碳族元素
1、碳族元素的通性
碳原子结构及特性
碳族元素中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性和非金属性均不强，也有人称其为“准金属”。
碳族元素的外层电子构型为ns 2np2
碳族元素的基本性质
碳族元素的电负性大，要失去价电子层上的1-2 个p 电子成为正离子是困难，它们倾向于将s 电子激发到p 轨道而形成较多的共价键，所以碳和硅的常见氧化态为+IV。
第一电离能在同组元素中，由上而下随着原子半径的增大，电离能减小，元素的金属性依次增强。
电子亲和能在同族元素中，自上而下原子半径逐渐增大，原子核对外来电子的吸引力逐渐减弱，自上而下，电子亲和能呈减小趋势。可能是Sn 的原子半径相对较小，外层电子云的密度小，对外来一个电子的排斥作用反而比Ge 大，因而得到一个电子放出的的能量较大。
金刚石，晶体硅都为原子晶体，锗、锡、铅都为金属晶体。
碳元素的性质
碳的成键特征
①以sp、sp2、sp3 三种杂化态与H、O、Cl、N 等非金属原子形成共价化合物，C—C、C—H、C—O 键的键能分别为331 KJ·mol-1、415 KJ·mol-1、343 KJ·mol-1, 键能越大，稳定性越高。因此，C、H、O 三种能形成数百万种的有机化合物，其中碳的氧化数从+4 变到-4
②以碳酸盐的形式存在。硅的成键特征
①以硅氧四面体的形式存在，如石英和硅酸盐矿中。
②Si—Si、Si—H、Si—O 键的键能分别为197 KJ·mol-1、320 KJ·mol-1、386 KJ·mol-1，除Si—O 键，前两者的键能分别小于C—C、C—H，因此Si、H、O 虽可以形成一些类似于C、H、O 形成的有机物，但数量有限
碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成1 到4 个σ键，但Si sp 和sp2态不稳sp、定。碳的原子半径小，还能形成pπ—pπ键，所以碳能形成多重键碳的原子半径小，
锡铅的成键特征
①以+2 氧化态的形式存在于离子化合物中
②以+4 氧化态的形式存在于共价化合物和少数离子型化合物中。其中由于ns 电子对随n 增大（惰电子效应），铅在化合物中呈+2 氧化态的趋势增强，因此+4 氧化态的铅具有强的氧化性。
碳族元素在自然界中的分布
碳、硅在地壳中的丰度分别为0.023％、29.50％。硅的含量在所有元素中居第二位，它以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界。碳的含量虽然不多，但它（除氢外）是地球上化合物最多的元素。大气中有CO2；矿物界有各种碳酸盐、金刚石、石墨和煤，还有石油和天然气等碳氢化合物动植物体中的脂肪、蛋白质、淀粉和纤维素等等也都是碳的化合物。如果说硅是构成地球上矿物界的主要元素，那么，碳就是组成生物界的主要元素。锗、锡、铅在自然界中以化合状态存在。如硫银锗矿4Ag2S·GeS2，锗石矿Cu2S·FeS·GeS2，锡石矿SnO2，方铅矿PbS 等
碳及其化合物
单质碳有三种同素异形体，金刚石、石墨和球碳。木炭、焦炭、炭黑等都有石墨结构。
石墨结构金刚石结构
（1）金刚石
金刚石是典型的原子晶体，属于立方晶系。金刚石中每个碳原
子均以sp 杂化状态与相邻的四个碳原子结合成键。金刚石的硬度为10，是硬度最高的物质。金刚石也是熔点最高的物质，高达3823K。纯金刚石透明无色，天然金刚石含杂质而多带颜色。由于每个碳原子以sp3杂化所有价电子都参与了共价键的形成，晶体中没有离域π电子，所以金刚石不导点，几乎对所有的化学试剂显惰性。在空气中加热到800℃以上时，燃烧生成CO2。
（2）石墨
石墨的熔点略低于金刚石。石墨硬度为1，是最软的晶体之一，呈灰黑色。石墨具有层状结构，每个碳原子以sp2杂化轨道和邻近的 3 个碳原子以共价单键相联结，构成片状结构。每层上的原子各提供一个含成单电子的p 轨道形成一个∏nn 大π键，这些离域电子使得石墨具有良好的导电性，常用作电极。层与层之间靠分子间作用力结合在一起，但相互交错。由于层间的分子间作用力很弱，所以层间易于滑动，故石墨可以作润滑剂。石墨对一般化学试剂也显惰性，但比金刚石活泼，在500℃可被氧化成CO2，也可被浓热的HClO4氧化成CO2。依此可以出去金刚石中的石墨。
（3）球碳
科学家认为C60将是21世纪的重要材料
(i) C60分子具有球形的芳香性，可以合成C60F n，作为超级润滑剂。
(ii) C60笼内可以填入金属原子而形成超原子分子，作为新型催化剂或催化剂载体，具有超导性，掺K的C60，T c =
18K，Rb3C60T c = 29K，它们是三维超导体。
(iii) C60晶体有金属光泽，其微晶体粉末呈黄色，易溶于苯，其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定，进行化学反应
时，C60始终是一个整体。
碳的氧化物
一氧化碳
CO 是一种无色无味的气体，不与水作用，属中性氧化物。CO 可以与血液中的血红素中的铁元素结合生成羰基化合物，使血液失去运输氧的功能。空气中若含有1/800 体积的CO 就使人在半小时内死亡。
CO 有还原性和加合性，将CO 通入PdCl2溶液，可立即生成黑色沉淀，此反应可用于CO 的定性检验。
CO＋PdCl2+2H2O CO2+2HCl+Pd↓
CO 与CuCl 的酸性溶液的反应进行得很完全，以至于可以用来定量吸收CO。
CO+CuCl+2H2O Cu(CO)Cl·2H2O
冶金工业上CO 是重要的还原剂。
FeO+CO Fe+CO2
CO 能与许多过渡金属结合生成羰基配合物，Fe(CO)5、
Ni(CO)4，Cr(CO)6等。这些羰基配合物的生成、分离、加热分解是制备这些高纯金属的方法之一。
工业上将空气和水蒸气交替通入红热炭层,混合气体含CO 40％，CO2 5％，H2 50％C+H2O 称之为水煤气。
C+H2O=Δ= CO+H2
或碳的不完全燃烧，得到的气体含CO 25％，CO2 4％，N2 70％( 体积比) 这种混合气体称为发生炉煤气。
2C+O2= 2CO
发生炉煤气和水煤气都是工业上的燃料气。
实验室中制备少量CO 是用浓硫酸使甲酸脱水来实现。
HCOOH +浓H2SO4=CO↑+ H2O
二氧化碳
CO2是一种无色无味的气体，无毒，但大量的CO2可令人窒息。空气中CO2的体积分数为0.03％。人呼出的的气体中CO2的体积分数为4％。2 在5.2atm、CO -56.6℃时可冷凝为雪花状的干冰。CO2中，C 原子采取sp 杂化，2 个含成单电子的sp 杂化轨道分别与 2 个O 原子的含成单电子的2p 轨道重叠形成 2 个σ键；中心C 原子上还有2 个含成单电子的2p 轨道，垂直于键轴，相互间也垂直；每个O 原子上还有1 个含成单电子的2p 轨道和一个含成对电子的2p 轨道，同样垂直于键轴，相互间也垂直，这样3 个原子对称性匹配的3 个2p 轨道相互重叠形成一个π键，另3 个对称性匹配的2p 轨道也重叠形成另一个π键。CO2构
型为直线型。CO2可溶于水，常温下，饱和CO2溶液的浓度0.03～0.04mol·dm-3。CO2 不助燃，可用于灭火，但不能扑灭燃着的Mg.
2Mg + CO2=2MgO + C
CO2通入石灰水中生成白色沉淀。
CO2 + Ca(OH)2 =CaCO3↓+ H2O
由此可以鉴定CO2。工业用CO2 主要来源于碳酸盐的热分解，如：
CaCO3=CaO + CO2↑实验时可用碳酸钙与盐酸反应制备少量CO2
CaCO3 +HCl=CaCl2+ CO2↑+ H2O
碳酸及其盐
碳酸人们习惯上将CO2的水溶液称为碳酸，实际上CO2在水中主要以水和分子的形式存在，只有极少部分生成H2CO3。
CO2 + H2O=H2CO3 K=1.8×10-3
如果水中的CO2全部转化成CaCO3，则CaCO3的电离常数为K1=4.3×10 -7，
K2=4.8×10-11，碳酸是一种中强酸。但通常情况下，CO2水合与H2CO3的浓度比为600，CO2的水溶液仅显弱酸性。
H2CO3 = H + +CO32- K=2.4×10-4
所以人们通常将碳酸看作弱酸。碳酸很不稳定，只能存在于水溶液中。在H2CO3 分子中，中心碳原子采用sp2 杂化，与端O 之
间形成1 个σ键，个1 π键与羟基O 之间形成2 个σ键，因此，H2CO3 分子呈平面三角形。
碳酸盐
碳酸正盐中除碱金属（Li+除外），铵及铊（Tl+）盐外，均难溶于水，但难溶的正盐其酸式盐溶解度均较大，易溶的正盐其酸式盐的溶解度反而减小。氢键存在，形成二聚物或多聚物。
碳酸盐的热稳定性相对较低，阳离子的极化性和变形性越大，碳酸盐的热稳定性越低。同一族金属的碳酸盐稳定性从上到下增加
同一周期金属,从左到右,碳酸盐稳定性降低
过渡金属碳酸盐稳定性差
r(M2+) 愈小，M2+ 极化力愈大，MCO3 愈不稳定；M2+ 为18e_，(18+2)e_，(9-17)e_ 构型相对于8e_构型的极化力大，其MCO3相对不稳定。
金属离子电荷越高,半径越小,电负性越大,其极化能力越强,碳酸盐越易分解碳酸盐易水解。硅及其化合物
硅及其化合物
单质
单质硅有无定性和晶体两种，晶体硅结构与金刚石相同，属于原子晶体，可导电，导电率随温度的升高而增大，熔、沸点较高，硬而脆，呈灰色，有金属外貌，是典型的半金属。
常温下，硅不活泼，不与水、空气、酸反应，但能溶于碱液，但加热时与许多非金属单质化合，还能与某些金属反应。
Si + 2OH-+ H2O - SiO3 + 2H2↑
（1）与金属和非金属反应
2与钙、镁、铜、铁等化合生成硅化物2Mg + Si=MgSi
(2)与酸反应
硅遇到氧化性的酸发生钝化，它可溶于HF-HNO3的混合酸中。
3Si + 4HNO3 + 18HF = 3H2SiF6 + 4NO↑ + 8H2O
硅与氟化氢反应生成SiF4
硅与氢氟酸反应H2SiF6
（2）与浓碱反应无定形硅能与强碱反应放出氢气：
Si＋2NaOH＋H2O＝Na2SiO3＋2H2↑
（3）硅在高温下与水蒸气反应生成H3SiO3和H2
SiO2与 C 混合，在高温电炉中加热制备单质硅。用作半导体用的超纯硅，需用区域熔融的方法提纯。
高纯硅主要用于制造半导体，当硅中掺杂磷时，因磷成键后尚多余一个电子，就构成n 型半导体，若硅中掺杂硼时，因硼成键后
尚缺少一个电子，就构成了p 型半导体。
二氧化硅
SiO2 是无色晶体，原子晶体，熔沸点分别为1713℃、2230℃，难溶于普通酸，但溶于热碱和氢氟酸中。
SiO2+2NaOH =Na2SiO3 + H2O
SiO2(s) + 4HF(g) =SiF4(g)+2H2O(g)
原因：Si-F 键能大,极其稳定（590 kJ·mol ）SiO2以SiO4四面体为结构单元，“无限大分子”。每个氧原子为两个四面体共有，Si:O=1:2
整个晶体可看作是一个巨大分子，SiO2 是最简式
纯SiO2 硬度大、熔点高、高温加热不再是晶体,而是玻璃化
硅酸及其盐
硅酸
目前实验室发现的硅酸有 5 种，组成常以xSiO2·yH2O 表示随形成条件而异，但通常以H2SiO3 表示。
H2SiO3 是二元弱酸，Ka1=4.2×10-10，Ka2=1.0×10-12，和碱反应生成硅酸钠，在强碱性溶液（pH≥14 时），主要以SiO32-的形式存在，当pH 在11～13.5 之间时，主要以Si2O52-存在，pH＜11 缩合成较大的同多酸根离子，pH 再低时，则以硅酸凝胶析出，
当pH=5.8 时，凝胶速率最快。
在0℃、pH=2～3 的水溶液中，SiCl4 可水解成0.1mol·dm-3 的H4SiO4溶液。常温下，用80％的硫酸与粉状Na2SiO3反应可以得到H2SiO3溶液。
硅酸盐
除Na2SiO3和K2SiO3易溶于水外，其他绝大多数硅酸盐难溶于水。工业上最常用的硅酸盐就是Na2SiO3。Na2SiO3只能存在于碱性溶液中，遇到酸性物质就会生成硅酸：
H2O+SiO32-+2CO2=H2SiO3+CO32-
SiO32-+2NH4+ =H2SiO3+2NH3
Na2SiO3常用作黏合剂，也常用作洗涤剂添加物。
无论在水溶液中还是在自然界中，硅酸盐中Si 总以
[SiO4]四面体的形式存在。
硅酸盐种类极多，其结构可分为链状、片状和三维网
络状，但其基本结构单元都是硅氧四面体。
常见的硅酸盐组成结构
①两个[SiO4]以角氧相连，Si∶O = 1 ∶ 3.5,
化学式为Si2O72-
②[SiO4]以两个角氧分别和另外两个
[SiO4]相连成长链状结构，Si∶O = 1 ∶ 3
③[SiO4]以角氧构成双链，Si∶O = 4∶
④[SiO4]以三个角氧和其他三个[SiO4]连成层状结构，Si∶O =
2∶ 5
⑤[SiO4]以四个角氧和其他四个[SiO4]连成骨架状结构，Si∶O = 1∶ 2
分子筛—分子筛—合成铝硅酸盐
自然界中存在的某些硅酸盐和铝硅酸盐具有笼形三维结构，这些均匀的笼可以选择地吸附一定大小的分子，这种作用称为分子筛作用，通常把这样的硅酸盐和铝硅酸盐称为沸石分子筛。
合成A 型分子筛通常使用的原料是水玻璃、铝酸钠、氢氧化钠和水。合成的A 型分子筛的化学式一般为：
Na2O·Al2O3·2SiO2·5H2O 化学式中硅原子和铝原子的个数比称为硅铝比，型分子筛的硅铝比一般为 A 1。
由于骨架中铝氧四面体的存在，骨架显负电性，而Na+存在与A 型分子筛的笼中起着中和骨架负电荷的作用。由于 A 性分子筛有着大小均匀的笼形结构，对于大小合适的分子有选择性吸附作用，加上笼内的静电作用，故分子筛的选择性远远高于活性碳等吸附性。
目前A 型分子筛常用于气体干燥、净化、富集氧气及轻油脱蜡；X 型（Na86[Al86Si106O384]·264H2O）和Y 型（Na56[Al56Si136O384]·250H2O）分子筛常用于石油的催化裂化，也常用于其他有机反应的催化；硅铝比较高的丝光沸石分子筛（Na8[Al8Si40O96]·24H2O）和ZSM-5 分子筛耐酸性能好，热稳定性高，广泛地用在其他低硅铝比分子筛难以使用的催化反应中。
锗、锡、铅及其化合物
一、
从Ge到Pb +2氧化态稳定性增大从Pb到Ge +4氧化态稳定性增大
Ge(s) + GeO2(s)2GeO(s)
?r G m= 47kJ·mol-1
Sn(s) + SnO2(s)2SnO(s)
?r G m= -67kJ·mol-1
PbO2 + 4H+ + 2e Pb2+ + 2H2O
φ= +1.45V
GeO2 + 4H+ + 2e Ge2+ + 2H2O
φ= -0.15V
自然界中存在锡石(tinstone)：SnO2，方铅矿(galena)：PbS
铅存在于Uranium 和Thorium矿中，这是由于铅是U和Th
的放射性衰变的产物
二、
1．：
灰锡(α锡)13.6℃白锡(β锡)161℃脆锡
锡制品长期处于低温会毁坏，这是β锡转变为α锡的缘故，这一现象叫做锡瘟(Tin disease)，灰锡是粉末状，β锡低于13.6℃转变为α锡，但转变速度极慢，温度降至-48℃，转变速度最快，α锡本身就是这类反应的催化剂。
2．
(1) Sn是两性金属
Sn + 2HCl SnCl 2 + H 2↑
Sn + 2OH － + 2H 2O -2
4Sn(OH)+ H 2↑
Ge 只有在H 2O 2（氧化剂）存在下，才溶于碱 Ge + 2KOH 2H 2O 2
K 2[Ge(OH)6] Pb 也能与碱反应：
Pb + 2H 2O + 2KOH
K 2[Pb(OH)4] + H 2↑ (2) 与氧化性酸反应：
a ．P
b 与任何浓度的硝酸反应都得到Pb(NO 3)2 b ．Sn 与浓HNO 3反应得到Sn (IV)，与稀HNO 3反应得到Sn (II)
3Sn + 8HNO 3(稀)3Sn(NO 3)2 + 2NO + 4H 2O
Sn + HNO 3(浓)
H 2SnO 3 + 4NO 2 + H 2O 三、 1．卤化物 EHal 4 EHal 2
(1) SnCl 2
a ．水解性 SnCl
2 + H 2O
Sn(OH)Cl ↓+ H + + Cl － 在配制SnCl 2(aq)必须防止氧化(4O 2SnCl SnCl 2?→
?)和水解，用盐酸酸化蒸馏水，并在SnCl 2(aq)中加入Sn 粒：SnCl 4 + Sn 2SnCl 2
b ．还原性
SnCl 2 + 2HgCl 2
SnCl 4 + Hg 2Cl 2 Hg 2Cl 2 + SnCl 2SnCl 4 + 2Hg ↓
(2) GeCl 4、SnCl 4也强烈水解
GeCl
4 + 2H 2O
GeO 2↓+ 4HCl SnCl 4 + 4H 2O Sn(OH)4 + 4HCl
在盐酸中：SnCl 4 + 2HCl
H 2SnCl 6
(3) PbCl 2在冷水中溶解度小，但在热水中溶解度大，在盐酸中溶解度增大
因为 PbCl 2 + 2Cl －-24PbCl
(4) PbCl 4在低温下稳定，在常温下即分解：PbCl 4PbCl 2
+ Cl 2 PbF 4 m.p. = 600℃ PbCl 4 m.p. = -15℃
2．硫化物
(1) SnS ：H 2S + Sn 2+SnS ↓(暗棕色) + 2H + SnS 不溶于Na 2S 溶液中，但可溶解于中等浓度的盐酸和碱金属的多硫化物溶液中
SnS + 4Cl － + 2H +
-24SnCl + H 2S ↑
-+22S SnS ?→?+
-H 23SnS SnS ↓+ H 2S ↑ (2) SnS 2
Sn 4+ + 2H 2S
SnS 2↓+ 4H + SnS 2 + S 2-
-23SnS (3) PbS ：Pb 2+ + S 2-PbS ↓(黑色)
PbS 可溶于浓HCl 和稀HNO 3、H 2O 2，不溶于Na 2S 和无氧化性的稀酸
PbS + 4HCl (浓)
H 2S ↑+ H 2PbCl 4 3PbS +-32NO + 8H +
3Pb 2+ + 3S ↓+ 2NO ↑+
4H 2O 由于Pb (IV)有极强的氧化性，所以PbS 2不存在
3．一些铅的化合物
(1) 氧化物
PbO （黄色）密陀僧，Pb 2O 3 (PbO·PbO 2)（黄色），
Pb 3O 4 (2PbO·PbO 2)（红色）铅丹，PbO 2（黑色）
Pb 2O 3、Pb 3O 4、PbO 2都具有强氧化性 5PbO 2 + 2Mn 2+ + 4H +
5Pb 2+ +-42M nO +2H 2O PbO 2 + 4HCl
PbCl 2 + Cl 2↑+ 2H 2O (2) Pb(NO 3)2
易水解：Pb 2+ +-3NO + H 2O Pb(OH)NO 3↓+ H +
易分解：2Pb(NO
3)22PbO + 4NO 2 + 2H 2O
(3) Pb(CH 3COO)2 易溶于水，难离解，毒性大 Pb(Ac)2 + Cl 2 + 4KOH
PbO 2 + 2KCl + 2KAc + 2H 2O
(4) PbSO 4 可溶于浓H 2SO 4中，也可溶于NH 4Ac 或NaAc 溶液中
PbSO 4 + H 2SO 4(浓)Pb(HSO 4)2??→?O H 2PbSO 4+ H 2SO 4
PbSO 4(白色)??→?-
Ac
PbAc 2(可溶) +-24SO (5) PbCrO 4(黄色)H +OH PbCr 2O 7(可溶)
(6) 铅的有机化合物
Na 4Pb (钠铅合金) + 4C 2H 5Cl
Pb(C 2H 5)4 +
4NaCl
四乙基铅是汽油抗震剂，其△f H m = 217.6kJ·mol -1，但在常温下尚能稳定存在。由于用Pb(C 2H 5)4作为汽油抗震
剂，汽油燃烧后的废气中含有铅的化合物，污染环境，已开发出不含铅的抗震剂，称为无铅汽油。
碳族元素.碳及其化合物 1复习重点 1. 碳族元素原子结构的特点、碳族元素化合价为正四价和正二价; 2. 碳族元素的性质及其递变规律； 3. 碳和硅的性质、用途。 2. 难点聚焦 碳和硅的化学性质 项目 CO 2 SiO 2 类别 酸性氧化物 酸性氧化物 晶体类型 分子晶体 原子晶体 熔点和沸点 低 高，硬度大 化学性质 CO2+H 2O H 2CO 3 不溶于水，与水也不反应 CO 2 +2NaOH =Na 2CO<^H 2O SiO 2+2NaOH =Na 2SiO 3+H 2O 化学性 质 还 原 性 与单质反 应 点燃 C +O 2—CO 2 2C +O 2 点燃 2CO A Si +O2—SiO 2 Si + 2F 2 =SiF 4 高温 C +2S(g)=CS 2 Si+2H 2高温SiH 4 （不稳定） 与氧化物 反应 C +2CuO —CO 2 +2Cu 3C + Fe 2O 3 高温 3CO +2Fe 电炉 2C +SiO 2——2CO +Si 2C + SiO 2 高温 2CO +SiC Si +2FeO 高温 SiO 2 + 2Fe 与酸反应 △ C+4H NO 3(浓)=CO 2 +4NO 2 + 2H 2O A C + 2H 2SO 4(浓)= O 2 + 2SO 2 +2H 2O 不与HNO 3、H 2SO 4等反应, Si +4HF=SiF 4 + 2H 2 与水或碱 溶液反应 C + H 2O(g)高温CO + H 2 Si+2NaOH + H 2^ Na 2SiO^2H 2 与CaO 反应 3C +CaO ^^aC 2 +CO
专题训练：官能团的结构与性质 一、选择题（每题只有1个选项符合题意） 1、下图是某有机物分子的比例模型，有关该物质的推断不正确的是 （） A．分子中可能含有羟基B．分子中可能含有羧基 C．分子中可能含有氨基D．该物质的分子式可能为C3H6O3 2、某烃经催化加氢后得到2－甲基丁烷，该烃不可能是（） A．3－甲基－1－丁炔B．3－甲基－1－丁烯 C．2－甲基－1－丁炔 D．2－甲基－1－丁烯 3、将用于2008年北京奥运会的国家游泳中心（水立方）的建筑采用了膜材料ETFE，该 材料为四氟乙烯与乙烯的共聚物，四氟乙烯也可与六氟丙烯共聚成全氟乙丙烯。下列说法错误 ．．的是( ) A．ETFE分子中可能存在“－CH2－CH2－CF2－CF2－”的连接方式 B．合成ETFE及合成聚全氟乙丙烯的反应均为加聚反应 C．聚全氟乙丙烯分子的结构简式可能为 D．四氟乙烯中既含有极性键又含有非极性键 4、有4种有机物：①②③④CH3－CH＝CH－CN， 其中可用于合成结构简式为的高分子材料的正确组合 为（） A ①③④ B ①②③ C ①②④ D ②③④ 5、已知碳碳单键可以绕键轴自由旋转，结构简式为如下图所示的烃，下列说法中正确的是（） A 分子中至少有9个碳原子处于同一平面上 B 分子中至少有10个碳原子处于同一平面上 C 分子中至少有11个碳原子处于同一平面上 D 该烃属于苯的同系物 6、（10全国卷）右图表示4—溴环己烯所发生的4个不同反应。 其中，产物只含有一种官能团的反应是（） A．①④B．③④C．②③D．①② 7、天然维生素P（结构如下图）存在于槐树花蕾中，它是一种 营养增补剂，关于维生素P的叙述错误的是（） A.可与溴水反应，且1 mol该物质与足量溴水反应耗6 mol Br2 B.可与NaOH溶液反应，1 mol该物质可与4 mol NaOH反应 C.一定条件下1 mol该物质可与H2加成，耗H2最大量为7 mol
第三讲碳族元素 1.碳族元素 （1）碳族元素位于周期表的第族，包括C、Si、Ge、Sn、Pb等五种元素，其原子的最外电子层上都有个电子。在化学反应中，碳族元素的原子电子既难得到电子，又难电子，因此，碳族元素难以形成离子化合物，容易形成化合物。（2）碳族元素的最高正化合价是价，最低负化合价是价，其化合价的特点是最高正化合价与最低负化合价的绝对值。碳族元素（用R表示）的气 态氢化物可表示为RH 4，最高价氧化物的化学式可以表示为R0 2 ，其对应水化物可表示为 价或。其他常见的价态还有＋2价等。 2.硅及其化合物 （1）硅在地壳中的含量仅次于，居第二位。在自然界中，没有态的硅，只有以化合态存在的硅，如二氧化硅、硅酸盐等，是构成矿物和岩石的主要成分。（2）单质硅有和两种。晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体，它的结构类似于，熔点和沸点都很高，硬度也很大，它的导电性介于导体和绝缘体之间，是良好的材料。在工业上，用在高温下还原的方法可制得含有少量杂质的粗硅，反应的化学方程式为。将粗硅提纯后，可以得到高纯硅。 （3）在常温下，硅的化学性质不活泼，除、和外，硅不与其他物质如氧气、氯气、硫酸、硝酸等反应；在加热的条件下，硅能跟一些非金属反应。例如，加热时研细的硅粉在氧气中燃烧，生成二氧化硅并放出大量的热，反应式为。 （4）硅的用途非常广泛，作为良好的半导体材料，硅可以用来制造集成电路、晶体管、硅整流器等半导体器件，还可以制太阳能电池。此外，硅的合金用途也很广，如含硅4%（质量分数）的钢具有良好的导磁性，可用来制造变压器铁芯；含硅15%（质量分数）左右的钢具有良好的耐酸性，可用来制造耐酸设备。 （5）天然Si0 2也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。Si0 2 是氧化物，常温时化学性 质不活泼，除外Si0 2 也不与一般的强酸反应，但能与反应，烧碱溶液不能放在带玻璃塞的试剂瓶中，其原因是（用化学方程式表示）； 高温时，Si0 2能与碱性氧化物反应，如Si0 2 跟CaO反应的化学方程式为。 （6）二氧化硅对应的水化物是或。但二氧化硅不能和水反应，硅酸只能通过与酸反应制取。硅酸不溶于水，是一种弱酸，其酸性比碳酸还弱。说明这一结论的化学方程式为： （7）石英的主要成分是。较纯净的石英可以用来制造石英玻璃。透明的石英晶体就是水晶，水晶常用来制造电子工业中的重要部件、光学仪器，也用来制成高级工艺品和眼镜片等。玛瑙是含有杂质的，它可用于制造精密仪器轴承，耐磨器皿和装饰品。二氧化硅的用途很广泛，目前已被广泛使用的高性能通讯材料光导纤维的主要原料就是二氧化硅。 3.硅酸盐工业、无机非金属材料 （1）硅酸盐材料是以含硅物质为原料，经加热制成的，如水泥、、等，在生产、生活中有着广泛的应用。 （2）水泥以和为原料，经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧，再加入石膏，并研成细粉就得到普通水泥。普通水泥的主要成分是、硅酸二钙、等。水泥具有水硬性，是非常重要的建筑材料。水泥、沙子和水的混合物叫做水泥砂浆，水泥、
第15章 碳族元素习题 1．选择题 15-1 在下列物质中，熔点最高的是……………………………………………..( ) （A ）4SiF （B ）4SnCl （C ）3AlCl （D ）KCl 15-2 下列物质中热稳定性最高的是…………………………………………….( ) （A ）23)Mg(HCO （B ）3MgCO （C ）32CO H （D ）3CaCO 15-3 能与碳酸钠溶液作用，生成沉淀，而此沉淀又能溶于氢氧化钠溶液的是( ) （A ）3AgNO （B ）2FeCl （C ）3AlCl （D ）23)Ba(NO 15-4 下列化合物中，不水解的是……………………………………………….( ) （A ）4SiCl ； （B ）4CCl ； （C ）3BCl ； （D ）5PCl 15-5 下列各对物质中，中心原子的轨道杂化类型不同的是………………….( ) （A ）4CH 与4SiH ； （B ）+O H 3与3NH ； （C ）4CH 与+ 4NH ； （D ）4CF 与4SF 。 15-6 下列物质在水中溶解度最小的是………………………………………….( ) （A ）32CO Na ； （B ）3NaHCO ； （C ）3CaCO ； （D ）3KHCO 15-7 下列分子中，偶极矩不为零的是………………………………………….( ) （A ）3BCl ； （B ）4SiCl ； （C ）5PCl ； （D ）2SnCl 。 15-8 与32CO Na 溶液反应生成碱式盐沉淀的离子是…………………………..( ) （A ）+3Al ； （B ）+2Ba ； （C ）+2Cu ； （D ）+Ag 15.9 碳化铝固体与水作用产生的气体是……………………………………….( ) （A ）22H C ； （B ）COOH CH 3; （C ）2CO ； （D ）4CH 15-10 下列物质中还原性最强的是…………………………………………( ) （A ）4GeH ； （B ）3AsH ； （C ）Se H 2； （D ）HI 15-11 能与CO 生成较稳定配合物的是…………………………………..( ) （A ）Fe 3+； （B ）Fe 2+； （C ）Fe ； （D ）Mg 2+
碳族元素 13.1 碳族元素通性 周期表中第ⅣA族包括碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）五种元素，统称碳族元素。其中碳（C）、硅（Si）是非金属元素，锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）是金属元素。本族元素基态原子的价电子层结构是ns2np2，主要氧化数+4和+2。 碳原子的价电子层结构是2s22p2，在化合物中一般多显+4，也可显+4到-4之间的任意氧化数。在化合物中，C能以sp、sp2、sp3杂化轨道相互结合或与其他原子结合。C-C、C-H、C-O键的键能大，稳定性高，奠定了含碳有机物结构复杂、数量庞大的基础。 硅原子的价电子层结构是3s23p2，化合物中一般显+4价。Si-Si键不稳定，但硅氧键很稳定，所以硅的化合物中硅氧键占很大比例。锗（Ge）、锡（Sn）、铅（Pb）中，随着原子序数的增大，稳定氧化态逐渐由+4变为+2，这是由于ns2电子对随n的增大逐渐稳定的结果。 锡一般以+2价的形式存在于离子化合物中。铅则以+4价氧化态的形式存在于共价化合物和少数离子型化合物中。+4价的铅由于惰性电子对效应，具有很强的氧化性。 碳主要以煤、石油、天然气等有机物存在。硅主要以硅酸盐的形式存在于土壤和泥沙中，自然界也存在石英矿。碳、硅在地壳中的丰度分别为0.023%，25.90%，碳是组成生物界的主要元素，硅是组成地球矿物界的主要元素。硅在地壳中的含量仅次于氧，分布很广。硅有很强的亲氧性，自然界中基本不存在游离态的硅，一般以硅的含氧化合物，如SiO2、硅酸盐等形式存在。锗、锡、铅主要以硫化物和氧化物的形式存
在。． 13.2 碳及其化合物 单质 碳有三种同素异形体金刚石、石墨、和球碳。 金刚石：具有四面体结构。每个碳以sp杂化，与相邻四个3 金刚石晶体中碳碳键很碳原子结合成键，是典型原子晶体。没有自由电子金刚所有价电子都参与了共价键的形成，强，主要用而且不导电。石硬度最大，在所有单质中熔点最高，它还用于制作首饰等高档装于制造钻探用钻头和磨削工具，饰品。σ3个碳原子形成杂化轨道与相邻的的石墨：具有层状结构。层内每个碳原子都是以sp2轨道相互平行重叠，形p轨道，在同层中与相邻
第16章 碳族元素习题解答 1．下图为碳元素部分不同存在形态物质之间的转化图，请写出具体的反应方程式。 解 4 CO(g ) + Ni(s ) → Ni(CO)4(g ) CO(g ) + Cl 2(g ) → COCl 2(g ) CO(g ) + S(s ) → COS(g ) HCOOH(l ) ?? →?42SO H CO(g ) + H 2O(l ) CO 2(g ) + 2 Ca(s ) → C(s ) + 2 CaO(s ) 2 CO(g ) + O 2(g ) → 2 CO 2(g ) CO(g ) + 2 H 2(g) ?? →?catalyst CH 3OH(l ) 2 C(s ) + O 2(g ) → 2 CO(g ) C(s ) + O 2(g ) → CO 2(g ) Na 2C 2(s ) + 2 H 2O(l ) → 2 NaOH(aq ) + C 2H 2(g ) 2 C 2H 2(g ) + 5 O 2(g ) → 4 CO 2(g ) + 2 H 2O(l ) Al 4C 3(s ) + H 2O(l ) → 3 CH 4(g ) + 4 Al(OH)3(s ) CH 4(g ) + 2 O 2(g ) → CO 2(g ) + 2 H 2O(l ) CH 4(g ) + 4 S(l ) → CS 2(g ) + 2 H 2S(g ) CS 2(g ) + 3 Cl 2(g ) → CCl 4(g ) + S 2Cl 2(l ) CS 2(g ) + S 2Cl 2(l ) → CCl 4(g ) + 6 S(s ) CH 4(g ) + NH 3(g ) → HCN(g ) + 3 H 2(g ) HCN(aq ) + H 2O(l ) → H 3O +(aq ) + CN -(aq ) Ca(OH)2(aq ) + CO 2(g ) → CaCO 3(s ) + H 2O(l ) CaCO 3(s ) + 2 HCl(aq ) → CaCl 2(aq ) + H 2O(l ) + CO 2(g ) CaCO 3(s ) + H 2O(l ) + CO 2(g ) → Ca(HCO 3)2(aq )
碳族元素及其化合物 碳族元素通性 1、原子结构性质 相似性： 最外层电子构型:ns2np2 气态氢化物的通式：RH4 最高价氧化物对应的水化物通式为H2RO3或R(OH)4 递变性 +2价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐增强 +4价化合物主要氧化态稳定性：由上至下逐渐减弱 铅（Ⅱ）化合物稳定性高于铅（Ⅳ），铅（Ⅳ）本身为强氧化剂。 熔沸点降低（锡和铅反常），单质密度逐渐增大 金属性增强，非金属性减弱，（由于半径不断增大，原子核对外层电子引力变小所致） 最高价氧化物对应水化物的酸性减弱 氢化物的稳定性减弱 第一电离能:由碳至铅逐渐减小(同主族由上至下半径增大，更易失去最外层电子) 特殊:锡<铅熔沸点:由碳至铅逐渐减小(碳、硅为原子晶体，锗、锡、铅为金属晶体) 二、元素的成键特性 ⒈碳:①共价键(sp:CO sp2:乙烯 sp3:甲烷):碳碳，碳氢，碳氧键键能大，稳定，因此碳氢氧可形成多种有机化合物。 ②以碳酸盐的形式存在于自然界中 2.硅:①硅氧四面体形式存在(石英，硅酸盐矿)
②硅硅，硅氧，硅氢键较弱，可形成有机化合物但数量较少 3.锡铅:①离子键(+2氧化态，SnO、PbO +4氧化态，SnCl4) ②共价键(+4氧化态，SnO、PbO2) 碳及其化合物 1.单质(三种同素异形体) ①金刚石:结构:sp3杂化，原子晶体，五个碳原子构成正四面体 性质:硬度最大，熔沸点很高（由于其为空间网状结构），无色透 明，不导电，化学惰性，但800°C以上与空气反应成CO2 ②石墨:结构:sp2杂化，层状原子晶体，每层上的碳原子各提供一个含成单电子的p轨道形成大π键层与层之间靠分子见作用力结合在一起。 性质: 灰黑色，硬度小，熔沸点低于金刚石； 化学惰性，500°C可被空气氧化成CO2，也可被浓热HClO4氧化成CO2 7C+4HClO4=2H2O+2Cl2↑+7CO2↑ 良好导电性（因为每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子 可以自由移动） 润滑剂（同一层晶面上碳原子间通过共价键结合，层与层之间以分子间作用力结合，由于层与层之间的作用力很小，故很容易在层间发生相对滑动。因为这些结构上的特点，导致它的强度、硬度很低，可以起到很好的减磨作用） ③足球烯(主要介绍C60): 结构：C原子形成12个五元环和20个六元环，每个C与3个C形成3个σ键， 还有一个π6060的大π键。 应用：嵌入过渡金属元素（特别是稀土元素）合成高温超导材料
(1)碳 与O 2反应 O 2(足量)： O 2(不足)： 与氧化 物反应 CuO ： (冶炼金属) SiO 2： (制取粗硅) H 2O ：C ＋H 2O(g)=====CO ＋H 2(制取水煤气) 与强氧化 性酸反应 浓H 2SO 4： 浓HNO 3：C ＋4HNO 3(浓) =====CO 2↑＋4NO 2↑＋2H 2O) 2013届高三一轮复习碳.硅及其化合物的性质及应用 广州市第五中学 汪爱华 【考纲要求】 1．了解碳.硅元素单质及其重要化合物的主要性质及应用. 2．了解碳.硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响 【教学建议】 1． 用对比类比的归纳的方法对碳、硅单质及氧化物的主要性质及应用的基础知识进行整 理，分成小组，采用思考讨论交流的形式，完成知识点网络的搭建。 2． 关于碳.硅元素单质及其重要化合物对环境质量的影响，可从高考题中总结，让学生熟悉 热点，同时结合元素周期律和结构的理论知识帮助学生理解的基础上加深记忆。 【课时安排】 第1课时：碳、硅单质及氧化物的主要性质及应用 第2课时：硅酸、硅酸盐和无机非金属材料. 【教学过程】 【知识重现1】 1．C 、Si 单质的存在形态、物理性质及用途 (1)碳在自然界既有________态又有________态。碳的同素异形体有________、________、无定形碳、________等。 (2)硅在地壳中的含量占第____位，仅次于____，全部以________态存在，是一种亲____元素，单质硅有________和________形两种。晶体硅是良好的________材料，在计算机等电子工业，可用作____________、大规模____________等。硅是人类将________能转化为____能的常用材料，所以硅还用于制造________。 2．碳、硅单质的化学性质 碳、硅在参与化学反应时，一般表现还原性。 (2)Si ??? 与非金属单质反应??? O 2： F 2 ：Si ＋2F 2 ===SiF 4 Cl 2：Si ＋2Cl 2=====△ SiCl 4 与氢氟酸反应：Si ＋4HF===SiF 4 ↑＋2H 2 ↑ 【及时练习】 1．下列关于碳族元素的叙述，不正确的是 ( ) A ．碳族元素的化合物主要是共价化合物 高温 △
碳族元素单元练习题 原子量： O:16 Na:23 M g:24 Al:27 Ca:40 Cl:35.5 Si:28 1、某二价金属的碳酸盐和碳酸氢盐的混合物与足量的盐酸反应，消耗的H+和产生CO2的物质的量之比为5 ∶3，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为 ( ) A 4 ∶3 B 4 ∶1 C 2 ∶3 D 2 ∶12、下列叙述正确的是（） A、SiH4、CH4、NH3的热稳定性逐渐增强 B、 B、碳族元素的主要化合价均为+2和+4价 C、H2AsO4、H4GeO4、H3SeO4的酸性依次减弱 D、 D、硅是一种导电性良好的导体 3、下列各项比较中，正确的是（） A、酸性 H2SiO3 第1-3课时 教师活动学生活动设计意图【提问】有人提出：现代化学 是以碳和硅为首的化学，你知道哪些有关碳和硅及其化合物的知识？（见附1）举例。 引入课题， 激发学生求知 欲。 【板书】 第一节碳族元素 一、碳族元素 1．结构特点 【提问】画出C、Si的原子结构示意图和电子式，比较它们的相似与不同。 【讲解】对学生的回答给予正确的评价，重复正确答案后板书。 【板书】相似点：最外层4e。 不同点：核电荷数、电子层数、 原子半径。一学生到黑板板书，其 余在笔记本上写。 比较C、Si原子结构的异同。 使学生明确碳 族元素原子结构特点。 续表 教师活动学生活动设计意图 【板书】2．性质变化规律 指导学生阅读课本1～2页，总结规律，填写下表： 【投影】（见附2） 【组织讨论】从物质结构角度分析金刚石比晶体硅的熔点高的原因？ 阅读课文，总结规律， 填表。 讨论后回答： 都为原子晶体，但碳原 子半径比硅的小，碳原子间 键长比硅的短，键能比硅的 大，所以熔点高。 认识碳族 元素，掌握碳族 元素原子结构 与性质变化的 关系。 明确物质 结构与物理性 质的关系。 【讲解】下面我们通过实 验比较碳和硅的非金属性强弱。 【实验】Mg2Si和盐酸反应 【板书】 观察、比较硅烷、甲烷 的稳定性，确定非金属性碳 比硅强。 比较硅烷 和甲烷的稳定 性，验证非金属 性碳比硅强。 Mg2Si+4HCl=SiH4↑ +2MgCl2 SiH4+2O2=SiO2+2H2O （自然） 【展示】金刚石、石墨图 片，C60结构图片，硅、锡、铅实物样品。【讲解】碳族元素从上到下由非金属递变为金属的趋势非常明显。碳族元素C、Si、Ge、Sn元素的+4价稳定，而+4价的Pb有强氧化性，Pb 的+2价稳定。观察、记忆： C、Si：非金属 Ge：金属性比非金属 性强 Sn、Pb：金属 直观了解碳族元素。 【板书】 二、碳及其化合物的性质【讲解】碳族元素的代表 物之一——碳及其化合物的知识我们已经学习过一部分，下面分别讨论和总结：CH4、C、CO、CO2的氧化性和还原性——从碳的化合价分析；CO2、Na2CO3的化学性质——从物质类别分析。【投影小结】（见附3）分组讨论、总结： 一组：CH4、C 二组：CO、CO2 三组：Na2CO3 （举出反应实例） 总结碳及 其无机化合物 性质。 续表 教师活动学生活动设计意图 【实验】将CO2通入澄清石灰水中，当出现大量沉淀时暂停实验。 继续通入CO2至沉淀完全溶解。练习：将a mol CO2通入含b mol Ca(OH)2的澄清石灰水中，讨论a∶b为何值时： 产物为CaCO3、H2O______ 产物为Ca(HCO3)2______ 产物为CaCO3、Ca(HCO3)2、观察，写出有关化学方程式：CO2+Ca(OH)2= CaCO3↓+H2O 观察，写出有关化学方程式： CaCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2 （一学生黑板板书） 练习、讨论。 a∶b=1∶1 a∶b=2∶1 1∶1＜a∶b＜2∶1 使学生明确CO2与碱反应可以得到正盐或酸式盐。定量讨论CO2与碱反应。 碳族元素 1、碳族元素的通性 碳原子结构及特性 碳族元素中，碳、硅是非金属，其余三种是金属，由于硅、锗的金属性和非金属性均不强，也有人称其为“准金属”。 碳族元素的外层电子构型为ns 2np2 碳族元素的基本性质 碳族元素的电负性大，要失去价电子层上的1-2 个p 电子成为正离子是困难，它们倾向于将s 电子激发到p 轨道而形成较多的共价键，所以碳和硅的常见氧化态为+IV。 第一电离能在同组元素中，由上而下随着原子半径的增大，电离能减小，元素的金属性依次增强。 电子亲和能在同族元素中，自上而下原子半径逐渐增大，原子核对外来电子的吸引力逐渐减弱，自上而下，电子亲和能呈减小趋势。可能是Sn 的原子半径相对较小，外层电子云的密度小，对外来一个电子的排斥作用反而比Ge 大，因而得到一个电子放出的的能量较大。 金刚石，晶体硅都为原子晶体，锗、锡、铅都为金属晶体。 碳元素的性质 碳的成键特征 ①以sp、sp2、sp3 三种杂化态与H、O、Cl、N 等非金属原子形成共价化合物，C—C、C—H、C—O 键的键能分别为331 KJ·mol-1、415 KJ·mol-1、343 KJ·mol-1, 键能越大，稳定性越高。因此，C、H、O 三种能形成数百万种的有机化合物，其中碳的氧化数从+4 变到-4 ②以碳酸盐的形式存在。硅的成键特征 ①以硅氧四面体的形式存在，如石英和硅酸盐矿中。 ②Si—Si、Si—H、Si—O 键的键能分别为197 KJ·mol-1、320 KJ·mol-1、386 KJ·mol-1，除Si—O 键，前两者的键能分别小于C—C、C—H，因此Si、H、O 虽可以形成一些类似于C、H、O 形成的有机物，但数量有限 碳和硅可以用sp、sp2和sp3杂化轨道形成1 到4 个σ键，但Si sp 和sp2态不稳sp、定。碳的原子半径小，还能形成pπ—pπ键，所以碳能形成多重键碳的原子半径小， 锡铅的成键特征 ①以+2 氧化态的形式存在于离子化合物中 ②以+4 氧化态的形式存在于共价化合物和少数离子型化合物中。其中由于ns 电子对随n 增大（惰电子效应），铅在化合物中呈+2 氧化态的趋势增强，因此+4 氧化态的铅具有强的氧化性。 有机物官能团与性质 [知识归纳] 有机物官能团代表物主要化学性质 烃 烷烃C-C 甲烷取代（氯气、光照)、裂化 烯烃C=C 乙烯加成、氧化(使KMnＯ4褪色）、加聚炔烃C=Ｃ乙炔加成、氧化（使KMnＯ4褪色)、加聚 苯及其 同系物—R 苯 甲苯 取代（液溴、铁）、硝化、加成 氧化（使ＫＭnO4褪色,除苯外) 烃的衍生物卤代烃—Ｘ溴乙烷水解(NaＯＨ/H２O）、消去(NａＯH/醇) 醇—OH 乙醇置换、催化氧化、消去、脱水、酯化 酚 —OH 苯酚 弱酸性、取代（浓溴水)、显色、 氧化（露置空气中变粉红色）醛—CHO 乙醛还原、催化氧化、银镜反应、斐林反应羧酸—COOH 乙酸弱酸性、酯化 酯—CＯO—乙酸乙酯水解 重要的营养物质葡萄糖—OH、—CH Ｏ ／具有醇和醛的性质 蔗糖 麦芽糖麦芽糖有醛 基 ／ 无还原性、水解（产物两种） 有还原性、水解（产物单一) 淀粉 纤维素 (C６Ｈ10O5)n 不是同分异构 / 水解 水解 油脂—COO—／氢化、皂化 氨基酸 蛋白质 NH2－、-Ｃ OOＨ —ＣONH— / 两性、酯化 水解 其中: 1、能使ＫＭnO４褪色的有机物: 烯烃、炔烃、苯的同系物、醇、酚、醛、葡萄糖、麦芽糖、油脂 2、能使Br2水褪色的有机物：烯烃、炔烃、酚、醛、葡萄糖、麦芽糖、油脂 3、能与Ｎa反应产生H2的有机物:醇、酚、羧酸、氨基酸、葡萄糖 4、具有酸性(能与NaOH、Na２ＣO3反应）的有机物：酚、羧酸、氨基酸 5、能发生银镜反应或与新制Cu(OH)２反应的有机物: 醛、甲酸、甲酸盐、甲酸酯、葡萄糖、麦芽糖 ６、既有氧化性，又有还原性的有机物：醛、烯烃、炔烃 ７、能发生颜色（显色）反应的有机物： 无机化学第三版下册答案第二十一章第十五章_碳族元素(1) https://www.doczj.com/doc/3613314629.html,work Information Technology Company.2020YEAR 第十五章 碳族元素 1．碳单质有哪些同素异形体其结构特点及物理性质如何 答：碳单质有三种同素异形体：石墨，金刚石和C 60。结构分为层状，网状和球状，见教材p730-732。物理性质主要是石墨能导电，金刚石硬度大，C 60有超导性。 2．实验室里如何制取二氧化碳气体工业如何制取二氧化碳气体 答：实验室法：O H CO CaCl HCl 2CaCO 2223+↑+=+ 工业法： CaCO 3 CaO CO 3．图15－6中，三条直线相交于一点，这是必然的还是偶然的，试讨论其原因。 答：是一种必然。 在Ellingham 图中，以ΔrG θ=ΔrH θ－TΔrS θ作ΔrG θ－T 图，斜率为ΔrS θ，截距为ΔrH θ。 反应：22CO O C =+ ΔrS θ≈ 0，所以为一直线 反应：22CO 2O CO 2=+ ΔrS θ< 0，直线上斜 反应：CO 2O C 22=+ ΔrS θ> 0，直线下斜 所以三线相交于一点是必然的。 3.分别向·dm -3的Mg 2+和Ca 2＋的溶液中加入等体积的·dm -3的Na 2CO 3溶液，产生沉淀的情况有何不同，试讨论其规律性。 答：有CaCO 3沉淀，也有MgCO 3沉淀。 沉淀： CaCO 3 MgCO 3 Mg(OH)2 K sp ×10－9 ×10－8 ×10－11 溶液中122L mol 1.02 120.0]Mg []Ca [-++?=?== 加入Na 2CO 3后溶液浓度为L 。 溶液中- 23CO []计算： 13.4锗、锡、铅及其化合物 1、锗、锡、铅单质 （1）物理性质： ①Ge：锗晶格结构与金刚石相同，具有灰白色的金属光泽，粉末状呈暗蓝色,硬度比较大，熔点为1210K。高纯锗是一种良好的半导体材料。 ②Sn：白锡是银白色金属，硬度低，熔点为505K。Sn有三种同素异形体：灰锡(α型)、白锡(β型) 和脆锡。 白锡是银白色略带蓝色的金属，有延展性，可以制成器皿。在常温下，锡是正方晶系的晶体结构，即为白锡。温度低于286K时，白锡将慢慢转换为粉末状地灰锡（无定形），温度越低，转化速度越快，在225K时转变速度最快，因此，锡制品长期处于低温状态会自行毁坏，变成一堆粉末。这种变化先是从某一点开始，然后迅速蔓延，这种锡的“疾病”还会传染给其他“健康”的锡器，被称为“锡疫”。 由于锡怕冷，因此在冬天要特别注意别使锡器受冻。有许多铁器常用锡焊接的，也不能受冻。1912年，斯科特、鲍尔斯、威尔逊、埃文斯、奥茨一行人登上冰天雪地的南极洲探险，他们带去的汽油全部奇迹般地漏光了，致使燃料短缺，探险队遭到了全军覆灭的灭顶之灾。原来汽油桶是用锡焊接的，一场锡疫使汽油漏得无影无踪，造成这样一场惨祸。 温度高于434K时，白锡可以转化为具有斜方晶系的晶体结构的斜方锡。斜方锡很脆，一敲就碎，展性很差，叫做“脆锡”。。 ③Pb：铅是密度很大（11.35g·cm-3）、熔点低（601K）的金属，新切开为银白色，很快在表面生成碱式碳酸铅保护膜而呈暗灰色。铅是银白色的金属(与锡比较，铅略带一点浅蓝色)，十分柔软，用指甲便能在它的表面划出痕迹。用铅在纸上一划，会留下一条黑道道。在古代，人们曾用铅作笔。“铅笔”这名字，便是从这儿来的。 所有可溶铅盐和铅蒸气都有毒，一旦发生铅中毒，应注射EDTA-HAc的钠盐溶液，使Pb2+形成稳定的配离子从尿中排出解毒。 （2）化学性质： ①Ge：常温下不与空气中的氧反应，但高温下能被氧气氧化成GeO2,。 Ge不与稀盐酸、稀硫酸反应，但能被浓硫酸和浓硝酸氧化成水合二氧化锗（GeO2·nH2O）。在碱性溶液中能被过氧化氢氧化为锗酸盐。 Ge+4HNO3(浓) GeO2·H2O↓+4 NO2↑+H2O ②Sn：常温下由于锡表面有一层保护膜，所以在空气和水中能稳定存在。 Sn+O2SnO2 Sn +2X2SnX4（X=Cl、Br） Sn在冷的稀盐酸中溶解缓慢，但迅速溶于热浓盐酸中： Sn +2HCl SnCl2+H2↑ 3Sn+8HNO3(极稀)3Sn(NO3)2↓+2NO ↑+4H2O Sn+4HNO3(浓) H2SnO3(β)↓+4N O2↑+H2O 苏教版高二有机化学官能团性质整理 分类：烷、烯、炔、苯、卤化烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯、氨基酸 由结构（官能团）推测性质： 能发生取代反应的有：-C n H2n-i、苯环、-X、-O H-C O O H-C00-（酯基）其中：能酯化的有：-OH -COOH 能水解的有：-X、-COO-（酯基） 苯环上的取代：①苯及其同系物：与液溴反应，FeBr a作催化剂②酚类：与浓溴水反应 能发生加成反应的有：苯环、C=C gC -CHO羰基（后三个主要是与H加成）其中：能加聚的有： C=C、AC、（-CHO羰基） 能发生消去反应的有：-X （B -C上有H）、-OH （B -C上有H） 能发生氧化反应的有：醇-OH（a -C上有H）、酚-OH -CHO C=C AC、R-GH （R为烃基；直 接与苯环相连的C上有H）燃烧除外（大部分有机物都能燃烧，均为氧化反应） 能与酸性高锰酸钾反应（使其褪色）的有：同上 能发生还原反应的有：苯环、C=C A C -CHO羰基（以上均为上氢还原，属加成反应）能与H反应的有：同上能与溴水反应的有：C=C C酚类（苯环上-OH的邻、对位上至少有一个位置有H）、-CHO 能与Na反应的有：醇-OH 酚-OH -COOH 能与NaO阪应的有：酚-OH -COOH 能与NaCO反应的有：酚-OH -COOH 能与NaHC3反应的有：-COOH 体现酸性的有：酚-OH （不能使指示剂变色）、-COOH（可使指示剂变色） 体现碱性的有：-NH 能与FeCl a反应的有：酚-OH 附下表 苏教版高二有机化学官能团性质整理注：此表中的氧化反应不包含燃烧反应 元素化合物 第七节碳族 一、单质 1、碳单质：金刚石、石墨、焦炭、炭黑、C60…… 2、单晶硅的制备（自然界中无游离态单质） 应用：Si——芯片、半导体、太阳能电池板 SiO2——光导纤维、水泥、陶瓷、玻璃 Na2SiO3——黏合剂、木材防火剂 【小结】一步反应无法实现转化 二、CO、CO2 1、制备 （1）CO2 （2）CO 2、CO的检验 （1）CuO法 （2）湿润的氯化钯试纸 （3）银氨溶液 【小结】碳的变价规律 3、CO2、SO2与BaCl2 （1）CO2通入BaCl2中 （2）SO2通入BaCl2中 【练习】 （2013上海理7）将X气体通入BaCl2溶液，未见沉淀生成，然后通入Y气体，有沉淀生成，X、Y不可能是（） A．X：SO2；Y：H2S B．X：Cl2；Y：CO2 C．X：NH3；Y：CO2 D．X：SO2；Y：Cl2 （模考题）将下列选项中的气体X和Y同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图装置），无沉淀产生的是（） A．铜跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y B．碳跟浓硫酸共热产生的气体X和石英跟焦炭高温下反应产生的气体Y C．MnO2跟浓盐酸共热产生的气体X和碳跟浓硫酸共热产生的气体Y D．铜跟浓硫酸共热产生的气体X和氨水受热产生的气体Y 三、SiO2 1、主要成分总结： 水晶、石英、云母、沙土、玛瑙—— 红宝石、蓝宝石、人造刚玉—— 2、方程式书写： （1）盛装NaOH的磨口玻璃瓶不能用玻璃塞/熔融NaOH固体时不可使用石英坩埚：______________________________________ （2）雕刻玻璃的原理/HF不可使用玻璃瓶盛装： ______________________________________ ______________________________________ 例：SiO2可以与HF和NaOH反应，因此是两性氧化物（） （3）制玻璃时加入石灰石形成炉渣：_________________________ （4）SiO2与焦炭混合后通入氮气，高温煅烧生成耐高温陶瓷材料和一种可燃性气体：_________________________________________ 耐高温陶瓷材料常含有的元素： 常见官能团的性质一. 中学有机化合物分类及常见官能团名称和主要性质 注：烷烃中的烷基，芳香烃中的苯基都不是官能团。 二. 有机官能团的化学性质与有机基本反应 1. 氧化反应 （1）燃烧。凡是含碳氢的有机化合物燃烧都生成二氧化碳和水。 烃的燃烧通式： 烃的含氧衍生物的燃烧通式： （2）被酸性高锰酸钾氧化。能使酸性高锰酸钾褪色的有机物有： ①不饱和烃、不饱和烃的衍生物（含碳碳双键、碳碳三键）； ②苯的同系物（苯基上的烃基易被氧化）； ③含醛基的有机物：醛、甲酸、甲酸酯、甲酸盐、葡萄糖； ④石油产品（裂解气、裂化气）。 （3）羟基的催化氧化。某些含羟基的有机物在催化剂的作用下，能被氧气氧化成醛或酮。 当与羟基相连的碳原子上有两个氢原子时，羟基能被氧化成醛基。如： 22232232CH CH OH O Cu CH CHO H O +?→??+? 当与羟基相连的碳原子上有一个氢原子时，羟基能被氧化成羰基（碳氧双键）。如： 当与羟基相连的碳原子上没有氢原子时，羟基不能被氧化。 （4）醛基的氧化。有机物中的醛基，不仅可以被氧气氧化成羧基；而且还能被两种弱氧化剂（银氨离子和铜离子）氧化成羧基。 醛基被氧气氧化。如： 22323CH CHO O CH COOH +?→??催化剂? 银镜反应，醛基被()[] Ag NH 32氧化。如： []CH CHO Ag NH OH CH COO NH Ag NH H O 33234322223++?→?++↓+++--+()△ 醛基被Cu OH ()2氧化。如： CH CHO Cu OH CH COOH Cu O H O 3232222+?→?+↓+()? 2. 取代反应。 有机物分子中的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫做取代反应。中学常见的取代反应有： （1）烷烃与卤素单质在光照下的取代。如： CH Cl CH Cl HCl 423+?→?+光 （2）苯与苯的同系物与卤素单质、浓硝酸等的取代。如： （3）酚与浓溴水的取代。如： （4）酯化反应。酸和醇在浓硫酸作用下生成酯和水的反应，其实质是羧基与羟基生成酯基和水的反应。如： CH CH OH CH COOH 323+CH COOCH CH H O 3232+ （5）水解反应。水分子中的-OH 或-H 取代有机化合物中的原子或原子团的反应叫水解反应。 碳族元素（教案） 第七章第一节碳族元素 【教学目标】 按课程标准的要求并结合本节学习内容，从“知识与技能”，“过程与方法”，“情感态度与价值观”等三个方面确定以下教学目标。 1．通过学习碳族元素的名称、元素符号、在周期表中的位置，碳族元素的原子结构特征及相似性和递变性、成键特点，碳族元素及其有关化合物的性质递变规律（金属性、非金属性、最高价氧化物的水化物的酸碱性、气态氢化物的稳定性）等知识，学习了解碳族元素的性质及其递变规律。 2．在学习过程中，帮助学生近一步了解运用元素周期律知识学习同主族元素性质及其递变规律的方法；培养学生的归纳思维能力、自学能力。 3．培养和锻炼学生的协作交流、语言表达能力，让学生体验学习的乐趣。 【教学重点】碳族元素性质递变规律；碳族元素的成键特点。 【课型及课时】新课。1课时。 【教学过程】 ▓教师活动1。创设教学情景： ①童话故事（青蛙和鱼）。给予学生学习方法的启示。 ②展示一组碳族元素家族的图片。激发学生学习的兴趣和积极性。 ▓教师活动2。提出问题： 展示一幅元素周期表后提出问题：今天我们要学习的碳族元素家族中的大多数元素及其化合物与日常生活、工农业生产、现代科学技术有着密切的联系，例如，收音机、电视机、计算机等电子产品与晶体硅有非常密切的关系。同学们在前面已经学习了一个金属族（碱金属）两个非金属族（卤族和氧族），知道了这些元素族的一些性质都呈现规律性的变化［例如：碱金属（P36）、卤族（P71）的熔点、沸点、颜色、状态、密度以及主要化学性质（如金属性、非金属性的递变规律）］。那么： 问题1.碳族元素是否也会似碱金属元素、卤族元素等，随原子序数的递增元素性质呈现规律性变化？为什么？ 问题2.具体是一些什么样的变化？（本节要学习的内容）。 碳族元素 一、选择题（每题只有一个选项符合题意） 1. 下列叙述正确的是 A、自然界中存在大量的单质硅 8石英、水晶、硅石的主要成份都是二氧化硅 G二氧化硅的化学性质活泼、溶于水形成难溶的硅酸 以自然界的二氧化硅都存在在水晶矿中 2. 下列物质能直接用作半导体材料的是 A、金刚石B石墨C、晶体硅以水晶 3. 下列物质中不与水反应的是 A SiO2 B、CQ G SO D> CaO 4. 在通风良好，燃烧正旺的煤炉中，下列反应最不容易发生的是 A. C+C3兰上C032C。十Og 三至2CO2 U C6+C^^2C。D, 2C+0i 2C。 5. 下列不属于新型无机非金属材料的是 A Al 2Q3陶瓷B光导纤维G氮化硅陶瓷DK玻璃纤维 6. 石灰石是许多工业的原料之一，但制取下列物质时不需要石灰石为原料的是 A、制硅酸B制水泥G制玻璃D、制生石灰 7. 除去CO中混有的少量CO的方法是 A、通过盛有饱和NaHC潞液的洗气瓶 8通过灼热的铜网 G点燃使CO转化为CQ 以通过盛有赤热CuO粉末的硬质玻管 8. 下列物质中碳元素的质量分数最大的是 A CS B、C2H2G CH D. CO 9.7g碳和14g氧气在一 矢 M条件下生成21g碳的氧化物，则生成的CO和CO的物质的量之比 为 A1:1B、2:1G 2:3D> 3:2 10.下列物质符合化学式Al 2C3 - 2RO的是 11. 钙沸石［CaAl 2Si 3O0 - 3H 2O ］中SiO 2的质量分数为 A 20% B 、46.5% G 15.3% D> 23.3% 12. 下列叙述中的非金属元素，其气态氢化物最稳定的是 A 、构成矿物和岩石的主要元素 B 、空气中含量最多的元素 G 单质在常温下的呈液态的元素 以地壳中含量最多的元素 13. 用于制造隐形飞机的某种物质，具有吸收微波的功能，其 主要成份的分子结构如下图所示，它属于 A 新型无机非金属材料 8无机化合物 G 有机物 以有机高分子化合物 14. ①?④为石灰水保存鲜蛋的原理分析，其中正确的是 ①石灰水是碱性物质，能渗入蛋内中和酸性物质， 防止腐败；②石灰水是电解质， 能防止蛋 的腐败；③石灰水呈碱性，具杀菌能力；④石灰水能与鲜蛋呼出的 CO 生成CaCO 薄膜，起 保护作用。 A 、①② B 、①②③ C 、③④ 以①②③④ 15. 铅的氧化物较多，其中 Pb 3Q 是铅的最高价氧化物和最低价氧化物形 成的复杂氧化物， 在Pb 3O 4中，其最高价氧化物和最低价氧化物的物质的量之比为 A 1:1 B 、1:2 G 2:1 Dk 无法确定 二、选择题（每题有 1 — 2个选项符合题意） 16. 为使作为历史资料签署的重要文件能长期保存而字迹清晰，则签署文件时要用 A 、蓝黑墨水 B 碳素墨水 G 蓝墨水 以墨汁 17. 某元素A 的气态氢化物受热分解后，能生成 Ha 和一种固体物质，已知相同条件下分解 2倍，又知分解前后气体式量比为 16:1，则可知A 的相 对原子量为 A 、混合物 B 两种氧化物的水化物 G 硅酸盐 以铝酸盐 后气体的体积为分解前气体体积的 A 12 B 、15 G 28 Dk 32 18.下列各组物质的溶液中分别通入 CO,看不到明显现象的是 A N&SiO 3 和饱和 N&CO B 、CaCl 2和 NaOH碳族元素-教案
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