碳族元素复习Word文件下载.docx
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5硅与碱溶液的反应特点
硅与强碱溶液反应的实质是什么？
究竟哪种物质是氧化剂？
根据化学方程式：
进行分析，似乎
和
都是氧化剂，其实不然。
上述反应实际分两步进行
①
②
其中反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。
合并①②两式得总反应方程式。
其中NaOH既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H2O。
所以H2O是①式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。
为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成：
二、碳族元素单质的性质
碳
硅
组成结构
碳元素有多种同素异形体：
金刚石、石墨、及C60等。
晶体硅：
正四面体，固体为原子晶体
物理性质
（略）
灰黑色有金属光泽，硬而脆的固体，熔沸点高。
做半导体材料
用途
冶金、电石、燃料、制H2等
制合金、半导体材料等
制法
焦碳→煤的干馏
SiO2+C==Si+2CO↑（粗硅提纯）
碳和硅的化学性质
还原性
与单质反应
（不稳定）
与氧化物反应
与酸反应
不与
、
等反应，但有：
与水或碱溶液反应
与
反应
三、碳和硅的氧化物的性质
CO2
CO
SiO2
O=C=O（分子晶体）
分子晶体
不存在分子,原子晶体
状态
气体
固体
熔点
低
高（约1600℃）
硬度
小
坚硬
溶解性
可溶（1:
1）
不溶
差异原因
分子晶体,分子间作用力很弱
原子晶体,微粒间是较强的共价键
化学性质
与水反应
CO2+H2O==H2CO3
不反应
与碱性氧化物反应
CO2+CaO==CaCO3
CO2+Na2O==Na2CO3
不反应
高温
SiO2+CaO===CaSiO3
与碱反应
CO2+2NaOH
CO2+NaOH
SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
盛碱液试剂瓶应用橡皮塞
特性
——
2CO+O2=2CO2
（可燃性）
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
（氢氟酸可雕刻玻璃）
制纯碱、小苏打、灭火剂、致冷剂（干冰）
燃料、还原剂
水晶:
光导纤维、光学仪器。
石英:
石英玻璃、建筑材料。
制法
工业:
CaCO3→
实验室:
CaCO3+HCl→
———
————
三、碳和硅的含氧酸及其盐
化学式
性质
用途
碳酸
H2CO3
二元弱酸，不稳定，易分解
碳酸盐和碳酸氢盐
正盐：
例如：
Na2CO3
酸式盐:
NaHCO3
1、溶解性：
一般规律：
正盐<
酸式盐
特例：
Na2CO3>
2、稳定性：
正盐>
3、相互转化：
Na2CO3+CO2+H2O==2NaHCO3
2NaHCO3+Ca（OH）2=CaCO3+2NaOH+2H2O
2NaHCO3==Na2CO3+CO2↑+H2O
Na2CO3用途：
制玻璃、制皂
造纸、纺织等
NaHCO3用途
治胃酸过多、
制发酵粉、饮料等。
硅酸
H2SiO3
弱酸,不溶于水。
制法：
Na2SiO3+2HCl==H2SiO3↓+2NaCl
[说明]或通CO2。
在水溶液中以原硅酸存在
H4SiO4==H2SiO3+H2O
硅酸盐
代表物
Na2SiO3
可溶于水，
Na2SiO3+CO2+2H2O==H4SiO4+Na2CO3
俗称：
水玻璃泡花碱，建筑工业的粘合剂耐火材料等。
【易错指津】
1．CO2通入NaOH溶液的判别错误。
CO2通入NaOH溶液的反应与CO2气体通入量有关。
当CO2通入少量时生成Na2CO3，当CO2通入过量时生成NaHCO3，CO2通入量介于两者之间，既有Na2CO3又有NaHCO3。
因此推断产物时一定要注意CO2与NaOH间量的关系。
2．Na2CO3溶液中滴加盐酸过程不清楚。
在Na2CO3溶液中滴加HCl，CO32-先转化为HCO3-，再滴加盐酸HCO3-转化为H2CO3，不稳定分解为CO2。
如：
在10mL0.01mol/L纯碱溶液中，不断搅拌并逐滴加入1.2mL0.05mol/L盐酸，完全反应后在标准状况下生成二氧化碳的体积为（1998年上海高考题）
A.1.334mLB.2.240mLC.0.672mLD.0mL
思路分析：
反应过程为：
CO32-
HCO3-
CO2。
盐酸溶液中n（HCl）=0.00006mol，纯碱溶液中n（Na2CO3）=0.0001mol
CO32-+H+=HCO3-
0.0001mol0.0001mol现盐酸不足，故无气体产生。
答案：
D
3．CO2通入CaCl2溶液中是否有沉淀的分析错误。
可用反证法：
如能产生沉淀，则反应的化学方程式为：
CO2+CaCl2+H2O=CaCO3↓+2HCl。
因CaCO3溶于盐酸，故反应不能发生。
因为CO2只有通入中性或碱性溶液才能产生CO32-，并同时产生部分H+，若原溶液无法消耗这部分H+，则不利于CO2转化为CO32-，也就无法与Ca2+形成沉淀。
若要使CaCl2与CO2反应生成沉淀，就必须加入部分碱溶液中和CO2与H2O反应而产生的H+。
同理，该思维方式适用于CO2、SO2通入CaCl2或BaCl2溶液。
4．不要把Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑与Na2SiO3+CO2+H2O=Na2CO3+H2SiO3↓相混。
前者是工业制玻璃的反应式之一，是在高温条件下发生的反应，而后者是在水溶液中发生的反应。
若交换条件，两者均不发生反应。
【典型例题评析】
例1已知天然气的主要成份CH4是一种会产生温室效应的气体,等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。
下面是有关天然气的几种叙述:
①天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源;
②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大;
③燃烧天然气也是酸雨的成因之一.其中正确的是（2001年理科综合能力测试第10题）
A.是①②③B.只有①C.是①和②D.只有③
大气中的CH4和CO2为红外线吸收体，它们吸收太阳和地球的长波辐射，并将其中一部分反射回地球。
因此，大气中CH4和CO2浓度增加，则阳光被吸收得多，反射到太空的部分减少,地表温度将上升。
天然气燃烧产物为CO2和水，而煤和柴油燃烧产物会造成污染。
对等质量的CH4和CO2，CH4的物质的量比CO2多，由题意知等质量的CH4和CO2产生的温室效应CH4大，但CO2不是形成酸雨的物质。
C
方法要领：
CO2导致“温室效应”是人们所熟知的常识，但本题告诫人们，CH4也是一种会产生“温室效应”的气体，且等物质的量的CH4产生“温室效应”比CO2还要大。
纵观当今世界范围内都在呼吁控制CO2的排放量以遏制“温室效应”的加剧，同时又在为保护环境号召多使用清洁能源——天然气。
殊不知，事物都是一分为二的，就像天然气，既有有利的一面，也有有害的一面。
本题让人们意识到利用天然气作燃料的同时，一定要防止其泄漏。
例2下列物质不属于“城市空气质量日报”报道的是（2001年上海高考题）
A.二氧化硫B.氮氧化物C.二氧化碳D.悬浮颗粒
二氧化硫、氮氧化物和悬浮颗粒均为大气污染物，只有二氧化碳不需报道。
SO2主要来自含硫煤燃烧时的排放。
其危害一方面是由于本身的刺激性会影响人的呼吸系统和眼睛，另一方面还由于能与空气中的其它污染物相互影响，产生所谓的“协同效应”，可导致更为严重的后果。
氮氧化物中造成空气污染的主要是NO和NO2，习惯上可用NOx来表示。
氮氧化物主要来自汽车尾气排放，汽车内燃机运转时，高温和电火花条件使缸内N2和O2反应生成氮氧化物。
两种氮氧化物中，二氧化氮的毒性要比NO高4～5倍，人吸入NO2后，首先对呼吸道产生刺激作用，浸入肺部后，又与细胞中的水分结合而生成硝酸和亚硝酸，造成肺水肿。
NO2吸收紫外光后被分解：
NO2
NO+O，生成的O非常活泼，再继续发生一系列化学反应，最后导致光化学烟雾，这是NO2造成的另一危害。
大气中悬浮的大小在10微米以内的颗粒，因鼻腔无法将其阻挡，可进入人体的呼吸道和肺部，被称为可吸入颗粒。
这些颗粒不仅仅是尘土，还在表面吸附了其它污染物，因此吸入后可能引起多种病变。
例3向下列溶液中通入过量CO2，最终出现浑浊的是（2000年全国高考题）
A.氢氧化钙饱和溶液B.苯酚钠饱和溶液
C.醋酸钠饱和溶液D.氯化钙饱和溶液
当足量CO2通入Ca（OH）2饱和溶液时，由于其为二元酸，故可生成溶于水的酸式盐Ca（HCO3）2而“最终”无浑浊。
而当遇苯酚钠时，由于碳酸的酸性较苯酚的酸性强，故可生成苯酚。
又由于苯酚在常温下的溶解度不大，故最终出现浑浊。
而C、D两选项中，由于醋酸、盐酸的酸性较碳酸强，故CO2与其均不可反应。
A中先有沉淀后又溶解；
B中出现浑浊；
C和D中无反应发生。
B
本题原理不难，但由于考生审题不严及粗心，很易错选。
本题的“题眼”在“过量CO2”。
若看不到“最终”或“足量CO2”，很易因为氢氧化钙能与二氧化碳反应而错选。
故提醒考生，答好选择题的关键是审题，正确应用好关键字句，避免疏忽错误。
例4将CO2气体通入CaCl2溶液，若要有白色沉淀产生，可加入的试剂是（1997年上海高考题）
A.硫酸氢钾溶液B.碳酸氢钙溶液C.氯水D.氢氧化钠溶液
在CaCl2溶液中：
CaCl2=Ca2++2Cl-；
CO2通入溶液中存在如下平衡：
CO2+H2OH2CO3、
H2CO3H++HCO3-、HCO3-H++CO32-。
在CO2和CaCl2的混合溶液中，加入的各物质电离为：
A中：
KHSO4=K++H++SO42-；
B中：
Ca（HCO3）2==Ca2++2HCO3-；
C中：
Cl2+H2O==H++Cl-+HClO；
D中：
NaOH=Na++OH-
要产生沉淀，必须使H2CO3的电离平衡右移，以增加[CO32-]，方能有CaCO3沉淀生成，纵观选项中四种物质，只有D中的NaOH电离的OH-离子可中和H+使电离平衡右移，使CO32-浓度增加至足以与Ca2+结合为CaCO3沉淀。
当CO2通入碱溶液中，才能生成CO32-，此时与Ca2+结合形成CaCO3沉淀。
而A、C显酸性，不可能形成CO32-。
碳酸氢钙中虽然有大量的Ca2+和HCO3-，但CO32-的量仍然很少，所以无法形成CaCO3沉淀。
阴阳离子要结合生成难溶于水的沉淀物，必须使阴阳离子的量都达到一定的数值。
如只有阳离子无阴离子或阴离子极少，是不能形成沉淀的。
反过来只有阴离子无阳离子或阳离子极少也是不能形成沉淀的。
运用电离平衡的知识解决化学反应现象。
CO2气体通入CaCl2溶液中，是不能产生沉淀的，这是由于碳酸是弱酸，不能与强酸盐反应生成强酸：
HCl。
大家熟知的“弱酸不能制强酸”的实质，仍然离不开电离平衡移动原理的解释。
运用“强酸制弱酸”原理时需注意如下两点：
①强酸制弱酸原理是指强酸可与弱酸盐发生复分解反应的原理；
②这一规律也有例外，如H2S+CuSO4=CuS↓+H2SO4，这是因为生成的CuS极难溶于水的缘故。
例5已知酸性强弱顺序为H2CO3＞ ＞HCO
，下列化学方程式正确的是（1998年上海高考题）
已知酸性H2CO3＞C6H5OH＞HCO3-，即碱性CO32->
C6H5O->
HCO3-，根据较强的酸可以制取较弱的酸，较强碱可制取较弱的碱的原理，A、D是错误的。
B、C
“强酸制弱酸”的实质是电离能力强的物质可生成电离能力弱的物质。
例6CaC2和ZnC2、Al4C3、Mg2C3、Li2C2等都同属离子型碳化物，判断下列反应产物正确的是（1997年高考化学试测题）
A.ZnC2水解生成乙烷（C2H6）B.Al4C3水解生成丙炔（C3H4）
C.Mg2C3水解生成丙炔（C3H4）D.Li2C2水解生成乙烯（C2H4）
由CaC2+2H2O→Ca（OH）2+C2H2↑，借用其规律作模仿，可以从各种角度考虑。
考虑方法
（1）：
假定钙、氢、氧的化合价在反应前后都没有变化，从CaC2来看，钙是+2价、C22-是-2价，相当是-2价的烃，所以产物是乙炔（C2H2）。
类比可知，ZnC2水解也应该是乙炔（C2H2）；
Al4C3水解的C3应该表现-12价，只能是3个甲烷（CH4）；
Mg2C3水解的C34-应该表现-4价，产物为C3H4；
Li2C2水解的C22-是-2价，还是乙炔。
检查选项只有C对。
C
一题多解：
考虑方法
（2）：
假定碳化物中的金属元素都水解成为氢氧化物，那么，每用去一个氢氧根都会多出一个氢原子，这些氢原子与反应物中的碳原子分配。
因此，CaC2产物是Ca（OH）2、C2H2，ZnC2、Li2C2也都得到C2H2，Al4C3得到“C3H12”，只能是3CH4，Mg2C3应得到C3H4。
本题新颖，希望考生用已有的一个代表性的化合物的性质摸索其规律，再用这个规律去解决新问题。
所用方法没有常规，题海中也没有。
考查了思维能力，创造能力。
解题中根据水解原理写出化学方程式或用电荷守恒原理，把金属阳离子所带的总电荷数用等量的H+替代，即得产物的分子式。
作为第ⅣA族、第二周期的碳，一般情况下难以形成离子，通常在化合物中以共价键的形式存在。
但当其与某些较活泼的金属在高温下形成无机化合物时，也可以以阴离子的形式存在。
这些金属碳化物与水极易发生彻底的水解，生成对应的碱和某些烃类化合物。
例7纯净的Ca（HCO3）2试样在高温下分解，当剩余固体是原试样质量的一半时，它的分解率为（1996年上海市高考题）
A.50%B.75%C.92.5%D.100%
若Ca（HCO3）2按下式完全分解：
Ca（HCO3）2==CaCO3+CO2↑+H2O
162100
剩余固体质量为原试样的100/162，大于1/2，故伴随着发生进一步分解：
CaCO3==CaO+CO2↑
掌握碳酸盐的分解规律：
一般来说，热稳定性大小的顺序为：
酸式盐（成盐离子相同）。
考虑问题要周密，防止只考虑第一步反应，而忽略了第二步分解反应。
例8某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3和Ba（NO3）2三种杂质中的一种或二种。
现将13.8克样品加入足量水,样品全部溶解。
再加入过量的CaCl2溶液,得到9克沉淀，对样品所含杂质的正确判断是（1996年上海高考题）.
A.肯定有KNO3B.肯定有KNO3,可能还含有Na2CO3
C.肯定没有Ba（NO3）2,可能有KNO3D.肯定没有Na2CO3和Ba（NO3）2
根据“加足量水，样品全部溶解”这一种条件，可确定不可能含有Ba（NO3）2杂质，否则会与K2CO3生成BaCO3沉淀。
因此对杂质成分的判断集中在KNO3和Na2CO3是否存在这一问题。
根据反应的关系，假定13.8g样品全部是K2CO3，则n（K2CO3）=13.8g/138g.mol-1=0.1mol。
按加入CaCl2生成CaCO3沉淀的量关系，有：
K2CO3～CaCO3
0.1mol0.1mol
则应生成CaCO3质量为0.1mol×
100gmol-1=10g，现只生成9g沉淀，说明13.8gCO32-只有0.09mol，则在NaNO3、Na2CO3二种杂质中，必含有不与CaCl2反应的KNO3存在，C错。
肯定存在KNO3时，是否可能含有Na2CO3？
由于0.09molK2CO3质量为m（K2CO3）=0.09mol×
138m.mol-1=12.42g，故可能存在K2CO3、Na2CO3共0.09mol，再加入KNO3使总质量达到13.8g的可能性，则在存在KNO3的前提下，可能有Na2CO3存在，B对，D错。
上述思考过程中，涉及的计算，有些不必精确算出结果，只须估计即可，这样可以节省时间。
A、B
根据实验现象、结合所给数据利用极限思想解题。
例9汽车尾气（含烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源。
治理方法之一是在汽车排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金做催化剂）。
它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
（1998年上海市高考题）
（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式。
（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是。
（3）控制城市空气污染源的方法可以有（）
A.开发氢能源B.使用电动车C.植树造林D.戴上呼吸面具
本题涉及的反应产物均隐含在题中，只有认真分析才能得出正确的结论。
如NO与CO反应产物是参与大气循环的无毒气体，排除NO2等有毒气体，也排除生成的单质碳，同时也不可能是不常见的气体，只能是空气中存在的N2和CO2。
又因催化转换器中的铂、钯合金是SO2与O2生成SO3反应的催化剂，这样就合理解释了空气酸度的增加。
控制城市空气污染当然不能靠戴呼吸面具，植树造林虽是环保的重要措施，但不会直接关系到城市污染的控制。
（1）2CO+2NO=2CO2+N2；
（2）SO2转化为SO3，产生硫酸酸雾；
（3）A、B
因为“CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体”，所以这气体是CO2和N2；
（2）SO2可被氧化SO3，与水蒸气形成硫酸酸雾；
（3）在控制城市空气污染的方法中，植树造林这一选项具有一定的迷惑性，植树造林能控制CO2量的增加，是改善环境的一种重要手段，而对消除汽车尾气中烃类、CO、SO2与NO等物质没有直接的效果。
戴上呼吸面具是一种防止污染的方法，并不能减小污染。
例10下图是石英晶体平面示意图：
—Si—O—Si—O—Si—
OOO
—S—O—Si—O—Si—
OOO
它实际上是立体的网状结构，其中硅和氧的原子数之比为。
原硅酸根离子SiO44-的
O
结构可表示为O—Si—O二聚硅酸根Si2O76-只有硅氧键，它的结构可以表示为
O
从示意图中的结构可以看出每个Si原子结合了四个O原子，而每个O只结合了二个Si，所以在二氧化硅晶体中硅原子与氧原子的最简个数比为1:
（4×
1/2）=1:
2，原硅酸（H4SiO4）
O—H
的结构可以表示为：
H—O—Si—O—H，两个原硅酸分子可发生分子间脱水，生成二聚硅酸
O—H
（H6Si2O7）：
OHOHOHOH
HO—Si---OH+HO—Si--OH→HO—Si—O—Si—OH+H2O
OHOHOHOHOO
二聚硅酸脱去6个H+形成带6个单位负电荷的阴离子（二聚硅酸根离子）：
O-Si-O-Si-O
OO
根据物质的空间结构，结合数学空间几何知识和思想、方法，推断出组成晶体的微粒（原子或离子）个数比，推出晶体的化学式。
该题在含氧酸的考查中经常出现：
焦硫酸、多聚磷酸等。
可采用同样的方法求解。
例11下图中①～分别代表有关反应中的一种物质,请填写以下空白。
11
（1）①、③、④的化学式分别是、、
（2）⑧与⑨反应的化学方程式是
本题的突破口就在题目的开始部分。
因为这一部分把反应条件和部分反应物都已列出，为推断物质提供的充足的已知条件。
气体混合物通过碱石灰后得氨气③，通过浓H2SO4可得CO2气体，CO2气体与Na2O2反应得氧气④，氨气和氧气在催化剂作用下加热反应得NO⑥，NO和O2反应生成NO2⑦，与H2O反应生成HNO3⑧，CO2与Mg条点燃后生成MgO⑩和C⑨、C与HNO3反应生成NO2⑦，CO2②和H2O，所以①是NH4HCO3。
（1）NH4HCO3、NH3、O2；
（2）C+4HNO3=2H2O+4NO2↑+CO2↑
引申发散：
1.热分解全是气体的是何物？
-----碳酸铵或碳酸氢铵，亚硫酸铵
2.与过氧化钠产生两种产物的气体有哪些?
-------CO2,H2O
3.能与镁条燃烧的气体有哪些?
------CO2,SO2、O2、N2
4.两物质反应产物还能继续与反应物反应的有哪些?
----NH3（+O2）→NO（+O2
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