7碳族元素Word格式.docx
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自然界中
的存在
空气中
岩石中，硅石、石英、水晶、硅藻土
都含SiO2
物理性质
熔、沸点低，常温时是气体，
能溶于水
坚硬难熔的固体，不溶于水
用途
——
沙子用于建筑工业，石英用于制造光学镜片、石英坩埚、光导纤维等
化
学
性
质
与水
CO2＋H2OH2CO3
不反应
与酸
除HF酸外不反应
与NaOH溶液
CO2＋2NaOH＝Na2CO3＋H2O
SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O
与CaO
CO2＋CaO＝CaCO3
SiO2＋CaO
CaSiO3
与盐
CO2＋Na2CO3＋H2O＝2NaHCO3
SiO2＋Na2CO3
Na2SiO3＋CO2↑
与单质
CO2＋C
2CO
SiO2＋2C
Si＋2CO↑
4.硅酸盐的表示方法：
（1）化学式法：
硅酸钠：
Na2SiO3；
硅酸钙：
CaSiO3等。
（表示组成较简单的硅酸盐）
（2）氧化物法：
黏土：
Al2O3·
2SiO2·
2H2O；
石棉：
CaO·
3MgO·
4SiO2；
白云母：
K2O·
3Al2O3·
6SiO2·
钾长石：
6SiO2。
氧化物的书写顺序：
活泼金属氧化物→不活泼金属氧化物→二氧化硅→水。
氧化物前系数配置原则：
写成氧化物的形式后，各原子个数比应与原来个数比的比值相同。
注意事项：
①氧化物之间以“·
”隔开，②系数配置出现分数应化为整数。
三．硅酸盐
1.硅酸钠：
Na2SiO3水溶液俗称水玻璃，用作黏合剂、防腐剂等。
2.分子筛：
（1）组成：
Na2O·
nH2O。
（2）应用：
分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、催化剂及催化剂载体等。
3.硅酸盐工业包含：
水泥、玻璃、陶瓷。
硅酸盐产品
水泥
玻璃
主要设备
水泥回转窑
玻璃窑
原料
石灰石和粘土
纯碱、石灰石、石英（过量）
反应原理
复杂的物理-化学变化
Na2CO3+SiO2
Na2SiO3+CO2↑
CaCO3+SiO2
CaSiO3+CO2↑
主要成份
3CaO·
SiO2、2CaO·
SiO2、3CaO·
Al2O3
Na2SiO3、CaSiO3、SiO2
反应条件
高温
四、新型无机非金属材料
1.无机非金属材料的分类
（1）传统无机非金属材料：
水泥、玻璃、陶瓷等硅酸盐材料。
（2）新型无机非金属材料：
半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等。
2.新型无机非金属材料的特性
（1）耐高温、强度高
（2）具有电学特性
（3）具有光学特性（4）具有生物功能
3.高温结构陶瓷
（1）高温结构陶瓷的优点：
能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。
（2）高温结构陶瓷的种类：
①氧化铝陶瓷：
又称人造刚玉，具有熔点很高、硬度高的优点。
可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯的灯管等。
②氮化硅陶瓷：
具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。
可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。
③碳化硼陶瓷：
具有熔点高、硬度大的优点。
广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。
五、碳族元素
1．原子结构：
最外层电子数相同（有4个），电子层数、原子半径不同
2．相似点：
主要化合价是-4、+2、+4；
气态氢化物通式是XH4，常见氧化物的通式XO、XO2最高价氧化物的水化物的通式H2XO3或H4XO4
3．递变规律：
从上往下，原子半径递增，单质熔沸点递减，元素非金属性递减，金属性递增，气态氢化物的稳定性递减，最高价氧化物的水化物酸性递减、碱性递增的酸碱性。
六、碳、硅及其化合物反应关系图
考点突破：
考点一：
碳及其化合物的性质及用途
【经典例题1】将CO2气体通人下列各溶液中不可能产生浑浊的是
①CaCl2溶液②石灰水③饱和Na2CO3溶液④Na2Si（）3溶液⑤苯酚钠溶液⑥醋酸钠饱和溶液⑦氯化钙的氨水溶液⑧次氯酸钙溶液⑨偏铝酸钠溶液
【解析】①CaCl2溶液与CO2不反应；
②石灰水与CO2反应：
Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2；
③NaHCO3的溶解度小于Na2CO3，所以Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3↓；
④Na2SiO3与CO2反应：
Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3↓+Na2CO3；
苯酚钠与CO2反应生成苯酚，溶液变浑浊；
⑥因为CH3COOH的酸性>
碳酸的酸性，CH3COONa与CO2不反应；
⑦CO2+2NH3·
H2O=2NH4++CO32-CO32-+Ca2+=CaCO3↓
⑧次氯酸钙与CO2反应：
Ca（CIO）2+CO2+H2O=CaCO3↓+2HCIOCaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2
⑨NaAIO2溶液与CO2反应2A1O2—+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32—；
A1O2—+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3—
【答案】①⑥
【拓展练习】
1.当空气与CO2按5：
1体积比混合的气体与足量灼热的焦炭充分反应后，若反应的生成物全部是CO，则CO占反应后总气体的体积分数为（气体体积均在同温同压下测定）（）
A．1／2B．1／3C．2／3D．4／5
2.在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化纳作为供氧剂。
请选用适当的化学试剂和实验用品、用如图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。
（1）A是制取CO；
的装置。
写出A中发生反应的化学方程式：
。
（2）填写表中空格：
（请在答题卡上填空）
仪器
加入试剂
加入该试剂的目的
B
饱和NaHCO3溶液
C
D
（3）写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：
（4）试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：
。
【拓展练习答案】
1.A
2.⑴CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
⑵
出去CO2气体中混有的HCl
过氧化钠
与CO2和水反应,产生O2
氢氧化钠溶液
吸收未反应完的CO2
⑶2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2
⑷把E中的导管移出水面,关闭分液漏斗活塞,用拇指堵住试管口,取出试管,立即把带火星的木条伸入试管口内,木条复燃,证明试管中收集到的气体是氧气.
考点二：
硅及其化合物性质及用途
【经典例题2】
（2008年广东卷）硅单质及其化合物应用范围很广。
请回答下列问题：
（1）制备硅半导体材料必须先得到高纯硅。
三氯甲硅烷（SiHCl3）还原法是当前制备高纯硅的主要方法，生产过程示意图如下：
①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式 。
②整个制备过程必须严格控制无水无氧。
SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式 ；
H2还原SihCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是。
（2）下列有关硅材料的说法正确的是（填字母）。
A．碳化硅化学性质稳定，可用于生产耐高温水泥
B．氮化硅硬度大、熔点高，可用于制作高温陶瓷和轴承
C．普通玻璃是由纯碱、石灰石和石英砂的，其熔点很高
D．盐酸不与硅反应，故采用盐酸为抛光液抛光单晶硅
（3）硅酸钠水溶液俗称水玻璃。
取少量硅酸钠溶液于试管中，逐滴加入饱和氯化铵溶液，振荡。
写出实验现象并给予解释 。
【解析】
（1）①写出由纯SiHCl3制备高纯硅的化学反应方程式:
SiHCl3+H2
Si+3HCl
②SiHCl3遇水剧烈反应生成H2SiO3、HCl和另一种物质，写出配平的化学反应方程式3SiHCl3+3H2O===H2SiO3+H2↑+3HCl;
H2还原SiHCl3过程中若混入O2，可能引起的后果是：
高温下，H2遇O2发生爆炸。
（2）ABCD解释：
SiC和Si3N4均为原子晶体，熔点高，性质稳定，AB正确。
光导纤维的材料为SiO2，C正确。
普通玻璃的主要成分为Na2SiO3和CaSiO3，它是以石英砂（SiO2）、石灰石（CaCO3）和纯碱（Na2CO3）为主要原料反应制成的。
Na2SiO3+CO2；
CaSiO3+CO2，D正确。
常温下，Si只能与唯一一种酸HF反应不与HCl反应，E错。
（3）写出实验现象并给予解释：
生成白色絮状沉淀，又刺激性气味的气体生成；
SiO32－与NH4＋发生双水解反应，SiO32－+2NH4＋+2H2O===2NH3·
H2O+H2SiO3↓。
【答案】
（1）①SiHCl3+H2
②3SiHCl3+3H2O===H2SiO3↓+H2↑+3HCl高温下，H2遇O2发生爆炸
（2）ABCD
（3）生成白色絮状沉淀，又刺激性气味的气体生成；
解释：
SiO32－与NH4＋发生双水解反应，SiO32－+2NH4＋+2H2O===2NH3·
H2O+H2SiO3↓
1.高岭土（主要成分是AI2O3·
2H2O，还含有少量CaO、Fe2O3）可用来制取新型净水剂（铝的化合物），其步骤如下：
将土样和纯碱混合均匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块过滤，弃去残渣，滤液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即净水剂。
（1）写出熔融时主要成分与纯碱反应方程式，
。
（2）最后沉淀物是，生成该沉淀的离子方程式为。
（3）实验室常用的坩埚有瓷坩埚，氧化铝坩埚和铁坩埚。
本实验在熔融土样时应选用
坩埚。
2.下列各单质与化合物之间有以下的转化关系而且各单质与化合物组成的元素皆为短周期元素。
根据上述关系判断：
（1）单质A只可能是，这是因为。
（2）单质B一定是金属还是非金属，这是因为。
（3）各化合物的分子式：
甲：
、乙、丙。
1.
（1）硅Si在短周期内，能与NaOH溶液反应放出氢气的只可能是Al和Si，但Al的氢氧化物可溶于过量盐酸中，不符合题意，故A只能是Si。
（2）非金属硅只能与氧气反应生成的酸性氧化物SiO2与碱溶液反应
（3）SiO2、Na2SiO3、H2O、H4SiO4
2.
（1）3SiCl4+4NH3=Si3N4+12HCl
（2）Si3N4+6H2O=3SiO2+4NH3Si3N4+3O2=3SiO2+2N2
（3）Si3N4表面与空气中的氧气反应，生成稳定的二氧化硅，从而形成了二氧化硅的保护层．防止内部的Si3N4继续与空气和水接触而被侵蚀。
解析：
本题是元素及化合物推断题，解题的突破口是短周期元素单质A与NaOH溶液反应生成氢气C的元素可能是Al和Si，而产生的化舍物乙与过量盐酸溶液反应生成的化合物丁能两次失去化合物丙生成化合物甲，则进一步推断出A单质不是金属A1，而只能是Si。
又由于单质A和化合物甲都能跟NaOH溶液反应，都生成化合物乙（Na2SiO3），只不过A的另一种产物是氢气，而化合物甲的另一种产物为化合物丙。
丙又可通过氢气与单质B反应生成，故单质B为O2，其他的各种化合物也就能推出来了。
考点三：
碳族元素的组成、结构、性质及相互关系．
【经典例题3】下列有关碳元素的叙述中，不正确的是（）
A、碳族元素易形成共价化合物
B、碳族元素最高价氧化物均易溶于水
C、碳族元素中硅和锗可作半导体材料
D、碳族元素的非金属性向金属性递变的趋势没有氮族元素明显
【解析】碳族元素位于周期表中容易失去电子的主族元素和容易得到电子的主族元素中间位置，容易形成共价化合物，最高价氧化物并不都是易溶于水的化合物，如SiO2就不溶。
硅和锗在周期表的特殊位置，使其导电性介于导体和绝缘体之间，是重要的半导体材料。
碳族元素的非金属性向金属性递变的趋势比氮族元素更明显。
【答案】BD
1.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均为强氧化剂
B．CO2、PbO2都是弱氧化剂而CO、PbO都是还原剂
C．Sn（OH）4可与NaOH反应而不和HCl反应
D．锗单质的熔点介于Pb、Si之间，是半导体材料
2.下列说法正确的是（）
A.碳族元素原子最外层有4个电子，既难失去也难获得电子，故单质无氧化性和还原性
B.碳族元素单质的熔、沸点逐渐升高
C．碳族元素均以+4价稳定
D．碳族元素气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱
1.D
2.D解析：
碳单质为0价，既有氧化性，又有还原性，选项A错误。
碳族元素熔、沸点，碳>
硅，选项B错误。
铅+2价比较稳定，选项C错误。
考点四：
硅酸盐工业新材料
【经典例题4】氮化硅是一种非氧化物高温陶瓷结构材料．粉末状的氮化硅可以由SiCl4蒸气和NH3气体混合物制取．粉末状氮化硅对空气和水都不稳定．但是，将粉末状氮化硅和适量的MgO在230×
1．01×
105Pa和185℃的密闭容器中热处理，可以得到结构十分紧密，对空气和水相当稳定的固体材料．
（1）写出N原子的结构示意图。
根据元素周期律知识，请写出氮化硅的化学式．
（2）氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应．试推测该陶瓷被氢氟酸腐蚀的化学方程式。
（3）现用四氯化硅和氮气、氢气。
在氖气保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅，反应的化学方程式为。
（4）写出由SiCl。
和NH。
制备氮化硅的化学方程式。
（5）分别写出粉末状氮化硅和HzO及Oz反应的方程式。
（6）为什么结构紧密的固体氮化硅不再受水和O2的侵蚀?
（1）Si3N4
（2）Si3N4+12HF=3SiF4↑+4NH3↑（3）3SiCl4+2N2+6H2=Si3N4+12HCI
（4）3SiCI4+4NH3=Si3N4+12HCl（5）Si3N4+6H2O=3SiO2+4NH3↑↑
Si3N4+3O2=3SiO2+2N2↑
（6）Si3N4与MgO在密闭容器中热处理后，使Si3N4表面形成一层SiO2保护层，阻止了Si3N4继续受O2和H2O的侵蚀．
1.（2007海南）下列物质中，不含有硅酸盐的是（）
A．水玻璃B．硅芯片C．黏土D．普通水泥
2.下列材料的特性及用途说法不正确的是（）
A．氧化铝陶瓷具有两性，可用于制造人造牙齿
B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机
C．光导纤维导光的能力很强，是非常好的通信材料
D．人造刚玉硬度高，可用来制造刚玉球磨机
1.B解析：
水玻璃是硅酸钠的水溶液。
黏土的成分主要是铝硅酸盐，常见的有高岭土。
普通水泥主要成分有硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙。
2.A解析：
Al2O3具有两性，可以和酸、碱反应。
牙齿经常接触酸性物质，因此牙齿用Al2O3制备会被缓慢腐蚀。
课外达标：
基础过关
一．选择题（有1个正确答案）
1.下列各物质与其用途对应不正确的是
A．硅—变压器的铁芯 B．硅胶—吸附剂
C．石英—光导纤维 D．硅酸钙—粘合剂
2．（07年广东化学）下列说法正确的是
A．硅材料广泛用于光纤通讯B．工艺师利用盐酸刻蚀石英制作艺术品
C．水晶项链和餐桌上的瓷盘都是硅酸盐制品D．粗硅制备单晶硅不涉及氧化还原反应
3.将足量CO2通入KOH和Ca（OH）2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是
ABCD
4.下列关于二氧化硅的叙述中不正确的是（）
①在固态和液态时，导电性能很差②能跟强碱反应，但不能与水反应
③硅与碳同属第ⅣA族，故SiO2的物理性质与CO2类似
④既是酸性氧化物，又是碱性氧化物
A．④B．②④C．③④D．①②③
5.（2008年全国卷）对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是
A．SiO2和CO2中Si和O，C和O之间都是共价键
B．C、Si、Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8
C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应
D．该族元素的主要化合价是－4和＋2
6.下列说法错误的是（）
A.按照碳、硅、锗、锡、铅的顺序，它们的最高价氧化物的水化物酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强
B．GeO2既能与盐酸反应，也能与烧碱反应C．CH4比SiH4稳定
D.PbO2比PbO稳定
7．磷酸钙系陶瓷，也是一种新型无机非金属材料，它可用于制造人造骨骼，这是利用这类材料的（）
A．耐高温的特点B．电学特性C．其氧化物形式光学特性D．其氧化物形式生物功能
8.氮化硅（Si3N4）是一种具有耐高温等优异性能的新型陶瓷。
工业上可用下列方法制取：
3SiO2+6C+2N2高温Si3N4+6CO。
下列说法正确的是
A．氮化硅晶体属于分子晶体B．氮化硅中氮元素的化合价为―3
C．上述反应中，N2是还原剂，SiO2是氧化剂D．上述反应中，每生成1molSi3N4，N2得到6mol电子
9.某学生用NaHCO3和KHCO3组成的某混合物进行实验，测得如下数据（盐酸的物质的量浓度相等），下列分析推理不正确的是：
50mL盐酸
m（混合物）
9.2g
15.7g
27.6g
V（CO2）（标况）
2.24L
3.36L
A．盐酸的物质的量浓度为3.0mol·
L－1B．据表数据可算出混合物中NaHCO3的质量分数
C．加入混合物9.2g时盐酸过量D．15.7g混合物恰好与盐酸完全反应
10.（09年海南化学）用足量的CO还原13.7g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0g，则此铅氧化物的化学式是：
A．PbOB．Pb2O3C．Pb3O4D．PbO2
二．填空题
11.如何用所提供的试剂和方法除去各粉末混合物中的杂质（括号内杂质）。
将所选答案的编号填人表中相应的空格内（如果不需要所加试剂，则对应答案栏可空着）。
I．可供选择的试剂：
A．盐酸B．NaOH溶液C．O2D．H2OE．CO2
Ⅱ．可选用的操作：
①水洗②加热③高温灼烧④过滤⑤结晶
12.“9·
11”事件发生后，美国世贸大厦轰然倒下，在清理废墟中。
人们发现有很多石棉．石棉是一种具有压伸强度大、柔韧性强、耐热、耐火焰、耐酸和碱的腐蚀，而且价格低廉的硅酸盐。
石棉有毒，能使人患肺癌。
（1）有一种石棉叫做石棉矿青石棉，其化学式为Na2Fe5Si8H2O24．写成氧化物形式的化学式为。
（2）三硅酸镁是一种胃病患者常用的治酸剂，试写出三硅酸镁（Mg2Si3O8·
nH2O）中和胃酸（主要成分为盐酸）的化学反应方程式：
。
（3）生产玻璃的原料之一是正长石KAISi3Ox是以氧化物形式表示为.
挑战理综
一．选择题（有2个正确答案）
1.在一定条件下，既能跟二氧化碳反应，又能跟二氧化硅反应的物质是（）
A．Na2CO3B．浓H2SO4C．NaOH溶液D．碳
2.下列溶液中可以盛放在玻璃瓶中，但不能用磨口玻璃塞的是
A．硅酸钠溶液B．氢氟酸C．氢氧化钠溶液D．氯化钠溶液
3.元素X的单质及X与Y形成的化合物能按如下图所示的关系发生转化。
则X为
A．当n=1时，X可能是CB．当n=1时，X可能是N2
C．当n=2时，X可能是SD．当n=2时，X可能是Fe
4.下列物质久置空气中（不考虑水分蒸发或吸收空气中的水分）变质，且能析出固体，加入盐酸时固体不溶解的是（ ）
A．澄清石灰水B．水玻璃（Na2SiO3）C．氢硫酸D．氯化钙
5.有一种粗铝含金属铁和单质硅两种杂质。
取等质量的样品分别投入足量的稀HCl（aq）和足量的稀NaOH（aq）中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是
A物质的量之比为2:
1B．质量之比为4:
1C．物质的量之比为3:
1D．质量之比为2:
1
6.（07年山东理综）下图所示为常见气体制备、分离、干爆和性质验证的部分仪器装置（加热设备及夹持固定装置均略去），请根据要求完成下列各题（仪器装置可任意选用，必要时可重复选择，a、b为活塞）。
（1）若气体入口通入CO和CO2的混合气体，E内放置CuO，选择装置获得纯净干燥的CO，并验证其还原性及氧化产物，所选装置的连接顺序为（填代号）。
能验证CO氧化产物的现象是。
（2）停止CO和CO2混合气体的通入，E内放置Na2O2，按A→E→D→B→H装置顺序制取纯净干燥的O2，并用O2氧化乙醇。
此时，活塞a应，活塞b应。
需要加热的仪器装置有（填代号），m中反应的化学方程式为。
（3）若气体入口改通空气，分液漏斗内改改加浓氨水，圆地烧瓶内改加NaOH固体，E内装有铂铹合金网，按A→G→E→D装置程序制取干燥氧气，并验证氨的某些性质。
①装置A中能产生氨气的原因有：
②实验中观察到E内有红棕色气体现出，证明氨气具有性。
7.沸石是一种具有多孔结构的铝硅酸盐（NaAlSiO4·
nH2O），其中有许多笼状孔穴和通道能让直径比孔穴小的分子通过而将大的分子留在外面，故又称“分子筛”。
“分子筛”
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