高考第一轮复习化学碳族元素Word文档下载推荐.docx
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图7－1
OA段曲线和AB段曲线所表示的反应方程式是：
OACa（OH）2+CO2====CaCO3↓+H2O；
ABCaCO3+CO2+H2O====Ca（HCO3）2。
A点时已参加反应的CO2和Ca（OH）2的物质的量之比为1∶1。
B处溶液中存在浓度较大的两种离子是Ca2+和
（填离子符号）。
将B处生成的溶液煮沸，可看到的现象是生成白色沉淀。
思考讨论
1.碳族元素（碳、硅）在形成化合物时，为什么易形成共价键，而不易形成离子键？
提示：
碳族元素位于元素周期表的中间位置（ⅣA族），其原子结构特点是最外层有4个电子，既不易得到电子形成阴离子，也不易失去电子形成阳离子，因此在形成化合物时易形成共价键，不易形成离子键。
2.从反应条件分析碳族元素（碳、硅）单质的化学性质有什么特点。
碳族元素的单质（碳、硅），在常温下比较稳定，在加热（或高温）下易发生化学反应，主要表现出较强的还原性。
疑难突破
1.碳族元素的主要特征
在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属（ⅠA族）向活泼非金属（ⅦA族）过渡的中间位置，其最外层电子数为4，既不容易得到电子，又不容易失去电子，所以碳族元素的成键特征是易形成共价键，难形成离子键。
碳元素形成的单质（金刚石）硬度最大；
碳元素形成的化合物种类最多；
在所有非金属形成的气态氢化物中，甲烷中氢元素的质量分数最大；
Ｃ是元素相对原子质量的标准原子；
硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。
2.碳族元素的化合价
碳族元素常见化合价为+2和+4，其中碳、硅、锗、锡的+4价化合物较稳定，而铅的+2价化合物稳定。
由氧化还原反应的化合价升降来研究碳族元素的物质，其性质规律如下：
（1）碳族元素的单质以还原性为主，如碳、硅都被氧气氧化。
碳作还原剂，温度越高，还原性越强，高温时碳可还原氧化铜。
锡、铅都能与盐酸反应置换出氢气等。
（2）＋2价化合物有还原性。
如一氧化碳高温时能还原某些金属氧化物（Fe2O3、CuO等）。
（3）+4价化合物有氧化性。
如二氧化碳和碳高温下反应生成一氧化碳，二氧化铅在化学反应中是强氧化剂等。
3.碳酸盐性质的一般规律
（1）溶解性规律：
如果碳酸的正盐溶解度较大，则酸式盐的溶解度小（如：
Na2CO3＞NaHCO3）；
如果碳酸的正盐溶解度小，则对应酸式盐的溶解度较大〔如：
CaCO3＜Ca（HCO3）2〕
（2）稳定性：
难溶性的碳酸盐、（NH4）2CO3及酸式盐受热易分解；
可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。
（3）酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断。
如在Ca（HCO3）2溶液中滴加NaOH溶液：
Ca（HCO3）2+NaOH====CaCO3↓+NaHCO3+H2O（NaOH少量）
Ca（HCO3）2+2NaOH====CaCO3↓+Na2CO3+2H2O（NaOH过量）
4.碳酸钙的重要用途
碳酸钙为白色，不溶于水但溶于酸，在自然界中存在广泛，是岩石的主要成分之一。
大理石、石灰石的主要成分是CaCO3，既是重要的化工原料，又是重要的建筑材料。
深化拓展
碳酸根离子和碳酸氢根离子的检验方法是什么？
应注意的问题有哪些？
（1）CO
的检验方法：
向待检溶液中滴加过量的CaCl2溶液。
若生成白色沉淀，再加入稀盐酸或稀硝酸。
若白色沉淀又溶解，且生成无色、无味的气体，则检得溶液中有CO
注意：
试剂CaCl2溶液也可用Ca（NO3）2、BaCl2、Ba（NO3）2等的溶液代替，但不可用Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液，原因是无法排除HCO
的干扰。
对白色沉淀要加入稀盐酸或稀硝酸溶解，以排除Ag+、SiO
等的干扰。
但不可用硫酸溶液，原因是H2SO4溶解CaCO3或BaCO3的效果不佳。
白色沉淀溶解之后还要通过气体及其气味来进一步排除SO
（2）HCO
向待检溶液中滴加足量的Ca2+或Ba2+的可溶性盐溶液。
若无明显现象，再向溶液中加入足量的酸（如盐酸、硝酸、醋酸等）溶液。
若溶液中逸出无色、无味的气体，则待检溶液中有HCO
Ca2+或Ba2+的溶液不可用Ca（OH）2溶液或Ba（OH）2溶液，原因是OH－将HCO
转化为CO
；
加酸后要通过气体的气味排除HSO
典例剖析
【例1】目前科学界拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。
下列关于这种物质的叙述不正确的是
A.是两种单质组成的混合物
B.相对分子质量为2400
C.是一种化合物
D.其晶体类型属于分子晶体
剖析：
题中已明确该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，也就是说，二者已不再是原来独立存在的分子了，而且有固定的组成〔n（C）∶n（Si）=1∶1〕，因此它是化合物，C正确，A不正确。
形成的Si60C60分子间不存在化学键，而是依靠范德瓦耳斯力结合成分子晶体，D正确。
其相对分子质量Mr=（12+28）×
60=2400，故B正确。
应注意的是，如果在C60分子中放入一个或几个He，碳原子与球内的稳定的氦分子不能成键，仍为独立的两种分子，此时二者形成混合物而不是化合物。
答案：
A
【例2】根据碳族元素的相似性与递变性、一般性与特殊性的知识，判断下列说法正确的是
A.CO2、PbO2都是强氧化剂
B.CO2和PbO2都是弱氧化剂，CO和PbO都是还原剂
C.Sn（OH）4可与NaOH反应，但不与盐酸反应
D.Ge单质的熔点介于Si、Pb之间，是半导体材料
碳族元素中，C、Si、Ge、Sn的+4价化合物稳定，而Pb的+2价化合物稳定，+4价不稳定的元素表现强氧化性，+2价不稳定的元素则表现强还原性，故A、B都错。
Sn是典型金属，所以其最高价氧化物对应的水化物Sn（OH）4和HCl易反应，碳族元素单质的熔沸点由上而下逐渐降低，故D正确。
D
特别提示
根据元素价态的稳定与否，可以判断物质的氧化性、还原性及稳定性。
如铅的+2价稳定，而铅的+4价化合物不稳定，易在氧化还原反应中生成稳定价态的+2价化合物而表现出强的氧化性；
又如CO中的碳为+2价，而其+4价更稳定，则CO不如CO2稳定而有较强的还原性。
【例3】某混合气体中可能含有H2、CO、CO2、HCl、NH3和水蒸气中的两种或多种，当混合气体依次通过：
①澄清石灰水（无浑浊现象）；
②Ba（OH）2溶液（有浑浊现象）；
③浓H2SO4（无现象）；
④灼热的氧化铜（变红）；
⑤无水硫酸铜（变蓝）。
对该混合气体成分判断正确的是
A.一定没有CO2，肯定有H2B.一定有CO、CO2和水蒸气
C.一定有H2、CO2和HClD.可能有CO2、NH3和水蒸气
由②可知，混合气体中一定有CO2，结合①知，一定有HCl，故一定无NH3，由④⑤知一定有H2，而无法判定是否一定有CO和水蒸气，综合得答案为C。
C
闯关训练
夯实基础
1.据报道，科学家们已经发现的114号元素具有稳定的同位素，关于它的结构和性质预测，错误的是
A.它的原子最外层上有4个电子
B.它的金属性比铅强
C.电解它的硝酸盐和Cu（NO3）2混合溶液时，先析出铜
D.它的主要化合价有+2价和+4价，且+4价化合物最稳定
解析：
114号元素在第四主族，应在Pb下面。
即比Pb的金属活动性强，故A、B、C答案都正确，但Pb2+稳定，预测114号元素，+2价可能稳定，D错误。
2.下列关于碳族元素的叙述错误的是
A.与其他元素化合时易形成共价化合物，难形成离子化合物
B.按原子序数增大的顺序，碳族元素氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性都是由强到弱
C.碳族元素单质晶体均为原子晶体，例如金刚石、石墨、晶体硅等
D.碳族元素是形成化合物最多的一族元素
碳族元素原子的最外层电子数为4，很难得失电子，故易形成共价化合物，难形成离子化合物。
在碳族元素中，随着原子序数的递增，原子半径增大，金属性增强，非金属性减弱，氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物的酸性都由强到弱。
碳族元素中的碳是形成众多有机物的主要元素，因此，D正确，故选C。
3.（2004年上海理综，16）大理石可以用作墙面、地面和厨房桌面，其主要成分是碳酸钙。
食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙。
下列能正确解释此现象的是
A.食醋中的水使碳酸钙溶解
B.食醋中的醋酸将碳酸钙氧化
C.食醋中的醋酸与碳酸钙反应并放出大量的二氧化碳气体
D.食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应
醋酸能与CaCO3发生复分解反应，由于食醋中醋酸浓度很低，所以，二者反应不一定产生大量的CO2，可以生成Ca（HCO3）2。
4.可以肯定溶液中大量存在CO
的理由是
A.加入AgNO3溶液，有大量白色沉淀产生
B.加入酸，有无色无味气体产生
C.加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体
D.加入Ba（OH）2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如C所述
溶液中含有Cl－、SO
时，可与AgNO3溶液反应产生白色沉淀，A不正确。
HCO
与酸反应会产生无色无味CO2气体，B不正确。
向含有HCO
的溶液中加入Ba（OH）2时：
+OH－+Ba2+====BaCO3↓+H2O，再加盐酸BaCO3+2H+====Ba2++CO2↑+H2O，其现象与CO
反应现象相同，D选项不正确。
5.能证明碳酸比硅酸的酸性强的实验事实是
A.CO2能与SiO2反应
B.高温下能发生反应：
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
C.CO2溶于水生成碳酸，而SiO2却不溶于水
D.CO2通入Na2SiO3溶液中有白色沉淀生成
比较酸的相对强弱，一般利用强酸制备弱酸规律和弱电解质的电离平衡等知识，D正确。
CO2与SiO2不能反应，酸的强弱与其溶解性无关，溶液中的反应规律不适用于高温下的固体反应，故A、B、C不正确。
6.（2005年郑州模拟题）某二价金属的碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应时消耗的H+和产生CO2的物质的量之比为5∶4，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为
A.1∶2B.2∶3C.3∶4D.4∶5
设二价金属为M，混合物中碳酸盐（MCO3）和碳酸氢盐〔M（HCO3）2〕的物质的量分别为x和y，由题意可知：
解得
x∶y=2∶3
B
培养能力
7.有点难度哟！
取ag镁在盛有bL（标准状况）CO2和O2混合气体的密闭容器中燃烧。
（1）在密闭容器中可能发生反应的化学方程式为：
______________。
（2）若反应后容器内有CO2剩余，则容器内的固体物质中一定含有_______。
（3）若反应后容器中有O2剩余，则容器内固体物质的质量为_______，此时，在bL混合气体CO2和O2中，氧气的体积V（O2）（标准状况）必须满足的条件是______________。
（4）若反应后容器内无气体剩余，则容器内固体物质的质量m的取值范围是_______。
（1）镁条燃烧的有关化学方程式为：
①2Mg+O2
2MgO
②2Mg+CO2
2MgO+C
③C+O2
CO2
（2）当有CO2剩余时，固体物质中一定含有MgO。
（3）若有O2剩余时，固体全部为MgO，其质量为
×
40g·
mol－1=
ag。
消耗氧气的体积为
11.2L·
aL，所以有
a<
V（O2）<
b。
（4）当容器内没有气体剩余时：
若bL全为O2则生成MgO，其质量为m1=m（MgO）=
2×
bg；
若全为CO2，则生成固体质量为m2=m（MgO）＋m（C）=
bg+
12g·
bg，则m的取值范围为：
b<
m<
（1）2Mg+O2
2MgOCO2+2Mg
2MgO+CC+O2
（2）MgO（3）
a
b（4）
b<
b
8.取某种出土文物表面上的一层物质11.1g，置于如图7－2所示A装置中进行如图所示的系列实验。
根据实验结果，填写下列空白。
图7－2
（1）B中无水CuSO4粉末由白色变蓝色，且增重0.9g，增重的质量是_______的质量。
C中澄清石灰水变浑浊，C、D两装置共增重2.2g，增重的质量是_______的质量，C和D两装置的作用是_______，C装置还有另一个作用是_______。
A中样品最后变成黑色粉末，D装置中出气导管无气体产物放出。
则A中黑色粉末质量为_______g。
（2）再将A中残留的黑色粉末在加热条件下用H2还原，黑色粉末变红色，同时有水生成。
由此判断，此出土文物表面上的一层物质中含_______________等元素，其化学式可能是________________。
由条件
（1）中知有H、O元素，分解生成H2O，n（H2O）=
有C元素，n（CO2）=
C的两个作用分别是检验、吸收CO2。
由
（2）可知
（1）中的黑色粉末是CuO，n（CuO）=
=0.1mol，出土物质含有H、O、C、Cu元素，化学式为Cu2（OH）2CO3。
（1）H2OCO2吸收CO2检验CO28.0
（2）Cu、H、O、CCu2（OH）2CO3
9.（2005年山东十校联考试题）一种含有X元素的化合物A，X是短周期元素，在A中X元素为+4价。
从A的水溶液出发进行一系列的转化，如下图所示：
（1）A中含有的X元素可能是（填元素符号）_______。
（2）如要确认X元素是哪一种，还应继续做什么实验？
____________。
（3）写出你所确认的含有X元素的化合物A与过量的NaOH溶液反应的离子方程式：
（只写一个即可）_________________。
由A与NaOH溶液反应产生无色气体D可知，A为铵盐，D为NH3。
又因A与H2SO4反应产生气体C，且A中X元素为+4价，A应为碳酸盐或亚硫酸盐，由于NH3与等物质的量的C混合通入水中得到A的溶液，故A为NH4HCO3或NH4HSO3。
要确定X为硫元素或碳元素，只需将无色气体C通入品红溶液（或溴水或高锰酸钾酸性溶液）中，若溶液褪色，则X为硫元素，不褪色为碳元素。
（1）S或C
（2）将无色气体C通入品红溶液（或溴水或高锰酸钾酸性溶液）中，若溶液褪色，则X为S，反之为C
（3）NH
+HCO
+2OH－====CO
+NH3↑+2H2O或NH
+HSO
+2OH－====SO
+NH3↑+2H2O
探究创新
10.我国古代炼丹中经常用到红丹，俗称铅丹。
在一定条件下铅丹（用X表示）与硝酸能发生如下反应：
X+4HNO3====PbO2+2Pb（NO3）2+2H2O。
（1）铅丹的化学式是_______，此铅丹中铅的化合价是_______。
（2）由此反应可推测PbO是_______性氧化物，PbO2是_______性氧化物。
（1）根据质量守恒可确定铅丹的化学式为Pb3O4。
反应中铅以外的元素均没有化合价变化，因此化合态的铅元素不可能发生化合价改变。
（2）Pb3O4的组成为PbO2·
2PbO，PbO与HNO3反应生成Pb（NO3）2，表明PbO是碱性氧化物，PbO2为酸性氧化物。
（1）Pb3O4+2、+4
（2）碱酸
11.碳的稳定的氧化物除CO、CO2外，还有C3O2、C4O3、C5O2、C12O9等低价氧化物，其中C3O2是一种在常温下有恶臭的气体，其分子中的每个原子都满足最外层8电子结构。
（1）C3O2分子的电子式为____________；
分子空间构型为_________________。
（2）在上述碳的低价氧化物中，若有分子空间构型与C3O2相同的，最可能是______________。
（3）不考虑反应条件，根据你现有的化学知识判断，在O2、H2O、NH3、HCl中，哪些能与C3O2发生反应，请将能够反应的化学方程式写在下面_______________。
由CO2的电子式进行类比可得C3O2的电子式及空间构型，从而进一步可推知C5O2与C3O2类似。
C3O2与H2O、NH3、HCl的反应为加成反应，根据C==C双键的断裂方式来推断产物。
（1）∶
∶∶C∶∶C∶∶C∶∶
∶直线形
（2）C5O2
（3）C3O2+2O2====3CO2
O==C==C==C==O==+2H2O
O==C==C==C==O+2NH3
O==C==C==C==O+2HCl
教师下载中心
●教学点睛
本部分为教材内容的第一自然节及初中化学教材中的碳及其化合物。
主要考点有：
①碳族元素的原子结构及性质；
②碳族元素的特征性质；
③碳的同素异形体比较；
④碳的两种氧化物的比较及检验；
⑤碳酸盐的性质与检验。
复习本部分内容时应注意以下几点：
1.注重发挥理论的指导作用。
在复习过程中，要紧紧抓住元素化合物知识与化学基本理论的结合点，来理解掌握本部分内容。
如运用物质结构理论分析理解碳族元素的相似性、递变性及特殊性；
运用晶体结构理论认识碳的同素异形体的晶体结构；
运用氧化还原反应理论理解单质碳、一氧化碳、二氧化碳三角间的转化关系及二氧化碳与镁、工业炼铁反应原理、水煤气的制取等重要反应；
运用化学平衡理论分析解释二氧化碳溶于水等有关性质及应用；
运用电解质的电离与盐类水解理论分析并解释碳酸钠、碳酸氢钠等溶液呈碱性，比较知识梳理，找出各知识点之间的内在联系，从而使知识具有整体性、系统性。
2.强化相关知识的归纳比较。
在复习本部分知识过程中，要引导学生列表分析比较：
（1）碳的同素异形体（金刚石、石墨、C60、C70等）的晶体结构、主要特性等；
（2）碳的氧化物（CO、CO2）的分子结构、氧化物类型、工业制法、实验室制法、主要性质、相互转化等；
（3）碳酸盐（碳酸正盐、酸式盐）的水溶性、热稳定性、水解程度、与酸反应快慢、与碱反应应用、相互转化等。
通过归纳对比，找出有关知识规律，加深理解，强化应用。
3.本部分复习可安排两课时。
第一课时复习碳族元素，重点是依据碳族元素的原子结构特征理解碳族元素的性质，并结合典型例题与习题，进行强化应用。
第二课时复习碳及其化合物，重点是碳的同素异形体晶体结构分析与有关计算、一氧化碳的还原性及毒性、二氧化碳性质的综合应用等。
●例题注释
本部分共设计了三个典型例题。
【例1】主要考查对物质的分类与物质结构的基本概念的辨析能力。
拟合成的新物质是将两种多原子的球形分子中的原子通过共价键相互作用结合而成，不用考虑具体的合成方法，要求根据已有相应的基本概念与物质结构理论的基础知识进行识别与判断。
【例2】主要考查碳族元素单质及其化合物性质。
解答本题的关键是，既要掌握碳族元素的相似性和性质递变规律，又要注意其特殊性。
在分析解答过程中，加深对有关知识的理解和迁移应用。
【例3】是依据实验现象确定混合气体的成分。
在分析解答时要注意：
一是要细心审题，注意题干中的“依次”两字；
二是要明确此类题目中常涉及二氧化碳、二氧化碳与澄清石灰水产生沉淀，要注意量的限制和其他物质的影响。
●拓展题例
【例1】从固体物质A开始，可以发生如下框图所示的一系列变化。
回答下面问题：
（1）在实验室中收集气体B的方法是_______。
（2）操作①的名称是_______。
在操作①中使用的玻璃仪器的名称是_______。
（3）写出反应②和反应③的化学方程式：
反应②：
________。
反应③：
（4）A的化学式是_______。
（5）在实验室中，如果获得干燥纯净的气体D，可以将它通过图7－3中的装置，其中瓶Ⅰ中盛放的试剂是___________，瓶Ⅱ中盛放的试剂是___________。
收集干燥气体D的方法是_______。
图7－3
本题推断的“题眼”为无色气体B在一定条件下和HCl（g）反应生成无色气体C，再加聚得合成树脂，可推知无色气体B为C2H2，无色气体C为氯乙烯，合成树脂C为聚氯乙烯，A为电石（CaC2），无色气体D为CO2。
（1）B为乙炔气体，难溶于水，可用排水法收集。
（2）操作①的名称是过滤，使用的仪器名称为漏斗、玻璃棒。
（3）反应②：
Ca（OH）2+CO2====CaCO3↓+H2O。
Ca（OH）2+Ca（HCO3）2====2CaCO3↓+2H2O。
（4）A的化学式为CaC2。
（5）饱和NaHCO3溶液；
浓H2SO4；
向上排气法。
（1）排水法收集
（2）过滤漏斗、玻璃棒
（3）Ca（OH）2+CO2====CaCO3↓+H2O
Ca（OH）2+Ca（HCO3）2====2CaCO3↓+2H2O
（4）CaC2
（5）饱和NaHCO3溶液浓H2SO4向上排气法
【例2】阅读下列材料，回答有关的问题：
锡、铅两种元素的主要化合价是+2和+4，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。
例如：
Sn2+还原性比Fe2+还原性强，PbO2的氧化性比Cl2氧化性强。
（1）写出下列反应的化学方程式。
①氯气跟锡共热：
_________________。
②氯气跟铅共热：
③二氧化铅跟浓盐酸共热：
（2）能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是____________。
锡的稳定价态为+4，所以氯气与锡反应生成四氯化锡，而铅的稳定价态为+2，所以铅与氯气反应生成PbCl2。
在PbO2中铅为+4价，所以是强氧化剂，能氧化浓盐酸生成氯气，而Sn2+则具有较强的还原性，可将Fe3+还原为Fe2+。
（1）
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