第七章碳族元素第一節碳族元素碳元素單質及其化合物復習目標展示1．了解碳族元素的相似性和遞變性、熟記特殊性。2．掌握碳元素的幾種同素異形體及其物理特性。3．理解C、CO的還原性及其應用，并能夠熟練掌握CO2的性質及制法。知識點1碳族元素問題1：結合元素周期律(表)的知識，如何理解ⅣE元素的結構與性質1.在元素周期表中的位置位于元素周期表的第

族。包括碳（

）、硅（

）、鍺（

）、錫（

）、鉛（

）5種元素。2.相似性（1）都有

、

價（+2價的硅不穩定）。（2）氫化物RH4及鹵化物RX4均為正四面體，為

分子。（3）都有RO、RO2兩種氧化物。（4）RH4、R單質及+2價化合物（CO、Sn2+）有

。ⅣACSiGeSnPb+4+2非極性還原性3.遞變性（1）（2）從C到Pb，對應氫化物穩定性依次

。（3）從C到Pb，最高價氧化物對應的水化物的酸性依次

。減弱減弱4.特殊性（1）C、Si、Ge、Sn的+4價穩定，Pb的

價穩定，

價的鉛有極強的氧化性。在碳氫化合物和硅烷中碳和硅均呈負價。（2）原子晶子：金剛石、晶體Si、SiO2；半導體材料：Si、Ge。+2+4【思維延伸】（1）最高正價與最低負價絕對值相等的元素不一定是ⅣA族元素，也可能是H元素。（2）單質最硬、形成化合物種類最多的元素是碳元素。碳元素單質及其氧化物名稱金剛石石墨C60(C70)晶體結構正四面體，立體網狀結構，原子晶體平面正六邊形的層狀結構，混合型晶體籠狀結構，形似足球，分子晶體主要性質熔、沸點很高，硬度大，難溶于溶劑，不導電熔點很高，質軟，有滑膩感，導電可與金屬摻雜形成超導體主要用途鉆具、裝飾品潤滑劑、電極、鉛筆芯、耐火材料高溫潤滑劑、耐熱和防火知識點2碳元素單質及其氧化物問題2：碳元素有幾種同素異形體？怎樣鑒別CO與CO2？5.碳的同素異形體6.碳單質的性質7．CO與CO2的比較【思維延伸】

(1)最近又發現了C70、C90等許多C元素的同素異形體。(2)C與SiO2的反應屬于同主族元素單質間的置換反應，是制取粗硅的反應。(3)CO主要用于冶金工業作還原劑；CO2用作致冷劑、光合作用、人工降雨。考點1CO2與堿（鹽）的反應（碳酸鹽及碳酸氫鹽的轉化)1．與堿的反應

若堿中的陽離子是Ca2＋、Mg2＋、Ba2＋等，則會生成碳酸鹽沉淀，繼而碳酸鹽溶解又轉化成碳酸氫鹽。2．與鹽的溶液反應

反應的實質H2CO3的酸性比某些酸的酸性強。常見的有：(1)H2S、H2SO3、H2CO3都是二元弱酸，與堿反應情況用數軸表示(以H2CO3為例)如下：注意：“CO2+H2O”相當于H2CO3；“SO2+H2O”相當于H2SO3。（2）Al（OH）3不溶于H2CO3，因此無論CO2量多少，與反應只生成Al（OH）3。（Al（OH）3相當于“HAlO2+H2O”）要點深化【例1】(2009·全國理綜綜Ⅱ)下列敘述述中正確確的是()A．向含有CaCO3沉淀的水水中通入入CO2至沉淀恰恰好溶解解，再向向溶液中加入NaHCO3飽和溶液，又又有CaCO3沉淀生成B．向Na2CO3溶液中逐滴加加入等物質的的量的稀鹽酸酸，生成的CO2與原Na2CO3的物質的量之之比為1∶2C．等質量的NaHCO3和Na2CO3分別與足量鹽鹽酸反應，在在同溫同壓下，生成的的CO2體積相同D．向Na2CO3飽和溶液中通通入CO2，有NaHCO3晶體析出解析：本題考查碳酸酸鹽與碳酸氫氫鹽之間的轉轉化問題。在在含有碳酸鈣鈣沉淀的溶液液中通入二氧氧化碳恰好生生成碳酸氫鈣鈣，其與碳酸酸氫鈉混合不不發生反應，，不會生成碳碳酸鈣沉淀，，A項錯誤；；碳酸鈉與鹽鹽酸反應是分分步反應，等等物質的量的的氯化氫與碳碳酸鈉反應只只生成碳酸氫氫鈉，不能生生成二氧化碳碳：Na2CO3+HClNaCl+NaHCO3，B項錯誤；等等質量的碳酸酸鈉和碳酸氫氫鈉分別與足足量鹽酸反應應：Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2O，NaHCO3+HClNaCl+CO2↑+H2O，產生的二氧化化碳在同條件件下體積比為為84∶106=42∶∶53，C項錯誤；向向碳酸鈉飽和和溶液中通入入足量二氧化化碳，生成碳酸氫鈉，由由于碳酸氫鈉鈉溶解度小于于碳酸鈉的溶溶解度，且溶劑減少、生生成溶質質量量增多，故析析出碳酸氫鈉鈉晶體，Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3↓，D項正確確。答案：D變式訓練1.（2010·原原創題）2009年12月19日日哥本哈根氣氣候國際會議議在爭吵中結束了，會議議爭論了“減減少碳排放問問題”。減少少碳排放就是是減少CO2的排放。下列列有關CO2的說法正確的的是（））A.哥本哈根根會議上之所所以提出減少少CO2的排放問題，，是因為CO2是一種大氣污污染物B.將CO2通入NaOH溶液中反應應的實質是OH-結合了H2CO3電離出的H+，破壞了H2CO3的電離平衡C.將CO2通入Na2SiO3溶液中至過量量，溶液會變變澄清D.少量CO2通入過量苯酚酚鈉溶液中，，產物有苯酚酚和Na2CO3解析：CO2會產生溫室效效應，使氣候候變暖，這是是提出減碳排排放問題的原原因，A項不不正確；CO2通入a2SiO3溶液中，一定定會產生渾濁濁，因為生成成了不溶性的的H2SiO3，所以C項不不正確；D項項中產物應是是苯酚和NaHCO3。答案：B考點2CO、CO2性質的應用用1．CO的的還原性(1)CO能與許多多金屬氧化化物反應，，生成金屬屬單質和CO2(2)CO能與H2O(g)反反應制取H2CO＋H2O(g)CO2＋H22．CO2與部分堿反反應先生成成沉淀，后后沉淀溶解解3．除去CO、CO2氣體中混有有的雜質(括號內為為雜質)(1)CO(CO2)：通過盛盛有NaOH溶液的的洗氣瓶。。(2)CO2(CO)：：通過盛放放灼熱CuO的硬質質玻璃管。。(3)CO2(O2)：：通通過過盛盛放放灼灼熱熱銅銅網網的的硬硬質質玻玻璃璃管管。。(4)CO2(SO2)：：通通過過飽飽和和的的NaHCO3溶液液或或酸酸性性KMnO4溶液液。。(5)CO2(HCl)：：通通過過飽飽和和的的NaHCO3溶液。(6)CO2(H2S)：通通過CuSO4溶液。【例2】】（2009··高考題題改編））下列是是中學化化學中常常見物質質間的反反應轉化關系系圖，其其中部分分產物已已略去。。已知：：A、D是單質質，且C、E、G中中均含有有A單質質中的元元素，B、F、、H中均均含有D單質中中的元素；常溫溫下，除除C、E外其他他物質均均為固體體。試回答下下列問題題：（1）寫出出下列物質質的化學式式：A，H。（2）寫出出下列變化化的化學方方程式：E→G，D→F，E→A。CH2SiO3（3）B的的用途（至至少說出一一種）。思路點撥：：單質A與B高溫下反反應生成單單質D與氣氣態化合物物C，C可可與氧氣反應應生成E，，推測E一一定為非金金屬氧化物物，而E又又能與Mg反應生成單質A，推測E為CO2，則A為單單質碳。CO2與Na2O2反應生成Na2CO3，因為單質質D能與NaOH反反應，而固固態單質能能與NaOH反應者，在中學學階段只有有Al與Si，Al不能由碳碳單質與化化合物反應應制得，所以推斷D為Si，，則B為SiO2，F為Na2SiO3。而Na2SiO3能與E（CO2）、H2O反應生成成Na2CO3與H2SiO3，H2SiO3受熱分解生成B。制造光導纖纖維高分解密：：在復習中，，一要培養養整體思維維能力。綜綜合分析問問題中各條條信息，綜綜合判斷，，不要著眼眼于局部限限制。二要要敢于遷移移創新，學學會類推。。三要學會會尋找突破破點，如本本題中Mg與氧化物物E反應可可生成A單單質，就可可推測E為為CO2，A為C。知識支持：碳及化合物的的知識網絡變式練習2.(2010·模擬題題)將足量的CO2不斷通入KOH、制Ca(OH)2、KAlO2的混合溶液中中，生成沉淀淀與通入CO2的量的關系可可表示為()解析：通入CO2后發生的反應應依次為：CO2＋Ca(OH)2CaCO3＋H2O；CO2＋2KOHK2CO3＋H2O；CO2＋2KAlO2＋3H2OK2CO3＋2Al(OH)3↓；CO2＋K2CO3＋H2O2KHCO3；CO2＋CaCO3＋H2OCa(HCO3)2。所以，隨著著CO2的通入，先生生成CaCO3，沉淀的量保保持一段時間間不變，然后后又繼續生成成Al(OH)3沉淀，然后又又保持一段時時間不變，接接著沉淀逐漸漸溶解一部分分，最后剩下的就是Al(OH)3，對照題圖可可知選項C正正確。答案：C客觀題題以考查查碳族族元素素的相相似性性、遞遞變性性、CO和和CO2的性質質，碳碳酸鹽【考題題一】】(2010·改改編題題)下列關關于碳碳族元元素的的敘述述中錯錯誤的的是()A．與與其他他元素素化合合時易易形成成共價價化合合物，，也能能形成成離子子化合合物B．碳碳族元元素形形成化化合物物時的的最高高價均均為＋＋4價價C．碳碳的氧氧化物物(CO2)和硅硅的氧氧化物物(SiO2)都是是酸性性氧化化物，，均不能與與酸反反應D．碳碳族元元素是是形成成化合合物最最多的的一族族元素素審題視視點：以元元素周周期律律(表表)的的知識識為指指導，，相似似性和和遞變變性為為思維維切入入點，，同時時還要要注意意到特特殊性性。思維導導圖標準答答案：C高分解解密對于肯肯定結結論要要采用用舉反反例的的方法法，如如C項項所述述“均均不能能與酸酸反應應”，，舉出出SiO2能與HF反反應就就可判判斷該該肯定定說法法是錯錯誤的的；對對于可可能的的結論論要采采用舉舉正例例的方方法，，如A項所所述““易形形成………，，也能能形成成離子子化合合物””，舉舉出CaC2即可判判斷A項正正確。。主觀題題主要考考查有有關碳碳族元元素的的無機機推斷斷題，，與碳碳有關關的探探究性性實驗驗題、、與碳碳族元元素有有關的的綜合合計算算題等等知識識。【考題題二】】(12分)工業上上利用用焦炭炭和水水蒸氣氣反應應制水水煤氣氣，某某興趣趣小組讓讓水蒸蒸氣通通過灼灼熱的的焦炭炭后，，流出出氣體體的主主要成成分是是CO和H2，還有有CO2和水蒸蒸氣等等。請請用下下圖中中提供供的儀儀器，，選擇擇必要要的試劑，，設計計一個個實驗驗，證證明上上述混混合氣氣中有有CO和H2。(加加熱裝裝置和導管管等在在圖中中略去去)回答下下列問問題：：(1)盛盛濃H2SO4的裝置用用途是，盛NaOH溶液液的裝置置用途是是。(2)儀儀器B中中需加入入試劑的的名稱(或化學學式)是是，所發生反反應的化化學方程程式是。(3)儀儀器C中中需加入入試劑的的名稱(或化學學式)是是，

其目目的是______________________。(4)按按氣流方方向連接接各儀器器，用字字母表示示接口的的連接順順序：g—ab。除去水蒸蒸氣除去CO2氧化銅(或CuO)無水硫酸酸銅(CuSO4)檢驗H2Okj—hi—cd(或或dc)—fe—lm(5)能能證明混混合氣中中含有CO的實實驗依據據是________________________________________________________________________。(6)能能證明混混合氣中中含有H2的實驗依依據是________________________________________________________________________。。原混合氣氣中的CO2已除去，，與CuO反應應后生成成的氣體體能使澄澄清石灰灰水變渾渾濁原混合氣氣中的H2O已除去去，與CuO反反應后生生成的氣氣體能使使白色的的無水CuSO4變藍作答與批批改實錄錄題后反思思化學實驗驗有多種種形式，，可以是是基本操操作、物物質制備備、性質質檢驗、、還可以以對實驗驗進行設設計和評評價，解解答時關關鍵是明明確實驗驗目的，，找到解解題的方方法。點評水蒸氣通通過灼熱熱的焦炭炭后，生生成氣體體的主要要成分是是CO和和H2，還有CO2和水蒸氣氣，而本本題檢驗驗CO和和H2的方法是是檢驗CO和H2的氧化產產物CO2和H2O，因此此為了防防止一開開始帶出出的CO2和水蒸氣氣的干擾擾，必須須在CO和H2還原CuO之前前除盡CO2和水蒸氣氣。點撥(1)水水蒸氣高高溫和炭炭反應中中生成CO和H2是水煤氣氣的成分分，其中中含有CO2和水對CO和H2的檢驗能能形成干干擾，實實驗時必必須除去去。(2)物物質檢驗驗時應考考慮順序序。1．(5分)(2010·改改編題)對于ⅣⅣA族元元素，下下列敘述述中不正正確的是是()A．SiO2和CO2中，Si和O、、C和O之間都都是共價價鍵，但但二者晶晶體類型不同B．C、Si和Ge的最最外層電子數數都是4，次次外層電子數數都是8C．CO2和SiO2都是酸性氧化化物，在一定定條件下都能能和氧化鈣反反應D．該族元素素的主要化合合價是＋4和和＋2，但Si無＋2價價解析：A項中SiO2、CO2均為共價化合合物，原子間間以共價鍵結結合；B項中C、Ge的次外層層電子數分別別為2、18；C項CO2、SiO2均可與CaO反應生生成對應的鹽鹽。答案：B2．(5分)(2010·陜西延安安中學月考)如圖中M、、N為含X元元素的常見化合物。則則X元素為()A．Fe或CB.Cu或FeC．N或SD.C或Al解析：置換反應：Fe＋CuCl2Cu＋FeCl2或C＋2CuO2Cu＋CO2↑；化合反應應：2FeCl2＋Cl22FeCl3,2FeCl3＋Fe3FeCl2或CO2＋C2CO,2CO＋＋O22CO2；2Fe＋3Cl22FeCl3,2C＋O22CO。高溫點燃點燃答案：A3．(5分)(2010·模擬題)干冰可作為為冰淇淋攜帶帶過程中的保保溫劑。某人回家后將將干冰放在密密封的瓶中保保存在冰箱里里。關于此舉舉動以下說法正正確的是()A．可增強冰冰箱的制冷效效果，是節能能的好方法B．冰箱內溫溫度低，便于于干冰的保存存，以利重復復利用C．干冰易升升華，放在密密封的瓶中會會因體積膨脹脹而發生爆炸炸D．干冰易與與冰箱內的食食物發生化學學反應，影響響食物的營養養價值解析：干冰放在密封封的瓶中即使使放在冰箱中中，干冰也會會升華，使瓶瓶內氣體壓強強急劇增大，，瓶會爆炸。。答案：C4．(5分)(2010·福州一中中期中考題)往含0.2molNaOH和和0.1molBa(OH)2的溶液中持續續穩定地通入入CO2氣體，當通入氣體為8.96L(標準狀況)時立即停止止，則這一過過程中，溶液中離子物物質的量之和和與通入CO2氣體的體積關關系正確的圖象是(氣氣體的溶解和和離子的水解解都忽略不計計)()解析：本題涉及許多多個反應Ba(OH)2＋CO2BaCO3↓＋H2O①①2NaOH＋＋CO2Na2CO3＋H2O②②BaCO3＋H2O＋CO2Ba(HCO3)3③Na2CO3＋CO2＋H2O2NaHCO3④當未通CO2氣體時，溶液液中離子的物物質的量為0.2molNa＋，0.1molBa2＋，0.4molOH－；當通入2.24LCO2時，發生反應應①，此時溶溶液中離子的的物質的量為0.2molNa＋，0.2molOH－；當通入4.48LCO2時，發生反應應②，此時溶溶液中離子的的物質的量為0.2molNa＋，0.1molCO-；當通入6.72LCO2時，發生反應應④，此時溶溶液中離子的的物質的量為0.2molNa＋，0.2molHCO；當通入8.96LCO2時，發生反應應③，此時溶溶液中離子的的物質的量為0.2molNa＋，0.1molBa2＋，0.4molHCO。答案：C5．(10分分)(2010·泰安一一中期中考題題)用白云石石(CaCO3·MgCO3)為主要原料生生產堿式碳酸酸鎂和無水氯氯化鎂的流程程如下：(1)回答下下列問題：①“灰漿”中中除水和MgO外，主要要成分還有_________________________________________________。②從MgCl2晶體體得到無水水MgCl2的操作作為。Ca(OH)2[或Ca(OH)2和Mg(OH)2]將MgCl2·6H2O晶體在干干燥的HCl氣流中中加熱(2)為探探究所制得得的水合堿堿式碳酸鎂鎂[mMgCO3·nMg(OH)2·xH2O]的組成成。某同學學組裝儀器器如圖所示示：①畫出A框框中裝置圖圖；②在裝好試試劑后，加加熱前應進進行的操作作為_。③若將E框中的裝置置去掉，對對實驗結果果的影響