碳族元素.docx
- 文档编号:12664461
- 上传时间:2023-04-21
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:36.47KB
碳族元素.docx
《碳族元素.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《碳族元素.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
碳族元素
碳族元素
一、考点1碳单质的性质与用途
碳单质包括金刚石、石墨、无定形碳(木炭、活性炭、焦炭、炭黑)、C60、碳纳米管、石墨烯等,按“名称――结构
性质
用途”这条线来掌握这部分知识。
1.碳单质的物理性质与用途。
金刚石的正八面体结构
坚硬性
作玻璃刻刀、机器钻头、装饰品等;石墨的细鳞片状结构
质软、导电性、滑腻性、耐高温
铅笔芯、电极、润滑剂、坩埚;木炭和活性炭的疏松多孔的结构
吸附性
吸附食品色素、除臭、防毒面具、冰箱除味剂等;C60分子(又称足球烯)的球状结构
稳定性
超导体等;碳纳米管的多孔结构
储氢等。
2.碳单质的化学性质与用途。
碳单质物理性质各异,但化学性质类似,都具有可燃性
作燃料,家庭取暖、做饭等;具有还原性
冶炼金属,如冶炼金属铜、铁等;常温下稳定性
制作字画、书写档案等。
例1(2011·日照市)2010年诺贝尔物理奖授予发现石墨烯的开创性研究者。
以石墨为原料,先制备氧化石墨,再经过热还原制备石墨烯。
石墨烯硬度大,导电性能好,有韧性,可弯曲。
下列关于金刚石、石墨、C60和石墨烯四种单质的叙述错误的是()
A.将石墨变成石墨烯发生了化学变化B.四种物质碳原子的排列方式不同
C.四种物质完全燃烧后的产物都是CO2D.石墨烯是一种新型的有机物
点拨石墨烯以石墨为原料制备而成的,中间经过氧化还原反应,属于化学变化。
四种物质物理性质各异的根本原因是结构不同,即碳原子的排列方式不同。
但他们化学性质类似,都具有可燃性,完全燃烧后的产物都是CO2。
石墨烯只有碳元素组成,类属于碳单质,所以选项D是错的。
答案为D。
考点2二氧化碳制取的探究
气体制取设计思路一般为发生装置(先组装装置并检验装置的气密性)→净化装置→干燥装置→收集装置→验证气体性质装置→尾气处理装置(对有毒气体用溶液吸收或燃烧掉)等。
实验室里制取二氧化碳是根据反应物的状态(大理石为固体、稀盐酸为液体)和反应条件(常温)
发生装置(与用过氧化氢溶液制取氧气类似),二氧化碳的密度比空气大且易溶于水
收集装置(用向上排气法,不用排水法)。
工业上常用煅烧石灰石可制得副产品二氧化碳气体(CaCO3
CaO+CO2↑)。
另外,从实验室制取二氧化碳可得到碳酸盐的检验方法:
用试管取样品少许,滴加稀盐酸,并将产生的气体通入到澄清石灰水,若澄清石灰水变浑浊,证明是二氧化碳气体,原样品含有碳酸盐。
例2(2011·宿迁市)在实验操作考查中,小明抽到的题目是“二氧化碳的制取、收集和验满”。
下图是他的主要实验步骤,其中操作有误的是()
点拨倾倒液体时要掌握三要点:
一倒(瓶盖倒放)、二对(标签对手心)、三靠(试剂瓶口紧靠试管口)。
二氧化碳的密度比空气大选用向上排气法。
检验装置气密性时用两手紧握试管外壁,若导气管的另一端有气泡冒出,证明气密性完好。
验满时将燃着的木条放到集气瓶口,若木条熄灭证明收集满了。
所以选项d是错的。
答案为d。
考点3二氧化碳与一氧化碳的比较
一般的,物质的结构决定其性质。
CO2的结构式为O=C=O,分子形状为直线形的,属于非极性分子,表现出在于其它物质起反应时容易失氧,具有氧化性,发生还原反应,如CO2+C
2CO。
而CO的结构式为O=C,分子形状为直线形的,属于极性分子,表现出在于其它物质起反应时容易得氧,具有还原性,发生氧化反应,如2CO+O2
2CO2。
1.二氧化碳的性质及其用途:
不支持燃烧且密度比空气大
灭火,干冰
制冷剂或人工降雨,与某些物质反应
化工产品的原料或植物光合作用,石灰水吸收空气中二氧化碳
石灰浆抹墙等。
2.一氧化碳的性质决定了其用途:
(1)一氧化碳的可燃性
作燃料,如家庭用煤气(主要成分为一氧化碳)做饭等;
(2)一氧化碳的还原性
冶炼金属,如工业冶炼金属铁、铜等;(3)一氧化碳的毒性
毒杀一些有害动物,同时注意做好尾气处理,防止对环境污染。
二氧化碳和一氧化碳由于结构不同决定了二者的性质和用途上的差异。
但二者可以相互转化,如二氧化碳具有氧化性,通过高温的碳层生成一氧化碳。
一氧化碳具有还原性,可以通过被氧化或冶炼金属得到二氧化碳。
例3(2011·桂林市)下列关于一氧化碳和二氧化碳的说法正确的是()
A.都比空气重B.都可以用碳和氧气反应得到
C.都有还原性D.都能和澄清石灰水发生反应
点拨二者中只有一氧化碳的密度比空气小,具有还原性,而且只有二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。
碳单质充分燃烧时生成二氧化碳,不充分燃烧时生成一氧化碳。
所以选项B正确。
答案为B。
考点4碳、一氧化碳与氢气的比较
碳、一氧化碳与氢气的性质及其用途比较:
①相同点:
在物理性质方面,如一氧化碳和氢气在通常情况下为无色无味的气体,难溶于水,密度比空气小等;在化学性质方面,碳、一氧化碳与氢气都具有可燃性和还原性;在用途方面,作燃料(由可燃性决定)、冶炼金属(由还原性决定)等;②不同点:
如燃烧、还原产物、还原装置等不尽相同;各自有其它用途,如氢气用作填充气球等。
例4(2011·襄阳市)木炭在一定条件下燃烧既有CO2生成,也有CO生成。
若要证明两种气体都要存在,应先将气体通过澄清的石灰水,澄清的石灰水变浑浊,证明有CO2存在。
写出CO2与澄清的石灰水反应的化学方程式____________________________。
然后将气体干燥后通过灼热的氧化铜,观察到________________________,证明有CO存在。
实验后向燃着的木炭上洒水使其熄灭,其灭火的原理是_____________________。
答案为CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O;黑色粉末变红色;把可燃物的温度降低到着火点以下。
考点5“低碳环保”理念
“低碳环保”,就是指生活作息时所耗用的能量要尽力减少,从而减低碳,特别是二氧化碳的排放量,从而减少对大气的污染,减缓生态恶化,主要是从节电、节气和回收三个环节来改变生活细节。
简单地理解,低碳环保就是返璞归真地去进行人与自然的活动,养成低碳的良好生活习惯:
倡导低碳,呵护地球。
例5(2011·无锡市)下列做法不符合“低碳环保”理念的是()
A.为了节约用纸,两面使用草稿纸
B.为了QQ能够升级,长期把QQ挂在线上
C.为了节约用水,洗菜、淘米后的水用来浇花
D.为了提高资源利用率,分类回收废弃物
点拨很明显,选项B不符合“低碳环保”理念。
这样不但浪费能源,还容易上瘾,不为中学生所取。
答案为B。
2、碳族元素
1、碳族元素指的是元素周期表ⅣA族的所有元素,包括碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、uuq五种。
它们电子排布相似,有4个价电子。
2、碳族元素在分布上差异很大,碳和硅在地壳有广泛的分布(氧、硅、铝、铁、钙)。
3、碳是碳循环的核心元素,以二氧化碳、碳酸盐和有机物的形式存在,硅以二氧化硅和硅酸盐为主,锗、锡、以二氧化物存在,铅以硫化物居多。
4、碳族元素表现出一定的周期性,从上到下,元素的金属性增强,非金属性减弱,+4价化合物稳定性降低,+2价化合物稳定性提高,铅(Ⅱ)化合物稳定性高于铅(Ⅳ)。
[
5、相似性 ·最外层都有4个电子,化合价主要有+4和+2,易形成共价化合物。
·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
6、递变性 ·+2价化合物主要氧化态稳定性逐渐增大,+4价化合物主要氧化态稳定性逐渐减小 ·熔沸点降低,单质密度逐渐增大 ·金属性增强,非金属性减弱,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。
7、碳可以跟浓硫酸、硝酸反应,被氧化成二氧化碳,不与盐酸作用。
硅不跟盐酸、硫酸、硝酸作用,只与氢氟酸反应。
8、碳族元素中跟碱溶液反应的有硅和锡,它们既表现出金属性又表现出非金属性。
化学反应
C+O₂——→CO₂ CO₂+H2O——→H2CO₃
2C+O₂——→2CO C+H2O——→CO+H₂(生成水煤气)
2CO+O₂——→2CO₂ 2C+SiO₂——→2CO↑+Si
C+CO₂——→2CO Si+O₂——→SiO₂
C+2CuO——→2Cu+CO₂↑ 2F₂+Si——→SiF₄
3C+2Fe2O₃——→4Fe+3CO₂↑ Si+4HF——→SiF₄↑+2H₂↑
CO+CuO——→Cu+CO₂ Si+2NaOH+H2O——→Na2SiO₃+2H₂↑
3CO+Fe2O₃——→2Fe+3CO₂ SiO2+2NaOH——→Na2SiO₃+H2O
2NaOH+CO₂——→Na2CO₃+H2O SiO2+4HF——→SiF₄+2H2O
2NaOH+SO₂——→Na2SO₃+H2O CaO+SiO₂——→CaSiO₃
2NaOH+SO₃——→Na2SO₄+H2O SiO₂+Na2CO₃——→Na2SiO₃+CO₂
Ca(OH)₂+CO₂——→CaCO₃↓+H2O SiO₂+CaCO₃——→CaSiO₃+CO₂↑
Ca(OH)₂+SO₂——→CaSO₃↓+H2O Na2SiO₃+2HCl——→2NaCl+H2SiO₃↓ Na2SiO₃+H2O+CO₂——→Na2CO₃+H2SiO₃
典型例题
[例1]下列关于碳族元素的说法正确的是[]
A.单质都是无色晶体
B.单质中硅单质熔点最高
C.碳族元素形成的化合物种类最多
D.在化合物中最稳定的化合价都是+4价
分析:
对选项A:
在碳族元素所形成的单质中,只有金刚石为无色晶体,故A是错的。
对选项B:
在碳族元素形成的单质中,金刚石、晶体硅为原子晶体,金刚石的熔点比晶体硅高。
本族单质的熔点与卤族元素单质熔点递变趋势不同,卤族单质熔点从F2→I2依次升高,碳族元素单质由C→Pb熔点呈降低趋势,故B项是错误的。
答案:
C
[例3]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,化学式为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.C60中含离子键
D.C60的式量是720
分析:
同素异形体、化学键、式量。
C60是由同种元素(碳)组成的纯净物,属于单质;碳原子之间以共价键相结合;C60和石墨都是由碳元素形成的不同单质,都是碳的同素异形体,C60的式量=12×60=720。
答案:
BD
[例4]如果发现114号新元素(位于第7周期IVA族),下列有关X可能具有的性质合理的是[]。
A.X是非金属元素
B.X的+2价化合物比+4价化合物稳定
C.XO2具有强氧化性
D.X有稳定的气态氢化物
[例5]近年来,科学家在氦的气氛中给石墨电极通电,石墨挥发,在其挥发的黑烟中发现了C60,它与金刚石互称①。
它是一种具有空心类似足球状结构的新分子,碳原子之间存在②键,它的摩尔质量是③,而金刚石是一种④结构的⑤晶体,碳原子间通过⑥键结合,含有碳原子构成的环,则最小环上有⑦(填数字)个碳原子,每个碳原子上的两个碳碳键的夹角都是⑧(填角度)。
答案:
①同素异形体②共价③720g/mol④空间网状⑤原子⑥共价⑦6⑧109°28′。
[例6]二氧化硅的熔沸点较高的原因是[]
A.二氧化硅中,硅氧原子个数之比为1∶2
B.二氧化硅晶体是立体网状的原子晶体
C.二氧化硅中,Si-O键的键能大
D.二氧化硅晶体中原子以共价键相结合
[例7]下列说法正确的是[]
A.二氧化硅溶于水显酸性
B.二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸
C.因为高温时二氧化硅与碳酸钠反应放出二氧化碳,所以硅酸酸性比碳酸强
D.二氧化硅是酸性氧化物,它不溶于任何酸
分析:
B.原硅酸酸性比碳酸弱,CO2通入水玻璃(Na2SiO3溶液)会发生强酸制取弱酸的复分解反应:
Na2SiO3+2H2O+CO2==Na2CO3+H4SiO4↓
C.高温时如下反应可以进行:
SiO2+Na2CO3==Na2SiO3+CO2↑
[例8]碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构,其中碳原子和硅原子的位置是交替的。
在下列三种晶体①金刚石、②晶体硅、③碳化硅中,它们的熔点从高到低的顺序是:
[]
A.①③②
B.②③①
C.③①②
D.②①③
分析:
共价键键长:
C—C键<C—Si键<Si—Si键
共价键键能:
C—C键>C—Si键>Si—Si键
[例9]物质A是一种高熔点化合物,不溶于硫酸,硝酸等强酸。
A与纯碱熔融反应,生成化合物B,同时放出气体C;把气体C通过B的溶液中,则得到化合物D;D在干燥空气中转变为化合物E;将E加热又得到化合物A。
试写出A、B、C、D、E的化学式:
A____、B____、C____、D____、E____。
答案:
A:
SiO2、B:
Na2SiO3、C:
CO2、D:
H4SiO4、E:
H2SiO3
[例10]下列关于二氧化硅的说法是否正确?
简释理由。
A.二氧化硅分子是由1个硅原子和两个氧原子构成;
B.二氧化硅又叫硅酐;
C.二氧化硅与水化合生成对应水化物硅酸;
D.二氧化硅为酸酐与碱反应不与酸反应;
E.二氧化硅与碳酸钠反应生成CO2,所以硅酸酸性比碳酸强。
分析:
A错,二氧化硅为原子晶体,晶体是氧原子与硅原子个数比为2∶1的网状主体结构,没有分子,SiO2为化学式而非分子式;
[例11]
(1)怎样用化学方法检验生石灰里混有的石英和石灰石?
并写出有关的化学方程式。
(2)怎样用一种试剂鉴别硅酸钠、硫酸钠、碳酸钠3瓶未知液?
并写出实验现象及结论。
分析:
(1)生石灰的成分是氧化钙,若不含杂质,加盐酸能完全溶解并且无气体生成。
加盐酸充分反应后仍有不溶于水的固体,说明有石英杂质存在。
加盐酸溶解,但放出无色无味并能使石灰水变浑的气体,说明生石灰中含有石灰石。
CaO+2HCl=CaCl2+H2O
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
(2)三种未知液均为钠盐,故应根据酸根离子的特性选择鉴别方法。
碳酸盐和硅酸盐都能与盐酸反应,但现象不同,所以能用盐酸鉴别。
用三支小试管分别取三种未知液各少许,分别滴加稀盐酸,有气体生成的是碳酸钠溶液,有白色胶状沉淀生成的是硅酸钠溶液,无明显现象的是硫酸钠溶液。
[例13]锗是ⅣA族元素,它的单质晶体是一种良好的半导体材料,广泛用于电子工业,锗可以从燃烧的烟道灰中提取,其过程如下:
试写出上述过程中①、③、④步反应的化学方程式。
①_________________;
③_________________;
④_________________;
分析:
Ge为ⅣA族,最高正价为+4价,其氧化物为GeO2,又+4价稳定,与盐酸不发生氧化还原反应,只发生碱性氧化物与酸的反应。
锗酸的化学式用硅酸迁移即得:
H4GeO4或H2GeO3。
①GeO2+4HCl==GeCl4+2H2O
③H4GeO4
GeO2+2H20
(或H2GeO3
GeO2+H2O)
④GeO2+2H2
Ge+2H2O
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 元素
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)