高考化學考點解析全程復習考點：碳族元素

高考化學考點解析全程復習考點：碳族元素.碳及其化合物

1.復習重點

1.碳族元素原子結構的特點、碳族元素化合價為正四價和正二價;

2.碳族元素的性質及其遞變規(guī)律；

3.碳和硅的性質、用途。

2.難點聚焦

碳和硅的化學性質

化學性碳硅

質

還與單質反點燃A

原應c+o^^=co2Si+O2^=SiO2

性點燃

2。+。292coSi+2F2=SiF4

（不穩(wěn)定）

C+2s（g）直雪7s2Si+2H2^SiH4

與氧化物

C+2CUO^COT+2CU

反應2

3c+及2。3鯉3coT+2Fe

Si+2FeO^SiO2+2Fe

由爐人

2C+SzO2-2COT+5Z

2C+SiO2^2CO+SiC

與酸反應AA

不與HNO3、H[SO4等反應,

C+4"NQ（濃）=CO?TMN。？T+2H2O

但“

△AA

C+2H2so4（濃）T+2SQt+2H?0Si+4HF^SiF4t+2H2T

與水或堿

C+HO（,g）^CO+HSi+2Na0H+H0=NaSiO+2HT

溶液反應222232

與CaO反應

3C+CaO^CaC2+C0T

專題三二氧化碳和二氧化硅的結構、性質比較（見表7—7）

項目

co2Si02

類別酸性氧化物酸性氧化物

晶體類型分子晶體原子晶體

熔點和沸點低高，硬度大

化學性質不溶于水，與水也不反應

C02+H20H2co3

CO2+INaOH=Na2CO3+H2OSiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

SiO2+4HF=SiF4T+2H2O

聯(lián)系

Na2SiO3+CO2+2H2O=H4SiO4J+Na2c

A

H4SiO4------SiO2+2H2O

3硅及其化合物的特性

冏溫A

1.Si的還原性大于C,但C卻能在高溫下還原出Si：SiO2+2C=Si+2C0T

2.非金屬單質跟堿液作用一般無“2放出，但Si卻放出H2：

Si+INaOH+42。=Na2SiO3+2H2TSi+4HF=SiF4T+2/7,T

3.非金屬單質一般不跟非氧化性酸作用，但Si能與HF作用：

4.非金屬單質一般為非導體，但Si為半導體。

5.Si。?是的酸酊，但它不溶于水，不能直接將它與水作用制備H2SQ3。

6.非金屬氧化物的熔沸點一般較低，但SiC)2的卻很高。

7.酸性氧化物一般不與酸作用，但Si。?能跟HF作用：SiO2+4HF=SiF4T+2H2T

8.無機酸一般易溶于水，卻難溶于水。

9.因H2c。3的酸性大于H2SQ3,所以在NazSiOs溶液中通入CO?能發(fā)生下列反應:

Nci^SiOy+CO)+“2。=H、Si()3J，但在符j溫卜

Na2CO3+SiO2^=Na2SiO3+C02T也能發(fā)生。

10.NazSiOs的水溶液稱水玻璃，但它與玻璃的成分大不相同，硅酸鈉水溶液(即水玻璃)俗

稱泡花堿，但它卻是鹽的溶液，并不是堿溶液。

4硅與堿溶液的反應特點

硅與強堿溶液反應的實質是什么？究竟哪種物質是氧化劑？根據(jù)化學方程式：

Si+2NaOH+H20=Na2SiO3+2H2T

進行分析，似乎Na。"和a?。都是氧化劑，其實不然。上述反應實際分兩步進行

A

Si+4H2O—^H4SiO4+2H2T①

H4SiO4+2NaOH=Na2SiO3+3HQ②

其中反應①為氧化還原反應，反應②為非氧化還原反應。合并①②兩式得總反應方程式。

其中NaOH既不是氧化劑，也不是還原劑，只是反應物、起氧化作用的只是H2O。所以電0是①

式的氧化劑，也是總反應的氧化劑。為表示反應的實質(或要求標出電子轉移方向和數(shù)目時)，

可寫成:

Si+2NaOH+4H2O=Na2SiOy+2H2T+3H2O

11.碳及其化合物的知識網(wǎng)絡

②加熱

硅及其化合物的知識網(wǎng)絡

。2（自燃）

3.例題精講

［例1］下列關于碳族元素的說法正確的是［］

A.單質都是無色晶體

B.單質中硅單質熔點最高

C.碳族元素形成的化合物種類最多

D.在化合物中最穩(wěn)定的化合價都是+4價

分析：對選項A：在碳族元素所形成的單質中，只有金剛石為無色晶體，故A是錯的。

對選項B：在碳族元素形成的單質中，金剛石、晶體硅為原子晶體，金剛石的熔點比晶

體硅高。本族單質的熔點與鹵族元素單質熔點遞變趨勢不同，鹵族單質熔點從Fz-L依次升

高，碳族元素單質由C-Pb熔點呈降低趨勢，故B項是錯誤的。

對選項C：碳族元素位于周期表中部，易形成共價化合物特別是碳元素是構成種類繁多

的有機物的最重要元素。

對選項D：Pb的穩(wěn)定價態(tài)為+2,故選項D也是錯誤的。

答案：C

［例2］通過硅、磷、硫、氯與氫氣反應的情況及氫化物的穩(wěn)定性說明它們非金屬性的

強弱，并用原子結構理論加以解釋。

分析：元素非金屬性越強，越容易與氫氣發(fā)生反應，生成的氣態(tài)氫比物越穩(wěn)定。比較

硅、磷、硫、氯與氫氣反應的難易程度，就可以得知它們非金屬性的強弱。

答案：硅只有在高溫下才能跟氫起反應生成氣態(tài)氫化物SiH”。磷的蒸氣和氫氣能起反應

生成氣態(tài)氫化物P&,但相當困難。在加熱時硫蒸氣能跟氫氣化合生成氣態(tài)氫化物11白。氯氣

跟氫氣在光照或點燃時就能發(fā)生爆炸而化合，生成氣態(tài)氫化物HC1。這兒種氫化物穩(wěn)定性由

小到大的順序是：SiH.l<PH：t<H,S<HClo由以上事實可知非金屬性由弱到強的順序是Si<P

<S<C1?根本原因在于：硅、磷、硫、氯核外電子層數(shù)相同，隨原子序數(shù)的遞增最外層電

子數(shù)逐漸增加，原子半徑遞減，核對外層電子引力增強，元素的非金屬性也就逐漸增強。

［例3］最近，科學家研制得一種新的分子，它具有空心的類似足球狀結構，化學式為

Q0,下列說法正確的是［］

A.CO是--種新型的化合物

B.GO和石墨都是碳的同素異形體

c.ao中含離子鍵

D.CeO的式量是720

分析：足球烯CeO是課本正文中未曾學到過的，但只要明確單質、化合物、同素異形

體、化學鍵、式量的概念，對各選項進行認真辯析，不難作答。CQ是由同種元素（碳）組

成的純凈物，屬于單質；碳原子之間以共價鍵相結合；CeO和石墨都是由碳元素形成的不同

單質，都是碳的同素異形體，的式量=12X60=720。解題方法為概念辯析法。

答案：BD

［例4］如果發(fā)現(xiàn)114號新元素（位于第7周期IVA族），下列有關X可能具有的性質

合理的是［

A.X是非金屬元素

B.X的+2價化合物比+4價化合物穩(wěn)定

C.XOz具有強氧化性

D.X有穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物

分析：根據(jù)碳族元素性質遞變規(guī)律，可推知114號元素的金屬性比鉛還強，一定是金屬

元素。它的穩(wěn)定價態(tài)應與鉛相同，即為+2價，所以X0比XOz穩(wěn)定。X4+離子另得電子變成

X2+,所以X0?具有強氧化性。X是金屬元素，不可能存在穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物。

答案：BC

［例5］近年來，科學家在氫的氣氛中給石墨電極通電，石墨揮發(fā)，在其揮發(fā)的黑煙中

發(fā)現(xiàn)了GQ,它與金剛石互稱①。它是一種具有空心類似足球狀結構的新分子，碳原子之間

存在②鍵，它的摩爾質量是③，而金剛石是一種④結構的⑤晶體，碳原子間通過⑥鍵結合,

含有碳原子構成的環(huán)，則最小環(huán)上有⑦（填數(shù)字）個碳原子，每個碳原子上的兩個碳碳鍵的

夾角都是⑧（填角度）。

分析：從C0分子組成便知，它是由碳元素組成的一種單質，與金剛石互為同素異形體。

在分子中，碳原子與碳原子之間以共價鍵結合，它的摩爾質量可由化學式求，即12X60=

720g/molo金剛石是一種正四面體型空間網(wǎng)狀結構，晶體中一個碳原子位于正四面體中心，

四個碳原子以共價鍵與它結合，分別位于正四面體的四個頂點上。形成最小的環(huán)，含的碳原

子數(shù)必須通過平時分析教材中插圖或模型而知，鍵角為109。28'。本題著重考學生同素異

形體概念及培養(yǎng)三維空間思維能力。

答案：①同素異形體②共價③720g/mol④空間網(wǎng)狀⑤原子⑥共價⑦6⑧109。28'。

［例6］二氧化硅的熔沸點較高的原因是［］

A.二氧化硅中，硅氧原子個數(shù)之比為1：2

B.二氧化硅晶體是立體網(wǎng)狀的原子晶體

C.二氧化硅中，SI0鍵的鍵能大

D.二氧化硅晶體中原子以共價鍵相結合

分析：此題難度不大，但涉及二氧化硅晶體結構的重點知識。二氧化硅熔沸點較高的原

因，是由于其晶體里SIO鍵的鍵能很高，并形成了一種立體網(wǎng)狀的原子晶體，熔融它需消

耗較多的能量。所以，本題應選B、C兩個選項。

答案：BC

［例7］下列說法正確的是［］

A.二氧化硅溶于水顯酸性

B.二氧化碳通入水玻璃中可以得到原硅酸

C.因為高溫時二氧化硅與碳酸鈉反應放出二氧化碳，所以硅酸的酸性比碳酸強

D.二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸

分析：此題是關于硅及其化合物性質的選擇題，宜采用篩選法。

A.Si。?很難溶于水，無法顯酸性。

B.原硅酸酸性比碳酸弱，CO?通入水玻璃（NazSiOs溶液）會發(fā)生強酸制取弱酸的復分解

反應：

Na2SiQs+2Ha+C02==Na￡03+HSi03

C.高溫時如下反應可以進行：

Si02+Na2C03=Na2Si0：,+C0-t

但因為CO2成氣態(tài)逸出，并不說明硅酸比碳酸強，硅酸和碳酸酸性強弱的比較是指在水

溶液中的情況。

D.SiOz可以溶于氫氟酸中，這是SiO?的一個重要特性。

SiO2+4HF==SiF,t+2H20

答案：B

［例8］碳化硅（SiC）的一種晶體具有類似金剛石的結構，其中碳原子和硅原子的位置

是交替的。在下列三種晶體①金剛石、②晶體硅、③碳化硅中，它們的熔點從高到低的順序

是：口

A.①③②B.@@①

C.③①②D.②①③

分析：此題是給出新情境的信息遷移題。給出的新情境，是碳化硅的種晶體具有類

似金剛石的結構：此題的考查內容，是化學鍵與晶體結構。

所列三種晶體均是原子晶體，結構相似，晶體內的結合力是呈空間網(wǎng)狀的共價鍵：

共價鍵鍵長：c—C鍵＜C—Si鍵＜Si—Si鍵

共價鍵鍵能：C—C鍵〉C-Si鍵〉Si-Si鍵

共價鍵鍵長越短，鍵能越大，則原子晶體的熔點越高。所以三者的熔點由高到低的順序是:

金剛石、碳化硅、晶體硅。

答案：A

［例9］物質A是--種高熔點化合物，不溶于硫酸，硝酸等強酸。A與純堿熔融反應，生成化

合物B,同時放出氣體C；把氣體C通過B的溶液中，則得到化合物D；1）在干燥空氣中轉變

為化合物E；將E加熱又得到化合物A。試寫出A、B、C、D、E的化學式：A____、B__、

C____、D____、E____。

分析：此題應根據(jù)對實驗現(xiàn)象的分析，得出結論。A是不溶于硫酸、硝酸等強酸的高熔

點化合物，它能與純堿熔融反應,而且放出氣體C,可初步判斷A可能是SiO“B可能是NazSiO”

Cui能是CO2。若把CO?通過NafiOs溶液中，會得到膠狀沉淀HSiOi,H」SiOi在干燥空氣中易

脫水生成H,SiO3,HzSiG只有加熱才能生成SiOz。這些都是與題目所給出的實驗現(xiàn)象相符合，

這就證實A確實是SiO“A判斷出來了，其它物質的推斷就迎刃而解。

答案：A：SiOz、B：NazSiG、C：CO2、D：H,SiOa、E：H2SiO3

［例10］下列關于二氧化硅的說法是否正確？簡釋理由。

A.二氧化硅分子是由1個硅原子和兩個氧原子構成；

B.二氧化硅又叫硅醉：

C.二氧化硅與水化合生成對應水化物硅酸；

D.二氧化硅為酸好與堿反應不與酸反應；

E.二氧化硅與碳酸鈉反應生成COz,所以硅酸酸性比碳酸強。

分析：判斷是非題，一般屬于概念性知識多，判斷的正確率決定于掌握知識的正確性和

完整性。A錯，二氧化硅為原子晶體，晶體是氧原子與硅原子個數(shù)比為2：1的網(wǎng)狀主體結

構，沒有分子，SiOz為化學式而非分子式；

B對，二氧化硅是硅酸的酸酎；

C錯，二氧化硅是不溶于水的酸酊；

D錯，二氧化硅為酸酎，具有酸酎的通性，能于堿反應，但二氧化硅具有特性，可與氫

氟酸反應；

E錯，二氧化硅與碳酸鈉反應生成硅酸鈉是在高溫，利用COa的揮發(fā)性，促使反應完成,

并不能說明硅酸酸性強于碳酸。

答案：B

［例11］（1）怎樣用化學方法檢驗生石灰里混有的石英和石灰石？并寫出有關的化學

方程式。

（2）怎樣用一種試劑鑒別硅酸鈉、硫酸鈉、碳酸鈉3瓶未知液？并寫出實驗現(xiàn)象及結

論。

分析：（1）生石灰的成分是氧化鈣，若不含雜質，加鹽酸能完全溶解并且無氣體生成。

加鹽酸充分反應后仍有不溶于水的固體，說明有石英雜質存在。加鹽酸溶解，但放出無色無

味并能使石灰水變渾的氣體，說明生石灰中含有石灰石。

Ca0+2HCl=CaCl2+H20

CaCO：＜+2HCl=CaC12+H2O+CO-2t

C02+Ca（0Il）2=CaC03I+H2O

（2）三種未知液均為鈉鹽，故應根據(jù)酸根離子的特性選擇鑒別方法。碳酸款和硅酸鹽

都能與鹽酸反應，但現(xiàn)象不同，所以能用鹽酸鑒別。用三支小試管分別取三種未知液各少許,

分別滴加稀鹽酸，有氣體生成的是碳酸鈉溶液，有白色膠狀沉淀生成的是硅酸鈉溶液，無明

顯現(xiàn)象的是硫酸鈉溶液。

答案：見分析

［例12］如何用所提供的試劑和方法除去各粉末狀混合物中的雜質（括號內為雜質）。

將所選答案的編號填入在表內相應的空格內（如果不需要外加試劑，則對應答案欄可空著）。

1.可供選擇的試劑：A.鹽酸B.氫氧化鈉溶液C.氧氣D.水E.二氧化碳

I.可選用的操作：①水洗②加熱③高溫灼燒④過濾⑤結晶

端末狀混合物

(1)CaCO3(SiO2)

(2)NaCl(SiO2)

(3)SiO2(Fe2O3)

(4)SiO2(CaCO3)

(5)SiO2CH2SiO3)

(6)SiO2(NH4cl)

分析：可根據(jù)二氧化硅是不溶于水的酸性氧化物：它可跟強堿反應，不跟酸(氫氟酸

除外)反應；它受熱不分解等性質。而三氧化二鐵，碳酸鈣跟鹽酸反應；硅酸、氯化鏤能受

熱分解。通過一定操作，除去雜質。除雜過程中所發(fā)生的化學方程式如下：

(1)Si02+2NaOH==Na2SiO；,+H20

(3)Fe2O3+6HC1==2FeC13+3H2O

(4)CaCO；i+2HC>=CaC12+CO2t+H2O

(5)H2Si0：==^Si02+H20

(6)NH.!Cl=4=NH：it+HC1t

答案：(1)B,④(2)D,④，⑤(3)A,④(4)A,④(5)③⑹②

［例13］錯是IVA族元素，它的單質晶體是一種良好的半導體材料，廣泛用于電子工業(yè),

褚可以從燃燒的煙道灰中提取，其過程如下：

純凈的氨氣

1竽錯的氧圈

化物

③④

試寫出上述過程中①、③、④步反應的化學方程式。

①；

③；

④；

分析：Ge為WA族，最高正價為+4價，其氧化物為GeOz,又+4價穩(wěn)定，與鹽酸不發(fā)生

氧化還原反應，只發(fā)生堿性氧化物與酸的反應。情酸的化學式用硅酸遷移即得：H,GeO,或

HzGeOso

①GeOz+4HCl==GeCL+2HQ

③H￡e(h=^=GeO2+2Ha

(或H2GeO,9=GeO2+H2O)

④GeO?+2乩^=Ge+2H2O

答案：見分析

4.實戰(zhàn)演練

一、選擇題

1.以下氣體因與人體的血紅蛋白作用而引起中毒的是

A.C12B.SO2

C.H2SD.CO

2.對反應方程式:SiCh+3C=±SiC+2cOt,有關敘述正確的是

A.反應中Si。?是氧化劑，C只作還原劑

B.Si,+被還原了，而C只被氧化了

C.在反應中C既是氧化劑又是還原劑

D.在反應中氧化劑與還原劑的物質的量之比為1：2

3.實驗室用石灰石和鹽酸制取CO?時，最佳的除雜試劑和方法是

A.水、濃H2s0外洗氣

B.飽和Na2cCh溶液、濃H2so4、洗氣

C.飽和NaHCCh溶液、濃H2so八洗氣

D.NaOH溶液、濃H2SO4、洗氣

4.下列各組物質中不起反應的是

ASiCh與純堿共熔

B.CC>2通入NazSiCh溶液

C.SiOz與大理石共熔

DSiOz和濃H2so4共熱

5.將4.14gPb經充分氧化后得到氧化物的質量為4.46g,則生成的氧化物化學式為

A.PbO2B.Pb3O4

C.PbOD.Pb2O5

6.由10g含有雜質的CaCCh和足量鹽酸反應，產生了01molCCh，推斷雜質的組成可

能是

A.KHCO3和MgCO3B.K2CO3和Na2c。3

C.MgCOa和Na2co3D.Na2cO3和NaHCO3

7.某二價金屬的碳酸鹽和碳酸氫鹽的混合物與足量鹽酸反應。消耗H+和產生CO?的物

質的量之比為5：4,該混合物中碳酸鹽和碳酸氫鹽的物質的量之比為

A.1:2B.2:3

C.3:4D.4:5

8.將機gCaCCh與〃gKHCCh分別加入100mL0.5mol-L^1的鹽酸中，若反應后兩種

溶液的質量相等，則m與n的關系是

A.加工〃<2.5BM=〃>2.5

C.m=n5DJ?Z<M<2.5

9.把100gNa2cO3和NaHCCh的混合物同足量的鹽酸反應，放出22.4L(標準狀況)的

CO2,則混合物中Na2cO3的質量分數(shù)是

A.68.9%B.70.3%

C.73.5%D.77.1%

10.把xmolCOz通入含ymolCa(0H)2的澄清石灰水中充分反應，下列敘述中錯誤的是

A.當xWy時，生成1OOxg沉淀

B.當x^y時，生成lOQyg沉淀

C.當y<x<2y時，生成100(2y-x)g沉淀

D.當X》2y時，產生的沉淀全部溶解

11.下列關于硅的說法不正確的是

A.硅是非金屬元素，它的單質是灰黑色有金屬光澤的固體

B.硅的導電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導體材料

C.硅的化學性質不活潑，常溫下不與任何物質起反應

D.加熱到一定溫度時，硅能與氫氣、氧氣等非金屬反應

12.下列物質中能與二氧化硅起化學反應的是

①濃硝酸②水③王水④氫氟酸⑤KOH溶液

A.①②B.②④

C.④⑤D.③④

13.能證明金剛石和石墨屬于同素異形體的事實是

A.都具有較高的熔點

B.都難溶于一般的溶劑

C.在。2里充分燃燒都只生成CO2

D.在一定條件下，金剛石和石墨可以相互轉化

14.由CO2和CO組成的混合氣體，經分析測知含氧質量分數(shù)為70%,則該混合氣體中

CO和CO2的體積比為

A.1：3B.7：33

C.33：7D.3：1

15.將CO2通入下列物質的溶液中不與其反應的是

①Na2c。3②NazSiCh③NaAlO??C6H5ONa⑤Ca(ClO)2@CaCI2?CaCO3

A.①③④⑤⑥B.①和⑥

C.只有①D.只有⑥

16.已知金剛砂SiC是原子晶體，則①金剛石②晶體硅③SiC,三者的熔沸點高低順序正

確的是

A.①下③〉②B.③①

C.②網(wǎng)>③D.③，①〉②

17.某混合氣體的質量百分組成為CO占22%、占48%、用占20%、H2占10%,則

此混合氣體的平均式量為

A.27.32B.12.5

C.20.17D.17.95

二、非選擇題(共49分)

18.(14分)將〃mol木炭粉和1molFeO在反應器中混合，隔絕空氣加強熱。

(1)可能發(fā)生的化學反應有：

?FeO+C===Fe+COt

@2FeO+C===2Fe+CO2t

(3)FeO+CO=Fe+CO2t

④_________________________________________

(2)若”<,，充分反應后，反應器中的固體物質是，氣體

2

產物是。

(3)若w>l,充分反應后，反應器中的固體物質是，氣體產物

是O

(4)若反應的氣體產物是混合物，〃的取值范圍是。

(5)若反應的氣體產物是混合物，且混合物中CO和CO2的物質的量相等，則n的值

為。

19.(8分)水蒸氣通過灼熱的煤所產生的混合氣，其主要成分是CO、H2,還含有CO2和

水蒸氣。請用下列裝置設計一個實驗，以確認上述混合氣中含有CO和H?。

(1)上圖所示裝置的正確連接順序是(填各接口的代碼字母)：

混合氣一()()接()(