2022高三化学一轮（全国版）碳族元素

-1-第一节碳族元素-1-1．结合实验考查C、CO的还原性。2．CO、CO2的检验与鉴别。3．CO2、CO等气体的制取和收集。4．CO2与NaOH反应产物的确定及计算。5．金刚石、石墨、干冰的晶体类型、结构、性质。

-1-(1)碳族元素①包括： 。②周期表中的位置：

族，

周期。③最外层电子数：

。④主要化合价：

(铅

价稳定，其他

价稳定)。⑤原子半径：随核电荷数的增大而

。-1-碳(6C)、硅(14Si)、锗(32Ge)、锡(50Sn)、铅(82Pb)ⅣA2～64＋2、＋4＋2＋4增大(2)碳族元素性质的相似性及递变性①相似性最外层有4个电子，易形成

键，难形成

键，最高正价为

价。非金属气态氢化物通式：

，最高价氧化物通式：

，最高价氧化物对应水化物通式：

。-1-＋4RH4H4RO4或H2RO3离子RO2共价②递变性从C→Pb：元素的非金属性逐渐

，金属性逐渐

。氢化物的稳定性逐渐

。最高价氧化物的水化物酸性

(C、Si)，碱性(Ge、Sn、Pb)。在碳族元素中，碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大，形成化合物种类最多。12C是元素相对原子质量的标准，又是确定阿伏加德罗常数的标准。硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是良好的半导体。-1-减弱增强减弱减弱增强(2008年全国Ⅱ理综)对于ⅣA族元素，下列叙述中不正确的是 (

)A．SiO2和CO2中，Si和O、C和O之间都是共价键B．C、Si和Ge的最外层电子数都是4，次外层电子数都是8C．CO2和SiO2都是酸性氧化物，在一定条件下都能和氧化钙反应D．该族元素的主要化合价是＋4和＋2-1-【解析】

A项中SiO2、CO2均为共价化合物，原子间以共价键结合；B项中C、Ge的次外层电子数分别为2、18；C项CO2、SiO2均可和CaO反应生成对应的盐。【答案】

B-1-(1)碳的同素异形体比较-1-名称金刚石石墨C60晶体结构

原子晶体

结构混合晶体笼状结构，形似足球，分子晶体主要性质熔、沸点，硬度

，难溶于

，不导电熔点

，质软有滑腻感，导电可与金属掺杂形成超导体主要用途钻具、装饰品润滑剂、电极、铅笔芯、耐火材料高温润滑剂、防火材料正四面体空间网状平面层状正六边形大溶剂很高较高(2)碳的化学性质碳在常温下性质比较稳定，很难被氧化，但在点燃或加热的条件下也能跟其他物质发生化学反应。碳与CuO、水蒸气、浓H2SO4、浓HNO3反应方程式分别为：-1--1-(2009年安徽理综)石墨烯是由碳原子构成的单层片状结构的新材料(结构示意图如右图所示)，可由石墨剥离而成，具有极好的应用前景。下列说法正确的是(

)-1-A．石墨烯与石墨互为同位素B．0.12g石墨烯中含6.02×1022个碳原子C．石墨烯是一种有机物D．石墨烯中碳原子间以共价键结合【解析】

A项，石墨烯和石墨是同素异形体；B项，0.12g石墨烯物质的量为0.01mol，含6.02×1021个原子，C项错。【答案】

D-1--1-名称一氧化碳二氧化碳物理性质无色无味气体、有毒、难溶于水无色略有酸味气体、无毒，能溶于水，固态时称“干冰”-1-名称一氧化碳二氧化碳化学性质①可燃：2CO＋O22CO2②还原性：(与Fe2O3、CuO、H2O等反应)与CuO反应：CuO＋COCu＋CO2③不成盐氧化物①不燃烧，一般情况不助燃②氧化性：a.与C反应C＋

CO22COb.与Mg反应：2Mg＋CO22MgO＋C③酸性氧化物：与石灰水反应：Ca(OH)2＋CO2===CaCO3↓＋H2O或Ca(OH)2＋2CO2===Ca(HCO3)2-1-名称一氧化碳二氧化碳实验室制法HCOOHCO↑＋H2OCaCO3＋2HCl===CaCl2＋CO2↑＋H2O收集方法排水法向上排空气法-1-名称一氧化碳二氧化碳检验方法点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯仍干燥和沾有澄清石灰水的烧杯，出现浑浊使澄清石灰水变浑浊工业制法水煤气：C＋H2O(g)CO＋H2CH4＋H2OCO＋3H2煅烧石灰石：CaCO3CaO＋CO2↑除去CO、CO2气体中混有的杂质①CO中混有CO2：通过NaOH溶液的洗气瓶。②CO2中混有CO：通过硬质玻璃管中盛放的灼热的CuO。③CO2中混有O2：通过硬质玻璃管中盛有的灼热的Cu网。④CO2中混有SO2：通过饱和小苏打或酸性KMnO4溶液洗气瓶。⑤CO2中混有HCl：通过饱和小苏打溶液洗气瓶。⑥CO2中混有H2S：可通过CuSO4溶液洗气瓶。-1-水蒸气通过灼热的焦炭后，流出气体的主要成分是CO和H2，还有CO2和水蒸气等。请用下图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，证明上述混合气中有CO和H2。(加热装置和导管等在图中略去)-1--1-回答下列问题：(1)盛浓H2SO4的装置用途是___________________。盛NaOH溶液的装置用途是____________________。(2)仪器B中需加入试剂的名称(或化学式)是__________________________。-1-所发生反应的化学方程式是________________。(3)仪器C中需加入试剂的名称(或化学式)是_____________________。其目的是_________________________。(4)按气流方向连接各仪器，用字母表示接口的连接顺序：g—ab—________________________。-1-(5)能证明混合气中含有CO的实验依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(6)能证明混合气中含有H2的实验依据是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。-1-【解析】

本题得分关键是应明确实验目的(证明混合气体中有CO和H2)，要想达到目的，只能利用它们的还原性将之转化为CO2和H2O来检验，同时又要防止原混合气体中CO2和水蒸气的干扰，所以，用CO、H2还原CuO之前，必须首先除去CO2和水蒸气。本题应首先解决第(4)问。【答案】

(1)除去水蒸气除去CO2

(2)氧化铜(CuO)CuO＋H2Cu＋H2O

CuO＋COCu＋CO2-1-(3)无水硫酸铜(CuSO4)检验H2O(4)(g—ab)—kj—hi—cd(或dc)—fe—lm(5)原混合气中的CO2已被除去，其中CO与CuO反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊(6)原混合气中的H2O已被除去，其中H2与CuO反应生成的H2O使无水硫酸铜由白色变为蓝色-1-1．已知反应：HOOC—COOH(乙二酸)CO↑＋CO2↑＋H2O，某同学设计了一套实验装置，欲通过实验验证该反应的产物，并利用反应产生的CO气体来还原铁的某种氧化物(FexOy)，以确定FexOy的组成。请回答下列问题：(1)实验所需的仪器装置如下图所示：

-1--1-各装置的连接顺序为________接________，________接________，________接________，________接________；(2)该同学进行了下列实验操作：①点燃B处的酒精灯；②检查实验装置的气密性并装入药品；③反应结束后，先熄灭B处的酒精灯，继续通入气体直到B中固体全部冷却后，再熄灭C处的酒精灯；④点燃C处的酒精灯，开始反应，在装置的出口处收集一试管气体，验纯；⑤点燃尖嘴i处的酒精灯。正确的实验操作顺序是_______________________________________________

-1-(3)收集气体验纯的目的是________________________________________________________________________；D装置中澄清石灰水的作用是________________________________________________________________________；E装置中澄清石灰水的作用是________________________________________________________________________；-1-(4)实验后该学生进行数据处理。反应前，称得硬质玻璃管的质量为54.00g，样品FexOy的质量为7.84g；反应后，称得硬质玻璃管与剩余固体的总质量为59.60g。则样品FexOy中，x∶y＝________。【答案】

(1)e

a(或b)

b(或a)

f

g

c(或d)

d(或c)

h

(2)②④⑤①③

(3)防止装置中空气与CO的混合气受热时发生爆炸检验CO2是否已除净证明有CO2生成，说明乙二酸分解产物中有CO

(4)5∶7-1--1-正盐酸式盐水溶性除K＋、Na＋、NH易溶于水外，其余都不易溶于水都溶于水热稳定性较稳定①K2CO3、Na2CO3受热难分解：②CaCO3、(NH4)2CO3受热易分解受热易分解：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑Ca(HCO3)2CaCO3＋H2O＋CO2↑NH4HCO3NH3↑＋H2O＋CO2↑-1-正盐酸式盐水解可溶性正盐水解离子方程式：CO32-＋H2OHCO3-＋OH－HCO3-＋H2OH2CO3＋OH－(HCO3-水解程度比CO32-的小)与酸反应Na2CO3、CaCO3与HCl反应离子方程式为：CO32-＋2H＋===CO2↑＋H2OCaCO3＋2H＋===Ca2＋＋CO2↑＋H2OHCO3-＋H＋===CO2↑＋H2O(NaHCO3比Na2CO3与同浓度的酸反应快)-1-正盐酸式盐与碱反应Na2CO3与Ca(OH)2反应：Na2CO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋2NaOHNaHCO3与少量石灰水反应：2NaHCO3＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋Na2CO3＋2H2O转化关系BaCl2溶液或CaCl2溶液，一般不用稀HCl，因为反应可能有时候不明显。-1-(2009年全国Ⅱ理综)下列叙述中正确的是(

)A．向含有CaCO3沉淀的水中通入CO2至沉淀恰好溶解，再向溶液中加入NaHCO3饱和溶液，又有CaCO3沉淀生成B．向Na2CO3溶液中逐滴加入等物质的量的稀盐酸，生成的CO2与原Na2CO3的物质的量之比为1∶2C．等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应，在同温同压下，生成的CO2体积相同D．向Na2CO3饱和溶液中通入CO2，有NaHCO3结晶析出-1-【解析】

A项，CaCO3与CO2、H2O反应生成的Ca(HCO3)2与NaHCO3不反应。B项，向Na2CO3溶液中滴加等物质的量的HCl时，发生反应：CO32-＋H＋===HCO3-，不生成CO2。C项，等质量的NaHCO3和Na2CO3分别与足量盐酸反应时，NaHCO3产生的CO2多。D项，向饱和Na2CO3溶液中通入CO2时发生反应：Na2CO3＋CO2＋H2O===2NaHCO3↓，反应中消耗H2O，且生成的NaHCO3溶解度小、质量多，故NaHCO3会结晶析出。【答案】

D-1-2．(2008年山东基本能力测试)旅游洞穴一般是指供游人观览的喀斯特洞穴。多姿多彩的钟乳石、石笋、石柱等碳酸钙沉积体是喀斯特洞穴中的主要景观。由于游人呼吸有时会使旅游洞穴中二氧化碳浓度大幅度升高，可能造成的后果是 (

)①抑制碳酸钙沉积体的生长②促进碳酸钙沉积体的生长③使游客有憋闷的感觉④使照明灯下的植物大量死亡-1-A．①③ B．②③C．①④ D．②④【解析】

CO2的浓度升高，使Ca(HCO3)2的量增大，抑制CaCO3沉积体的生长，也使O2的浓度降低，让游客有憋闷的感觉。【答案】

A-1-课题式课堂教学是研究性学习的一种方式，其基本教学模式为：-1-下面是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式课堂教学中解决问题阶段，甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置如下图所示。-1-(1)点燃酒精灯A、B的先后顺序为：先______后______。(2)硬质试管中发生反应的化学方程式为___________________________。(3)洗气瓶中的实验现象为___________________________。(4)酒精灯B的作用为_______________________。-1-(5)乙同学提出甲同学的装置太复杂，可将酒精灯合二为一，去掉B，而将尾气导气管出口旋转到A的火焰上即可。乙同学的设计是否合理？简述理由(从A、B使用的一致性的角度考虑)。(6)丙同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？因此，他设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清石灰水，以比较排除CO与澄清石灰水反应。试对此作出评价，你认为丙的设计________(填“必要”或“不必要”)。

-1-【解析】由题意知硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为CuO＋COCu＋CO2，显然A处酒精灯提供热源，B处的酒精灯用来点燃未反应的CO，防止其污染环境。若先点燃A处的酒精灯，则CO会与装置内的空气作用发生爆炸。只有在排净装置内的空气后方可点燃A。所以应先点燃B再点燃A且不能将它们合二为一。由于CO是不成盐氧化物，故不可能使石灰水变浑浊，故不必要先通过石灰水。-1-【答案】

(1)B

A

(2)CuO＋COCu＋CO2

(3)澄清石灰水变浑浊(4)点燃CO，以防污染环境(5)不合理，因为CO点燃在先，CuO加热在后，不能同时进行(6)不必要-1-1．(2009年海南单科)用足量的CO还原13.7g某铅氧化物，把生成的CO2全部通入到过量的澄清石灰水中，得到的沉淀干燥后质量为8.0g，则此铅氧化物的化学式是 (

)A．PbO

B．Pb2O3C．Pb3O4 D．PbO2【解析】根据CO～CO2～CaCO3的关系可知，13.7g铅的氧化物中，n(O)＝0.08mol，则n(Pb)＝0.06mol，所以n(Pb)∶n(O)＝3∶4，则该铅氧化物的化学式为Pb3O4。【答案】

C-1-2．(2008年广东文基)对于下列常见化学物质的认识错误的是 (

)A．明矾可用做净水剂B．干冰能用于人工降雨C．碳酸钙是文物陶瓷的主要成分D．小苏打是一种膨松剂，可用于制作馒头和面包【解析】陶瓷的主要成分为硅酸盐，而不是碳酸钙。【答案】

C-1-3．(2008年广东理基)根据陈述的知识，类推得出的结论正确的是 (

)A．镁条在空气中燃烧生成的氧化物是MgO，则钠在空气中燃烧生成的氧化物是Na2OB．乙烯可使酸性高锰酸钾溶液褪色，则丙烯也可以使其褪色C．CO2与SiO2化学式相似，则CO2与SiO2的物理性质也相似D．金刚石的硬度大，则C60的硬度也大-1-【解析】

Mg在空气中燃烧生成MgO，而Na燃烧生成Na2O2；乙烯和丙烯是同系物，都能使高锰酸钾溶液褪色；CO2与SiO2化学性质相似，但由于晶体类型不同，所以物理性质上有很大差异；金刚石与C60晶体类型不同，前者是原子晶体，有很高的硬度和熔沸点，后者是分子晶体，其硬度、熔沸点都不会高。【答案】

B-1-4．有关碳族元素的说法不正确的是(

)A．随着原子序数的增大熔点逐渐升高B．是由非金属向金属过渡最典型的族C．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D．它们均以＋4价为稳定价态-1-【解析】从金刚石和晶体硅的熔点可知A选项不正确；碳族元素是位于周期表中易失电子的金属主族元素和易得电子的非金属主族元素的中间位置，因而B选项正确；碳族元素原子的最外层上有4个电子，不易得或失电子，只能与其他元素原子以共价键结合，生成共价化合物，C选项也正确；碳族元素的主要化合价为＋2和＋4价，除铅的