用电子对相互结合形成单质，且键能较大，只有在高温下才能断键，发生化学反应。因此，常温下很稳定。

7．“火锅城”为什么都必须有通风设备呢？

火锅是我们中华民族的传统美食。现在多数火锅还是以木炭为燃料。在火刚刚点上或快熄灭之前，由于空气不充足或燃烧温度不高往往会产生一氧化碳，化学方程式如下：

C+O₂（充足）CO₂

2C+O₂（不充足）2CO

一氧化碳有剧毒。吸入肺里跟血液里的血红蛋白结合，使血红蛋白不能很好地跟氧气化合，人体就缺少氧气。人吸入少量一氧化碳就会感到头痛，吸入较多就会因缺氧而死亡。因此，增加通风设备是十分必要的。

8．通过实验现象说明碳粉和氧化铜混合加热得到的产物是什么？碳起什么作用？

碳粉和氧化铜均为黑色粉末，混合后于试管中加强热，反应后有红色物质生成，说明产物有铜；将加热试管安装带有导管单孔塞，并将导管通入澄清的石灰水中，可观察到石灰水变浑浊。说明生成物有二氧化碳。该反应可用下列化学方程式表示：

2CuO+C＝2Cu+CO₂↑

可以看出，木炭夺取了氧化铜中的氧生成了二氧化碳，木炭使得氧化铜失去了氧而还原成铜，木炭具有还原性，起了还原剂的作用。

9．碳、炭和煤有什么区别？

“碳”是元素的名称，是所有核电荷数为6的原子的总称，元素符号为C。常在书写碳元素的单质及含有碳元素的化合物名称时使用。如碳元素、碳-60、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸钙、碳氢化合物等。

“炭”仅在书写由碳元素组成的无定形碳的名称时使用，如木炭、活性炭、焦炭、炭黑等。

可见，木炭、活性炭、焦炭是由碳元素形成的单质；此外，金刚石、石墨也是由碳元素形成的单质。

“煤”是以碳元素为主的有机物和无机物共同组成的复杂混合物；在隔绝空气加强热的情况下，煤可分解，生成物中的固态物质就是焦炭。

10．为什么活性炭的吸附能力比木炭强？

活性炭和木炭都能把大量的气体或染料等小颗粒吸附在它们的表面上，也就是活性炭和木炭都具有吸附能力。这种吸附作用，主要是一种物理吸附，吸附能力的大小与炭的表面积大小有关。

木炭和活性炭为什么具有吸附能力呢？这还得从木炭与活性炭都是怎样制取的说起。

木炭是由木材在隔绝空气的条件下加强热而制得的。如果把木材放在显微镜下观察，就会发现木材的结构上存在很多细管道，当木材变成木炭后仍保留了这些细管道。正是因为木炭具有这种疏松多孔的结构，可以吸附气体或色素。木炭里的管道越多，跟气体或溶液接触的表面积就越大，吸附能力就越强。据统计，1g木炭的表面积大约有100m²～150m²，所以木炭有较强的吸附能力。

为了增强吸附能力，先用多孔的木质物如椰子壳、棉籽壳、核桃壳等多纤维物质，在隔绝空气的条件下加强热制成木炭。然后再在高温下通入水蒸气处理，使附着在木炭孔隙表面上的油脂除去，以扩大木炭孔隙，增大木炭的表面积。经过这样处理的木炭叫作活性炭。通常1g活性炭的表面积可达500m²～700m²，由于单位质量活性炭的表面积比木炭大得多，所以活性炭的吸附能力比木炭要强得多。

活性炭可用来做防毒面具里的毒气吸附剂、制糖工业上的脱色剂，也可用活性炭做除臭剂以除去电冰箱中的异味。