高中化學(xué)關(guān)于炭族元素的知識(shí)點(diǎn)詳解

而中化學(xué)關(guān)于炭族元素的知識(shí)點(diǎn)詳解

導(dǎo)讀：我根據(jù)大家的需要整理了一份關(guān)于《高中化學(xué)關(guān)于炭族元素的知識(shí)

點(diǎn)詳解》的內(nèi)容，具體內(nèi)容：高中的高中會(huì)學(xué)習(xí)到很多的知識(shí)點(diǎn)，下面的

我將為大家?guī)?lái)關(guān)于碳族元素的知識(shí)點(diǎn)的介紹，希望能夠幫助到大家。高

中化學(xué)關(guān)于炭族元素的知識(shí)點(diǎn)的介紹1.碳族元素性質(zhì)的相似性和遞變

性...

高中的高中會(huì)學(xué)習(xí)到很多的知識(shí)點(diǎn)，下面的我將為大家?guī)?lái)關(guān)于碳族元

素的知識(shí)點(diǎn)的介紹，希望能夠幫助到大家。

高中化學(xué)關(guān)于炭族元素的知識(shí)點(diǎn)的介紹

1.碳族元素性質(zhì)的相似性和遞變性：

⑴相似性

①碳族元素原子結(jié)構(gòu)最外層都為4個(gè)電子，C、Si為非金屬元素，Ge、

Sn、Pb為金屬元素。

②最高正價(jià)為4,負(fù)價(jià)為-4。

③非金屬元素可形成氣態(tài)氫化物RH4

④非金屬元素最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H2R03,其水溶液呈酸性；

金屬元素低價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物為、具兩性偏堿性。

2.碳單質(zhì)(C)

碳元素價(jià)態(tài)變化及重要物質(zhì)：

碳的同素異形體有金剛石和石墨兩種。

⑴金剛石和石墨的晶體結(jié)構(gòu):

金剛石晶體里，每個(gè)碳原子都處于四個(gè)碳原子的中心，以共價(jià)鍵跟四個(gè)

碳原子結(jié)合成正四面體結(jié)構(gòu)，正四面體結(jié)構(gòu)向空間發(fā)展，構(gòu)成一個(gè)空間網(wǎng)

狀晶體，為原子晶體。

石墨晶體是層狀結(jié)構(gòu)，每層內(nèi)的碳原子排列成六邊形，一個(gè)個(gè)六邊形排

列成平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同一層內(nèi)，相鄰的碳原子以非極性共價(jià)鍵結(jié)合，層與

層以范德華力相結(jié)合，因?qū)优c層之間易滑動(dòng)，質(zhì)軟。石墨晶體為層狀晶體

（看作混合型晶體）。

（2）物理性質(zhì)：

金剛石和石墨物理性質(zhì)有較大差異。

（3）化學(xué)性質(zhì)：碳單質(zhì)常溫下性質(zhì)很穩(wěn)定，碳的性質(zhì)隨溫度升高，活性

增大。碳的同素異形體化學(xué)性質(zhì)相似。

①可燃性：在充足空氣中燃燒C02（足）2C0

②高溫下，與氫、硫、硅等發(fā)生化合反應(yīng)：

C+2SCS2（C表現(xiàn)還原性）

C+SiSiC（C表現(xiàn)弱氧化性）

C+2H2CH4（C表現(xiàn)弱氧化性）

③高溫下，與鈣、鐵、鋁、硅的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成碳化物或還原

出金屬單質(zhì)。

Ca0+3CCaC2+C0（電石）

CuO+CCu+CO

SiO2+2CSi+2C0

Fe203+3C2Fe+3C0

④高溫下，與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)，

⑤與氧化性酸發(fā)生反應(yīng)：

C4HN03(濃)C022S022H20

3.二氧化碳(C02)

屬于酸性氧化物，即為碳酸酸酎。

(1)分子組成和結(jié)構(gòu)：二氧化碳分子是由兩個(gè)氧原子和一個(gè)碳原子通過(guò)

極性共價(jià)鍵結(jié)合成直線(xiàn)型的非極性分子；固態(tài)時(shí)為分子晶體。

(2)物理性質(zhì)：二氧化碳是無(wú)色、無(wú)嗅的氣體，密度比空氣大，加壓和

降溫下變?yōu)檠罟腆w叫干冰，若在壓強(qiáng)為101帕，溫度C時(shí)，干冰可升

華成氣體;CO2可溶于水(通常狀況下1:1)。CO2無(wú)毒，但它是一種窒息性

氣體(10%即窒息)，可滅火。

(3)化學(xué)性質(zhì):

①溶于水，與水發(fā)生反應(yīng)：

CO2+H2OH2CO3H+HCO3—溶液呈弱酸性，H2CO3為弱電解質(zhì)，而CO2為

非電解質(zhì)。

②具有酸性氧化物的通性：與堿、與堿性氧化物、與鹽等物質(zhì)發(fā)生反

應(yīng)。

CO2+CaOCaCO3

CO2+Ca(OH)2=CaCO3H20

CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

③與還原性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，C02表現(xiàn)弱氧化性。

C02+C2C0

④與某些活潑金屬反應(yīng)，C02表現(xiàn)氧化性

C02+2Mg2MgO+C,生成黑色(C)和白色(MgO)兩種粉末。

⑷制法：

實(shí)驗(yàn)室制法：CaC03+2HCl=CaC12H20+C02

工業(yè)制法：CaCO32co2(藍(lán)色火焰)

②還原性：

CuO+CO

工業(yè)制法：

碳還原C02：C+C022C0

水煤氣法：CH20(氣)COH2

(4)用途：氣體燃燒、冶金工業(yè)的還原劑及有機(jī)合成原料。

5.碳酸及其鹽

⑴碳酸(H2c03)

①二元弱酸，分步電離：

H2C03H+HC03-、HC03-H+C032-

酸性：H2C03>HC03-

C02通入水中得到碳酸溶液，C02+H20H2C03,碳酸只存在于溶液中。

②碳酸是不穩(wěn)定酸，易分解。

H2C03=H20+C02

③碳酸具有酸的通性，與指示劑、與堿、與堿性氧化物、與活潑金屬、

與鹽等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

2Na0H+C02=Na2C03+H20

Na20+C02=Na2C03

+C02+H20=CaC032HC10

(2)碳酸鹽：包括正鹽和酸式鹽兩種鹽

①溶解性：

碳酸鹽除K、Na、NH4鹽易溶于水，Mg2微溶于水外，剩余都難溶于

水。陽(yáng)離子相同的碳酸鹽，通常，正鹽溶解性NaHC03溶解性。

②熱穩(wěn)定性：通常正鹽〉酸式鹽，如：

Na2C03Na2C03+C02H20

③正鹽與酸式鹽相互轉(zhuǎn)化：

Na2C03+C02+H20=2NaHC03

Na2C03+HCl=NaHC03+NaCl

NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

2NaHC03SiO2、Si+2C12SiF4+2H20

(HF制?。篊aF2+H2s04(濃)Si02+H20

用途：石英制耐火材料、石英玻璃等。水晶用于制光學(xué)儀器和工藝品。

8.硅酸及硅酸鹽

(1)硅酸(H2Si03)和原硅酸(H4SiO4)

硅酸(H2Si03)是一種難溶于水的弱酸，其酸性比碳酸還弱;通過(guò)硅酸鈉

溶液和鹽酸反應(yīng)不同操作方法，可制得硅酸溶膠或凝膠，甚至可得到白色

膠狀沉淀物，Na2Si03+2HCl=H2Si03+2NaCL硅酸凝膠經(jīng)過(guò)處理后用CoC12

溶液浸泡、烘干，制得一種變色硅膠(Si02?xH20),吸水前為藍(lán)色，吸水

后為粉紅色，是一種很好的干燥劑。

硅酸還能和堿發(fā)生反應(yīng);H2Si03+2Na0H=Na2Si03+2H20。

原硅酸H4SiO4是一種很不穩(wěn)定、難溶于水的弱酸。

⑵硅酸鈉(Na2SiO3)：

Na2SiO3水溶液稱(chēng)之為水玻璃或泡花堿。

①發(fā)生水解反應(yīng)，水溶液呈堿性：

SiO32-2H20H2Si03+20H-

②與酸發(fā)生反應(yīng)：

Na2SiO3+CO2+H2O=H2SiO3+Na2CO3

Na2SiO3+2HCl=H2SiO3(膠體)+2NaCl

向Na2SiO3溶液中滴加鹽酸，邊加邊強(qiáng)力振蕩，得到硅酸溶膠，繼續(xù)滴

加鹽酸，得到硅酸凝膠。

9.硅酸鹽工業(yè)

(1)玻璃工業(yè)

①制普通玻璃的主要原料：純堿(Na2co3)、石灰石(CaC03)和石英

(Si02);若制有色玻璃或特種玻璃還要加入一些其它有色的物質(zhì)。

②生產(chǎn)玻璃的主要反應(yīng)和主要設(shè)備。

Na2C03+Si02Na2Si03+C02

CaC03+Si02CaSi03+C02,玻璃窯中進(jìn)行。

③玻璃成分：玻璃不是晶體，稱(chēng)作玻璃態(tài)物質(zhì)，它沒(méi)有固定熔點(diǎn)，而

是在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。軟化狀態(tài)時(shí)，可制成任何形狀制品。

普通玻璃：是Na2Si03、CaSi03和Si02熔化在一起的物質(zhì)，可寫(xiě)成

Na20?Ca0?6Si02o

有色玻璃：在普通玻璃中加入氧化鉆(Co203)呈藍(lán)色，加入氧化亞銅

(Cu20)呈紅色等，有色玻璃為固溶膠。

鋼化玻璃：普通玻璃加熱軟化，急速冷卻得到鋼化玻璃，即成分與普通

玻璃相同，因熱處理方法不同，而結(jié)構(gòu)、物性不同。

(2)水泥工業(yè)：

①制水泥原料：石灰石、粘土和適量石膏(熟料中加入適量石膏，為的

是調(diào)節(jié)水泥硬化速度)。

②制水泥主要設(shè)備：水泥回轉(zhuǎn)窯。

③水泥成分：主要成分是：

硅酸三鈣：3CaO?SiO2

硅酸二鈣：2CaO?SiO2

鋁酸三鈣：3CaO?A12O3

即水泥為混合物

④水泥性能和用途

水泥的組成和結(jié)晶形態(tài)的不同直接影響到它的主要性能。

水泥具有水硬性。水泥和水拌和后，發(fā)生作用，生成不同的水合物，同

時(shí)放出一定熱量，生成的水合物逐步形成膠狀物，并開(kāi)始凝聚，最后有些

膠狀物轉(zhuǎn)變?yōu)榫w，使膠狀物和晶體交錯(cuò)地結(jié)合成強(qiáng)度很大的固體，以上

過(guò)程叫水泥的硬化。

水泥不僅是一般建筑材料，而且是水下工程必不可少的建筑材料。水泥、

砂子和碎石按一定比率混合后，制得混凝土，常用來(lái)造橋，建廠(chǎng)房。若建

筑物用鋼筋作結(jié)構(gòu)，再澆注混凝土，即鋼筋混凝土，使建筑物更加堅(jiān)固。

10.碳族元素及其單質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)比較。

【典型例題】

［例1］下列關(guān)于硅的說(shuō)法不正確的是（）

A.硅是非金屬元素，但它的單質(zhì)是灰黑色有金屬光澤的固體

B.硅的導(dǎo)電性能介于金屬和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料

C.硅的化學(xué)性質(zhì)不活潑，常溫下不與任何物質(zhì)起反應(yīng)

D.當(dāng)加熱到一定溫度時(shí)，硅能與氧氣、氫氣等非金屬反應(yīng)

答案：C

［例2］下列關(guān)于碳族元素的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是（）

A.它們從上到下的非金屬性向金屬性遞變的趨勢(shì)比鹵族元素明顯

B.碳族元素的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性從上到下逐漸減弱

C.碳族元素原子的最外層都有4個(gè)電子

D.主要化合價(jià)有2價(jià)和4價(jià)，大多數(shù)2價(jià)化合物穩(wěn)定

答案：D

［例3］對(duì)于碳族元素，下列說(shuō)法不正確的是（）

A.隨著元素原子序數(shù)的增加，其單質(zhì)的熔點(diǎn)逐漸升高

B.它是由非金屬性向金屬性過(guò)渡十分明顯的元素族

C.只能形成共價(jià)化合物，不能形成離子化合物

D.除鉛外，碳族元素均以4價(jià)化合物較為穩(wěn)定

答案：A、Co

［例4］待發(fā)現(xiàn)的原子序數(shù)為114的元素X,其下列性質(zhì)推斷正確的是（）

A.它的金屬活動(dòng)性比鉛強(qiáng)

B.有穩(wěn)定的氣態(tài)氫化物XH4

C.它穩(wěn)定的化合價(jià)是4價(jià)

D.最高價(jià)氧化物為X02

答案：A、Do

［例5］將過(guò)量的C02分別通入①CaC12溶液;②Na2SiO3溶液;③溶

液;④飽和Na2c03溶液。最終溶液中有白色沉淀析出的是（）

A.①②③④B.②④C.①②③D.②③

H2c03,H2c03的酸性比鹽酸弱，而比硅酸、次氯酸強(qiáng)。根據(jù)酸與鹽反應(yīng)

的規(guī)律，C02通入CaC12溶液無(wú)明顯現(xiàn)象（弱酸不能制強(qiáng)酸）；過(guò)量C02通入

Ni2Si03溶液中有白色沉淀H2SiO3生成;C02通入溶液至過(guò)量，C02H20

CaC032HC10,CaC03H20C02,最終生成而無(wú)沉淀產(chǎn)生。過(guò)量C02通入

飽和Na2C03溶液中。

2NaHC03生成的NaHC03溶解度比Na2C03溶解度小而結(jié)晶析出。

編號(hào)

試劑

保存方法

理由

A

固體氫氧化鈉

存放在帶橡皮塞的廣口瓶中

防止與空氣接觸被氧化和與水蒸氣、二氧化碳接觸而變質(zhì)

B

碳酸鈉晶體

存放在干燥密封的廣口瓶中

防止風(fēng)化而碎裂成粉末

C

液澳

存放在帶橡皮塞的細(xì)口瓶中，并用水封

防止揮發(fā)

D

過(guò)氧化鈉粉末

存放在帶玻璃塞的試劑瓶中

防止吸收水分而變質(zhì)

答案：B

據(jù)此，請(qǐng)?zhí)羁眨?/p>

(1)化合物F是o

(2)化合物I是。

(3)反應(yīng)③的化學(xué)方程式是。

(4)反應(yīng)④的化學(xué)方程式是。

2H20

反應(yīng)④為：2F22H204HF02

經(jīng)逐個(gè)物質(zhì)核對(duì)，均符合題意，解畢。顯然，本題的〃切入點(diǎn)〃，可以認(rèn)

為是Si和C0,而HF和F2則是本題的難點(diǎn)和重點(diǎn)之所在。

2H20

(4)2F22H204HF02

答案：B、D

答案：B

答案：A、C

答案：B

化簡(jiǎn)得2xy=14,將A?DD各項(xiàng)中，x、y值代入驗(yàn)證，只有B符合方程。

另解：根據(jù)硅酸鹽的另一種表示組成的方法?D?D氧化物的形式，可將

A12Si20x(0H)y,改寫(xiě)成

化簡(jiǎn)可得2xy=14,以下同前解。

［例12］三硅酸鎂被用來(lái)治療胃潰瘍，是因?yàn)樵撐镔|(zhì)不溶于水，服用后

能中和胃酸，作用持久。把三硅酸鎂Mg2Si308?nH20改寫(xiě)成氧化物形式為

，寫(xiě)出它中和胃酸(HC1)的化學(xué)方程式。

解析：本題主要考查硅酸鹽的書(shū)寫(xiě)方式和性質(zhì)，其氧化物形式的書(shū)寫(xiě)關(guān)

鍵在于化合價(jià)，該物質(zhì)中Mg為2價(jià)，Si為4價(jià)，其氧化物分子式分別為

MgO,Si02,故三硅酸鎂的氧化物形式為：2MgO?3SiO2?nH2O,與鹽酸反應(yīng)

的方程式(只有MgO能反應(yīng))為：

2Mg0?3Si02?nH204HCl=2MgC123Si02(n2)H20

［例13］(1)將下列硅酸鹽改寫(xiě)成氧化物的形式：

①鎂橄攬石(Mg2SiO4)：。

②高嶺石［o

通過(guò)以上改寫(xiě)可知，HN03的酸醉為,HCOOH與濃H2s04反應(yīng)可

制氣體。

（3）已知在一定條件下，F(xiàn)e在C12中燃燒可以生成Fe3c18,它可以看作

是FeC12?2FeC13,類(lèi)似地，碘與Fe在一定條件下可得到Fe3I8,則它可

以看作是。

。上述反應(yīng)中，F(xiàn)e由2價(jià)變?yōu)?價(jià)，而Y的化合價(jià)不變，則可推算此

鈕礦石的化學(xué)式中x=。若用氧化物表示其組成，則化學(xué)式可寫(xiě)

成o

解析：依題意在竊礦石中Y元素的化合價(jià)為3價(jià)，鐵元素為2價(jià)，Be

元素只有2價(jià)，Si元素為十4價(jià)，氧元素為?D2價(jià)，由化合物中元素的正

價(jià)總數(shù)與負(fù)價(jià)總數(shù)的絕對(duì)值相等，可知x=2。

改寫(xiě)成氧化物的形式為：Y203?Fe0?2Be0?2SiO2

［例15］自YBa2Cu307?D超導(dǎo)氧化物發(fā)現(xiàn)以后，許多新型超導(dǎo)材料不斷

問(wèn)世。汞系超導(dǎo)氧化物就是一類(lèi)典型的代表物。1993年P(guān)utilin等合成了

第一個(gè)汞系超導(dǎo)氧化物HgBa2CuO4（Hg?D1201相Tc=94K）,緊接著

HgBa2CaCu206（Hg?D1212相Tc=127K）和HgBa2Ca2Cu308（Hg?D1223相

Tc=134K）也相繼合成出來(lái)。該類(lèi)化合物可用通式表示為。

答案：HgBa2Can?DlCunO2n2（其中人n為大于或等于1的正整數(shù)）

解析：對(duì)這幾種汞系超導(dǎo)氧化物中各元素的原子個(gè)數(shù)進(jìn)行分析，分析過(guò)

程如下HgBa2CalCunO2n2。

【模擬試題】（答題時(shí)間：60分鐘）

一.選擇題（本題共20小題，每小題3分，共60分。每小題有只有一

個(gè)選項(xiàng)符合題意）

1.用于汽車(chē)或火車(chē)車(chē)窗上的玻璃是（）

A.普通硬質(zhì)玻璃B.鉛玻璃C.鋼化玻璃D.玻璃鋼

2.石墨炸彈爆炸時(shí)能在方圓幾百米范圍內(nèi)撒下大量石墨纖維，造成輸

電線(xiàn)、電廠(chǎng)設(shè)備損壞。這是由于石墨（）

A.有放射性B.易燃、易爆C.能導(dǎo)電D.有劇毒（MCEOO）

3.下列氣體不會(huì)造成大氣污染的是（）

A.N02B.S02C.C02D.C12

4.下列化合物中最容易脫水的是（）

A.NaOHB.B.C,D.

20.據(jù)報(bào)導(dǎo)，國(guó)外有科學(xué)家用激光將置于鐵室中石墨靶上的碳原子炸

松，與此同時(shí)再用射頻電火花噴射氮?dú)?，此時(shí)碳、氮原子結(jié)合成碳氮化合

物薄膜。據(jù)稱(chēng)這種化合物可能比金剛石更堅(jiān)硬。其原因可能是（）

A.碳、氮原子構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體

B.碳氮鍵比金剛石中的碳碳鍵更強(qiáng)

C.氮原子最外層電子數(shù)比碳原子最外層電子數(shù)多

D.碳、氮的單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)均不活潑

二.填空題（本題包括7小題，共30分）

21.（4分）鹽堿地（含較多NaCl、Na2CO3）不利于作物生長(zhǎng)，其產(chǎn)生堿性

的原因是（用離子方程式表示）；施加適量石膏可降

低鹽堿地的堿性，表示其反應(yīng)原理的離子方程式是。

22.（8分）稱(chēng)取一定質(zhì)量的含不同雜質(zhì)的純堿溶于水后與適量鹽酸反應(yīng)，

跟同質(zhì)量不含雜質(zhì)的純堿相比（填多或少）

（1）若純堿中含小蘇打，則鹽酸用量____,產(chǎn)生氣體的量_____;

（2）若純堿中含碳酸鉀，則鹽酸用量____,產(chǎn)生氣體的量______;

（3）若純堿中含氯化鈉，則鹽酸用量____,產(chǎn)生氣體的量______;

（4）若純堿中含碳酸氫鈣，則鹽酸用量_____,產(chǎn)生氣體的量______。

23.（3分）將50mL0.1mol/L的氫氧化鈉溶液和5mL0.5mol/L

的乙酸溶液混合蒸干并強(qiáng)熱，最終得到的固體是,得到此固體

的最后化學(xué)方程式是：。

24.（7分）物質(zhì)A是一種高熔點(diǎn)化合物，不溶于硫酸、硝酸，卻溶于氫氟

酸;C是一種氣體;D是白色膠狀沉淀;E是白色固體。A、B、C、D、E間的

轉(zhuǎn)化如右圖，根據(jù)圖示關(guān)系回答：

分子式A,B,C,D