碳族元素
第十四章 碳族元素
Chapter 14 The Carbon Family Elements
Carbon (C) Silicon (Si) Germanium (Ge) Stannum (Sn) Plumbum (Pb)
§14-1 碳及其化合物 Carbon and its Compounds
一、General Properties
1．根据σ键的数目，碳可采取sp 、sp 2、sp 3杂化，其最大配位数为4
2．由于碳—碳单键的键能特别大，所以C －C 键非常稳定,具有形成均键(homochains)的
倾向
C －C N －N O －O F －F E (kJ·mol -1) 374 250 210 159 实 例
H 3C －CH 3
H 2N －NH 2
HO －OH
从碳到氮的单键键能的突减，是由于N 2分子中氮原子之间非键电子对排斥的缘故。
二、The Simple Substance
1．在第二周期中，氟、氧和氮都以双原子分子存在：F 2、O 2和N 2；而碳存在多聚物，其理由为：O 2和N 2的多重键要比σ单键（均键）强得多
如： ,
E (kJ·mol -1) 494 ＞ 210 + 210 , 946 ＞ 250 + 250
而：
E (kJ·mol -1) 627 ＜ 374 + 374
即C
2分子中的多重键比均链中的两个σ单键之和小，所以碳往往形成多原子均键，虽然在星际空间存在有C 2(g)分子。
2．Allotropes: diamond 、graphite 、fullerene (C 60、C 70)、carbin (carbon fibers) (1) 熵 S carbin ＞S graphite ＞S diamond
(2) d C-C (nm): diamond ＞ graphite ＞ benzene ＞ ethylene ＞ carbin ＞ acethylene (3) C graphite → C diamond ?r H m ＞0，?r S m ＜0
根据平衡，需要高压Pa 100.1106109?-?，(because of the insignificant
reduction of volume)，升高温度不利于平衡的移动，但为了达到该过程可以接受
的速率，反应温度大约在2000℃，近来已发明一种低压生产金刚石的方法：把金刚石晶种（seed ）放在气态碳氢化合物（甲烷methane ，ethane ）中，温度升高到1000℃，可以得到金刚石粉末或者crystal whiskers
(4) C 60
由12个正五边形和20个正六边形组成，每个碳原子以sp 3、sp 2杂化轨道与
相邻的三个碳原子相连，使∠CCC 小于120?而大于109?28'，形成曲面，剩余的p 轨道在C 60球壳的外围和内腔形成球面π键，从而具有芳香性。
O N N N N N C C C C C O O O
欧拉方程：面数(F) + 顶点数(V) = 棱数(E) + 2
a．structure：根据欧拉定理，通过12个正五边形和数个正六边形的连接可以形成封闭的多面体结构：C60为第一个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，C70为第
二个五边形间互不相邻的封闭笼状结构，两个五边形相邻的最小碳笼为C50，
三个五边形相邻的最小碳笼为C28，不存在六边形的最小碳笼为C20。
b．properties：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。
三、The Compounds
1．[ - 4 ]O.S. covalent CH4, ionic-covalent Al4C3, metallic MC、M2C、M3C 水解性（或与水反应）：
Al4C3 + 12H2O4Al(OH)3 + 3CH4↑
CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2↑
20% HfC和80%TaC合金是已知物质中熔点最高的（m.p. = 4400℃）
2．[ + 4 ]O.S.
(1) CHal4
a．preparation：CS2 + 2Cl2CCl4 + S2Cl2
b．properties：
hydrolysis CHal4 + 2H2O(g)CO2(g) + 4HHal(g)
从热力学上看是可行的：
CF
（?r G m = -150kJ·mol-1），CCl4（?r G m = -250kJ·mol-1）
它们之所以不能水解是由于在通常条件下缺乏动力学因素，碳的配位数已饱和，不能与水分子结合。从CF4→CI4随着键长的增大,键的强度减弱，稳定
性减弱，活泼性增强
(2) COHal2（卤氧化碳，也称为碳酰卤 carbonyl halides）：
所有的COHal2比CHal4的化学性质活泼，特别是它们易水解：
COCl2 + H2O CO2 + 2HCl 它们都有极性，都是平面三角形。
COCl2 (光气 phosgene) 是剧毒的
光气的制备：CO + Cl2COCl2
(3) CS2（carbon disulfide）
a．preparation
(i) C + 2S900℃CS2
CS2 + 2H2S
(ii) 4S(g) + CH4(g)600℃
Al2O3或硅胶
b．properties
CS2是易挥发、易燃的无色的有机溶剂
明显水解：CS2 + 2H2O CO2 + 2H2S
与碱性硫化物反应：Na2S + CS2Na2CS3
(4) -23CO 、-23CS 、-
22CN
a ．structure ：
642 ] [∏- 642 ] [∏- [N ＝C ＝N]2- 2个4
3∏
sp 2杂化 sp 2杂化 sp 杂化 b ．properties
(i) 碳酸盐：正盐中除碱金属（不包括Li +）、铵及Tl + 盐外，都难溶于水，许
多金属的酸式盐的溶解度大于正盐，但3NaHCO S ＜32CO Na S 。
解释：这是由于在NaHCO 3溶液中-3HCO 从氢键相连成二聚离子，降低了它
们的溶解度： -
-
?→?23
]
[HCO 2
热稳定性：H 2CO 3＜MHCO 3＜M 2CO 2 (ii) 硫代碳酸盐（thiocarbonate ）
22CS S K +32H 32CS H CS K ?→?+
H 2CS 3是高折射率油状物，易分解成H 2S 和CS 2
H 2CS 3的水溶液为弱酸，在水中缓慢分解： H 2CS 3 + 3H 2O
H 2CO 3 + 3H 2S
(iii) 氨基腈化物（cyanamide ）-
22CN （氮代碳酸盐)
CaC 2 + N 2～1100℃
CaCN 2 + C
H 2CN 2（Hydrogen dinitride carbonate ）是无色晶体，易溶于水、alcohol 和
ether ，显示弱酸性，在有机溶剂中可能存在互变异构（tautomerism ）平衡：
H N C N H
H
N H
C N
H 2CN 2在水中缓慢分解：
H 2CN 2 + 3H 2O H 2CO 3 + 2NH 3 CaCN 2 + 3H 2O
CaCO 3 + 2NH 3
22223l 3H CN ()(H CN )???→聚合
3．[ +2 ]O.S. HCOOH
浓H 2SO 4
CO + H 2O
CO （carbon monoxide ）结构式：O ，使μ减小 μ = 0.112D
CO + PdCl 2 + H 2O
Pd + CO 2 + 2HCl
+23)Cu(NH 可以吸收CO ，所以CO 比N 2活泼
O C OH O
C O HO
O
C
N
C
N C
N NH 2
NH 2H 2N
§14-2 硅及其化合物 Silicon and its Compounds
一、General Properties
1．由于Si 的原子半径大、电离能低、电子亲合能和极化率高，因此Si 在化学性质上与
碳有许多不同之处。例如Si 和Si 之间基本上不形成p π－p π键，换言之，Si 的sp 或sp 2杂化不稳定。
2．由于Si 原子的价轨道存在3d 空轨道，所以Si 原子的最大配位数可以达到6，可以形
成d －p π键，例如N(SiH 3)3中N 原子采取sp 2杂化，分子为平面三角形。这是由于N 原子上的孤对电子对占有Si 原子的3d 空轨道，形成d －p π键所致。显然N(CH 3)3与N(SiH 3)3的碱性也不同，前者的Lewis 碱性大于后者。
3．Si 在自然界中占第二位，仅次于氧。About half the earth’s crust consists of silica (SiO 2)
and silicate, aluminosilicate rocks.
二、The Simple Substance
1．Properties
(1) 在通常情况下，硅非常惰性，但加热时与许多非金属单质化合，还能与某些金属
反应
???????
???→???
???→???????????←?????←????2O C 6004Cl C 400N C 100043C C 2000SiO SiCl Si N Si SiC 3
2
2 2Mg + Si Mg 2Si
(2) 硅遇到氧化性的酸发生钝化性(passivation),它可溶于HF －HNO 3的混合酸中
3Si + 4HNO 3 + 18HF
3H 2SiF 6 + 4NO + 8H 2O
硅与氢氟酸反应：Si + 4HF
SiF 4 + 2H 2，SiF 4 + 2HF
H 2SiF 6
(3) 硅溶于碱并放出H 2：Si + 2KOH + H 2O K 2SiO 3 + 2H 2↑ (4) 硅在高温下与水蒸气反应：Si + 2H 2O(g) H 2SiO 3 + 2H 2
2．Preparation: (1) SiCl 4 + 2Zn
Si + 2ZnCl 2
(2)SiO 2和C 混合，在电炉中加热：SiO 2(s) + 2C(s)
电炉
Si(s) + 2CO(g)↑
(3) SiO 2 + CaC 2Si + Ca + 2CO (4) 硅烷的分解：SiH
4Si + 2H 2
用作半导体用的超纯硅（super pure silicon ），需用区域熔融（zone melting ）
的方法提纯。
三、The Compounds
1．[ - 4 ] O.S. 硅化物（silicides ）
(1) IA 、IIA 族硅化物：Ca 2Si 、CaSi 、CaSi 2不稳定，与水反应
(2) 副族元素硅化物：Mo 3Si 、Mo 5Si 3、MoSi 、MoSi 2（2050℃）高熔、沸点，不溶于
HF 和王水，仅溶于HF －HNO 3混合液或者在碱液中
WSi 2（2165℃），Ti 5Si 3（2120℃），V 5Si 3（2150℃），f 元素的硅化物在反应堆中吸收中子。
2．[ +4 ]O.S. SiHal 4，SiO 2，Si 3N 4，SiC 和SiH 4
(1) structure ：正四面体结构单元：SiO 4、SiS 4、SiN 4、SiC 4 (2) properties ： a ．与碱反应： SiO 2 + Ca(OH)2
熔融
CaSiO 3 + H 2O
SiH 4 + 2KOH + H 2O K 2SiO 3 + 4H 2
CaS(碱性化合物) + SiS 2
CaSiS 3 b ．Hydrolysis (i) SiCl 4 + 4H 2O H 4SiO 4 + 4HCl SiS 2 + 4H 2O H 4SiO 4 + 2H 2S
水解过程：
(ii) SiF 4 + 3H 2
O H 2SiO 3 + 4HF 4HF + 2SiF 4
2H 2SiF 6
即：3SiF 4 + 3H 2O
H 2SiO 3 + 2H 2SiF 6 (3) SiHal 4的制备 a ．CaF 2 + H 2SO 4CaSO 4 + 2HF SiO 2 + 4HF SiF 4 + 2H 2O
b ．SiO 2 + 2C + 2Cl 2SiCl 4 + 2CO
(4) 硅烷 Si n H 2n + 2 (silane) n 可高达15
a ．preparation ： Mg 2Si + 2H 2SO 4H 2O
SiH 4 + MgSO 4
Mg 2Si + 4NH 4Br
NH 3(l)
SiH 4 + 2MgBr 2 + 4NH 3 SiCl 4 + LiAlH 4SiH 4 + LiCl + AlCl 3
b ．properties (i) reduction ： SiH 4 + 2KMnO 42MnO 2↓+ K 2SiO 3 + H 2O + H 2↑
可以用KMnO 4来鉴别在纯水中硅烷
(ii) hydrolysis ：
SiH 4在纯水和微酸性溶液中不水解，但在微量碱作催化剂时，迅速水解：
↑+???→?++-
222O H
244H O H SiO O H )2(SiH n n
(5) 硅酸（silicic acid ）及硅酸盐
a ．可溶性硅酸盐与++42NH CO H 、、反应得到32SiO H
+
-
+H 2SiO 2332SiO H
O H 2CO 2SiO 2223++-
-
+3
32HCO 2SiO H +-+423NH 2SiO 3322NH SiO H +
b ．硅酸盐结构
(i) 每个[SiO 4]四面体 Si ︰O = 1︰4，化学式为-
44SiO
(ii) 两个[SiO 4]以角氧相连 Si 和O 的原子数之比是1︰3.5，化学式为-272O Si
Cl Si Cl
Cl Cl
H O H
Si Cl
Cl Cl
Cl O H H Cl Si Cl Cl
OH O OH
Si
HO OH
OH
(iii) [SiO 4]以两上角氧分别和其它[SiO 4]两个相连成环状或长链状结构
Si ︰O = 1︰3
(iv) [SiO 4]以角氧构造成双链 Si ︰O = 4︰11，化学式为：-
n n 6114]O Si [
(v) [SiO 4]分别以三角氧和其它三个[SiO 4]相连成层状结构Si ︰O = 2︰5，化学
式为-
n n 252]O [Si
(vi) [SiO 4]分别以四个氧和其他四个[SiO 4]相连成骨架状结构Si ︰O = 1︰2，化
学式为SiO 2
§14-3 锗分族 The Germanium Subgroup
一、General Properties
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) + GeO 2(s)2GeO(s) ?r G m = 47kJ·mol -1 Sn(s) + SnO 2(s)2SnO(s) ?r G m = -67kJ·mol -1 PbO 2 + 4H + + 2e Pb 2+ + 2H 2O φ = +1.45V GeO 2 + 4H + + 2e
Ge 2+ + 2H 2O φ = -0.15V
自然界中存在锡石(tinstone)：SnO 2，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、The Simple Substances
1．Allotropes ： 灰锡(α锡)
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．Properties ： (1) Sn 是两性金属 Sn + 2HCl
SnCl 2 + H 2↑
Sn + 2OH －
+ 2H
2O -
24Sn(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、The Compounds
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 2SnCl 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 4
PbCl 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 ↑
-
+22
S SnS ?→?+
-
H 23
SnS SnS ↓+ H 2S ↑
(2) SnS 2 Sn 4+ + 2H 2S SnS 2↓+ 4H +
SnS 2 + S 2-
-23
SnS (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+ +-42MnO +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)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（tetraethyl lead ）是汽油抗震剂（antiknock agent ），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
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
碳族元素专题
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
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+
{高中试卷}高一化学碳族元素测试[仅供参考]
20XX年高中测试 高 中 试 题 试 卷 科目： 年级： 考点： 监考老师： 日期：
第七章硅和硅酸盐工业 第一节碳族元素 Ⅰ学习重点 1.根据碳族元素原子结构特点，理解为什么碳族元素化合价为正四价和正二价. 2.掌握和解释碳族元素的性质及其逆变规律. 3.了解硅和二氧化硅的结构，掌握硅，二氧化碳，硅酸盐的重要性质. 4.了解硅、二氧化硅的用途. Ⅱ学习难点 1.用原子结构理论解释碳族元素的性质及其递变规律. 2.硅、二氧化硅、硅酸盐的化学性质. 一、选择题 1.下列气态氢化物中最不稳定的是() A.CH4 B.SiH4 C.H2O D.HCl 2.下列说法中，正确的是() A.碳是非金属元素，所以碳单质都是绝缘体 B.硅的导电性介于金属和绝缘体之间 C.锗的非金属性比金属性强 D.锗不存在气态氢化物 3.在元素周期表中，下列有关碳族元素的递变规律正确的是() A．自上而下元素的金属性逐渐增强 B.自上而下元素的非金属性逐渐增强 C.自上而下元素单质颜色逐渐变浅 D.自上而下元素单质溶、沸点逐渐升高 4.碳族元素通常显+2价的原因是() A.得到2个电子 B.只有两个p电子参加反应 C.一个s电子和一个p电子参加反应 D.只有两个s电子参加反应 5.最近科学家制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，化学式为C60.下列说法中，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中含有离子键 D.C60的式量为720 6.去味剂可以消除冰箱里的一股特殊气味，下列物质可以做去味剂的是() A.干冰 B.活性炭 C.氯气 D.二氧化碳 7.纯净的碳酸氢钙试样在高温下分解，当剩余的固体质量为原试样质量的一半时，碳酸氢钙的分解率是() A.50% B.75% C.92.7% D.100% 8.下列关于硅的说法中，不正确的是() A.硅是地壳中含量较丰富的元素 B.在自然界里，硅存在于各种矿物质和岩石中的形式是硅酸
碳族元素知识点
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
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
碳硅及其化合物教学设计
(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
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。 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.wendangku.net/doc/242919350.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 碳族元素和硼族元素 第1题(共6分) 实验室制备少量硅一般采用镁粉还原SiO2的方法，然后用稀盐酸洗涤产品以除去杂质。某同学在进行上述操作时，在制得的产品中加HCl洗涤时突然起火。 (1)请用化学方程式解释： ①稀盐酸洗涤产品可除去哪些主要杂质? ②为什么加HCl洗涤时突然起火? (2)请设计一个实验来验证你的解释。(不必画出装置图，也不必指出具体化学药品，不要写方程式，只要 简明指出方法。) 1．(共6分) (1) ① 2HCl+MgO H2O+MgCl2 2HCl+Mg H2↑+MgCl2 ② SiO2+4Mg Mg2Si +2MgO Mg2Si+4HCl SiH4+2MgCl2 SiH4+2O2SiO2+2H2O (2) 在N2保护下(或惰性气体)，对硅烷气体进行检验。 SiH4+2KMnO4H2+K2SiO3+2MnO2↓+ H2O (不要求) (方程式各1分，检验1分) 第2题(8分) C60的发现开创了国际科学的一个新领域，除C60分子本身具有诱人的性质外，人们发现它的金属掺杂体系也往往呈现出多种优良性质，所以掺杂C60成为当今的研究热门领域之一。经测定C60晶体为面心立方结构，晶胞参数a=1420pm。在C60中掺杂碱金属钾能生成盐，假设掺杂后的K+填充C60分子堆积形成的全部八面体空隙，在晶体中以K+和C60－存在，且C60－可近似看作与C60分子半径相同的球体。已知C的范德华半径为170pm，K+的离子半径133pm。 11-1 掺杂后晶体的化学式为；晶胞类型为； 如果为C60－顶点，那么K+所处的位置是；处于八面体空隙中心的K+到最邻近的C60－中心的距离是pm。 11-2 实验表明C60掺杂K+后的晶胞参数几乎没有发生变化，试给出理由。 11-3 计算预测C60球内可容纳的掺杂原子的半径。 第11题(8分) 11-1 KC60面心立方晶胞体心和棱心710pm (各1分,共4分) 11-2 C60分子形成面心立方最密堆积,由其晶胞参数可得C60分子的半径： 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： 高中化学58个考点精讲 21、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 3 硅及其化合物的特性 ①. Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：↑++CO Si C SiO 222高温也能发生。 10. Na 2SiO 3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液（即水玻璃）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 ②.金属单质跟碱液作用一般无2H 放出，但Si 却放出H 2：↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si ↑+↑=+2424H S i F HF Si ③.金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 能与HF 作用： ④.非金属单质一般为非导体，但Si 为半导体。 ⑤. SiO 2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。 ⑥. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO 2的却很高。 ⑦. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：↑+↑=+24224H SiF HF SiO ⑧. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。 ⑨. 因H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2能发生下列反应： 32322232CO Na SiO H O H CO SiO Na +↓=++， 但在高温下↑++232232CO SiO Na SiO CO Na 高温 4 硅与碱溶液的反应特点 硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式： ↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si 进行分析，似乎NaOH 和O H 2都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行 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 2.二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表7—7） 3. 硅及其化合物的特性 1. Si 的还原性大于C ，但C 却能在高温下还原出Si ：↑++CO Si C SiO 222高温 2. 非金属单质跟碱液作用一般无2H 放出，但Si 却放出H 2： ↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si ↑+↑=+2424H S i F HF Si 3. 非金属单质一般不跟非氧化性酸作用，但Si 能与HF 作用： 4. 非金属单质一般为非导体，但Si 为半导体。 5. SiO 2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H 2SiO 3。 6. 非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO 2的却很高。 7. 酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO 2能跟HF 作用：↑+↑=+24224H SiF HF SiO 8. 无机酸一般易溶于水， 却难溶于水。 9. 因H 2CO 3的酸性大于H 2SiO 3，所以在Na 2SiO 3溶液中通入CO 2能发生下列反应： 32322232CO Na SiO H O H CO SiO Na +↓=++，但在高温下 ↑++2322 32CO SiO Na SiO CO Na 高温 也能发生。 10. Na 2SiO 3的水溶液称水玻璃，但它与玻璃的成分大不相同，硅酸钠水溶液（即水玻璃）俗称泡花碱，但它却是盐的溶液，并不是碱溶液。 4.硅与碱溶液的反应特点 硅与强碱溶液反应的实质是什么？究竟哪种物质是氧化剂？根据化学方程式： ↑+=++232222H SiO Na O H NaOH Si 进行分析，似乎NaOH 和O H 2都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行 ↑+? +244224H SiO H O H Si ① O H SiO Na NaOH SiO H 2324432+=+ ② 其中反应①为氧化还原反应，反应②为非氧化还原反应。合并①②两式得总反应方程式。其中NaOH 既不是氧化剂，也不是还原剂，只是反应物、起氧化作用的只是H 2O 。所以H 2O 是①式的氧化剂，也是总反应的氧化剂。为表示反应的实质（或要求标出电子转移方向和数目时），可写成：碳族元素-教案
碳族元素性质
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)
碳族元素-备课笔记-锗、锡、铅及其化合物
十年奥赛真题分类汇总-碳族元素和硼
17.碳族元素化合物
高中化学58个考点精讲21、碳族元素.碳及其化合物
碳族元素(教案)
碳族元素练习题
碳族元素 碳及其化合物