2019-2020年高三化學(xué)專題 第十六講 碳族元素 無機(jī)非金屬材料教案 新人教版碳族元素【考綱要求】1.掌握碳族元素在元素周期表中的特殊位置導(dǎo)致性質(zhì)上的特殊性。2.能熟練運(yùn)用碳族元素原子結(jié)構(gòu)的遞變規(guī)律解釋其性質(zhì)的遞變規(guī)律3.掌握CO2與CO、CO2與SiO2、NaHCO3與Na2CO3這三組物質(zhì)在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、制法、用途等方面的不同。4自主建立碳族元素的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。硅 二氧化硅 無機(jī)非金屬材料【考綱要求】1.掌握硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、用途和制法，能從數(shù)學(xué)立體幾何知識(shí)的角度理解硅和二氧化硅的晶體結(jié)構(gòu)。2.了解硅酸鹽工業(yè)的含義和原理，掌握水泥和玻璃的工業(yè)制法，化學(xué)成分和化學(xué)反應(yīng)原理。3.了解無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特征以及它們的特殊用途。 碳族元素 新型無機(jī)非金屬材料基礎(chǔ)練習(xí)1. 碳族元素位于元素周期表 族，包括 、 、 、 、 在元素周期表中的位置（周期、族、原子序數(shù)） 表示方法：原子結(jié)構(gòu)示意圖Si 比較原子結(jié)構(gòu)相同點(diǎn)：最外層電子數(shù)相同，都是 個(gè)不同點(diǎn)：電子層數(shù)不同相似性：得失電子，易形成鍵，難形成鍵，最高正價(jià)為，最低負(fù)價(jià)為。主要性質(zhì) 遞變性：隨原子序數(shù)遞增，元素金屬性，非金屬性；氫化物穩(wěn)定性（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性，堿性，Ge(OH)4呈兩性。碳族元素的金屬性比同周期氮族元素，且自上而下由非金屬性向金屬性遞變比氮族更為明顯。2碳所形成的單質(zhì) 金剛石： 構(gòu)型、空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的 晶體。無色透明，熔沸點(diǎn)高，硬度大，難溶于溶劑，不導(dǎo)電。石墨：層狀結(jié)構(gòu)，層間以 結(jié)合。熔點(diǎn)很 ，質(zhì)軟，有滑膩感，電的良導(dǎo)體。C60：形似足球，俗稱"足球烯"， 晶體。三者互稱 3硅及其化合物硅在地殼中含量?jī)H次于 ，居第 位。在自然界中以 存在結(jié)構(gòu)類似金剛石的 晶體， 構(gòu)型，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)性質(zhì)：與NaOH溶液反應(yīng) 二氧化硅SiO2 溶于水，因此制H2SiO3的方程式為 與NaOH溶液反應(yīng) 與HF溶液反應(yīng) 硅酸鹽 硅酸鈉：可溶于水，水溶液俗稱 ，是一種無色粘稠的液體。在空氣中變質(zhì)的方程式 ;硅酸鹽 硅酸鹽種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用氧化物的形式來表示組成。硅酸鈉Na2SiO3 鎂橄欖石Mg2SiO4 普通水泥的主要成分： 制玻璃的反應(yīng)原理： 參考答案碳族元素1. 碳族元素位于元素周期表第A族，包括 C Si Ge Sn Pb 在元素周期表中的位置（周期、族、原子序數(shù)） 表示方法：原子結(jié)構(gòu)示意圖Si 比較原子結(jié)構(gòu)相同點(diǎn)：最外層電子數(shù)相同，都是4 個(gè)不同點(diǎn)：電子層數(shù)不同相似性：不易 得失電子，易形成共價(jià)鍵，難形成離子鍵，最高正價(jià)為+4價(jià)，最低負(fù)價(jià)為4價(jià)主要性質(zhì) 遞變性：隨原子序數(shù)遞增，元素金屬性增強(qiáng)，非金屬性減弱；氫化物穩(wěn)定性減弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)水化物酸性減弱，堿性增強(qiáng)，Ge(OH)4呈兩性。碳族元素的金屬性比同周期氮族元素弱，且自上而下由非金屬性向金屬性遞變比氮族更為明顯。2碳所形成的單質(zhì) 金剛石：正四面體構(gòu)型、空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的原子晶體。無色透明，熔沸點(diǎn)高，硬度大，難溶于溶劑，不導(dǎo)電。石墨：層狀結(jié)構(gòu)，層間以共價(jià)鍵結(jié)合。熔點(diǎn)很 高 ，質(zhì)軟，有滑膩感，電的良導(dǎo)體。C60：形似足球，俗稱"足球烯"，分子晶體。三者互稱同素異形體3硅及其化合物硅在地殼中含量?jī)H次于氧，居第二位。在自然界中以二氧化硅、硅酸鹽等存在，結(jié)構(gòu)類似金剛石的原子晶體，正四面體構(gòu)型，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)性質(zhì)：與NaOH溶液反應(yīng) 2Si + 2NaOH + H2O= Na2SiO3 + 2H2二氧化硅SiO2 難溶于水，因此制H2SiO3的方程式為Na2SiO3 + 2HCl = 2NaCl + H2SiO3 與NaOH溶液反應(yīng)SiO2 + 2NaOH =Na2SiO3 + H2O 與HF溶液反應(yīng)SiO2 + 4HF =SiF4 + 2H2O硅酸鹽 硅酸鈉：可溶于水，水溶液俗稱水玻璃，是一種無色粘稠的液體。在空氣中變質(zhì)的方程式Na2SiO3 + CO2 + 2H2O = Na2CO3 + H4SiO4硅酸鹽 硅酸鹽種類很多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用氧化物的形式來表示組成。硅酸鈉Na2SiO3 Na2O SiO2 鎂橄欖石Mg2SiO4 2MgO SiO2 普通水泥的主要成分：3CaO SiO2 2CaO SiO2 2CaO Al2O3 制玻璃的反應(yīng)原理： SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2 SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2一、選擇題 1、原始大氣是還原性的，含但不含，今天地球上的大氣卻具有氧化性。試推測(cè)在還原性大氣向氧化性大氣轉(zhuǎn)變的過程中，大部分的游離氧來源于 （ ）A大量的火山噴發(fā) B強(qiáng)紫外線使水分解而釋放出和C遠(yuǎn)古時(shí)代綠色植物的光合作用D火山熔巖流入水體中，使水在高溫下分解2、以下說法正確的是 （ ）A納米材料是一種稱為“納米”的新物質(zhì)制成的材料B綠色食品是指不含任何化學(xué)物質(zhì)的食品C生物固氮是指植物通過葉面直接吸收空氣中的氮?dú)釪光導(dǎo)纖維是以二氧化硅為主要原料制成的3、下列物質(zhì)有固定熔點(diǎn)的是（ ）A鋼化玻璃 B過磷酸鈣 C消石灰 D水玻璃4、綠柱石又稱為綠寶石，其主要成分為，也可以用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示，則n為（ ）A1 B2 C3 D45、下列敘述中的四種非金屬元素，所形成的氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性最差的是（ ）A構(gòu)成礦物質(zhì)和巖石的主要元素B形成化合物種類最多的元素C空氣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的元素D單質(zhì)在常溫下呈液態(tài)的元素二、選擇題 6、最近，科學(xué)家研究制得一種新的分子，它具有空心的類似足球狀的結(jié)構(gòu)，下列關(guān)于的說法錯(cuò)誤的是（ ）A是由60個(gè)碳原子構(gòu)成的分子，相對(duì)分子質(zhì)量是720B、石墨、金剛石都是碳的同分異構(gòu)體C是一種新型的化合物，粒子間存在范德華力D將在超導(dǎo)、材料科學(xué)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值7、工業(yè)上制取金剛砂的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：。在這個(gè)氧化還原反應(yīng)中，氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為（ ）A1：2 B2：1 C5：3 D3：58、下列離子方程式不正確是（ ）A石英與燒堿溶液反應(yīng)B向澄清的石灰水中通入過量的C向小蘇打溶液中加入過量的石灰水D向水玻璃中加入過量鹽酸9、下列說法摘自某科普雜志，你認(rèn)為無科學(xué)性錯(cuò)誤的是（ ）A鉛筆芯的原料是重金屬鉛，兒童在使用時(shí)不可能用嘴吮咬鉛筆，以免引起鉛中毒B一氧化碳有毒，生有煤爐的居室，可放置數(shù)盆清水，這樣可有效地吸收一氧化碳，防止煤氣中毒C“汽水”澆灌植物有一定的道理，其中二氧化碳的緩釋，有利于作物的光合作用D硅的提純與應(yīng)用，促進(jìn)了半導(dǎo)體元件與集成芯片業(yè)的發(fā)展，可以說“硅是信息技術(shù)革命的催化劑”10、將二氧化碳通入下列物質(zhì)的溶液中不與其反應(yīng)的是（ ） A B C D11、下列盛放試劑的方法正確的是（ ）A氫氟酸或濃硝酸存放在帶橡皮塞的棕色玻璃瓶中B汽油或煤油放存放在帶橡皮塞的棕色玻璃瓶中C碳酸鈉溶液或氫氧化鈣溶液存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中D氯水或硝酸銀溶液存放在配有磨口塞的棕色玻璃瓶中12、純凈的碳酸氫鈣試樣在高溫下分解，當(dāng)剩余固體質(zhì)量為原試樣質(zhì)量的一半時(shí)，碳酸氫鈣的分解率是 （ ）A50% B75% C92.7% D100%13、第三周期元素R，它的原子核外最外層達(dá)到飽和所需電子數(shù)是最內(nèi)層電子數(shù)的正整數(shù)倍，且小于次處層電子數(shù)的，則關(guān)于R的判斷正確的是（ ）A常溫時(shí)，能穩(wěn)定存在的R的氧化物都能與燒堿溶液反應(yīng)BR的最高正價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為強(qiáng)酸CR的單質(zhì)在固態(tài)時(shí)，均屬于分子晶體DR的氣態(tài)氫化物在常溫下都能穩(wěn)定存在14、下面是某環(huán)境監(jiān)測(cè)興趣小組的同學(xué)描繪的南京市中心新街口地區(qū)空氣中含量變化曲線，橫坐標(biāo)表示北京時(shí)間0時(shí)到24時(shí)，縱坐標(biāo)表示CO含量，你認(rèn)為比較符合實(shí)際的是（ ）15、請(qǐng)據(jù)圖8-1回答，經(jīng)數(shù)小時(shí)后，U形管A、B兩處的液面會(huì)出現(xiàn)下列哪種情況？（實(shí)驗(yàn)裝置里的空氣足以維持實(shí)驗(yàn)期間小白鼠的生命活動(dòng)，瓶口密封，忽略水蒸氣和溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響） （ ）AA處上升，B處下降BA、B兩處都下降CA處下降，B處上升DA、B兩處都不變 16、（8分）在沒有現(xiàn)成的氣體發(fā)生器的情況下，請(qǐng)你選用圖8-2中的部分儀器，裝配成一個(gè)簡(jiǎn)易并且能隨用、隨關(guān)、隨停的氣體發(fā)生裝置。（1）應(yīng)用的儀器是_(填入儀器的編號(hào))。（2）若用上述裝置制取氣體，而實(shí)驗(yàn)室只有稀、濃、水、純堿、塊狀石灰石，比較合理的方案應(yīng)選用的藥品是_。17、 在半導(dǎo)體工業(yè)中，有一道工序叫燒氫。燒氫的工藝流程如圖8-3所示。工作時(shí)，是將石英管D出口處氫氣點(diǎn)燃。半導(dǎo)體硅片、焊片和金屬零件從石英管口送入加熱區(qū)，在氫氣還原氣氛中加熱使焊片熔化，將單晶硅與金屬零件焊接在一起。焊接后再將零件拉至冷卻區(qū)，冷卻后取出。燒氫工藝中的氫氣純度要求極高，工業(yè)氫氣雖含氫量達(dá)99.9%，但仍含有極微量的水蒸氣和氧氣，所以點(diǎn)燃?xì)錃馇皯?yīng)檢驗(yàn)氫氣的純度。試回答下列問題。（1）裝置B的作用是_；B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。（2）裝置C中的物質(zhì)是_；C的作用是_。（3）點(diǎn)燃?xì)錃馇皩（帶導(dǎo)管膠塞）接在D的出口處，目的是_。（4）裝置A是安全瓶，可以防止氫氣燃燒回火，引起爆炸，其中填充大量純銅屑的作用是_。 18、 （1）綠色植物可以通過_作用吸收，可以通過_作用將釋放到大氣中。（2）人類活動(dòng)可以由多種途徑增加大氣中的，請(qǐng)寫出下列會(huì)產(chǎn)生的化學(xué)方程式。石灰窯生產(chǎn)石灰_；煤炭燃燒_；汽油燃燒_；19、 錫、鉛兩種元素的主要化合價(jià)是+2價(jià)和+4價(jià)，其中+2價(jià)錫元素和+4價(jià)鉛元素的化合物均是不穩(wěn)定的，+2價(jià)錫元素有強(qiáng)還原性，+4價(jià)鉛元素的化合物有強(qiáng)氧化性，例如：還原性比還原性強(qiáng)，的氧化性比的氧化性強(qiáng)，根據(jù)以上的敘述，回答有關(guān)的問題：（1）寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：氯氣與錫共熱_；氯氣與鉛共熱_；與濃鹽酸共熱_。（2）能說明還原性比還原性強(qiáng)的離子方程式為_（3）可以寫成，若把它看作一種鹽時(shí)，又可寫成。據(jù)化合價(jià)規(guī)律和這種書寫方法，可將用上述氧化物形式表示，其化學(xué)式可寫成_，若看成鹽時(shí)可寫成_。20（10分）氮化硅是一種高溫陶瓷材料，它的硬度大、熔點(diǎn)高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。工業(yè)上普遍采用高純硅與純氮在1300反應(yīng)獲得氮化硅。（1）根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅屬于_晶體。（2）根據(jù)性質(zhì)，推測(cè)氮化硅陶瓷的用途是_（填序號(hào)）。A制汽輪機(jī)葉子 B制有色玻璃 C制永久性模具 D制造柴油機(jī)（3）根據(jù)化合價(jià)規(guī)律，推測(cè)氮化硅的化學(xué)式為_。（4）氮化硅陶瓷抗腐蝕性強(qiáng)，除氫氟酸外，它不與其他無機(jī)酸反應(yīng)。試寫出該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式_。（5）現(xiàn)用四氯化硅和氮?dú)庠跉錃獗Ｗo(hù)下加強(qiáng)熱反應(yīng)，可得較高純度的氮化硅，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。 21 由主要成分是碳酸鋇、碳酸鈣組成的礦石樣品，某課處活動(dòng)小組欲從該樣品中分離出碳酸鋇，盡可能除去。供實(shí)驗(yàn)參考的數(shù)據(jù)見下表。分離要求：原料是礦石；試劑只有水，不能再用其他試劑；要求將礦石經(jīng)四步反應(yīng)或操作后得到較純凈的碳酸鋇（如圖8-4所示）。試回答下列問題： （1）在括號(hào)中填入實(shí)驗(yàn)的條件或方式：_；_。（2）在方框中填入對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)式：a_；b_。（3）寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。：_；：_。22 材料科學(xué)是近年來與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)研究的熱點(diǎn)。某新型無機(jī)非金屬材料K由兩種非金屬元素組成，它是一種超硬物質(zhì)，具有耐磨、耐腐蝕、抗冷熱沖擊、抗氧化的特性。它是以中學(xué)化學(xué)中的常見物質(zhì)為原料來生產(chǎn)的，圖8-5虛線框外為其生產(chǎn)過程；線框內(nèi)的其它轉(zhuǎn)化是為探究C的組成而設(shè)，G、F、H均為難溶于水的白色固體；圖中C、M、K均含A元素，其余物質(zhì)均為中學(xué)化學(xué)中常見的物質(zhì)。請(qǐng)回答下列問題：（1）指出K可能所屬的晶體類型_，K晶體中A原子周圍化學(xué)鍵的鍵角均相等，鍵角值為_。（2）寫出化學(xué)式，化合物C_，化合物F_。（3）寫出反應(yīng)的離子反應(yīng)方程式：_；_。（4）寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式_。 23 在25時(shí)，條件下，將通入10LCO和的混合氣中，使其完全燃燒，干燥后，恢復(fù)至原來的溫度和壓強(qiáng)。（1）若剩余氣體的體積是15L，則原CO和的混合氣中V（CO）=_L，_L。（2）若剩余氣體的體積是aL，則原CO和的混合氣中_。（3）若剩余氣體的體積是aL,則a的取值范圍是_。24、 將W g木炭與同時(shí)裝入一個(gè)裝有壓力表體積不變的密閉容器中，壓力表所示壓強(qiáng)為，高溫下容器中木炭與均完全反應(yīng)后恢復(fù)到原溫度，壓力表的示數(shù)為，試求：（1）當(dāng)W取值發(fā)生變化時(shí)，反應(yīng)后壓強(qiáng)P也發(fā)生變化，P的最大值（以表示）是_。（2）以W表示滿足題設(shè)條件的a的取值范圍_。(3)在題設(shè)條件下，W、a、P、之間必須滿足函數(shù)系W=f(a、P)，寫出該函數(shù)表達(dá)式：_。參考答案1C 植物的光合作用吸收放出。2D 納米（nm）是一長(zhǎng)度單位；污染少或無污染的食品稱綠色食品；生物固氮通過根瘤菌進(jìn)行。3C 純凈物才有固定熔沸點(diǎn)，水玻璃是的水溶液。4C 依改寫規(guī)則可寫成5A 四種非金屬元素依次為Si、C、N、Br，非金屬性最差的是Si。6BC 是由碳原子構(gòu)成的分子，它與石墨、金剛石互稱為同素異形體。7A 在中，2C原子被氧化作還原劑，一個(gè)C原子被還原作氧化劑。8C （少定）、（多變），中和一個(gè)只需一個(gè)。9CD 鉛筆芯的原料是石墨；水不能吸收CO（CO不溶于水，常溫下也不與水反應(yīng)）。10D 發(fā)生“強(qiáng)酸制弱酸”反應(yīng)，生成而反應(yīng)。11D HF腐蝕玻璃；濃硝酸、汽油、煤油腐蝕橡皮；堿性溶液可與作用生成使瓶塞與瓶口粘結(jié)。12D ，剩余固體大于原試樣質(zhì)量的一半，需再發(fā)生，即全部分解。13A R最外層達(dá)飽和所需電子數(shù)可能為2、4或6；又因小于，故R可能是或S。14B CO主要來源于煤、石油及含碳元素的物質(zhì)的燃燒和汽車尾氣的排放，根據(jù)人們的活動(dòng)規(guī)律，早晨和晚上CO含量應(yīng)較低。15C 小白鼠吸收容器中的氧氣，呼出，被集氣瓶中的吸收，造成集氣瓶中壓強(qiáng)（兩集氣瓶是連通的，壓強(qiáng)相等）減小，所以U形和B處液面上升，A處液面下降。16（1）a,c,d,e （2）水、濃、塊狀石灰石17（1）除去氧氣；，（2）無水（或堿石灰）；吸收水蒸氣 （3）檢驗(yàn)氫氣純度（4）大量的銅屑可以吸收熱量，降低溫度18（1）光合；呼吸 （2） 19（1）（2）（3）20（1）原子晶體 （2）A、C、D （3） （4）（5）（或）21（1）高溫 80的 （2）、；、（3），；22（1）原子晶體；10928 （2）；（或）（3） （4）23由反應(yīng)原理 得，在同溫、同壓下CO和的混合氣體 完全燃燒耗的體積為混合氣體的1/2，即/2（1）當(dāng)=10L時(shí)，要使其完全燃燒，必須有。已知，則過量10L。又因反應(yīng)后剩余氣體的體積是15L，在25、101KPa條件下，水的狀態(tài)為液體，則剩余氣體為和的混合氣。故反應(yīng)生成的二氣化碳的體積，則由反應(yīng)原理得：，=10-V（CO）=5L。（2）由題（1）可以推理得：；依反應(yīng)原理有；=10L-（a-10）L =（20-a）L。則=（a-10）：（20-a）。（3）由題（2）結(jié)論有：（a-10）：（20-a）>0；即a-10>0，20-a>0，所以10 <a< 20。24（1） （2）； （3）