高中化學關于炭族元素的知識點詳解

而中化學關于炭族元素的知識點詳解

導讀：我根據大家的需要整理了一份關于《高中化學關于炭族元素的知識

點詳解》的內容，具體內容：高中的高中會學習到很多的知識點，下面的

我將為大家?guī)黻P于碳族元素的知識點的介紹，希望能夠幫助到大家。高

中化學關于炭族元素的知識點的介紹1.碳族元素性質的相似性和遞變

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高中的高中會學習到很多的知識點，下面的我將為大家?guī)黻P于碳族元

素的知識點的介紹，希望能夠幫助到大家。

高中化學關于炭族元素的知識點的介紹

1.碳族元素性質的相似性和遞變性：

⑴相似性

①碳族元素原子結構最外層都為4個電子，C、Si為非金屬元素，Ge、

Sn、Pb為金屬元素。

②最高正價為4,負價為-4。

③非金屬元素可形成氣態(tài)氫化物RH4

④非金屬元素最高價氧化物對應的水化物為H2R03,其水溶液呈酸性；

金屬元素低價氧化物對應水化物為、具兩性偏堿性。

2.碳單質(C)

碳元素價態(tài)變化及重要物質：

碳的同素異形體有金剛石和石墨兩種。

⑴金剛石和石墨的晶體結構:

金剛石晶體里，每個碳原子都處于四個碳原子的中心，以共價鍵跟四個

碳原子結合成正四面體結構，正四面體結構向空間發(fā)展，構成一個空間網

狀晶體，為原子晶體。

石墨晶體是層狀結構，每層內的碳原子排列成六邊形，一個個六邊形排

列成平面網狀結構，同一層內，相鄰的碳原子以非極性共價鍵結合，層與

層以范德華力相結合，因層與層之間易滑動，質軟。石墨晶體為層狀晶體

（看作混合型晶體）。

（2）物理性質：

金剛石和石墨物理性質有較大差異。

（3）化學性質：碳單質常溫下性質很穩(wěn)定，碳的性質隨溫度升高，活性

增大。碳的同素異形體化學性質相似。

①可燃性：在充足空氣中燃燒C02（足）2C0

②高溫下，與氫、硫、硅等發(fā)生化合反應：

C+2SCS2（C表現還原性）

C+SiSiC（C表現弱氧化性）

C+2H2CH4（C表現弱氧化性）

③高溫下，與鈣、鐵、鋁、硅的氧化物發(fā)生反應，生成碳化物或還原

出金屬單質。

Ca0+3CCaC2+C0（電石）

CuO+CCu+CO

SiO2+2CSi+2C0

Fe203+3C2Fe+3C0

④高溫下，與水蒸汽發(fā)生反應，

⑤與氧化性酸發(fā)生反應：

C4HN03(濃)C022S022H20

3.二氧化碳(C02)

屬于酸性氧化物，即為碳酸酸酎。

(1)分子組成和結構：二氧化碳分子是由兩個氧原子和一個碳原子通過

極性共價鍵結合成直線型的非極性分子；固態(tài)時為分子晶體。

(2)物理性質：二氧化碳是無色、無嗅的氣體，密度比空氣大，加壓和

降溫下變?yōu)檠罟腆w叫干冰，若在壓強為101帕，溫度C時，干冰可升

華成氣體;CO2可溶于水(通常狀況下1:1)。CO2無毒，但它是一種窒息性

氣體(10%即窒息)，可滅火。

(3)化學性質:

①溶于水，與水發(fā)生反應：

CO2+H2OH2CO3H+HCO3—溶液呈弱酸性，H2CO3為弱電解質，而CO2為

非電解質。

②具有酸性氧化物的通性：與堿、與堿性氧化物、與鹽等物質發(fā)生反

應。

CO2+CaOCaCO3

CO2+Ca(OH)2=CaCO3H20

CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

③與還原性物質發(fā)生反應，C02表現弱氧化性。

C02+C2C0

④與某些活潑金屬反應，C02表現氧化性

C02+2Mg2MgO+C,生成黑色(C)和白色(MgO)兩種粉末。

⑷制法：

實驗室制法：CaC03+2HCl=CaC12H20+C02

工業(yè)制法：CaCO32co2(藍色火焰)

②還原性：

CuO+CO

工業(yè)制法：

碳還原C02：C+C022C0

水煤氣法：CH20(氣)COH2

(4)用途：氣體燃燒、冶金工業(yè)的還原劑及有機合成原料。

5.碳酸及其鹽

⑴碳酸(H2c03)

①二元弱酸，分步電離：

H2C03H+HC03-、HC03-H+C032-

酸性：H2C03>HC03-

C02通入水中得到碳酸溶液，C02+H20H2C03,碳酸只存在于溶液中。

②碳酸是不穩(wěn)定酸，易分解。

H2C03=H20+C02

③碳酸具有酸的通性，與指示劑、與堿、與堿性氧化物、與活潑金屬、

與鹽等物質發(fā)生反應。

2Na0H+C02=Na2C03+H20

Na20+C02=Na2C03

+C02+H20=CaC032HC10

(2)碳酸鹽：包括正鹽和酸式鹽兩種鹽

①溶解性：

碳酸鹽除K、Na、NH4鹽易溶于水，Mg2微溶于水外，剩余都難溶于

水。陽離子相同的碳酸鹽，通常，正鹽溶解性NaHC03溶解性。

②熱穩(wěn)定性：通常正鹽〉酸式鹽，如：

Na2C03Na2C03+C02H20

③正鹽與酸式鹽相互轉化：

Na2C03+C02+H20=2NaHC03

Na2C03+HCl=NaHC03+NaCl

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

2NaHC03SiO2、Si+2C12SiF4+2H20

(HF制?。篊aF2+H2s04(濃)Si02+H20

用途：石英制耐火材料、石英玻璃等。水晶用于制光學儀器和工藝品。

8.硅酸及硅酸鹽

(1)硅酸(H2Si03)和原硅酸(H4SiO4)

硅酸(H2Si03)是一種難溶于水的弱酸，其酸性比碳酸還弱;通過硅酸鈉

溶液和鹽酸反應不同操作方法，可制得硅酸溶膠或凝膠，甚至可得到白色

膠狀沉淀物，Na2Si03+2HCl=H2Si03+2NaCL硅酸凝膠經過處理后用CoC12

溶液浸泡、烘干，制得一種變色硅膠(Si02?xH20),吸水前為藍色，吸水

后為粉紅色，是一種很好的干燥劑。

硅酸還能和堿發(fā)生反應;H2Si03+2Na0H=Na2Si03+2H20。

原硅酸H4SiO4是一種很不穩(wěn)定、難溶于水的弱酸。

⑵硅酸鈉(Na2SiO3)：

Na2SiO3水溶液稱之為水玻璃或泡花堿。

①發(fā)生水解反應，水溶液呈堿性：

SiO32-2H20H2Si03+20H-

②與酸發(fā)生反應：

Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl

向Na2SiO3溶液中滴加鹽酸，邊加邊強力振蕩，得到硅酸溶膠，繼續(xù)滴

加鹽酸，得到硅酸凝膠。

9.硅酸鹽工業(yè)

(1)玻璃工業(yè)

①制普通玻璃的主要原料：純堿(Na2co3)、石灰石(CaC03)和石英

(Si02);若制有色玻璃或特種玻璃還要加入一些其它有色的物質。

②生產玻璃的主要反應和主要設備。

Na2C03+Si02Na2Si03+C02

CaC03+Si02CaSi03+C02,玻璃窯中進行。

③玻璃成分：玻璃不是晶體，稱作玻璃態(tài)物質，它沒有固定熔點，而

是在某一溫度范圍內逐漸軟化。軟化狀態(tài)時，可制成任何形狀制品。

普通玻璃：是Na2Si03、CaSi03和Si02熔化在一起的物質，可寫成

Na20?Ca0?6Si02o

有色玻璃：在普通玻璃中加入氧化鉆(Co203)呈藍色，加入氧化亞銅

(Cu20)呈紅色等，有色玻璃為固溶膠。

鋼化玻璃：普通玻璃加熱軟化，急速冷卻得到鋼化玻璃，即成分與普通

玻璃相同，因熱處理方法不同，而結構、物性不同。

(2)水泥工業(yè)：

①制水泥原料：石灰石、粘土和適量石膏(熟料中加入適量石膏，為的

是調節(jié)水泥硬化速度)。

②制水泥主要設備：水泥回轉窯。

③水泥成分：主要成分是：

硅酸三鈣：3CaO?SiO2

硅酸二鈣：2CaO?SiO2

鋁酸三鈣：3CaO?A12O3

即水泥為混合物

④水泥性能和用途

水泥的組成和結晶形態(tài)的不同直接影響到它的主要性能。

水泥具有水硬性。水泥和水拌和后，發(fā)生作用，生成不同的水合物，同

時放出一定熱量，生成的水合物逐步形成膠狀物，并開始凝聚，最后有些

膠狀物轉變?yōu)榫w，使膠狀物和晶體交錯地結合成強度很大的固體，以上

過程叫水泥的硬化。

水泥不僅是一般建筑材料，而且是水下工程必不可少的建筑材料。水泥、

砂子和碎石按一定比率混合后，制得混凝土，常用來造橋，建廠房。若建

筑物用鋼筋作結構，再澆注混凝土，即鋼筋混凝土，使建筑物更加堅固。

10.碳族元素及其單質的物理性質和化學性質比較。

【典型例題】

［例1］下列關于硅的說法不正確的是（）

A.硅是非金屬元素，但它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體

B.硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料

C.硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質起反應

D.當加熱到一定溫度時，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應

答案：C

［例2］下列關于碳族元素的說法中，錯誤的是（）

A.它們從上到下的非金屬性向金屬性遞變的趨勢比鹵族元素明顯

B.碳族元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱

C.碳族元素原子的最外層都有4個電子

D.主要化合價有2價和4價，大多數2價化合物穩(wěn)定

答案：D

［例3］對于碳族元素，下列說法不正確的是（）

A.隨著元素原子序數的增加，其單質的熔點逐漸升高

B.它是由非金屬性向金屬性過渡十分明顯的元素族

C.只能形成共價化合物，不能形成離子化合物

D.除鉛外，碳族元素均以4價化合物較為穩(wěn)定

答案：A、Co

［例4］待發(fā)現的原子序數為114的元素X,其下列性質推斷正確的是（）

A.它的金屬活動性比鉛強

B.有穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物XH4

C.它穩(wěn)定的化合價是4價

D.最高價氧化物為X02

答案：A、Do

［例5］將過量的C02分別通入①CaC12溶液;②Na2SiO3溶液;③溶

液;④飽和Na2c03溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是（）

A.①②③④B.②④C.①②③D.②③

H2c03,H2c03的酸性比鹽酸弱，而比硅酸、次氯酸強。根據酸與鹽反應

的規(guī)律，C02通入CaC12溶液無明顯現象（弱酸不能制強酸）；過量C02通入

Ni2Si03溶液中有白色沉淀H2SiO3生成;C02通入溶液至過量，C02H20

CaC032HC10,CaC03H20C02,最終生成而無沉淀產生。過量C02通入

飽和Na2C03溶液中。

2NaHC03生成的NaHC03溶解度比Na2C03溶解度小而結晶析出。

編號

試劑

保存方法

理由

A

固體氫氧化鈉

存放在帶橡皮塞的廣口瓶中

防止與空氣接觸被氧化和與水蒸氣、二氧化碳接觸而變質

B

碳酸鈉晶體

存放在干燥密封的廣口瓶中

防止風化而碎裂成粉末

C

液澳

存放在帶橡皮塞的細口瓶中，并用水封

防止揮發(fā)

D

過氧化鈉粉末

存放在帶玻璃塞的試劑瓶中

防止吸收水分而變質

答案：B

據此，請?zhí)羁眨?/p>

(1)化合物F是o

(2)化合物I是。

(3)反應③的化學方程式是。

(4)反應④的化學方程式是。

2H20

反應④為：2F22H204HF02

經逐個物質核對，均符合題意，解畢。顯然，本題的〃切入點〃，可以認

為是Si和C0,而HF和F2則是本題的難點和重點之所在。

2H20

(4)2F22H204HF02

答案：B、D

答案：B

答案：A、C

答案：B

化簡得2xy=14,將A?DD各項中，x、y值代入驗證，只有B符合方程。

另解：根據硅酸鹽的另一種表示組成的方法?D?D氧化物的形式，可將

A12Si20x(0H)y,改寫成

化簡可得2xy=14,以下同前解。

［例12］三硅酸鎂被用來治療胃潰瘍，是因為該物質不溶于水，服用后

能中和胃酸，作用持久。把三硅酸鎂Mg2Si308?nH20改寫成氧化物形式為

，寫出它中和胃酸(HC1)的化學方程式。

解析：本題主要考查硅酸鹽的書寫方式和性質，其氧化物形式的書寫關

鍵在于化合價，該物質中Mg為2價，Si為4價，其氧化物分子式分別為

MgO,Si02,故三硅酸鎂的氧化物形式為：2MgO?3SiO2?nH2O,與鹽酸反應

的方程式(只有MgO能反應)為：

2Mg0?3Si02?nH204HCl=2MgC123Si02(n2)H20

［例13］(1)將下列硅酸鹽改寫成氧化物的形式：

①鎂橄攬石(Mg2SiO4)：。

②高嶺石［o

通過以上改寫可知，HN03的酸醉為,HCOOH與濃H2s04反應可

制氣體。

（3）已知在一定條件下，Fe在C12中燃燒可以生成Fe3c18,它可以看作

是FeC12?2FeC13,類似地，碘與Fe在一定條件下可得到Fe3I8,則它可

以看作是。

。上述反應中，Fe由2價變?yōu)?價，而Y的化合價不變，則可推算此

鈕礦石的化學式中x=。若用氧化物表示其組成，則化學式可寫

成o

解析：依題意在竊礦石中Y元素的化合價為3價，鐵元素為2價，Be

元素只有2價，Si元素為十4價，氧元素為?D2價，由化合物中元素的正

價總數與負價總數的絕對值相等，可知x=2。

改寫成氧化物的形式為：Y203?Fe0?2Be0?2SiO2

［例15］自YBa2Cu307?D超導氧化物發(fā)現以后，許多新型超導材料不斷

問世。汞系超導氧化物就是一類典型的代表物。1993年Putilin等合成了

第一個汞系超導氧化物HgBa2CuO4（Hg?D1201相Tc=94K）,緊接著

HgBa2CaCu206（Hg?D1212相Tc=127K）和HgBa2Ca2Cu308（Hg?D1223相

Tc=134K）也相繼合成出來。該類化合物可用通式表示為。

答案：HgBa2Can?DlCunO2n2（其中人n為大于或等于1的正整數）

解析：對這幾種汞系超導氧化物中各元素的原子個數進行分析，分析過

程如下HgBa2CalCunO2n2。

【模擬試題】（答題時間：60分鐘）

一.選擇題（本題共20小題，每小題3分，共60分。每小題有只有一

個選項符合題意）

1.用于汽車或火車車窗上的玻璃是（）

A.普通硬質玻璃B.鉛玻璃C.鋼化玻璃D.玻璃鋼

2.石墨炸彈爆炸時能在方圓幾百米范圍內撒下大量石墨纖維，造成輸

電線、電廠設備損壞。這是由于石墨（）

A.有放射性B.易燃、易爆C.能導電D.有劇毒（MCEOO）

3.下列氣體不會造成大氣污染的是（）

A.N02B.S02C.C02D.C12

4.下列化合物中最容易脫水的是（）

A.NaOHB.B.C,D.

20.據報導，國外有科學家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸

松，與此同時再用射頻電火花噴射氮氣，此時碳、氮原子結合成碳氮化合

物薄膜。據稱這種化合物可能比金剛石更堅硬。其原因可能是（）

A.碳、氮原子構成網狀結構的晶體

B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更強

C.氮原子最外層電子數比碳原子最外層電子數多

D.碳、氮的單質化學性質均不活潑

二.填空題（本題包括7小題，共30分）

21.（4分）鹽堿地（含較多NaCl、Na2CO3）不利于作物生長，其產生堿性

的原因是（用離子方程式表示）；施加適量石膏可降

低鹽堿地的堿性，表示其反應原理的離子方程式是。

22.（8分）稱取一定質量的含不同雜質的純堿溶于水后與適量鹽酸反應，

跟同質量不含雜質的純堿相比（填多或少）

（1）若純堿中含小蘇打，則鹽酸用量____,產生氣體的量_____;

（2）若純堿中含碳酸鉀，則鹽酸用量____,產生氣體的量______;

（3）若純堿中含氯化鈉，則鹽酸用量____,產生氣體的量______;

（4）若純堿中含碳酸氫鈣，則鹽酸用量_____,產生氣體的量______。

23.（3分）將50mL0.1mol/L的氫氧化鈉溶液和5mL0.5mol/L

的乙酸溶液混合蒸干并強熱，最終得到的固體是,得到此固體

的最后化學方程式是：。

24.（7分）物質A是一種高熔點化合物，不溶于硫酸、硝酸，卻溶于氫氟

酸;C是一種氣體;D是白色膠狀沉淀;E是白色固體。A、B、C、D、E間的

轉化如右圖，根據圖示關系回答：

分子式A,B,C,D