第18讲:碳族元素
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第18 章Carbon Family Elements碳族元素本章教学内容本章教学内容18.1 碳族元素概述18.2 碳族元素的单质18.3 碳的化合物18.4 硅的化合物18.5 锡、铅的化合物18.1 碳族元素概述碳族元素在周期表中的位置碳族碳族元素在自然界中的存在碳:金刚石、石墨;煤、石油、天然气;碳酸盐; CO2; 生物体内等。
硅:SiO2和各种硅酸盐。
锗:硫银锗矿4Ag2S ·GeS2硫铅锗矿2PbS ·GeS2金刚石硫银锗矿锡:锡石SnO2铅:方铅矿PbS,白铅矿PbCO3锡石18.2 碳族元素的单质18.2.1 碳18.2.2 硅和锗18.2.3 锡和铅碳的同素异形体金刚石:原子晶体,硬度最大,熔点最高。
石墨:层状晶体,质软,有金属光泽。
金刚石石墨足球烯:C 60,C 70等。
碳纳米管:由类似石墨的六边形网格所组成的管状物,管子一般由单层或多层组成,两端封闭。
无定形碳:无定形碳实际是石墨的微晶体。
足球烯碳纳米管无定形碳神奇的碳纳米管碳纳米管的应用•高温防护材料等。
18.2.2 硅和锗硅9硅在地壳中的丰度仅次于氧,为26.3%。
自然界中的硅不以单质形式存在,主要是以石英砂和硅酸盐形式存在。
硅有晶态(银灰色) 和无定形(黑色粉末) 两种形态。
9硅的制备:实验室中用Mg 还原SiO,得无定形硅粉。
2,得到晶体硅。
工业上用焦炭还原SiO29硅的主要用途是制造金属合金和半导体。
9锗在地壳中的含量为1.5%,比金、银、碘等常见的元素多得多。
不过,它太分散了,属于稀散稀有金属。
锗常与硫化物矿共生,如硫银锗矿(4Ag2S·GeS2)、硫铅锗矿(2PbS·GeS2) 等。
锗9锗用来制造晶体整流器(二极管)、晶体放大器(三极管)、检波器等。
锗能刺激红血球的生成,所以锗在医学上的应用越来越受到关注。
锡和铅9锡的主要矿石是锡石(SnO2),铅的主要矿石是方铅矿(PbS)。
碳族元素基础知识点网络结构图基础知识1.碳族元素①特征:碳族元素原子最外层电子数为4,既不容易失去电子,又不容易得到电子,易形成共价键,难形成离子键。
碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大,熔沸点最高(如金刚石、晶体硅)。
②化合价:碳族元素的主要化合价有+2,+4,其中Pb+2价稳定,其余元素+4价稳定。
③递变规律:从上到下电子层数增多,原子半径增大,原子核对最外层电子的吸引能力减弱,失电子的能力增强,从上到下由非金属递变为金属的变化非常典型。
其中碳是非金属,Sn、Pb是金属,Si、锗Ge是半导体材料。
④自然界的存在:自然界里碳有游离态和化合态两种;硅在地壳里无游离态,主要以含氧化合物的形式存在⑤几种同素异形体:碳:金刚石、石墨、C60、C70等;硅:晶体硅,无定形硅2.碳在常温下碳很稳定,只在高温下能发生反应,通常表现为还原性。
①燃烧反应②与某些氧化物的反应:(CO、H2的混合气体叫水煤气);③与氧化性酸反应:C+2H2SO4(浓)CO2↑+2SO2↑+2H2O;C+4HNO3(浓)CO2↑+4NO2↑+2H2O3.CO不溶于水,有毒(CO和血红蛋白结合,使血红蛋白无法和O2结合,而使细胞缺氧引起中毒),但由于CO无色无味因此具有更大的危险性。
①可燃性②还原性:CO+CuOCO2+Cu,CO+H2O(g)CO2+H2O4.CO2直线型(O=C=O)非极性分子,无色能溶于水,密度大于空气,可倾倒,易液化。
固态CO2俗称干冰,能升华,常用于人工降雨。
实验室制法:CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。
①酸性氧化物一—酸酐Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O(用于检验CO2)②氧化性:CO2+C2CO;2Mg+CO22MgO+C5.碳酸盐①溶解性:Ca(HCO3)2>CaCO3;Na2CO3>NaHCO3。
②热稳定性:Na2CO3>CaCO3;碱金属正盐>碱金属酸式盐: Na2CO3>NaHCO3。
2.碳的同素异形体的比较: (表18—2)第十八讲 碳族元素(建议2课时完成)[考试目标]1•了解碳的三种重要的同素异形体及导致它们物理性质有较大差别的原因。
了解碳的多样 性。
2•了解碳、硅单质及其重要化合物(氧化物、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠等) 及应用。
3•了解水泥、玻璃和陶瓷等硅酸盐产品的主要化学成分、生产原料及其用途。
4.了解常见的无机非金属材料、金属材料与复合材料。
5•了解碳的氧化物对大气的污染。
[要点精析]复习策略:本单元主要采用对比的方法复习碳硅及化合物的主要性质 , 物的某些特殊性. 一、碳族元素1碳族元素:包括碳(C )、硅(Si )、锗(Ge )、锡(Sn )、铅(Pb ),为第IV A四个电子,决定了碳族元素性质具有相似性,容易形成共价化合物(特别是碳和硅) 合价主要有+4和+2;但电子层数不同,又导致了性质具有递变性:从碳7铅,非金属性逐 渐减弱,金属性逐渐增强,有着明显的递变规律。
见如下表格:(18—1)的主要性质同时注意碳硅及化合族元素;最外层均有,其化所含质子数()后者多D. 无法确定Go都是由碳兀素组成的。
答案:(1)B (2)分别将三种物质在氧气充足的条件下燃烧,若三者产生的都是无色无味的气体且将所得气体通入澄清石灰水中,若气体都使澄清的石灰水变浑浊,则说明它们都是由碳元素组成的。
解析:(1)等质量的石墨与足球烯含有相同物质的量碳原子,所含质子数也相等二、碳、硅元素的单质及重要化合物的主要性质、制法及应用的比较1.碳单质:(1)物理性质:碳元素形成的同素异形体由于碳原子的排列方式不同,导致物理性质有较大的差别。
(见表18 —2)占燃占燃△(2)化学性质:① C + O2 八二” CO2 ②2C + 02八二” 2CO ③C+4HNO(浓)=CQ t + 4NO2t+ 2H2O ④ C + 2CuO △ 2Cu + CO z f ⑤ C + CO 2 高温2CO ⑥ 2C + SiO 2 高温Si + 2CO t2.碳的氧化物(CO CO)性质的比较:(表18—3)碳元素不仅可以形成多种同素异形体,而且还可以形成多种无机化合物和有机化合物,是形成化合物种类最多的元素。
课程信息【本讲教育信息】教学内容:碳族元素知识归纳教学目标:1•通过对比归纳C和Si;CO2和SiO2等主要单质和化合物的性质。
2. 归纳酸式盐的有关反应。
3. 连续反应的讨论题。
L知识体系:1. 碳族元素(1)概述①结构:最外层都是4个电子②位置:W A族(2)性质①相似性:化合价4, 2, -4,易形成共价化合物,难形成简单离子②递变性:从C > Pb,非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强2. Si(1)物理性质:熔沸点高,硬度大,半导体(2)化学性质:①常温:只与F2、HF、强碱溶液反应②加热:与。
2、C12等反应高温(3)制备:SiO2 2C Si 2CO3. SiO2(1)物理性质:硬度大,熔沸点高(2)化学性质:①酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性②不与水反应(不溶于水)③不与酸反应(HF除外)④高温下与CaO, Na2CO3等反应生成相应的硅酸盐⑤ 与强碱反应:SiO2 2NaOH 二Na2SiO3 H 2O4. 硅酸盐工业及新型无机非金属材料四•专题总结:专题二碳与硅单质的性质比较1. 金刚石和晶体硅都是原子晶体,都不溶于水和任何有机溶剂,它们的熔、沸点、硬度均高,但前者比后者更高。
2. 碳、硅在常温下稳定,高温时活泼性增强,主要表现还原性。
碳、硅的化学性质(见下表)。
1. 酸式盐的性质(1)在水中的溶解性:一般来说,在相同温度下,酸式盐的溶解度比正盐大,如CaCO3 难溶于水,Ca(HCO3)2易溶于水。
但也有例外,如NaHCO3的溶解度比Na2CO3小。
(2)与酸或碱反应:强酸的酸式盐只跟碱反应,不跟酸反应;弱酸的酸式盐既能跟碱反应又能跟酸反应。
如:将少量NaHSO4溶液滴入Ba(OH)2溶液中:H SO:— Ba2OH 一二BaSO q X H2OHCO3- OH _ =CO;- H2OHS - OH - =S— H2OHCO3- H ;= H2O CO2H2PO4一HH3PO4 等(3)对热的稳定性:一般来说,热稳定性大小顺序为:正盐〉酸式盐>多元酸盐(盐的阳离子相同,成盐的酸相同)。
高三化学一轮复习精品教辅第18讲:
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CO 2与CO 、CO 2与SiO 2、NaHCO 3与Na 2CO 3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
一、碳族元素 1.碳族元素:
包括碳(C )、硅(Si )、锗(Ge )、锡(Sn )、铅(Pb ),为第IV A 族元素;最外层均有四个电子,决定了碳族元素性质具有相似性,容易形成共价化合物(特别是碳和硅),其化合价主要有+4和+2;但电子层数不同,又导致了性质具有递变性:从碳→铅,非金属性逐渐减弱,金属性逐渐增强,有着明显的递变规律。
种类最多的元素。
二、碳、硅元素的单质及重要化合物的主要性质、制法及应用的比较
1.碳单质:
(1)物理性质:碳元素形成的同素异形体由于碳原子的排列方式不同,导致物理性质有较大的差别。
(见表18—2)
(2)化学性质:①C + O 2 = CO 2 ②2C + O 2 = 2CO ③C+4HNO 3(浓)=CO 2↑+ 4NO 2↑+ 2H 2O ④ C + 2CuO = 2Cu + CO 2↑⑤ C + CO 2 = 2CO ⑥ 2C + SiO 2 = Si + 2CO ↑
2点燃 点燃 △
高温 高温
4.二氧化硅与二氧化碳的对比:(表18—5)
【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(CD)
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
[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(BC)
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
【针对训练】
基础训练
1.质量相等的石墨与足球烯(C60)所含质子数(B)
A.前者多 B. 相等 C. 后者多 D. 无法确定
2.下列各组物质中,不属于同素异形体的是(B)
A.金刚石、石墨
B.水、重水
C.氧气、臭氧
D.晶体硅、无定形硅
3.下列物质中,能直接用作半导体材料的是(C)
A.金刚石
B.石墨
C.晶体硅
D.水晶
4.下列叙述能确定是ⅣA族元素的是(D)
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
5.下列元素的最高氧化物对应水化物中酸性最弱的是(A)
A. Si
B. P
C. S
D. Br
6.不能通过化合反应来制取的物质是(B)
A. SiCl4
B. H2SiO3
C. Na2O2
D. CaSiO3
7.下列变化属于氧化还原反应的是(CD)
A.石灰石煅烧生成CO2和CaO
B.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(C)
A. SO2
B. CO2
C. CO
D. H2S
9.除去下列物质中的杂质(括号内为杂质)。
写出所加试剂或方法,并写出相关反应的化学方程式
提高训练
1.下列物质中熔点最高的是(B)
A. CsCl
B. SiO2
C. CO2
D. Ar
2.下列各组酸的强弱比较中,正确的是(A)
A. H3PO4>H2CO3>H2SiO3
B. H2CO3>H2SiO3>H3PO4
C. H2SiO3>H3PO4>H2CO3
D. H2SiO3>H2CO3>H3PO4
3.下列化学方程式中,正确的是(CD)
A. Na2CO3+H2SiO3=Na2SiO3+CO2↑+H2O
B. C+SiO2CO2↑+Si
C. SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑
D. CO+CuO Cu+CO2↑
4.下列离子方程式正确的是(C)
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C a(OH)2+2CO2=Ca2++2HCO3-
C.氯化氢通过饱和小苏打溶液HCO3-+H+=H2O+CO2↑
D.向碳酸氢钙溶液中加足量烧碱溶液Ca2++HCO3-+OH-=CaCO3↓+H2O
5.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)
A. 3:4:1 B.3:3:2 C.6:7:3 D. 6:9:0
6.只用一种试剂就能将Na2SiO3、Na2CO3、MgCl2、Ba(HCO3)2四种无色溶液区别开来,这种试剂是(D)
A.氢氧化钠溶液
B.澄清石灰水
C. 2 mol / L 盐酸
D. 2 mol / L 硫酸
7.碳族元素位于周期表中的第ⅣA族,碳原子的电子式是·C·,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,是碳的同素异形体。
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2mol、2mol 、1.5mol;CO2是含有极性键键的非极性分子分子(填“非极性”或“极性”),其结构式是O==C==O,形成的晶体是分子晶体晶体,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4个,在44克该晶体中含有4N A个C—O键。
8.SiO2属___酸性____性氧化物,它__不能________直接跟水化合成对应的酸,但它是___硅__原硅____
酸的酸酐。
实验室里盛放碱液的玻璃试剂瓶不能用玻璃塞,而常用橡皮塞是木塞或胶;因为(用化学方程式表示)___2NaOH+SiO2=Na2SiO3+H2O;______;玻璃瓶也不能盛装氢氟酸,是因为(用化学方程式表示):SiO2+4HF=SiF4+2H2O。
9.配平下列化学方程式,标出电子转移方向和数目:
4Mg +1SiO2=1Mg2Si +2MgO
该反应中,氧化产物与还原产物的物质的量之比是3 :1。
10.A、B、C、D、E代表单质或化合物,它们之间的相互转换关系如图所示,A为地壳中含量仅次于氧
的非金属元素的单质,其晶体结构与金刚石相似.
请填空:
(1)形成单质A的原子的结构示意图为________,它的最高化合价为___+4_价.
(2)B的化学式(分子式)为_SiO2_______,B的晶体类型为___原子晶体_________,B和碳反应生成A
和E的化学方程式是_SiO2+2C高温,Si+2CO↑__________
(3)C的化学式(分子式)为__CaSiO3______,D的化学式(分子式)为__Na2SiO3______.。