高中化学总复习教案·元素化合物
1 第六节 碳族元素
成员：碳C 硅Si 锗Ge 锡Sn 铅Pb 位于ⅣA族
一、碳族元素
在元素周期表中的位置（周期、族、原子序数）
表示方法：原子结构示意图、电子式
原子结构 相同点：最外层电子数相同，都是4个
不同点：电子层数不同
相似性：不易得失电子，易形成共价键，难形成离子键，最高正价为＋4，最低价为－4。
主要性质
递变性：随原子序数递增，元素金属性增强，非金属性减弱；氢化物稳定性减弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高价氧化物对应水化物酸性减弱，碱性增强，Ge(OH)4呈两性。
碳族元素的金属性比同周期氮族元素强，且自上而下由非金属性向金属性递变比氮族更为明显。
1、碳族元素的主要特征
（1）C是非金属，Si貌似金属，但大多数情况下显示非金属性，Ge的金属性比非金属性强，Sn、Pb都是金属。
（2）碳族主要化合价是＋2、＋4，除Pb的＋2价化合物稳定外，其他元素的＋4价化合物稳定。
（3）金刚石、石墨、C60互为同素异形体，金刚石的硬度最大。
（4）碳元素是形成化合物种类最多的元素。
（5）在所有非金属元素形成的气态氢化物中，甲烷含氢量最大（25%）。
（6）硅在地壳中的含量仅次于氧，是良好的半导体材料。
2、碳族元素单质的重要性质
元素符号 C Si Ge Sn Pb 金刚石 石墨 晶体硅
颜色 无色 灰黑色 灰黑色 银灰色 银白色 蓝白色
状态 都是固体
密度g/cm3 3.51 2.25 2.34 5.35 7.28 11.34
熔沸点 较高，无明显规律
导电性 不导电 导体 半导体 半导体 导体 导体
二、碳及其化合物
1、单质 比较 高中化学总复习教案·元素化合物
2 （1）同素异形体
金刚石：正四面体构型、空间网状结构的晶体。无色透明，熔沸点高，硬度大，难溶于溶剂，不导电。用途：钻具、装饰品。
石墨：平面层状正六边形结构，层间以范德华力结合。熔点很高，质软，有滑腻感，电的良导体。用途：润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料。
碳族元素复习
第一节碳族元素
【考点解读】
1．根据碳族元素在周期表中的位置及其结构特点，了解其性质的相似性和递变性。
2．了解碳的核外电子排布，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。
3、CO、CO2的性质，碳的氧化物对大气的污染
4、碳酸盐的性质及CO32-的检验
【学习指导】
复习策略:本章主要采用对比的方法复习碳硅及化合物的主要性质,同时注意碳硅及化合物的某些特殊性，在元素推断题中形成物质种类最多的元素之一有碳，原因是碳元素最外层4个电子，可以进行sp、sp2、sp3杂化及形成三键、双键、单键。
【基础与疑难突破】
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。见如下表格：（1）
元 素 C Si Ge Sn Pb
单质颜色状态 无色固体或黑色固体 无色到棕色固体 灰白色晶体 银白色晶体 蓝白色晶体
与H2化合的难易程度 在高温下化合 在高温下化合 不能直接化合 不能直接化合 不能直接化合
氢化物 CH4 SiH4 —— —— ——
分解温度℃ 800 450 —— —— ——
最高价氧化物 CO2 SiO2 GeO2 SnO2 PbO2
最高价氧化物对应水化物 H2CO3 H2SiO3
H4SiO4 Ge（OH）4 Sn（OH）4 Pb（OH）4
最高价氧化物对应水化物的酸碱性
————酸性逐渐减弱————→
2、核外电子排布：
本族元素基态原子的价电子层结构为ns2np2，主要价态为+4，+2。
碳的同素异形体的比较：（表2）
同素异形体 金刚石 石墨 C60
晶体结构 正四面体，空间网状结构的原子晶体 平面层状正六边形结构，层与层之间以分子间作用力结合 分子内碳碳之间以共价键结合成空心笼状结构，由20个六边形和12个五边形构成的20面体（下图）
高中化学关于炭族元素的知识点详解
1. 碳族元素性质的相似性和递变性：
(1)相似性
① 碳族元素原子结构最外层都为4个电子，C、Si为非金属元素，Ge、Sn、Pb为金属元素。
② 正价为 4，负价为-4。
③ 非金属元素可形成气态氢化物RH4
④ 非金属元素价氧化物对应的水化物为H2RO3，其水溶液呈酸性;金属元素低价氧化物对应水化物为 、 具两性偏碱性。
2. 碳单质(C)
碳元素价态变化及重要物质：
碳的同素异形体有金刚石和石墨两种。
(1)金刚石和石墨的晶体结构：
金刚石晶体里，每个碳原子都处于四个碳原子的中心，以共价键跟四个碳原子结合成正四面体结构，正四面体结构向空间发展，构成一个空间网状晶体，为原子晶体。
石墨晶体是层状结构，每层内的碳原子排列成六边形，一个个六边形排列成平面网状结构，同一层内，相邻的碳原子以非极性共价键结合，层与层以范德华力相结合，因层与层之间易滑动，质软。石墨晶体为层状晶体(看作混合型晶体)。
(2)物理性质：
金刚石和石墨物理性质有较大差异。
(3)化学性质：碳单质常温下性质很稳定，碳的性质随温度升高，活性增大。碳的同素异形体化学性质相似。
① 可燃性：在充足空气中燃烧C O2(足) 2CO
② 高温下，与氢、硫、硅等发生化合反应：
C+2S CS2(C表现还原性)
C+Si SiC(C表现弱氧化性)
C+2H2 CH4(C表现弱氧化性)
③ 高温下，与钙、铁、铝、硅的氧化物发生反应，生成碳化物或还原出金属单质。
CaO+3C CaC2+CO(电石)
CuO+C Cu+CO
SiO2+2C Si+2CO
Fe2O3+3C 2Fe+3CO
④ 高温下，与水蒸汽发生反应，
⑤ 与氧化性酸发生反应：
C 4HNO3(浓) CO2↑ 2SO2↑ 2H2O
3. 二氧化碳(CO2)
属于酸性氧化物，即为碳酸酸酐。
(1)分子组成和结构：二氧化碳分子是由两个氧原子和一个碳原子通过极性共价键结合成直线型的非极性分子;固态时为分子晶体。
- 1 - Ni
高温 高温
电炉
高温 高温
浓H2SO4
△
浓H2SO4
△
Ni，300℃
Ni，300℃
光
高压
△
点燃
高温
△ 碳族化学方程式总结
1. C ＋ 2 H2CH4 （1200℃）
2. C ＋ 2 F2CF4
3. C ＋ ZnOZn ＋ CO↑ 冶炼金属
4. 3 C ＋ CaOCaC2 ＋ CO↑ （2500－3000℃）制取电石
5. C ＋ H2O(g)CO ＋ H2 制取水煤气
6. 2 C ＋ O2(不足)2 CO
7. HCOOHCO↑＋ H2O 实验室制取一氧化碳
8. H2C2O4CO↑＋ CO2↑＋ H2O
草酸与浓硫酸共热，生成的气体通过固体氢氧化钠制取一氧化碳
9. CO ＋ 3 H2CH4 ＋ H2O
10. 2 CO ＋ 2 H2CH4 ＋ CO2 合成天然气
11. CO ＋ Cl2COCl2 （光气）
12. Fe2O3 ＋ 3 CO2 Fe ＋ 3 CO2 炼铁
13. CO ＋ NaOHHCOONa
14. 5 CO ＋ I2O55 CO2 ＋ I2
析出的碘用硫代硫酸钠溶液滴定，用于定量测定含量少于1％的一氧化碳
15. CaCO3 ＋ 2 HClCaCl2 ＋ H2O ＋ CO2↑
实验室用大理石与稀盐酸制取二氧化碳
16. 2 Mg ＋ CO22 MgO ＋ C （燃烧）
二氧化碳不能用来扑灭活泼金属的燃烧火灾
17. CO2 ＋ Ca(OH)2CaCO3↓＋ H2O
18. CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2OCa(HCO3)2
19. 2 CO2 ＋ Ca(OH)2Ca(HCO3)2
20. MCO3MO ＋ CO2↑ M表示金属
21. MCO3 ＋ 2 HClMCl2 ＋ H2O ＋ CO2↑
22. M(HCO3)2MCO3 ＋ H2O ＋ CO2↑
