高中化学—碳族元素例题和解答

第七章碳族元素无机非金属材料课时作业18碳族元素时间：45分钟满分：100分一、选择题(15×4分＝60分)1．铅是冶炼和使用较早的一种金属。铅与硅同主族，下列关于铅及其化合物的叙述中正确的是()A．在空气中加热铅，生成稳定的化合物PbO2B．PbO2的氧化性不如PbO的氧化性强C．溶液中的Pb2＋比Pb4＋稳定D．铅的氧化物的水化物是弱酸【解析】在铅的化合物中，＋2价铅的化合物稳定，＋4价铅的化合物不稳定，因此＋4价铅的化合物具有强氧化性；铅元素属金属元素但金属性较弱，因此铅的氧化物对应的水化物应是弱碱。【答案】C2．(2010·湖南师大附中)汽车尾气中，能与人体血红蛋白结合而导致人体缺氧中毒的是()A．CO和CO2B．NO和NO2C．CO和NOD．SO2和NO2【解析】CO、NO都能与人体血红蛋白结合而导致人体缺氧中毒。【答案】C3．下列关于碳族元素的性质叙述正确的是()①随原子序数的递增单质的熔点逐渐升高②单质中硅的熔点最高③单质均为无色晶体④是由非金属向金属过渡的典型族⑤碳族元素的价电子是4个，介于易失电子与易得电子的元素之间，故一般不易形成离子化合物⑥碳族元素形成的化合物种类最多⑦它们均以＋4价为稳定价态⑧由碳至铅，ⅣA族元素最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐增强A．①②③B．④⑤⑥C．⑥⑦⑧D．①④⑦【解析】碳族元素位于元素周期表中ⅣA族。本族是由非金属元素向金属元素过渡的典型族，单质中只有金刚石为无色晶体。其单质熔点的变化不同于碱金属单质和卤族单质熔点的变化情况，其中以石墨熔点最高。从原子结构分析，碳族元素原子最外层均为4个电子，既不容易失去4个电子形成阳离子也不容易得到4个电子形成阴离子，一般不易形成离子化合物，而易形成共价化合物。碳元素是有机化合物必含有的元素，而有机物的种数已大大超过了无机物的种数，故碳族元素也就成了形成化合物种数最多的元素。碳族元素的化合价有＋4价、＋2价，其中碳、硅、锗、锡的＋4价是稳定的，而铅的＋2价是稳定的。碳族元素随核电荷数的增加，元素的金属性增强，非金属性减弱，气态氢化物的稳定性由强到弱，最高价氧化物对应水化物的酸性由强到弱，碱性由弱到强，这是符合元素周期表中元素性质变化规律的。【答案】B4．据报道，碳纳米管是碳原子形成的大分子，其导电性是铜的1万倍；N5可用作烈性炸药。下列说法正确的是()A．金刚石与碳纳米管互为同分异构体B．N5与N2互为同素异形体C．14C的质子数为14D．C原子半径比N原子半径小【解析】从题干信息可知，碳纳米管是由碳元素所形成的单质，因此A项错，原因是同分异构体的研究对象是化合物；由于N5与N2均为N元素形成的不同的单质，所以N5与N2互为同素异形体；14C的质子数为6，质量数为14，则C错；由于C元素与N元素处在同一周期，且C原子的原子序数小于N原子的原子序数，则原子半径CN，故D错。【答案】B5．(2010·名校联考优化卷)有以下七种饱和溶液：①Ba(NO3)2，②Ca(OH)2，③Ca(ClO)2，④CaCl2，⑤Na2CO3，⑥NaAlO2，⑦NH3和NaCl，向其中分别持续通入CO2，最终能得到沉淀或析出晶体的是()A．②④⑥B．①③⑥C．⑤⑥⑦D．②③⑥【解析】CO2不与Ba(NO3)2溶液反应；CO2通入到Ca(OH)2溶液中，先出现白色沉淀，当CO2过量，生成的CaCO3要继续和CO2、H2O反应，沉淀溶解；CO2通入到Ca(ClO)2溶液中，可以发生反应：CO2＋H2O＋Ca(ClO)2===CaCO3↓＋2HClO，继续通入CO2气体，CaCO3溶解；CO2不与CaCl2溶液反应；CO2通入到饱和的Na2CO3溶液中，会生成溶解度更小的NaHCO3，析出晶体；CO2通入到NaAlO2溶液中，发生反应：CO2＋AlO－2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3，Al(OH)3沉淀不溶于碳酸；CO2通入含有NH3的饱和NaCl溶液中，实际上是侯氏制碱法的原理，能够析出NaHCO3晶体。【答案】C6．目前，关于二氧化碳是否为大气污染物有不同的观点，认为“二氧化碳不是大气污染物”的理由是()①二氧化碳是重要的化工原料②二氧化碳是植物光合作用的必需原料③二氧化碳是无色、无味、无毒的气体④除二氧化碳外，甲烷、一氧化氮也是温室气体A．①②B．②③C．③④D．①④【解析】因CO2是无色、无味、无毒的气体，可以参与植物的光合作用，由此可以说明CO2不是大气污染物，与它是否是化工原料无关，因许多化工原料如SO2等也是大气污染物；CH4、NO是否是温室气体也与CO2是否是大气污染物无关。【答案】B7．最近科学家成功地制成了一种新型的碳氧化合物，该化合物晶体中每个碳原子均以四个共价单键与氧原子结合为一种空间网状的无限伸展结构，下列对该晶体的叙述错误的是()A．晶体的熔、沸点高，硬度大B．晶体中C原子数与C—O键键数之比为1：4C．晶体的空间最小环共由12个原子所构成D．该晶体的化学式为CO4【解析】因碳与氧形成的物质为空间网状结构，所以该物质具有较大的硬度，较高的沸点，且每个碳原子结合四个氧原子，每个氧原子结合两个碳原子，所以该物质的化学式为CO2，根据其结构分析知形成的最小环有12个原子(其中6个碳原子和6个氧原子)。【答案】D8．可以肯定溶液中大量存在CO2－3的理由是()A．加入AgNO3溶液有白色沉淀产生B．加入稀盐酸有无色无味气体产生C．加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体D．加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体【解析】本题主要考查CO2－3的检验方法。检验CO2－3时，要特别注意排除HCO－3、Cl－、SO2－3等阴离子的干扰。A项中有Cl－存在时也可产生白色沉淀，B、D两项中含有HCO－3也产生类似现象。【答案】C9．超临界流体(SupercriticalFluid)是物质介于气态和液态之间的一种新的状态。超临界二氧化碳可作为溶剂、发泡剂取代某些有机溶剂、氟利昂等。下列有关说法中不正确的是()A．超临界二氧化碳与其气态或液态之间的转化是物理变化B．超临界二氧化碳的形成，引起二氧化碳化学性质的改变C．用超临界二氧化碳替代氟利昂可减轻对臭氧层的破坏D．超临界二氧化碳可用于中药、香料中有效成分的提取【解析】超临界二氧化碳与其气态或液态之间的转化只是状态的变化，分子结构未变，属于物理变化；超临界二氧化碳的形成，由于二氧化碳结构未变，所以化学性质不改变，故B不正确；由题给信息：超临界二氧化碳可作为溶剂、发泡剂取代某些有机溶剂、氟利昂等，所以选项C、D正确。【答案】B10．某K2CO3样品中含有Na2CO3、KNO3和Ba(NO3)2三种杂质中的一种或两种。现将13.8g样品加入足量水，样品全部溶解，再加入过量的CaCl2溶液，得到9g沉淀。对样品所含杂质的正确判断是()A．肯定有KNO3，肯定没有Na2CO3B．肯定有KNO3，可能还有Na2CO3C．肯定没有Ba(NO3)2，可能有KNO3D．肯定没有Na2CO3和Ba(NO3)2【解析】Ba(NO3)2与K2CO3不共存，故不含Ba(NO3)2若样品为纯净K2CO3，加入CaCl2产生沉淀应为10g，而等质量的Na2CO3与足量的CaCl2反应，生成沉淀的质量大于10g，故一定有KNO3，但是否含Na2CO3不能确定。【答案】B11．(2009·浙江联考)将足量的CO2不断通入NaOH、Ba(OH)2、NaAlO2的混合溶液中，生成沉淀的物质的量与通入CO2的体积之间的关系可表示为()【解析】CO2先与Ba2＋反应生成BaCO3沉淀，再与OH－反应生成CO2－3，然后与AlO－2反应生成Al(OH)3沉淀，继而与CO2－3反应生成HCO－3，最后与BaCO3反应生成可溶性的Ba(HCO3)2。【答案】C12．(2010·潍坊模拟)2007年诺贝尔化学奖授予德国化学家格哈德·埃特尔，以表彰他在界面化学研究领域取得的成就。下面实例中涉及到的变化都属于“界面化学”的范畴，其中正确的是()A．在汽车上安装催化转化器，使一氧化碳在催化剂表面氧化为二氧化碳，可减少一氧化碳的排放B．泄漏在海洋中的原油可被海洋生物迅速分解而除去C．铁生锈是铁与空气中的氧气、水蒸气直接化合生成水合氧化铁(Fe2O3·nH2O)的结果D．放置在空气中的澄清石灰水表面出现的白色固体的主要成分是氢氧化钙【解析】原油的主要成分为烃，在海洋中很难被分解，B错；铁生锈为发生电化学腐蚀，C错；澄清石灰水在空气中放置转化为碳酸钙，D错。【答案】A13．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几种气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基本不变；通过过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积减小，把剩余气体导出后，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色。则原混合气体的成分是()A．CH4和NH3B．HCl、H2和COC．HCl和COD．HCl、CO和CO2【解析】根据题意，“通过浓H2SO4时，总体积基本不变，”可排除NH3，“通过过量的澄清石灰水，未见浑浊，”可排除CO2，“但混合气体总体积减小，”可确定存在HCl，与O2点燃后不能使CuSO4粉末变色，说明无H2O生成，则排除CH4、H2。所以选C。值得注意的是：有HCl存在时，CO2是不能使石灰水变浑浊，误以为CO2可以存在，导致部分同学误选D，其实不然，石灰水过量时，当HCl反应完毕后，CO2仍可与石灰水产生浑浊，与题意矛盾，必须排除CO2。【答案】C14．某二价金属的碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应时消耗的H＋和产生CO2的物质的量之比为，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为()A．1∶2B．2∶3C．3∶4D．4∶5【解析】该碳酸盐为MCO3，其物质的量为x，碳酸氢盐的化学式为M(HCO3)2，其物质的量为y，则由消耗H＋和产生CO2的关系可得：2x＋2yx＋2y＝54，xy＝23.所以碳酸盐与碳酸氢盐的物质的量之比为：。【答案】B15．继科学家发现C3O2是金星大气成分之后，2004年，美国科学家通过“勇气”号太空车探测出水星大气中含有一种称为硫化羰(化学式为COS)的物质，已知硫化羰与二氧化碳的结构相似，但在氧气中会燃烧，下列有关C3O2与硫化羰的说法中不正确的是()A．C3O2与CO一样可以在氧气中燃烧生成CO2B．CO、C3O2、CO2都是碳的氧化物，它们互为同素异形体C．COS是由极性键构成的极性分子，分子中所有原子都满足8电子稳定结构D．硫化羰在氧气中完全燃烧后的生成物是CO2和SO2【解析】对A选项，C3O2可以燃烧，燃烧后的产物为CO2气体；同素异形体是指由同种元素形成的不同单质，CO、C3O2和CO2是化合物，故不属于同素异形体，故B符合题意；由题意COS与二氧化碳结构相似，则它的电子式为O····S····，故它是由极性键构成的极性分子，且分子中所有原子均满足8电子稳定结构；因它在氧气中能燃烧，故它完全燃烧后的产物为CO2和SO2。【答案】B二、简答题(40分)16．某学生拟用50mLNaOH溶液吸收CO2气体，制备Na2CO3溶液。为了防止通入的CO2气体过量，生成NaHCO3，他设计了如下实验步骤：①用25mLNaOH溶液吸收过量的CO2气体，至CO2气体不再溶解；②小心煮沸溶液1～2分钟；③在得到的溶液中加入另一半(25mL)NaOH溶液，使溶液充分混合。回答下列问题：(1)他能否制得较纯净的Na2CO3？理由是什么？________________________________________________________________________(2)按他的设计，第①步实验装置如下：①装置A使用的试剂石灰石和盐酸溶液。可否使用纯碱代替石灰石？_______________________________________________