第讲碳族元素高考一轮复习.docx
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第讲碳族元素高考一轮复习
第十八讲碳族元素
（建议2课时完成）
[考试目标]
1．了解碳的三种重要的同素异形体及导致它们物理性质有较大差别的原因。
了解碳的多样性。
2．了解碳、硅单质及其重要化合物（氧化物、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠等）的主要性质及应用。
3．了解水泥、玻璃和陶瓷等硅酸盐产品的主要化学成分、生产原料及其用途。
4．了解常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料。
5．了解碳的氧化物对大气的污染。
[要点精析]
复习策略:
本单元主要采用对比的方法复习碳硅及化合物的主要性质,同时注意碳硅及化合物的某些特殊性.
一、碳族元素
1．碳族元素：
包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb），为第IVA族元素；最外层均有四个电子，决定了碳族元素性质具有相似性，容易形成共价化合物（特别是碳和硅），其化合价主要有+4和+2；但电子层数不同，又导致了性质具有递变性：
从碳→铅，非金属性逐渐减弱，金属性逐渐增强，有着明显的递变规律。
见如下表格：
（18—1）
元素
C
Si
Ge
Sn
Pb
单质颜色状态
无色固体或黑色固体
无色到棕色固体
灰白色晶体
银白色晶体
蓝白色晶体
与H2化合的难易程度
在高温下化合
在高温下化合
不能直接化合
不能直接化合
不能直接化合
氢化物
CH4
SiH4
——
——
——
分解温度℃
800
450
——
——
——
最高价氧化物
CO2
SiO2
GeO2
SnO2
PbO2
最高价氧化物对应水化物
H2CO3
H2SiO3
H4SiO4
Ge（OH）4
Sn（OH）4
Pb（OH）4
最高价氧化物对应水化物的酸碱性
————酸性逐渐减弱————→
2．碳的同素异形体的比较：
（表18—2）
同素异形体
金刚石
石墨
C60
晶体结构
正四面体，空间网状结构的原子晶体
平面层状正六边形结构，层与层之间以分子间作用力结合
分子内碳碳之间以共价键结合成空心笼状结构，由20个六边形和12个五边形构成的20面体
主要物理性质
熔沸点高、硬度极大，难溶于溶剂，不能导电、无色透明的晶体
熔点很高，深灰色、质软有滑腻感，易导电的片状固体
灰黑色固体
物理性质不同的原因
结构不同，碳原子的排列方式不同
化学性质
相同
用途
钻具、装饰品
电极、润滑剂、耐火材料
超导、磁性、光学、催化、材料、生物方面有优异的性能
碳元素不仅可以形成多种同素异形体，而且还可以形成多种无机化合物和有机化合物，是形成化合物种类最多的元素。
例题1：
（1）质量相等的石墨与足球烯（C60）所含质子数（）
A．前者多B.相等C.后者多D.无法确定
（2）设计一个实验证明金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的。
答案：
（1）B
（2）分别将三种物质在氧气充足的条件下燃烧，若三者产生的都是无色无味的气体且将所得气体通入澄清石灰水中，若气体都使澄清的石灰水变浑浊，则说明它们都是由碳元素组成的。
解析：
（1）等质量的石墨与足球烯含有相同物质的量碳原子，所含质子数也相等
二、碳、硅元素的单质及重要化合物的主要性质、制法及应用的比较
1．碳单质：
（1）物理性质：
碳元素形成的同素异形体由于碳原子的排列方式不同，导致物理性质有较大的差别。
（见表18—2）
（2）化学性质：
①C+O2＝CO2②2C+O2＝2CO③C+4HNO3（浓）＝CO2↑+4NO2↑
+2H2O④C+2CuO＝2Cu+CO2↑⑤C+CO2＝2CO⑥2C+SiO2＝Si+2CO↑
2．碳的氧化物（CO、CO2）性质的比较：
（表18—3）
氧化物
一氧化碳
二氧化碳
物理性质
无色无味气体、有毒、难溶于水，能与人体中血红蛋白迅速结合，是一种严重的大气污染物
无色略带酸味气体，无毒，能溶于水，固态时俗称“干冰”。
是产生温室效应的气体之一。
化学性质
1．可燃性
2．还原性：
（CuO、Fe2O3、H2O反应）
3．不成盐氧化物
1．不能燃烧
2．与C、Mg等反应，表现氧化性
3．酸性氧化物（与碱反应）
实验室制法
浓硫酸
△
HCOOH——→CO↑+H2O
CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑
收集方法
排水法
向上排空气法
检验方法
点燃后在火焰上分别罩上干燥的烧杯和沾有澄清石灰水的烧杯
使澄清石灰水变浑浊
用途
燃料、化工原料
化工原料、灭火等
相互转化
C+CO2＝2CO（高温）2CO+O2＝2CO2（点燃）
例题2：
除去下列物质中的杂质（括号内为杂质）。
写出所加试剂或方法，并写出相关反应的化学方程式
物质
试剂（或方法）
化学方程式
CO（CO2）
CO2（CO）
Fe2O3（SiO2）
答案：
物质
试剂（或方法）
化学方程式
CO（CO2）
NaOH溶液
△
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2（CO）
灼热的氧化铜
CO+CuO＝Cu+CO2
Fe2O3（SiO2）
NaOH溶液，过滤
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
3．碳酸钠与碳酸氢钠的比较：
（表18—4）
碳酸钠（Na2CO3）
碳酸氢钠（NaHCO3）
俗名
纯碱、苏打
小苏打
物理性质
白色固体、易溶于水
白色细小晶体，可溶于水
化学
性质
与盐酸反应
CO32-+2H+＝CO2↑+H2O（慢）
HCO3-+H+=CO2↑+H2O（快）
与NaOH反应
不反应
HCO3-+OH-＝CO32-+H2O（溶液中）
△
NaHCO3+NaOH＝Na2CO3+H2O（固）
加热
不分解
2NaHCO3＝Na2CO3+CO2↑+H2O（固）
用途
玻璃、造纸工业
发酵粉
鉴别
△
1．比较与盐酸反应速率2.固体用酒精灯加热是否产生CO2气体
相互转化
NaHCO3+NaOH＝Na2CO3+H2O；2NaHCO3＝Na2CO3+CO2↑+H2O
CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
例题3：
要除去下列物质中的少量杂质，按要求填写空白
（1）Na2CO3固体中的NaHCO3，方法是___________,反应方程式是_______________;
（2）NaHCO3溶液中的Na2CO3，方法是__________,反应方程式是________________;
（3）NaCl溶液中Na2CO3，方法是____________,反应方程式是_________________;
△
（4）NaOH溶液中的Na2CO3，方法是_________,反应方程式是_________________.
答案：
（1）加热，2NaHCO3＝Na2CO3+CO2↑+H2O
（2）通入CO2气体，CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
（3）加入过量的盐酸，Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O
（4）加入适量的Ca（OH）2溶液,过滤,Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH
4．二氧化硅与二氧化碳的对比：
（表18—5）
物质
二氧化硅
二氧化碳
化学式
SiO2
CO2
晶体类型
原子晶体
分子晶体
物理性质
硬度大、熔沸点高、常温下为固体、不溶于水
熔沸点低，常温下为气体，微溶于水
化
学
性
质
①与水反应
不反应
CO2+H2O
H2CO3
②与酸反应
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
不反应
③与碱反应
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
高温
盛碱液的试剂瓶用橡皮塞
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O或
CO2+NaOH=2NaHCO3
④与盐反应
SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑
高温
SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑
Ca（ClO）2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HClO
CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
⑤与碱性氧化物反应
高温
SiO2+CaO＝CaSiO3
CO2+Na2O＝Na2CO3
例题4：
下列试剂的存放方法正确的是
A．氢氧化钠、纯碱、以及水玻璃溶液要存放在带磨砂玻璃塞的试剂瓶中
B．氢氟酸存放在棕色玻璃试剂瓶中
C．液溴盛放在带橡胶塞的试剂瓶中
D．新制的氯水盛放在棕色细口瓶中
答案：
D
分析：
玻璃中含SiO2，A中三种溶液要盛放在带橡胶塞的试剂瓶中，氢氟酸腐蚀玻璃，液溴与橡胶发生反应。
5.硅、硅酸及硅酸盐:
（1）硅：
单质硅有晶体硅和无定形硅两种。
晶体硅为原子晶体，灰黑色、有金属光泽、硬度大而脆、熔沸点高。
导电性介于导体和绝缘体之间，是常用的半导体材料。
化学性质：
①常温Si+2F2=SiF4；Si+4HF=SiF4+2H2；Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑
②加热：
Si+O2＝SiO2；Si+2Cl2＝SiCl4；Si+2H2＝SiH4。
自然界中无游离态
的硅，工业上用焦炭在电炉中还原二氧化硅制取粗硅：
SiO2+2C＝Si+2CO↑
（2）硅酸（H2SiO3或原硅酸H4SiO4）：
难溶于水的弱酸，酸性比碳酸还弱。
（3）硅酸钠：
溶于水，其水溶液俗称“水玻璃”，是一种矿物胶。
盛水玻璃的试剂瓶要使用橡胶塞。
能与酸性较强的酸反应：
Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3↓（白）+2NaCl；Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3
例题5：
常温下不能与单质硅反应的是（）
A．O2B.F2C.HF溶液D.NaOH溶液
答案:
A
例题6：
CO2气体通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（）
A．氯化钙溶液B.石灰水C.饱和碳酸钠溶液D.硅酸钠溶液
答案：
A
分析：
B：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2OC：
CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3，NaHCO3的溶解度比Na2CO3小，在饱和溶液中会析出固体；D：
Na2SiO3+CO2+H2O＝H2SiO3↓+Na2CO3。
三、水泥、玻璃和陶瓷等硅酸盐产品的主要化学成分、生产原料及其用途
硅酸盐材料是传统的无机非金属材料：
玻璃、水泥、各种陶瓷等都是以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品，比较如下（表18—6）
硅酸盐产品
水泥
玻璃
原料
石灰石、黏土
纯碱、石灰石、石英
反应原理
发生复杂的物理化学变化（不作要求）
高温
SiO2+Na2CO3＝Na2SiO3+CO2↑
高温
SiO2+CaCO3＝CaSiO3+CO2↑
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
主要成分
3CaO·SiO2、2CaO·SiO2、3CaO·Al2O3
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
反应条件
高温
高温
陶瓷生产的一般过程：
混合→成型→干燥→烧结→冷却→陶瓷，随着现代科学技术的发展，一些具有特殊结构、特殊功能的新型无机非金属材料如高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等相继被生产出来。
四、常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料的比较（表18—7）
材料
无机非金属材料
金属材料
复合材料
涵义
以黏土、石英和长石等为原料生产的硅酸盐制品
金属及其合金
两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而而制成的
主要成分
各种硅酸盐的混合物
各种金属及硅等少量非金属
由基体（黏结作用）和增强体（骨架作用）组成
特性
抗腐蚀、耐高温、硬度大耐磨损，新型无机非金属材料还具有电学、光学特性、生物功能等
强度高、坚韧塑性好、易于成型、有良好的延展性、导电性、导热性，合金抗腐蚀性强
耐酸碱、化学稳定性好、密度小、强度高、韧性好、耐高温、导电导热热性能好；性能保持原材料特点又优于原材料
品种示例
玻璃、水泥、各种陶瓷（粘土质陶瓷、高温结构陶瓷、生物陶瓷、压电陶瓷等）、光导纤维
黑色金属材料（铁、铬、锰及它们的合金）：
钢铁；有色金属材料（铁、铬、锰以外的金属及合金）：
金、银、铜及合金
生产生活中的复合材料（玻璃钢：
玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维：
碳纤维增强树脂基复合材料）；
航空航天中的复合材料（飞机、火箭：
纤维增强金属基复合材料；航天飞机：
纤维增强陶瓷基复合材料）
五、碳的氧化物对大气的污染
1．二氧化碳：
随着工业化程度的提高以及世界范围内人工采伐林木量的增加，森林面积锐减，大气中的二氧化碳浓度逐渐增加。
由于二氧化碳对从地表射向太空的长波特别是红外辐射有强烈的吸收作用，从而部分阻碍了地球向太空辐射能量。
这就会使地球表面温度升高、两极冰川融化、海平面上升，人们把这种二氧化碳所产生的效应称为温室效应。
为了减缓大气中二氧化碳浓度的增加，要控制工业上二氧化碳的排放量并大量植树造林。
2．一氧化碳：
人们常说的煤气中毒就是一氧化碳导致的，它是一种无色无味难溶于水的气体，极易与人体内的血红蛋白结合从而使人缺氧窒息死亡。
它是水煤气的成分之一，含碳燃料的不充分燃烧会产生一氧化碳。
是一种严重的大气污染物。
[过关训练]
一、单项选择题
1．根据统计数字表明，全球气候逐年变暖，其后果是气候异常，生态平衡被破坏，海平面升高。
造成这种变化的“罪魁”是（）
A．SO2 B．CO2 C．CO D．Cl2
2．除去SiO2中混有的石灰石和生石灰，下列试剂中最适宜的是（）
A．盐酸 B．NaOH溶液 C．水玻璃 D．浓硫酸
3．下列各溶液中分别通入过量CO2气体后，仍产生沉淀的是（）
A．水玻璃溶液 B．石灰水 C．CaCl2溶液 D．漂白粉溶液
4．光纤通信70年代后期发展起来的一种新型通信技术，目前长距离光纤通信系统已投入使用，光纤通信的光学纤维是由下列哪种物质经特殊工艺制成的….…………（）
A．碳B.石英C.锗D.硅
5．能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是……………………………….…（）
A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
6．下列试剂能贮存在磨口玻璃塞的试剂瓶里的是……………….…………….…（）
A.HF溶液B.KOH溶液C.盐酸D.水玻璃
7．碳酸氢钠受热容易分解为碳酸钠。
现加热5.00g的碳酸钠和碳酸氢钠的混合物，使碳酸
氢钠完全分解，混合物质量减少了0.31g，则原混合物中碳酸钠的质量为..（）
A.3.38gB.4.58gC.4.16gD.4.41g
8．下列离子方程式的书写正确的是…………..…………………..………….…..（）
A．实验室用大理石和稀盐酸制取CO2：
2H++CO32-＝CO2↑+H2O
B．铁和稀硝酸反应：
Fe+2H+＝H2↑+Fe2+
C．向AlCl3溶液中加入过量的NaOH溶液：
Al3++3OH-＝Al（OH）3↓
D．NaHCO3溶液与NaOH溶液反应：
OH-+HCO3-＝CO32-+H2O
9．下列不属于传统硅酸盐产品的是（）
A．玻璃B．水泥C．光导纤维D．陶瓷
10．下列物质的变化，不能通过一步化学反应完成的是（）
A．CO2→H2CO3B．SiO2→Na2SiO3C．Na2O2→Na2CO3D．SiO2→H2SiO3
11．复合材料中往往有一种材料作为基体，另一种材料作为（）
A.增塑剂B.发泡剂C.增强体D.防老化剂
12．下列物质中不属于合金的是
A.硬铝B.黄铜C.钢铁D.水银
13．用1L1.0mol/LNaOH溶液吸收0.8molCO2，所得溶液中的CO32-和HCO3-的物质的浓度之比约为（）
A.1:
3B.1:
2C.2:
3D.3:
2
14．下列各组中的离子，能在溶液中大量共存的是（）
A．K＋、Mg2+、NO3－、Cl－ B．Ba2＋、H＋、HCO3－、Cl-
C．Mg2＋、Ba2＋、OH－、HCO3－ D．H＋、K＋、CO32－、SO42－
15．标准状况下，将20LCO2和CO的混合气体通过足量的Na2O2粉未，充分反应后，在相
同状况下气体体积减少至16L，原混合气中CO的体积是（）
A.16LB.12LC.8LD.4L
16．关于Na2CO3和NaHCO3性质的说法正确的是（）
A.在水中的溶解性：
NaHCO3〉Na2CO3B.热稳定性：
NaHCO3〈Na2CO3
C.与酸反应的速率：
NaHCO3〈Na2CO3
D.Na2CO3不能转化成NaHCO3，NaHCO3而能转化成Na2CO3
17．等量的小苏打制取CO2，①煅烧法②与酸作用，两种方法得到CO2的量哪个多（）
A.无法比较B.相等C.①少于②D.①多于②
二、双项选择题
18．下列物质属于复合材料的是（）
A.玻璃B.玻璃钢C.生物陶瓷D.隔热陶瓷瓦
19．关于Na2CO3和NaHCO3的下列说法正确的是
A.Na2CO3比NaHCO3易溶于水B.NaHCO3比Na2CO3稳定
C.石灰水能和NaHCO3反应,不与Na2CO3反应
D.等物质的量的NaHCO3和Na2CO3与盐酸反应,消耗盐酸的物质的量之比为1:
2
20．下面有关硅的叙述中，正确的是……….……………………………….…（）
A.硅原子既不易失去电子又不易得到电子，主要形成四价的化合物。
B.硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位。
C.硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在。
D.硅在电子工业中，是最重要的半导体材料。
21．按右图装置持续通人气体x，并在管口P处点燃，实验
结果使澄清石灰水变浑浊，则X、Y可能是…（）
A．H2和NaHCO3；B．CO和Na2CO3；
C．CO和CuO；D．H2和Fe2O3
22．下列物质中，能够与NaOH溶液反应的是（）
A．碳酸钠B．硅酸钠C．二氧化硅D．氢氧化铝
23．对碳族元素，下列说法正确的是（）
A．随着元素原子序数的增加，其单质的熔点逐渐升高
B．它是由非金属性向金属性过渡十分明显的元素族
C．只能形成共价化合物，不能形成离子化合物
D．除铅外，碳族元素均以+4价化合物较为稳定
24．在273K，101.3kPa状况下，由一氧化碳和氧气组成的混合气体体积为2L，点燃后使之完全反应。
将生成的气体全部通入过量的澄清的石灰水中，得到白色沉淀，干燥后称量质量为5g，由此推断原混合气体中（）
A．CO可能为1.12L B．O2一定为0.56L
C．O2可能为0.88L D．CO一定为1.12L
25．科学家研制的一种新型分子，它具有空心类似足球状结构，分子式为C60。
下列说法正确性的是（）
A.是一种新型的化合物B.C60和石墨都是碳的同素异形体
C.是由60个碳原子构成的一种单质分子
D.摩尔质量是720g
26．下列物质的化学名称、化学式和俗名一致的是（）
A.碳酸钠、CaCO3、石灰石B.氢氧化钠、NaOH、火碱
C.碳酸钠、Na2CO3、苏打D.碳酸氢钠、NaHCO3、苏打
27．在元素周期表中，下列有关碳族元素的递变规律正确的是（）
A．自上而下元素的金属性逐渐增强
B.自上而下元素的氢化物的稳定性逐渐减弱
C.自上而下元素单质颜色逐渐变浅
D.自上而下元素单质溶、沸点逐渐升高
28．（选考内容）下列关于硅的说法中，不正确的是（）
A.硅是地壳中含量最多的元素
B.晶体硅的结构与金刚石相似，都是原子晶体
C.在自然界里，硅存在于各种矿物质和岩石中的形式是硅酸
D.硅是良好的半导体材料
29．工业上由粗硅制纯硅有以下反应
300℃
1Si（固）+3HCl（气）SiHCl3（气）+H2（气）+381kJ
950℃
②SiHCl3（气）+H2（气）Si（固）+3HCl（气）对上述反应的说法中正确的是（）
A.均为置换反应和氧化-还原反应B.反应①②实际上互为可逆反应
C.由于反应①放热，则反应②一定吸热D.提高SiHCl3产率，应采用加压和升温的方法.
30．下列各组中的两种物质作用时，反应条件或反应物的用量比改变，生成的化合物不会改变的是（）
A．钠与氧气B．氢氧化钠与二氧化碳
C．氧化钠与二氧化碳D．过氧化钠与水反应
31．关于NaHCO3的性质，下列说法正确的是（）
A．和酸反应放出等量的CO2所消耗的酸比Na2CO3少
B．相同温度下溶解度比NaCO3要大
C．热稳定性比Na2CO3小
D．NaHCO3只能和酸作用不能和碱作用
32．下列离子方程式正确的是（）
A．二氧化硅与氢氧化钠反应：
SiO2+2Na++2OH-＝Na2SiO3↓+H2O
B．碳酸钠与盐酸反应：
CO32－+2H+＝H2O+CO2↑
C．碳酸氢钠与稀硫酸反应：
CO32－+2H+＝CO2↑+H2O
D．NaOH溶液与小苏打溶液反应HCO3－+OH－＝CO32－+H2O
33．在某强碱性溶液中可以大量共存的离子组是（）
A．Na+、CO32－、K+、NO3－B．Na+、K+、Cl－、HCO3－
C．Mg2+、K+、SO42－、Cl－D．K+、Na+、SiO32－、Cl－
34．下列说法正确的是（）
A.SiO2晶体易溶于水，水溶液呈现酸性
B.CO2通入水玻璃中可以得到硅酸
C.SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸
D.高温时SiO2可和Na2CO3反应放出CO2，是制造玻璃的反应之一。
35．下列几种情况都有白色沉淀物质生成，其中生成物的化学成分相同的是（）
A.块状纯碱久置于空气中生成的白色粉末
B.盛澄清石灰水的烧杯内壁附着的白色物质
C.生石灰久置于空气中生成的白色物质
D.Na2SiO3水溶液置于敞口容器中，溶液中出现的白色浑浊
36．食盐、食醋、纯碱等均为家庭厨房中常用物质，利用这些物质不能完成的实验（）
A.检验自来水是否含Cl-B.鉴别食盐和纯碱
C.检验蛋壳能否溶于酸
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