高考化学考点精讲_考点_碳族元素_碳及其化合物

2013年高考化学考点精讲之考点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．难点聚焦碳和硅的化学性质化学性质碳硅还原性与单质反应22COOC点燃COOC222点燃2)(2CSgSC高温22SiOOSi422SiFFSi422SiHHSi高温（不稳定）与氧化物反应CuCOCuOC222高温FeCOOFeC23332高温SiCOSiOC222电炉SiCCOSiOC222高温FeSiOFeOSi222高温与酸反应OHNOCOHNOC222324)(4浓OHSOCOSOHC2224222)(2浓不与3HNO、42SOH等反应，但有：2424HSiFHFSi与水或碱溶液反应22)(HCOgOHC高温232222HSiONaOHNaOHSi与CaO反应COCaCCaOC23高温专题三二氧化碳和二氧化硅的结构、性质比较（见表7—7）项目2CO2SiO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OHCO2232COH不溶于水，与水也不反应OHCONaNaOHCO23222OHSiONaNaOHSiO23222OHSiFHFSiO24224联系324422322CONaSiOHOHCOSiONaOHSiOSiOH22442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：COSiCSiO222高温2.非金属单质跟碱液作用一般无2H放出，但Si却放出H2：232222HSiONaOHNaOHSi2424HSiFHFSi3.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.SiO2是的酸酐，但它不溶于水，不能直接将它与水作用制备H2SiO3。6.非金属氧化物的熔沸点一般较低，但SiO2的却很高。7.酸性氧化物一般不与酸作用，但SiO2能跟HF作用：24224HSiFHFSiO8.无机酸一般易溶于水，却难溶于水。9.因H2CO3的酸性大于H2SiO3，所以在Na2SiO3溶液中通入CO2能发生下列反应：32322232CONaSiOHOHCOSiONa，但在高温下232232COSiONaSiOCONa高温也能发生。10.Na2SiO3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：232222HSiONaOHNaOHSi进行分析，似乎NaOH和OH2都是氧化剂，其实不然。上述反应实际分两步进行244224HSiOHOHSi①OHSiONaNaOHSiOH2324432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H2O。所以H2O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：OHHSiONaOHNaOHSi22322324211．碳及其化合物的知识网络硅及其化合物的知识网络3．例题精讲[例1]下列关于碳族元素的说法正确的是[]Ca(HCO3)2CCO2CaCO3CaC2C2H2CO有机物NH4HCO3CH4H2CO3Na2CO3NaHCO3O2SiC、CCl4不完全燃烧O2(不足)O2(不足)①O2②CuO炽热的碳NH3·H2OO2(点燃)△H2OCaO△Si、Cl2(△)Mg(点燃)①O2(点)②CuO(△)C、CONa2O2NaOHH2ONaOHH＋Ca(OH)2①高温②H+Ca2＋CO2、H2O△Ca(OH)2CO2(水)①OH―②加热Na2SiO3CO2,H2ONaOHH2SiO3SiH4SiSiO2CaSiO3SiF4H4SiO4SiCSiCl4O2(自燃)H2①O2(△)②FeO(高温)F2HFCl2(高温)H2(高温)C(高温)C(高温)足量Na2CO3(高温)NaOH(溶液)①CaO(△)②CaCO3(△)Ca2＋-H2OC(适量)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。对选项C：碳族元素位于周期表中部，易形成共价化合物特别是碳元素是构成种类繁多的有机物的最重要元素。对选项D：Pb的稳定价态为+2，故选项D也是错误的。答案：C[例2]通过硅、磷、硫、氯与氢气反应的情况及氢化物的稳定性说明它们非金属性的强弱，并用原子结构理论加以解释。分析：元素非金属性越强，越容易与氢气发生反应，生成的气态氢比物越稳定。比较硅、磷、硫、氯与氢气反应的难易程度，就可以得知它们非金属性的强弱。答案：硅只有在高温下才能跟氢起反应生成气态氢化物SiH4。磷的蒸气和氢气能起反应生成气态氢化物PH3，但相当困难。在加热时硫蒸气能跟氢气化合生成气态氢化物H2S。氯气跟氢气在光照或点燃时就能发生爆炸而化合，生成气态氢化物HCl。这几种氢化物稳定性由小到大的顺序是：SiH4＜PH3＜H2S＜HCl。由以上事实可知非金属性由弱到强的顺序是Si＜P＜S＜Cl。根本原因在于：硅、磷、硫、氯核外电子层数相同，随原子序数的递增最外层电子数逐渐增加，原子半径递减，核对外层电子引力增强，元素的非金属性也就逐渐增强。[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：足球烯C60是课本正文中未曾学到过的，但只要明确单质、化合物、同素异形体、化学键、式量的概念，对各选项进行认真辩析，不难作答。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。解题方法为概念辩析法。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分析：根据碳族元素性质递变规律，可推知114号元素的金属性比铅还强，一定是金属元素。它的稳定价态应与铅相同，即为+2价，所以XO比XO2稳定。X4+离子另得电子变成X2+，所以XO2具有强氧化性。X是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。答案：BC[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）。分析：从C60分子组成便知，它是由碳元素组成的一种单质，与金刚石互为同素异形体。在分子中，碳原子与碳原子之间以共价键结合，它的摩尔质量可由化学式求，即12×60＝720g/mol。金刚石是一种正四面体型空间网状结构，晶体中一个碳原子位于正四面体中心，四个碳原子以共价键与它结合，分别位于正四面体的四个顶点上。形成最小的环，含的碳原子数必须通过平时分析教材中插图或模型而知，键角为109°28′。本题着重考学生同素异形体概念及培养三维空间思维能力。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∶2B．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分析：此题难度不大，但涉及二氧化硅晶体结构的重点知识。二氧化硅熔沸点较高的原因，是由于其晶体里SI-O键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，熔融它需消耗较多的能量。所以，本题应选B、C两个选项。答案：BC[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，所以硅酸的酸性比碳酸强D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸分析：此题是关于硅及其化合物性质的选择题，宜采用筛选法。A．SiO2很难溶于水，无法显酸性。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↑但因为CO2成气态逸出，并不说明硅酸比碳酸强，硅酸和碳酸酸性强弱的比较是指在水溶液中的情况。D．SiO2可以溶于氢氟酸中，这是SiO2的一个重要特性。SiO2＋4HF==SiF4↑＋2H2O答案：B[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．①③②B．②③①C．③①②D．②①③分析：此题是给出新情境的信息迁移题。给出的新情境，是碳化硅的一种晶体具有类似金刚石的结构；此题的考查内容，是化学键与晶体结构。所列三种晶体均是原子晶体，结构相似，晶体内的结合力是呈空间网状的共价键：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键共价键键长越短，键能越大，则原子晶体的熔点越高。所以三者的熔点由高到低的顺序是：金刚石、碳化硅、晶体硅。答案：A[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____。分析：此题应根据对实验现象的分析，得出结论。A是不溶于硫酸、硝酸等强酸的高熔点化合物，它能与纯碱熔融反应，而且放出气体C，可初步判断A可能是SiO2，B可能是Na2SiO3，C可能是CO2。若把CO2通过Na2SiO3溶液中，会得到胶状沉淀H4SiO4，H4SiO4在干燥空气中易脱水生成H2SiO3，H2SiO3只有加热才能生成SiO2。这些都是与题目所给出的实验现象相符合，这就证实A确实是SiO2。A判断出来了，其它物质的推断就迎刃而解。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：判断是非题，一般属于概念性知识多，判断的正确率决定于掌握知识的正确性和完整性。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；B对，二氧化硅是硅酸的酸酐；C错，二氧化硅是不溶于水的酸酐；D错，二氧化硅为酸酐