2008届一轮复习化学第七章碳族元素、无机非金属材料复习资料

1、第七章 碳族元素 无机非金属材料第一节 碳族元素 二氧化碳本章知识网络1碳及其化合物2硅及其化合物3.材料金属材料 传统型材料 无机非金属材料 新型高分子材料 考纲要求：1 解碳族元素的性质及其递变规律。2 握硅和二氧化碳的晶体结构、性质和用途。 教材导读一、碳族元素1 组成和结构特点。碳族元素包括 、 、 、 、 五种元素，位于元素周期表的 族。碳族元素原子最外层有 个电子，在化学反应中不易 或 电子，易形成 键。主要化合价有 和 ，其中 和 有负价。碳族元素在化合物中多以 价稳定，而铅在化合物中则以 价稳定。2 性质的递变规律。随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次 ，由 元素逐渐转变

2、为 元素，即 性逐渐增强， 性逐渐减弱；最高价含氧酸的酸性 ，碱性 ；气态氢化物的稳定性 ，还原性 。二、硅和二氧化碳1 硅硅的存在和结构及主要物理性质在自然界中的硅全部以 态存在，是构成 和 的主要成分。在地壳中硅的含量在所有元素中居 位，仅次于 。单质硅有 和 两种，其中 的结构类似于金刚石，属于 晶体，空间结构为 。晶体硅是 色，有 光泽，硬度 ，熔沸点 ，是良好的 材料。硅的化学性质常温下化学性质 ，只能与 、 和 反应。写出以上反应的化学方程式 、 、 。高纯硅的制法 SiO2 + C （粗制硅） Si + 2Cl2SiCl4 SiCl4 + 2H2Si + 4HCl2二氧化硅晶体结

3、构 ，硬度 ，熔沸点 ， 导电， 溶于水。化学性质与碱性氧化物、强碱等反应 CaO： Na2CO3： NaOH：与HF的反应： C：氧化性：与 Mg：用途：制造 、 、 的原料和建筑材料。 要点解读一、硅的特殊性1硅的还原性比碳强，而碳在高温下却能从二氧化硅中还原出硅。SiO2 + 2CSi + 2CO2非金属单质一般不与弱氧化性酸反应，而硅不但能与氢氟酸反应，而且还有H2生成。Si + 4HF= SiF4 + 2H23非金属单质与强碱溶液反应一般不生成氢气，而硅却不然。Si + 2NaOH + H2O= Na2SiO3 + 2H24虽然SiO2是硅酸的酸酐，但却不能用SiO2与水反应制备硅酸

4、，而只能用可溶性硅酸盐跟酸作用来制备。5酸性氧化物一般不与酸反应（除氧化还原反应外），而二氧化硅却能与氢氟酸反应。6非金属氧化物一般是分子晶体，而二氧化硅却是原子晶体。7无机酸一般易溶于水，而硅酸和原硅酸却难溶于水。二、二氧化硅与干冰对比物质二氧化硅干冰化学式SiO2CO2晶体类型原子晶体分子晶体主要物理性质硬度大、熔沸点高、常温下为固体，不溶于水熔沸点低，常温下为气体，微溶于水化学性质与水反应不反应CO2 + H2O H2CO3与酸反应SiO2 + 4HF=SiF4 + 2H2O不反应与碱反应SiO2 + 2NaOH=Na2SiO3 + H2O盛碱液的试剂瓶用橡皮塞CO2 + 2NaOH=N

5、a2CO3 + H2O或CO2 + NaOH=NaHCO3与盐反应SiO2 + Na2CO3Na2SiO3 + CO2SiO2的难挥发性 Ca(ClO)2 + CO2 + H2O=CaCO3 + 2HClOCO2 + Na2CO3 + H2O=2NaHCO3与碱性氧化物反应 SiO2 + CaOCaSiO3CO2 + Na2ONa2CO3三、除去CO、CO2气体中混有的杂质（括号内为杂质）1CO(CO2) ：通过盛有澄清石灰水的洗气瓶。2CO2(CO)：通过盛放灼热CuO的硬质玻璃官。3CO2(O2)：通过盛放灼热铜网的硬质玻璃管。4CO2(SO2)：通过饱和NaHCO3溶液或酸性KMnO4溶

6、液。5CO2(HCl)：通过饱和NaHCO3溶液。6CO2(H2S)：通过CuSO4溶液。四、碳酸盐性质的一般规律1溶解性规律：碱金属的正盐溶解度大于酸式盐；碱土金属（第A族）的正盐溶解度小于酸式盐。2稳定性：难溶性的碳酸盐，(NH4)2CO3及酸式盐受热易分解；可溶性的碳酸盐较稳定，受热难分解。3酸式盐与碱反应时的产物要根据相对用量判断。如：在Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液：Ca(HCO3)2 + NaOH=CaCO3 + NaHCO3 + H2O(NaOH少量) Ca(HCO3)2 + 2NaOH=CaCO3+ Na2CO3 + 2H2O(NaOH过量)4CO32- 和HCO3-

7、检验：利用正盐和酸式盐的溶解性可区别CO32- 和HCO3-，如BaCl2溶液。利用CO32- 或HCO3-与H+反应产生CO2的方法，检验CO32- 或HCO3-。名题导思例1 下列关于碳族元素及其化合物性质的描述中，不正确的是（ ） A、除Pb外、+4价化合物是稳定的 B、RO与RO2（除CO2外）均不跟水反应 C、RH4的稳定性随相对分子质量的增大而增大 D、RH4的沸点从碳到铅逐渐升高解析：Pb为+2价稳定，其余碳族元素均以+4价稳定，A正确；氧化物除CO2外，其余（如CO、SiO2、PbO等）均难溶于水，也不与水反应，B正确；RH4的稳定性与非金属性有关，与式量无关，C错；Sn、Pb

8、为典型金属元素，无氢化物存在，D错。答案：CD例2 （1）图瓦卢是由多个珊瑚礁形成的岛国，由于大气中CO2含量的剧增，大量珊瑚礁（主要成分是碳酸钙）被海水侵蚀，其原因是（用化学方程式表示）： 。（2）温室效应导致海平面上升，引起温室效应的人为原因主要是： 。（3）为了控制温室效应，各国科学家提出了不少方法和设想。友人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底。以减小大气中CO2的浓度。为使CO2液化，可采用的措施是（ ） A、减压、升温 B、增压、升温 C、减压、降温 D、增压、降温（4）科学家研究发现，用“汽水”（一种能释放CO2的弱酸性溶液）浇灌植物能促进植物的

9、生长。原因是它能（ ）加强呼吸作用 加强光合作用 改良碱性土壤、调节pH 加强植物蒸腾作用 A、 B、 C、 D、（5）快速、有效地减缓大气中CO2大量增加的生态学措施是（ ） A、使用天然气等燃料 B、控制全球人口增长C、植树造林、保护森林 D、立即减少煤和石油的燃烧解析： 本题以二氧化碳的性质为载体，综合考查学生的环保意识，引导学生关注社会，关注未来。题目选材新颖，涉及面广，起点高，落点低，具有很强的时代性。二氧化碳微溶于水，溶于水后回与碳酸钙反应，导致碳酸钙溶解。增大压强，降低温度会使气体的溶解度增大。植物的呼吸作用放出CO2，植物蒸腾作用与外界温度及水分有关，与CO2的浓度无关；植物的

10、光合作用需要吸收CO2,且CO2溶于土壤的水生成碳酸，碳酸电离的H+可以改良碱性土壤、调节pH，促进植物对Ca2+的吸收。所以“汽水”浇灌植物能促进植物的生长。随着社会的进步，对能源的消耗也将进一步增多，所以不可能立即减少煤和石油的燃烧，使用天然气等燃料也会产生CO2，只有绿色植物的光合作用会吸收大量的CO2，且见效快。答案：（1）CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 （2）大量燃烧煤、石油等矿物燃料 （3）D （4）B （5）C例3 某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物跟足量盐酸反应，消耗H+和产生CO2的物质的量之比为6：5，该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为（ ）A、1：

11、1 B、1：2 C、1：3 D、1：4解析：设二价金属为M，正盐的物质的量为x，酸式盐的物质的量为y，则有：MCO3 + 2HCl=MCl2 + CO2+ H2O M(HCO3)2 + 2HCl=MCl2 + 2CO2+ 2H2O x 2x x y 2y 2y由题意得： =，解得=答案：A例4 下图是石英晶体平面示意图，Si O Si O SiO O OSi O Si O SiO O OSi O Si O SiSi O O O O 4 - 它实际上是立体的网状结构，其中硅氧原子个数之比为 。 原硅酸根离子SiO4-的结构可表示为 ，二聚硅酸根离子Si2O6- 中，只有硅氧键， 它的结构可表示为

12、 。 O O 6-答案：1：2 O Si O Si O O O例5某课外活动小组加热炭粉（过量）和氧化铜的混合物，再用右图装置，对获得的铜粉（含炭）样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。（一）实验目的：_。（二）实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等药品：红褐色铜粉（含炭）样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等（三）实验内容：（四）计算：样品中铜的质量分数=_（用含W、m1、m2的代数式表示）（五）问题和讨论：实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使G中反应完全、D中吸收完全，也不会得出正确的结果。经讨论，有同学提出

13、在B与G之间加入一个装置。再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的铜的质量分数偏小的原因可能是_，在B与G之间加入的装置可以是_，其中盛放的药品是_。解析：（1）此实验的目的是测定铜粉样品中铜的质量分数。MnO2 （3）A中装有H2O2，B中装有MnO2，所以打开A的活塞，B、E中有气泡产生，化学方程式为：2H2O2 2H2O+O2 对C进行加热，则Cu、C均与O2反应，C中红褐色粉末将变成黑色，化学方程式为：2Cu+O22CuO C+O2CO2（4）w（Cu）=×100%=×100%（5）用如图的装置进行实验，因为有水蒸气被D装置吸收，导致m（C）增大，m（

14、Cu）减小，使所测结果偏低。所以需要在B、C之间加一个干燥装置：洗气瓶、浓H2SO4（或干燥管、碱石灰） 随堂演练1 科学家预测114号元素为类铅，下列有关预测不正确的是（ ） A、它的化合价有+2、+3、+4价 B、其晶体具有良好的导电性 C、电解类铅的硝酸盐和硝酸铜混合液时，阴极将析出类铅 D、最外层具有四个电子2下列氧化物按其形成的含氧酸酸性递增顺序排列的是（ ） A、SiO2 < CO2 < SO3 < P2O5 B、SiO2 < CO2 < P2O5 < SO3 C、CO2 < SiO2 < P2O5 < SO3 D、CO2 &l

15、t; P2O5 < SO3 < SiO23CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是（ ） A氯化钙溶液 B石灰水 C饱和碳酸氢钠溶液 D硅酸钠溶液4固体熔化时必须破坏非极性共价键的是（ ） A冰 B晶体硅 C溴 D二氧化硅5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，分子式为C60。下列说法正确的是：（ ）AC60是一种新型的化合物BC60和石墨都是碳的同素异形体CC60中含离子键DC60的分子量是7206石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（ ）A有放射性 B易燃、易爆 C能导电 D有剧毒7以下说法正确的是A

16、.纳米材料是指一种称为“纳米”的新物质制成的材料B.绿色食物是指不含任何化学物质的食品C.生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气D.光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的8将足量CO2通入KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（V）的关系正确的是（ ） A B C D9下列实验过程中产生的现象与对应的图形相符合的是（ ） A B C DA、NaHSO3粉末加入HNO3溶液中 B、H2S气体通入氯水中C、NaOH溶液滴入Ba(HCO3)2溶液中D、CO2气体通入澄清石灰水中10下面反应的离子方程式不正确的是（ ） A.石英和烧碱溶液反应:SiO+2OH

17、=SiO3+HO B.向小苏打溶液中加入石灰水至过量HCO3+Ca+OH=CaCO+HO C.向烧碱溶液中通入过量的CO OH+CO=CO3+HO D.向水玻璃中加入盐酸 SiO3+2H=HiO311已知A、B、C都是短周期元素，其原子序数A<B<C。A元素原子的最外层电子数为次外层电子数的两倍，B元素原子的最外层电子数是倒数第三层电子数的两倍。A元素与C元素可形成AC4型化合物。回答：（1）它们的元素符号是A B C 。（2）B与C的单质在高温下可以发生化合反应生成D物质。写出反应方程式： 。写出D物质的电子式 。（3）A的单质在高温下与B的最高价氧化物反应，此反应的用途是 。1

18、2有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下变化：C与烧碱反应生成A和水 A溶液与CaCl2反应生成白色沉淀D B在空气中燃烧生成C C在高温下与碳酸钙反应生成D和一种气体 C在高温下与碳反应生成单质B据以上变化，写出A、B、C、D的化学式A 、B 、C 、D 。13只含SiO2杂质的石灰石样品，在高温下熔烧得残留固体，经检验为一纯净物，则原样品中SiO2的质量百分含量是多少？ 随堂演练参考答案（1）AC （2）B （3）A （4）B （5）BD （6）C （7）D （8）D （9）DClClClClSi（10）C （11）C；Si；Cl Si+2Cl2SiCl4 制备粗硅（12）Na

19、2SiO3；Si；SiO2；CaSiO3（13）37.5% 知识拓展一、C60的结构C60于1990年被报道了它的常量合成与精制，但早期的工作可以追溯到1984年，目前已合成了以C60和C70为代表的一系列被称为“碳族多面体原子族”的新型的碳单质。C60是一个由20个六边形和12个五边形构成的削角20面体，具有空心的类似于足球状结构在C60分子的球表面上存在共轭双键（类似1，3 丁二烯中的C C C C），因而被称为巴基球或足球烯或富勒烯。现在富勒烯为它的正式名称。富勒烯及其化合物有很多优良性能，在催化、润滑、治癌、贮氢以及半导体材料等方面有广阔的应用前景二、二氧化硅的晶体结构1每个Si原子跟

20、4个O原子形成正四面体结构单元。每个O原子跟2个Si原子以共价键结合。2每个最小的环中共有6个Si原子和6个O原子。3每个Si原子参与形成的12元环共有6个，每个12元环中分别占有Si原子的净个数为1个，占有O原子的净个数为2个。4Si原子数：Si O键键数1：4。三、硅与烧碱溶液反应的实质据反应式“Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2”分析，似乎反应中H2O和NaOH均为氧化剂。但事实上反应分两步进行：（）Si+3H2O=H2SiO3+2H2 （）H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O。从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而NaOH既不是氧化剂又不是还原剂，仅为反应物

21、。此反应类似于Al与NaOH溶液的反应。第二节新型无机非金属材料考纲要求硅酸盐工业的常识性知识。新型无机非金属材料与传统无机非金属材料的特点。高温结构陶瓷和光导纤维的特点及用途。教材导读一硅酸盐工业简介是指以含物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业，常见的如制造、等产品的工业。硅酸盐工业主要原料主要成分及种类典型设备水泥工业玻璃工业陶瓷工业二、新型无机非金属材料传统无机非金属材料通常指等硅酸盐材料。新型无机非金属材料常见的如等。新型无机非金属材料的特性 高温结构陶瓷特点性质：能经受，不怕氧化，耐腐蚀，硬度、耐磨损，密度等。高温结构陶瓷目前有、等。光导纤维制造光导纤维的材料是，它的特点是，应用

22、：名题导思例氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在反应获得。氮化硅晶体属于晶体；已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式；现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为：。解析：氮化硅晶体硬度大，熔点高，化学性质稳定，判断为原子晶体，晶体中每个原子都满足电子稳定结构，则氮化硅中氮显价，硅显价，化学式为Si3N4。答案：原子 Si3N4 3SiCl4+2N2+6H2Si3N4+12HCl例年，美国教

23、授Lagow宣称，他们制得了碳的第四种同素异形体链式炔碳 C C C C C C C C （个碳原子）该物质很活泼，回答下列问题：它的熔点估计比石墨（填“高”或“低”）。自然界中发现了碳的同素异形体C60，估计自然界中会不会有链式炔碳。解析：由于链式炔碳碳原子个数有个，是分子晶体，熔点不会很高，而石墨是过渡晶体，熔点很高。熔点炔碳低，由于炔碳很活泼，估计自然界中不存在。答案：低不会有例石英玻璃是将石英在高温下熔化，冷却后形成玻璃体，关于石英玻璃的结构和性质描述正确的是（）A石英玻璃属于原子晶体B石英玻璃的结构类似于液体C石英玻璃耐高温且能抵抗一切酸的腐蚀D石英玻璃能经受温度剧变且能抵抗碱的腐蚀

24、解析：A玻璃不属于晶体，是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态叫玻璃态B从粒子分类的角度看，玻璃态跟液态类似C石英玻璃可与氢氟酸反应SiO2+4HF=SiF4+2H2ODSiO2属酸性氧化物，可与强碱反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O答案：B例4BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：在BGO中，锗处于其最高价态，在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成的某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8电子稳定结构，BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO晶体的化学式中，这两种氯化物所含氧的

25、总质量相同。请填空：（1）锗和铋的元素符号分别是 和 。（2）BGO晶体的化学式是 。（3）BGO晶体中所含铋氧化物的化学式是 。 解析：解本题的关键是对Ge、Bi两元素化合价的推断。由条件可知Ge为+4价。因为锗处于元素周期表的第A族，最高正价为+4价。铋处于元素周期表的第A族，其正价有+3、+5价。根据条件，铋应为+3价。因为氯化铋中的铋具有最外层8电子稳定结构。由条件可知该化合物可写成mBi2O3·nGeO2。由于两种氧化物总所含氧的总质量相等，所以m：n=2：3。所以，锗酸铋可写成2Bi2O3·3GeO2或写成盐的形式Bi4(GeO4)3，其中锗酸根为-4价。答案：

26、（1）Ge; Bi （2）Bi4Ge3O12或2Bi2O3·3GeO2、Bi4(GeO4)3 （3）Bi2O3 例5普通玻璃中Na2SiO3:CaSiO3:SiO2=1:1:4(物质的量之比)，请回答下列问题：以aNa2O·bCaO·mSiO2表示此玻璃组成，则a:b:m= 若制备1000Kg上述玻璃，需原料各多少千克？标况下产生多少升CO2？ 解析：（1）由n（Na2SiO3）：n（CaSiO3）：（SiO2）=1：1：4；Na2SiO3Na2O·SiO2，CaSiO3CaO·SiO2，则可得到：a：b：c=1：1：6。（2）制玻璃的原料是N

27、a2CO3、CaCO3、SiO2、，由（1）可知玻璃的组成为Na2O·CaO·6SiO2，根据原子守恒可以得到下列计算关系Na2O·CaO·6SiO2 Na2CO3 CaCO3 6SiO2 2CO2 478 106 100 6×60 2×22.4 1000×103 m（Na2CO3） m（CaCO3） m（SiO2） V（CO2 ） 解：（1）a：b：m=1：1：6 （2）设需原料Na2CO3、CaCO3、SiO2的质量分别为x、y、z，生成CO2气体体积为V（同温同压），由 Na2O·CaO·6SiO2

28、 Na2CO3 CaCO3 6SiO2 2CO2 478 106 100 6×60 2×22.41000×103 x y z Vm（Na2CO3）得x=221.8×103g=221.8kgm（CaCO3）得y=209×103g=209kgm（SiO2）得z=9.37×104L答案：1：1：6 Na2CO3：221.8kg CaCO3：209kg SiO2：753.1kg VCO2：9.37×104L 随堂演练1下列具有特殊性能的材料中，由主族元素和副族元素形成的化合物是（ ） A透明陶瓷材料硒化锌 B半导体材料砷化镓 C吸氢

29、材料镧镍合金 D超导材料2碳化硼(43)陶瓷硬度大、熔点高，具有化学惰性。据此判断，下列不能作为碳化硼陶瓷用途的是（）。 作耐磨材料 作润滑材料 制切削工业 制钢化玻璃3有关高温结构陶瓷和光导纤维的说法正确的是（   ） A高温结构陶瓷弥补了金属材料的弱点，但是硬度却远远低于金属材料 B氮化硅陶器是一种重要的结构材料，具有超硬性，它不与任何无机酸反应 C光导纤维是一种能高质基传导光的玻璃纤维 D光导纤维的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听4石灰石是许多工业的原料之一，但制取下列物质不需要用石灰石的是（ ） A制硅酸 B制水泥 C制玻璃 D制生石灰5Al2O3&

30、#183;2SiO2·2H2O是一种（ ） A含氧酸 B硅酸盐 C铝酸盐 D混合物6下列叙述正确的是（ ）A 酸均不能与酸性氧化物反应B 玻璃、陶瓷、水泥容器都不能贮存氢氟酸C 石灰抹墙、水泥砌墙过程的硬化原理相同D 石灰窑、玻璃熔炉出来的气体主要成分相同7下列物质有固定熔沸点的是（ ） A钢化玻璃 B过磷酸钙 C消石灰 D水玻璃8人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料，它类似于人骨和天然牙的性质和结构，人造骨可以依靠从人体液中补充某些离子形成新骨，可在骨骼结合界面发生分解、吸收、析出等反应，实验骨骼牢固结合。人造骨植入人体内需要吸收人体中（）离子形成新骨。ACa+ BCl- CNa+ DPO43- 9水泥的成分主要有Ca2SiOx，Ca3SiOy，Ca3Al2Oz，则x ，y ，z ，分别用氧化物表示其组成 、 、 。 10氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在条件下反应制得 （）根据性质，推测氮化硅的用途是（填编号） 制汽轮机叶片 制有色玻璃 制永久性模具 制造柴油机 （）写出的原子结构示意图：，根据元素周期律知识，写出氮化硅的