碳族元素无机非金属材料.docx
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碳族元素无机非金属材料
碳族元素无机非金属材料
第一课时碳族元素
【考纲要求】
1.掌握碳族元素在元素周期表中的特殊位置导致性质上的特殊性。
2.能熟练运用碳族元素原子结构的递变规律解释其性质的递变规律
3.掌握CO2与CO、CO2与SiO2、NaHCO3与Na2CO3这三组物质在物理性质、化学性质、制法、用途等方面的不同。
4.自主建立碳族元素的知识网络。
教与学方案
【自学反馈】
一、概念辨析
1.碳族元素:
(1)在周期表中的位置(由原子结构中的决定)。
(2)包含元素的名称、符号、原子结构简图、原子半径、化合价等比较
元素名称元素符号原子结构简图原子半径化合价单质性质变化
碳
硅
锗
锡
铅
(3)相似性:
、
(4)递变性:
。
(5)特殊性:
难形成离子化合物,易形成共价化合物。
(6)用原子结构知识解释(3)(4)(5):
。
2.碳单质:
(1)同素异形体:
;
无定形碳:
。
(2)性质:
稳定性,比如;
还原性:
;
可燃性:
;
弱氧化性:
。
3.含碳化合物:
(1)CO2:
物理性质;
化学性质;
实验室制法:
原料、
原理、
装置、
步骤。
(2)CO:
物理性质;
化学性质;
实验室制法:
原料、
原理、
装置;
(3)碳酸正盐:
稳定性、
溶解性;
(4)酸式盐:
稳定性、
溶解性;
(5)其它含碳化合物、有机化合物、金属碳化物
候氏制碱法的主要反应中用到上述哪些物质中的哪些性质?
。
二、碳元素知识网络:
写出化学方程式实现下列转化:
.
SiO2Ca(HCO3)2CaCO3
SiCCCO2Na2CO3
SiO2COFeMgONaHCO3
【例题解析】
[例1]门捷列夫在19世纪中叶,曾根据他所发现的周期律,预言过第四周期第ⅣA族元素X(当时称为类硅)。
下列有关类硅的元素性质,不正确的是()
A.XH4不稳定,但有强还原性B.可用焦炭在高温下从XO2中冶炼X
C.X单质的熔点比硅高D.X(OH)4的酸性比H2SiO3强
解题思路:
。
易错点:
。
[例2]最近,科学家研制得一种新的分子,它具有空心的类似足球状结构,分子式为C60,下列说法正确的是()
A.C60是一种新型的化合物B.C60和石墨都是碳的同素异形体
C.与C60结构类似的还有C60分子D.C60的相对分子质量是720g/mol
解题思路:
。
易错点:
。
【考题再现】
1.等物质的量的N2、O2、CO2混合气体通过Na2O2后,体积变为原来的8/9(同温同压),则反应后所得混合气体中N2、O2、CO2物质的量之比为
A.3:
4:
1B.3:
3:
2C.6:
7:
3D.6:
9:
0
思维方法:
。
展望高考:
2.将足量的CO2通入含有KOH和Ca(OH)2各0.1mol的混合稀溶液中,试作出生成沉淀的物质的量(n)和通入CO2气体的体积(V)的关系图:
思维方法:
。
展望高考:
【针对训练】
A.基础训练
1.下列各组物质中,不属于同素异形体的是)
A金刚石、石墨B水、重水
C氧气、臭氧D晶体硅、无定形硅
2.下列物质中,能直接用作半导体材料的是
A金刚石B石墨C晶体硅D水晶
3.下列叙述能确定是ⅣA族元素的是
A原子核外有4个电子B有+2和+4两种化合价
C易形成共价化合物D原子最外层有4个电子
4.近年科学家制得一种新的分子,它类似足球的空心结构,化学式为C60。
下列说法中正确的是()
AC60是一种新型的化合物,有着重要的应用BC60是碳的一种同素异形体
CC60分子中含有离子键DC60的相对分子质量为720g/mol
5.下列元素的最高氧化物对应水化物中酸性最弱的是
ASiBPCSDBr
B.提高训练
6.不能通过化合反应来制取的物质是
ASiCl4BH2SiO3CNa2O2DCaSiO3
7.下列变化属于氧化还原反应的是
A石灰石煅烧生成CO2和CaOB纯碱、石灰石、石英共熔制玻璃
C硅与氢氧化钠溶液反应D过氧化钠吸收CO2放出氧气
8.下列大气污染物中,能跟人体血红蛋白结合而引起中毒的气体
ASO2BCO2CCODH2S
C.能力训练
9.下列物质中熔点最高的是
ACsClBSiO2CCO2DAr
10.下列各组酸的强弱比较中,正确的是
AH3PO4>H2CO3>H2SiO3BH2CO3>H2SiO3>H3PO4
CH2SiO3>H3PO4>H2CO3DH2SiO3>H2CO3>H3PO4
11.下列化学方程式中,正确的是
ANa2CO3+H2SiO3=Na2SiO3+CO2↑+H2O
BC+SiO2
CO2↑+Si
CSiO2+Na2CO3
Na2SiO3+CO2↑
DCO+CuO
Cu+CO2↑
12.下列离子方程式正确的是
A向石灰石中加稀硫酸CaCO3+2H+=Ca2++H2O+CO2
B向澄清石灰水中通入过量二氧化碳CaOH2+2CO2=Ca2++2
C氯化氢通过饱和小苏打溶液
+H+=H2O+CO2
D向碳酸氢钙溶液中加足量烧碱溶液Ca2++
+OH=CaCO3+H2O
13.只用一种试剂就能将Na2SiO3、Na2CO3、MgCl2、BaHCO32四种无色
溶液区别开来,这种试剂是)
A氢氧化钠溶液B澄清石灰水
C2mol/L盐酸D2mol/L硫酸
D.奥赛一瞥
14.碳族元素位于周期表中的第族,碳原子的电子式是,硅的原子结构示意图是,C60、金刚石和石墨等由碳元素形成的性质不同的单质,是碳的。
在质量均为12克且均由12C形成的C60、金刚石、石墨的单质中,含有的共价键的物质和量分别是、、;CO2是含有键的分子填“非极性”或“极性”,其结构式是,形成的晶体是晶体,在高温高压等特殊条件下,可将CO2转化为硬度超过SiO2的晶体,则在这样的晶体中与一个C原子紧邻的氧原子有个,在44克该晶体中含有个C—O键。
15.SiO2属_______性氧化物,它__________直接跟水化合成对应的酸,但它
是_________酸的酸酐。
实验室里盛放碱液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞,
而常用橡皮塞是因为(用化学方程式表示)___________________________;
玻璃瓶也不能盛装氢氟酸,是因为(用化学方程式表示):
。
16.配平下列化学方程式,标出电子转移方向和数目:
Mg+SiO2=Mg2Si+MgO
该反应中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是。
第一课时碳族元素
【例题解析】
1.[解析]门捷列夫指的类硅,依据其在周期表中的位置,应该是锗(Ge)。
根据同一主族元素性质的递变规律,
已不稳定,
应更不稳定,但
还原性会更强,所以A项正确。
碳比锗活泼,焦炭在高温下可把
中的
Ge还原出来,B项也对。
C、D两项均违反了同一主族元素性质从上到下的
递变规律)
[答案]CD
2.[解析]误选D的原因是对相对分子质量和摩尔质量的单位混淆不清。
误选A的原因是单质与化合物的概念不清。
同一种元素组成性质不同的几种
单质,例如:
、
、金刚石、石墨等都是碳元素的同素异形体
[答案]BCn
[考题再现]
1.A2.V
【针对训练】
1.B2.C3.D4.B5.A
6.B7.CD8.C
9.B10.A11.CD12.C13.D
14.ⅣA;·C·;
;同素异形体;2mol2mol1.5mol
¨
极性键非极性分子O==C==O分子晶体44NA
15.酸性;不能;硅;原硅;;木塞或胶;2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O;
SiO2+4HF=SiF4+2H2O
16.4、1、1、2
3:
1
第二课时硅二氧化硅无机非金属材料
【考纲要求】
1.掌握硅和二氧化硅的结构、物理性质、化学性质、用途和制法,能从数学立体几何知识的角度理解硅和二氧化硅的晶体结构。
2.了解硅酸盐工业的含义和原理,掌握水泥和玻璃的工业制法,化学成分和化学反应原理。
3.了解无机非金属材料结构和性质特征以及它们的特殊用途。
教与学方案
【自学反馈】
一、硅及其化合物
1.硅:
(1)硅元素在自然界的存在形态;
(2)晶体结构、键角、键能;
(3)物理性质;
(4)化学性质:
常温下、
、
加热时;
工业制法;
高纯硅的制取。
2.二氧化硅:
(1)在自然界的存在形式;
(2)晶体结构;
(3)物理性质;
(4)化学性质、
、
;
(5)用途。
3.硅酸:
(1)组成;
(2)特性;
(3)制法。
4.硅及其化合物的性质及转变关系如图
5.硅酸盐:
(1)Na2SiO3:
俗称、用途。
(2)硅酸盐工业:
水泥:
原料;化学组成;
加入石膏的作用;
具有水硬性的原因。
玻璃:
原料;
反应原理、
;
化学成分;
特种玻璃的制备方法和用途
。
陶瓷:
原料、种类。
(3)硅酸盐组成的表示方法
二、无机非金属材料
1.分类:
(1)传统:
;
(2)新型:
;
2.特性:
(1)、
(2)、
(3)、(4);
3.高温结构陶瓷:
(1)优点、
(2)种类:
氧化铝陶瓷、
氮化硅陶瓷;
4.光导纤维:
(1)成分、
(2)特点、
(3)用途。
.【例题解析】
[例1]药爆炸的瞬间,可以产生400000atm的超高压和5000℃的超高温,完全能达到石墨转化成金刚石的条件,你认为将炸药放在水槽内的最主要原因是()
A.形成高压条件B.吸热降低温度
C.防止碳粉燃烧D.溶解爆炸产生的气体
解题思路:
。
易错点:
。
[例2]原硅酸
的分子结构为
,它在水溶液中不稳定,通常在分子间脱水缩聚成网状大分子,这样的缩聚硅酸用通式
表示,若n为1.5,则其缩聚物的化学式为
。
已知某缩聚硅酸中硅元素的质量分数为40.6%,该缩聚硅酸的化学式为_________;其分子结构式为__________;与NaOH溶液反应的化学方程式为____________________。
解题思路:
。
易错点:
。
【考题再现】
1.氮化铝(AlN)耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质,被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。
在一定条件下,氮化铝可通过如下反应合成:
Al2O3+N2+3C
2AlN+3CO下列叙述正确的是()
A.在氮化铝的合成反应中,N2是还原剂,Al2O3是氧化剂
B.上述反应中每生成2molAlN,N2得到3mol电子
C.氮化铝中氮元素的化合价为-3价
D.氮化铝晶体属于分子晶体
思维方法:
。
展望高考:
2.矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。
此处所指的风化作用是指矿物一水和二氧化碳同时作用的过程。
例如钾长石(KalSi3O8)风化生成高岭土[Al2Si2O5(OH)4],此反应的离子方程式为2KalSi3O8+2H2CO3+9H2O=2K++2HCO3-+4H4SiO4+Al2Si2O5(OH)4
这个反应能够发生的原因是:
。
思维方法:
。
展望高考:
【针对训练】
A.基础训练
1.有一粗铝内含Fe和Si,取等质量样品两份,分别投入稀盐酸和稀强碱中,放出等物质的量的气体,则Fe和Si的关系为()
A.物质的量比为1:
1B.物质的量比为2:
1
C.质量比为4:
1D.质量比为2:
1
2.现有下列五个转化:
①Na2CO3→Na2SiO3;②CuSO4→CuCl2;③SiO2→H2SiO3;④CuO→Cu(OH)2;⑤Ca3(PO4)2→Ca(H2PO4)2,其中不可能通过一步反应实现的是()
A.只有①和②B.只有③和④C.②③和④D.②③④和⑤
3.某溶液中含有ClO-、SiO32-、AlO2-、S2-等四种离子,若向其中加入过量的盐酸溶液,微热并搅拌,再加入过量NaOH溶液,溶液中大量减少的阴离子()
A.ClO-、B.SiO32-、C.AlO2-、D.S2-
4.下列说法正确的是()
A.二氧化硅溶于水显微酸性B.从碳到铅,气态氢化物稳定性越来越弱
C.碳族元素不能形成离子化合物D.硅跟氢氧化钠溶液反应中,硅作还原剂,水作氧化剂
B.提高训练
5.新型无机材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、氮化硅(Si3N4)等称为非氧化物陶瓷,合成这些物质需在高温重要主要条件下进行,在合成工艺中必须注意()
A.通入充足氧气B.避免与氧气接触
C.可在氮气氛中合成D.通入少量氧气
6.“9•11”事件给纽约带来了一场严重的环境灾难——石棉污染,容易使石棉吸入者患肺癌。
已知石棉是硅酸盐矿物,某种石棉的化学式可表示为:
Ca2MgxSiyO22(OH)2,x、y的值分别是()
A.8,3B.5,8C.3,8D.5,5
C.能力训练
7.常温下不能和单质硅反应的试剂是()
A氢氟酸B浓硝酸C氢氧化钾溶液D氟气
8.镁橄榄石Mg2SiO4可以用下列哪一种氧化物形式表示
AMgO·SiO2B2MgO·SiO2CMgO·2SiO2DMgO·3SiO2
9.二氧化硅是酸性氧化物是因为
A硅是非金属B它是非金属氧化物
C二氧化硅能跟氢氧化钠反应生成盐和水D它的对应水化物是弱酸,能溶于水
10.下列叙述中,错误的是
A硅在地壳中的含量仅次于氧,居第二位
B硅是构成矿物和岩石的主要元素
C硅和锗相似,是良好的半导体材料
D硅的化学性质不活泼,常温下与氧气、酸、碱都不反应
11.下列化合物中,氧化钙的质量分数为483%的是
A3CaO·SiO2BCaO·SiO2C2CaO·SiO2D3CaO·Al2O3
12.关于氮化硅陶瓷的性能,下列说法不正确的是
A是一种超硬物质,本身具有润滑性且耐磨损
B抗腐蚀能力强,不与任何酸反应
C耐高温,不易传热
D高温时也能抗氧化,且能抗冷热冲击
D.奥赛一瞥
13.A、B为两种单质,常温下均为固体。
在元素周期表中,A、B两种元素同周期且原子半径A>B。
分别取三份完全相同的质量均为1.520g的A、B混合物粉末进行如下实验。
①向第一份试样中加入过量的盐酸,充分反应后放出0.896L气体(标准状况,下同),还余下0.560g残渣。
②向第二份试样中加入过量的10%的NaOH溶液,充分反应后放出0.896L气体,还余下0.960g残渣。
③将第三份试样隔绝空气加强热后,生成一种固体。
冷却后,在隔绝空气的条件下加入足量稀盐酸,该固体全部溶解,产生xL气体。
(1)单质A是___________。
(2)混合物中B的质量分数为_______________。
(3)写出实验③中有关反应的化学方程式,并计算x的值。
14.A、B、C、D、E五种物质中均含有同一种元素,它们能发生如下图所示的变化。
且该元素的单质用R表示能与强碱溶液反应生成盐Na2RO3和氢气。
1写出这五种物质的化学式:
A、B、C、D、E。
2写出下列反应的化学方程式:
AD:
AB:
第二课时硅二氧化硅无机非金属材料
【例题解析】
1.[解析]炸药放入水槽内沉入水下固然可以形成一定压力,但比之于
40000atm便显得微不足道;吸热降温又不利于金刚石的合成;溶解爆炸气
体则明显不合理
[答案]C
2.[解析及答案]依据
通式和含硅40.6%,列出下述
算式求n值,
,解
,故化学式为
,分子结构式为:
,它是二元酸,与NaOH反应
生成盐:
[考题再现]
1.C
2.碳酸的酸性比原硅酸强,由较强的酸可以制较弱的酸
【针对训练】
1.BC2.B3.AD4.BD
5.BC6.B
7.B8.B9.C10.D11.B12.B
13.由题意可知,②中0.56g单质与NaOH反应产生的
为
,只能是Si而不是Al,
,恰好产生
;①中,0.96g单质产生
,则应为Mg,因为
,
符合,故A为Mg,B为Si。
(2)Si的质量分数为
(3)
0.04mol0.02mol
0.02mol0.02mol
故x=0.448。
(1)Mg
(2)Si的质量分数为36.8%
(3)
,
,x=0.448l。
14.1SiO2;CaSiO3;Na2SiO3;Si;H2SiO3或H4SiO4
22C+SiO2
2CO↑+Si;SiO2+CaCO3(固)
CaSiO3+CO2↑