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RH4，最高价氧化物的化学式可以表示为R02，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Si02也叫硅石，是一种坚硬难熔的固体。

Si02是氧化物，常温时化学性质不活泼，除外Si02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，Si02能与碱性氧化物反应，如Si02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、沙子和碎石的混合物叫混凝土，混凝土以钢筋为结构，这就是我们常说的钢筋混凝土。

（3）传统无机非金属材料包括硅酸盐材料，具有、等优点，但也有质脆、等弱点；一些具有特殊结构、特殊功能的新材料，如高温结构陶瓷、光导纤维等，被称为新型无机非金属材料，新型无机非金属材料的主要特性有耐高温，强度高，具有电学特性、光学特性、生物功能等。

（6）高温结构陶瓷具有能经受高温、、耐酸碱腐蚀、、、密度小的优点。

氧化铝陶瓷（又叫人造刚玉）的熔点，可用作高级耐火材料，如坩埚、高温炉管等。

利用氧化铝陶瓷的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉球磨机，用来研磨比它硬度小的材料。

用高纯度的原料，使用先进工艺，还可使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。

课前训练1.近期《美国化学会志》报道，中国科学家以二氧化碳为碳源，金属钠为还原剂，在470℃、80 MPa下合成出金刚石，具有深远意义。

下列说法中不正确的是 ( )A．由二氧化碳合成金刚石是化学变化B．金刚石是碳的一种同位素C．钠被氧化最终生成碳酸钠D．金刚石中只含有非极性共价键1.2科学家预测114号元素为“类铅”，1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．最外层有四个电子2.1下列关于硅的说法中不正确的是 ( )A．晶体硅是灰黑色、有金属光泽、鼋而脆的非金属固体B．晶体硅的结构类似于金刚石C．硅的化学性质很稳定，常温下不与任何物质发生反应D．工业上用碳在高温下还原二氧嗣硅来制备粗硅2.2下列盛放试剂的方法正确的是( )A．氢氟酸或浓硝酸存放在带橡皮羞的棕色玻璃瓶中B．汽油或煤油存放在带橡皮塞的捌色玻璃瓶中C．碳酸钠溶液或氢氧化钙溶液存角在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中D．氯水或硝酸银溶液存放在配有一口塞的棕色玻璃瓶中2.3 C02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Na2C03溶液 D．硅酸钠溶液3.1过量的石英、纯碱和石灰石熔融后生成 ( )A．水泥B．水泥砂浆C．陶瓷 D．玻璃3.2某型号水泥的主要成分有：Ca2SiOx、Ca3SiOy、Ca3Al2Oz，制取该水泥所用的原料是3.3(1)制造普通玻璃的原料是，发生反应的化学方程式是(2)在制玻璃的原料中，再加入下列物质可制得不同颜色的有色玻璃：A．氧化亚铜B．氧化钴 C．二价铁 D．氯化钴①制造蓝色玻璃加入的物质是②制造绿色玻璃加入的物质是③制造红色玻璃加入的物质是④制造变色玻璃加入的物质是3.4下列材料的特性及用途叙述不正确的是 ( )A ．氧化铝陶瓷具有两性，可用来制造人造牙齿B ．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机C ．光导纤维导光的性能很强，是非常好的通讯材料D ．人造刚玉硬度高，用于制造刚玉球磨机 3.5下列叙述正确的是 ( )A ．Si02属于无机非金属材料B ．金属不能作为结构材料C ．玻璃是一种新型无机非金属材料D ．C 60也是一种新型无机非金属材料 3.6氮化铝(AIN)具有耐高温、抗冲击、导热性好等优良性质，被广泛应用于电子工业、陶瓷工业等领域。

在一定条件下，氮化铝可通过如下反应合成：A1203 +N 2 +3C 堡墅坠2A1N +3CO ，下列叙述中正确的是 ( )A ．在氮化铝的合成反应中，N 2是还原剂，A1203是氧化剂B ．上述反应中每生成2 mol AlN ，N 2得到3 mol 电子C ．氮化铝中氮元素的化合价为-3价D ．氮化铝晶体属于分子晶体例题解析1.下列说法正确的是 ( )A.2 LpH=0的硫酸溶液中含有N A 个SO 42- B ．60 g Si02晶体中，含有2N A 个Si-O 键C ．在3.9 gD 37C1分子中，含有的中子数为2.1N A 个D ．用石墨作电极电解CuS04溶液，若在阳极收集到11.2 L 气体（标准状况时），有N A 个电子流向阴极解析：c(H +) ＝1 mol 〃L -1，H +的个数为1×2×N A ＝2N A ，SO 42-为N A 个；l mol Si02晶体中含有4NA 个Si －O 键；1个D 37C1分子中含有的中子数为21个，3.9 g D 37C1的物质的量为13.90.139g m ol g m ol-= ，故0.1 mol D 37C1中中子数为2.1N A 个；阳极40H - -4e -＝02↑+2H 20，电子转移数为2N A 个，电子由阳极流向阴极。

答案： AC2.某主族金属元素的离子X 2+有6个电子层，最外层上有2个电子，当把X02溶于浓盐酸时，有黄绿色气体产生，则下列说法正确的是 ( )A ．X 2+具有强还原性B ．该元素的元素符号是PbC ．X02具有强氧化性D ．该元素是ⅡA 族元素解析：X 2+最外层有2个电子，则X 最外层有4个电子，为IVA 族元素，又己知X 有6个电子层知X 为第六周期元素，所以X 为Pb 元素，B 项正确；根据题干言息结合实验室制取C12的反应得Pb02与浓盐酸反应的化学反应方程式为：Pb02＋4HCl(浓) PbCl 2+ C12↑+2H 20，不难得出Pb02的氧化性大于C12，C 项正确；由此反应不能说明Pb 2＋有强还原性，A 项错。

答案：BC3.下列说法正确的是 ( )A ．二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟强碱反应，但不能跟任何酸反应B ．根据Si02＋CaCO 3CaSiO 3+C02↑的反应，可推知硅酸酸性比碳酸强C ．C02气体通入Na 2Si03溶液中可以制得硅酸D．Si02对应的水化物有不同的组成解析： Si02能与氢氟酸发生反应：Si02+4HF＝SiF4↑+2H20，A项错；B项反应是在高温条件下进行的，由于C02是气体，生成后脱离反应体系使反应得以继续进行，但还不能说明硅酸的酸性比碳酸强。

要比较硅酸和碳酸的酸性强弱，必须比较它们在水溶液中电离出H+的难易程度，由于C的非金属性较Si强，所以H2C03的酸性较H2Si03强，B项错；由于H2C03的酸性比H2Si03强，所以有Na2Si03+C02+H20= Na2C03+H2Si03，C项正确；H2Si03、H4Si04的酸酐均是Si02，即Si02对应的水化物有H2Si03和H4Si04两种组成，D项正确。

答案：CD4.将23 g石英与60 g石灰石在高温下发生反应，产生的气体在标准状况下的体积是 ( )A. 8.59 LB. 5.15 LC. 13.44 LD. 6.72 L解析：发生的反应有：CaC03＋Si02CaSi03＋C02↑，CaC03过量，高温下CaC03CaO+C02↑，C02来源于这两个反应。

根据C原子守恒：CaC03一 C02100 g 22.4L60 g V(C02)V(C02)＝60 g×22.4 L/100g＝13.44 L答案：C基础训练1.下列说法是否正确 ( )A．传统的非金属材料具有抗腐蚀性、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击的缺点B．新型无机非金属材料继承了传统非金属材料的优点，但不能耐高温C．有些新型无机非金属材料可以做绝缘体，但都不能做半导体D．新型无机非金属材料都能透过可见光解析: A项正确，B项不正确，因为新型无机非金属材料继承了传统非金属材料的优点，能耐高温。

C项不正确，因为有的可以做半导体。

D项不正确，因为有的能透过可见光，有的不能透过可见光答案：A2．试分析下列说法是否正确，说明理由A．Si02高温时与Na2C03反应声C02，将C02通人Na2Si03溶液中可产生H2Si03，说明H2Si03向性有时比H2C03强，有时H2C03弱。