高中化学第4主族知识点

第1页第6讲：碳族元素一、碳及其化合物1.位置：第二周期第ⅣA族2.存在：既有游离态（金刚石、石墨、C60等同素异形体），又有化合态（碳的氧化物、碳酸盐）3.物理性质及用途：金刚石石墨C60物理性质外观无色透明、正八面体形状的固体深灰色、有金属光泽、不透明的细鳞片状固体润滑性无很好熔点很高高（耐高温）较低硬度最硬（天然存在的物质中）质软导电性不导电良好常温下不导电，低温下具有超导性导热性很好良好用途制钻头、刻刀、装饰品等作电极、制铅笔芯、作润滑剂等4.化学性质：1mol金刚石有2mol碳-碳的单键与O2反应不充分燃烧：2C+O2点燃2CO(氧气不足)充分燃烧：C+O2点燃CO2(氧气充足)（1）碳与氧化物非金属氧化物：C+CO2高温2CO；金属氧化物：C+2CuO高温Cu+CO2↑与强氧化性酸C+2H2SO4(浓)△CO2↑+2SO2↑+H2OC+4HNO3(浓)△CO2↑+4NO2↑+2H2O（2）碳的氧化物一氧化碳：2CO+O2点燃2CO2；CO+CuO△Cu+CO2↑二氧化碳2Mg+CO2点燃2MgO+C(镁在二氧化碳中燃烧生成碳)酸性氧化物的通性（3）碳酸盐：①与酸性氧化物反应；②与酸反应；③与盐反应；④分解反应(碳酸钙高温分解)5.混合气体(CO、CO2)中验证CO气体的实验设计装置作用A除去混合气体中的CO2气体B验证混合气体中的CO2是否除尽CCO还原CuOD验证CO的氧化产物CO2E除去尾气中的CO2气体F除去尾气中的CO气体现象确定混合气体中含有CO气体的实验现象：①C中的物质由黑色变成红色；②B中无明显现象，D中的澄清石灰水变浑浊第2页6.二氧化碳与碱、盐溶液的反应总结（1）与碱溶液的反应①反应原理：NaOH少量CO2Na2CO3过量CO2NaHCO3CO2少量：2NaOH+CO2Na2CO3+H2O(将CO2通入NaOH溶液中)CO2过量：NaOH+CO2NaHCO3(持续将CO2通入NaOH溶液中)②反应后溶质成分的判断)()(n2xCOnNaOH溶质成分x≤1:1NaHCO31:1＜x＜2:1Na2CO3、NaHCO3x=2:1Na2CO3x＞2:1NaOH、Na2CO3（2）与盐溶液的反应①通入碳酸盐→酸式盐Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+2H2O；CaCO3+H2O+CO2Ca(HCO3)2向澄清的Ca(OH)2/Ba(OH)2溶液中持续通入CO2，先沉淀后沉淀消失的原因②通入弱酸盐→强酸制弱酸Ca(ClO)2+H2O+CO2CaCO3↓+2HClO(CO2适量)Ca(ClO)2+2H2O+2CO2Ca(HCO3)2+2HClO(CO2过量)2AlO2—+CO2+3H2O2Al(OH)3+CO32—(CO2适量)AlO2—+CO2+2H2OAl(OH)3+HCO3—(CO2过量)备注：常见的弱酸酸性强弱顺序，对于多元弱酸按第一电离常数排列H2SO3＞H3PO4＞HF＞H2CO3＞H2S＞HSO3—＞HClO＞H2SiO3＞C6H5OH＞HCO3—＞HAlO2亚硫酸磷酸氢氟酸碳酸氢硫酸亚硫酸氢根次氯酸硅酸苯酚碳酸氢根偏铝酸二、硅（Si）1.位置：第三周期ⅥA族2.存在：硅有亲氧性，故只存在化合态（二氧化硅、硅酸盐）3.原子结构示意图：4.含量：在自然界中的元素含量排名第二5.物理性质：物质类型结构颜色状态硬度熔沸点特性原子晶体分为晶体硅和无定形硅类似于金刚石空间网状灰黑色有金属光泽固体硬而脆熔沸点都很高半导体6.化学性质：1mol的晶体硅有2mol的硅-硅键（1）与非金属单质反应：①与O2：Si+O2△SiO2②与F2：Si+2F2SiF4③与Cl2：Si+2Cl2高温SiCl4（2）与氢氟酸反应：Si+4HFSiF4↑+2H2↑（3）与氢氧化钠溶液反应：Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑第3页7.工业制取①工业制粗硅：SiO2+2C高温Si(粗硅)+CO↑②粗硅提纯：Si+2Cl2高温SiCl4；SiCl4+2H2高温Si(精硅)+4HCl或Si+3HCl△SiHCl3+H2；SiHCl3+H2高温Si+3HCl三氯氢硅水解：SiHCl3+3H2OH2SiO3↓+3HCl↑+H2↑(无色液体，里面的氢负1价)8.用途：①良好的半导体材料（制造集成电路、晶体管等）；②硅合金（变压器铁芯、耐酸设备）；③太阳能电池三、二氧化硅（SiO2）1.存在：石英、水晶(石英晶体中无色透明的晶体)、玛瑙(石英晶体中具有彩色环带状或层状)、沙子等，硅石、石英砂(天然二氧化硅)2.物理性质：熔点高，硬度大，不溶于水3.化学性质：1mol二氧化硅晶体含有4mol的硅-氧键（1）稳定性好：不与除氢氟酸之外的任何酸反应及酸性高锰酸钾反应（2）与碳反应：SiO2+2C高温SiC+2CO（SiC俗称金刚砂，原子晶体）（3）与金属氧化物：SiO2+CaO高温CaSiO3（4）与氢氟酸：SiO2+4HF4SiF4↑+2H2O(氢氟酸腐蚀玻璃，可用于玻璃雕刻)注：氢氟酸的保存：用塑料或铅制的容器中，并用橡胶塞使用（5）与氢氧化钠溶液：SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2O（6）与碳酸盐(固体)反应：SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑(Na2CO3是固体)4.用途：①制光导纤维、电子工业重要部件；②光学仪器、工艺品（水晶）；耐高温化学仪器（石英玻璃）；③精密轴承和装饰品（玛瑙）第4页备注：二氧化硅与二氧化碳的比较二氧化硅SiO2二氧化碳CO2主要存在环境存在形态：①结晶形(如石英)；②无定形(如硅藻土)它们统称为硅石水晶、玛瑙、光导纤维的主要成分是二氧化硅；沙子中含有小粒的石英晶体空气结构化学式意义晶体是立体空间网状结构，每个Si结合4个O，每个O结合2个Si，N(Si)：N(O)=1:2CO2分子结构晶体中有无单个分子无（原子晶体）有（分子晶体）物理性质颜色、状态无色透明晶体或白色粉末无色气体熔点高低沸点高低硬度大小溶解性不溶于水能溶于水（常温下体积为1:1）化学性质与碱性氧化物反应SiO2+CaO高温CaSiO3CO2+CaOCaCO3与碱反应SiO2+2NaOHNa2SiO3+H2OCO2+2NaOHNa2CO3+H2O（CO2适量）CO2+NaOHNaHCO3（CO2过量）与盐反应SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3高温CaSiO3+CO2↑注：固体之间的反应，原理并不是强酸制弱酸Ca(ClO)2+CO2+H2OCaCO3↓+2HClO（次氯酸钙）（次氯酸）与水反应不反应CO2+H2OH2CO3与碳反应2C+SiO2高温Si+CO↑C+CO2高温2CO与氢氟酸反应SiO2+4HFSiF4↑+2H2O不反应相互转化SiO2+Na2CO3高温Na2SiO3+CO2↑Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓H2SiO3△SiO2+H2O用途①纯净的二氧化硅制作光导纤维②沙子是基本的建筑材料③用石英、玛瑙制作装饰品和工艺品④制实验室中使用的石英坩埚（化学仪器）①干冰用于人工降雨②制饮料③制纯碱第5页四、硅酸（H2SiO3）1.物理性质：不溶于水，无色透明的胶状物质2.化学性质：（1）与碱：H2SiO3+2NaOHNa2SiO3+2H2O（2）不稳定性：H2SiO3△SiO2+H2O3.实验室制取：Na2SiO3+2HClH2SiO3↓+2NaCl4.用途：粘合剂(矿物胶)、耐火阻燃材料五、硅酸钠（Na2SiO3）1.物理性质：白色粉末状固体，可溶于水，有黏性，水溶液呈碱性2.化学性质：（1）与强酸反应：SiO32—+2H+H2SiO3↓（2）与弱酸：强酸制弱酸，碳酸酸性大于硅酸与CO2反应：a.弱酸性：酸性比碳酸弱，少量CO2通入Na2SiO3溶液发生的化学方程式为：Na2SiO3+CO2+H2ONa2CO3+H2SiO3↓b.当过量的CO2通入Na2SiO3溶液发生的化学方程式为：Na2SiO3+2CO2+2H2O2NaHCO3+H2SiO3↓3.注意事项：①水溶液俗称“水玻璃”②盛该溶液的试剂瓶不能用玻璃塞③在空气中易变质（吸收二氧化碳反应）4.硅酸盐的氧化物表示方法①定义：硅酸盐的种类很多，结构也很复杂。通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成②表示方法：金属氧化物写在最前面，其次写二氧化硅，最后写水③书写顺序：低价金属氧化物写在前，高价金属氧化物写在后；活泼金属氧化物写在前，不活泼金属氧化物写在后④书写原则：分子中各原子数目比不变，各元素化合价不变且代数和为零；若系数配制出现分数时应化为正整数。⑤举例：名称化学式氧化物表示式硅酸钠Na2SiO3Na2O.SiO2高岭石Al2（SiO5）（OH）4Al2O3.2SiO2.2H2O钙长石CaAlSiO6CaO.Al2O3.SiO2长石KAlSi3O8K2O.Al2O3.6SiO2六、无机非金属材料1.材料类型无机非金属材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料合金材料金属材料纯金属塑料高分子材料合成橡胶合成纤维复合材料第6页2.传统非金属材料水泥玻璃陶瓷主要原料黏土、石灰石、石膏（辅料）纯碱、石灰石、石英黏土主要设备水泥回转窑玻璃窑陶瓷窑变化复杂的物理、化学变化过程主要反应：SiO2和Ca2CO3、Na2CO3硅酸盐组成硅酸三钙3CaO.SiO2硅酸二钙2CaO.SiO2铝酸三钙3CaO.Al2O3硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅硅酸盐用途重要的建筑材料（水硬性）制化学实验用的玻璃仪器、窗玻璃等在工农业、科技、生活、实验室中使用广泛（抗氧化、抗酸碱性腐蚀、耐高温等）2.新型无机非金属材料：高温结构陶瓷、压电陶瓷、生物陶瓷、导体陶瓷、光导纤维等；主要特性：能承受高温、高强度；具有电学光学特性；具有生物功能七、多元酸的结构与特点名称化学式结构特性磷酸H3PO4高沸点三元中强酸，P是+5价，H3PO4分子中“PO4”原子团呈四面体，磷酸盐中的PO43—是正四面体焦磷酸H4P2O7可看作两个磷酸分子间脱去一个水分子形成H4P2O7，与水反应生成磷酸。三个磷酸分子间脱去二个水分子形成三聚磷酸H5P3O10；四个磷酸分子间脱去四个水分子形成环状的四偏磷酸(HPO3)4硫酸H2SO4高沸点强氧化性二元强酸，S是+6价。沸点高是因为分子间可以形成氢键。分子中“SO4”原子团呈四面体，硫酸盐中的SO42—是正四面体第7页焦硫酸H2S2O7可看作两个硫酸分子间脱去一个水分子形成H2S2O7，与水反应生成硫酸。焦硫酸是强氧化剂过二硫酸H2S2O8过二硫酸具有超强氧化性，能将I—、Fe2+氧化为I2、Fe3+，将Cr3+、Mn2+氧化为Cr2O72—、MnO4—，本身被还原为SO42—硫代硫酸H2S2O3S2O32—为四面体：中心S为+6价，另一个S为—2价，S的平均化合价为+2价。S2O32—具有强还原性八、碳族元素周期元素名称元素符号主族原子半径化合价金属性非金属性颜色密度熔沸点2碳CⅣA(最外层4个电子)增大-4，0，+2，+4增强减弱金刚石无色；石墨灰黑色增大减小(锡比铅低)3硅Si-4，+2，0，+4晶体硅灰黑色4锗Ge+2，+4银灰色5锡Sn+2，+4银灰色6铅Pb+2，+4蓝白色7鈇Fl第8页备注：碳与碳的化合物框图备注：硅与硅的化合物框图