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高考第一轮复习《碳族元素 无机非金属材料》复习提纲

发布时间:2013-09-20 17:58:28  

《碳族元素 无机非金属材料》复习提纲

一、碳族元素

(一)、碳族元素在周期表中的位置、原子结构和性质 1、位于周期表ⅣA族,包括C、Si、Ge、Sn、Pb 2、原子最外层电子均为4

说明:从8电子稳定结构看:碳族元素既难得到4个电子,又难失去4个电子,因此容易以共用电子对结合形成共价化合物。

3、主要价态:+4、+2价,C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的,而Pb的+2化合物是稳定的

例如:Sn+2Cl2==SnCl4 Pb+Cl2==PbCl2

例如:Fe3O4可以写成FeO·Fe2O3,则Pb3O4可以写成2PbO·PbO2

Sn2+具有还原性、Pb4+具有氧化性

例如:Sn2++2Fe3+==Sn4++2Fe2+ PbO2+4HCl(浓)==PbCl2+Cl2↑+2H2O (二)、碳族元素性质的递变规律

二、碳

金刚石:原子晶体

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(1)同素异形体 石墨:混合晶体

C60:分子晶体

高温 C(金刚石,s) C(石墨,s) ;△H = -1.89 KJ/mol(石墨比金刚石稳定)

(2)化学性质 ①可燃性:

点燃 C + O2 CO2 (O2足量) 2C + O2

②还原性:

C + 2CuO CaO + 3C △ 点燃 2CO (O2不足) 2Cu + CO2 C + H2O CaC2 + CO↑(电石的制法) 高温 CO + H2(水煤气) 通电

③与氧化性酸反应

C + 2H2SO4(浓) △

CO2↑+ 2SO2↑+ 2H2O CO2↑+4NO2↑+2H2O C + 4HNO3(浓)

三、碳的化合物

1、CO的性质 △

⑴物理性质:无色无味气体,剧毒难溶于水。中性氧化物(不成盐氧化物)

⑵化学性质

①可燃性:2CO + O2 点燃

2CO2 (用点燃的方法除去CO)

②还原性:Fe2O3+3CO

CuO+CO

CO+H2O △ +3CO2 (炼铁) △ Cu+CO2 (除CO) CO2+H2 (工业上用于制H2) 高温

③毒性:CO能于人体中血红蛋白结合,使血红蛋白失去携氧的能力,使人缺氧死亡。 ⑶实验室制法:HCOOH 浓硫酸

△ CO↑+ H2O

高温

工业制法: 点燃 ①C + O2 CO2 CO2 + C

②C + H2O 高温

CO ↑ CO + H2(制水煤气)

2、CO2的性质

(1)物理性质:无色无味气体,密度比空气大。微溶于水(1:1),酸性氧化物,固体CO2叫做“干冰”。

(2)化学性质

①酸性氧化物(酸酐) CO2 + H2O

H2CO3

H+ + HCO3-

CO2通入澄清石灰水现象:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

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CO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HCO3)2

思考:CO2通入CaCl2溶液中是否有沉淀生成?

CO2 和HCl混合气体通入澄清石灰水是否有沉淀生成?

CO2 + Na2SiO3 + H2O == Na2CO3 + H2SiO3↓

CO2 + Ca(ClO)2 + H2O == CaCO3↓ + 2HClO

CO2 + —ONa

+H2O—OH + NaHCO3 点燃 ②氧化性: CO2 + C 信息题中经常有:

3Mg + SO2 点燃

△ 2CO CO2 + 2Mg 2MgO + C 2MgO + MgS 2Na2CO3 + C 4Na + 3CO2 点燃

镁及镁以前的金属都能在二氧化碳中燃烧,铁及铁以后的金属,碳或一氧化碳都能把它从它的金属氧化物中还原出来。而铝和锌两个反应都不能发生

③其它 2Na2O2 + 2CO2 ==2Na2CO3 + O2↑

⑶、制法:①工业制法:煅烧石灰石

高温 CaCO3 CaO + CO2↑

②实验室制法: CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 反应类型:固+液气

装置:启普发生器

注意:不能用H2SO4来制备CO2(SO42-与Ca2+结合生成微溶于水的CaSO4覆盖在CaCO3的表面,阻止了反应的进行)。

3、碳酸及碳酸盐:

⑴、碳酸:二元弱酸、酸性强于HClO、H2SiO3及苯酚

⑵、碳酸盐包括正盐及酸式盐

①稳定性一般是:正盐>酸式盐>碳酸

例如:Na2CO3 H2CO3

△ 不分解 2NaHCO3

Na2CO3 + CO2↑ + H2O CO2 ↑+ H2O

②溶解性:一般是碳酸氢盐>碳酸盐,例如碳酸钙难溶于水而碳酸氢钙却易溶于水但是碳酸钠却大于碳酸氢钠(应用于侯氏制碱法)

⑶、碳酸根离子的检验:

在溶液中加入CaCl2或BaCl2溶液有白色沉淀生成,再加HCl沉淀溶解,并有能使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体生成。(注意排除SO32、HSO2、HCO3干扰) ---150℃

四、硅

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1、含量和存在:硅在地壳中存在仅次于氧,居第二位。在自然界中,只有化合态存在,一般以SiO2和硅酸盐的形式存在。

2、晶体结构:正四面体型空间网状,原子晶体。熔沸点:金刚石>晶体硅

3、物理性质:有灰色金属光泽的硬而脆的固体,熔沸点高,硬度大,是半导体材料。

4、化学性质:不活泼,常温下只与F2、HF和强碱反应。

①与非金属反应

Si + 2F2 = SiF4 (气体)

高温 Si + 2Cl2 SiCl4(常温下为液体)

Si+O2 △

SiO2(放热反应)

SiH4↑(不稳定) Si+2H2 ②与碱反应 高温

Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑

反应实质:①Si + 4H2O Si(OH)4 + 2H2↑

②Si(OH)4 + 2NaOH = NaSiO3 + 3H2O

-

氧化剂:H

2O;还原剂:Si

③与HF的反应

Si + 4HF = SiF4↑ + 2H2↑

5、工业制法:

高温 ①SiO2+2C Si(粗硅)+2CO↑

②Si + 2Cl2 == SiCl4↑ (将SiCl4蒸馏提纯)

③SiCl4 +2H2 == Si (高纯硅)+ HCl

6、主要用途:用来制造集成电路、晶体管等半导体器件,还可用来制成太阳能电池。硅的合金用来制造变压器铁芯(含硅4%的钢)、耐酸设备(含硅15%的钢)等。

五、二氧化硅

1、晶体结构:空间网状结构,原子晶体。SiO2不表示分子,表示硅和氧按1:2组成的原子晶体(每个硅原子周围有4个氧原子每个氧原子周围有2个硅原子)

2、物理性质:熔点高,硬度大,不溶于水的晶体。俗称水晶或石英。

3、化学性质:

具有酸性氧化物的通性,常温下与氢氟酸、强碱溶液反应外,与其它不反应

⑴与碱性氧化物反应

高温 CaO+SiO2CaSiO3

⑵与碱反应 SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O

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说明:与碱的稀溶液反应很慢,但与碱的浓溶液很容易反应,生成的Na2SiO3是一种粘合计(矿物胶),所以碱性溶液可以保存在玻璃瓶中,但不能用玻璃塞,可以用橡胶塞。 ⑶与酸反应(特性)SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O(腐蚀玻璃,氢氟酸不能保存在玻璃瓶中) ⑷与盐反应(制玻璃)

高温 SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2↑

SiO2 + CaCO3 高温

CaSiO3 + CO2↑

高温

⑸具有弱氧化性:SiO2+2C 或Si + 3C Si+2CO↑(制粗硅) 高温

SiC(金刚砂) + 2CO↑

4、用途:制造光导纤维、化学仪器、光学仪器、石英表(钟)、仪器轴承等。

六、硅酸、原硅酸、硅酸盐

1、原硅酸:白色胶状沉淀,不溶于水。不稳定,脱水后生成硅酸(H2SiO3)

硅酸:白色沉淀,不溶于水、是二元弱酸,其酸性比碳酸还要弱,是已知含氧酸中最弱的酸。

H2SiO3+2NaOH=Na2SiO3+2H2O

2、硅酸钠:

Na2SiO3+2HCl=2NaCl+H2SiO3↓(白色)

久置的NaSiO3溶液在空气中要变浑浊:Na2SiO3+CO2+H2O=NaCO3+H2SiO3↓ (此反应可证明H2SiO3的酸性比H2CO3弱)

3、硅酸盐的表示方法

硅酸盐由于组成复杂,常用氧化物形式来表示。氧化物的顺序:碱性氧化物·两性氧化物·酸性氧化物·水;低价的写在前面,高价的写在后面;氧化物之间以“·”隔开;而且系数配置出现分数应化为整数。

例如:正长石KAlSi3O8不能写成11K2Al2O3·3SiO2应写成K2O·Al2O3·6SiO2。 22

高岭土Al2(Si2O5)·(OH)4可写为Al2O3·2SiO2·2H2O

4、SiO32-是弱酸的酸根,与NH4+、Al3+、Fe3+在溶液中发生双水解反应生成对应的酸和碱。

七、传统无机非金属材料

1、水泥:

以石灰石、粘土作原料,在高温下发生复杂的物理、化学变化,经熔化、冷却后,再在熟料中加入3%以下的石膏以控制凝结速度,即得普通硅酸盐水泥。普通水泥的主要成分是硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铝酸三钙(3CaO·Al2O3)等。

2、玻璃:

以纯碱、石灰石、过量石英为原料,在玻璃熔炉中,高温下发生复杂的物理、化学变化,形成玻璃。玻璃有普通玻璃、石英玻璃、光学玻璃等。玻璃没有固定的熔、沸点。

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3、陶瓷

(1)制造陶瓷的主要原料:粘土。

(2)制造陶瓷的一般过程:混合、成型、干燥、烧结、冷却、成为陶器。 (3)陶瓷的种类(根据原料、烧制温度划分):土器、陶器、瓷器、炻器等。 4、比较水泥和玻璃的生产方法

1、新型无机非金属材料的特性

2(1)优点:能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等。 (2)种类:①氧化铝陶瓷:又称人造刚玉,具有熔点很高、硬度高的优点。可用于作坩埚、高温炉管、球磨机、高压钠灯管等。

②氮化硅陶瓷:具有硬度极高、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化能力等优点。可用于制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具、发动机部件等。

③碳化硼陶瓷:具有熔点高、硬度大的优点。广泛应用于工农业生产、原子能工业、宇航工业等。

3、光导纤维(光纤)

(1)光导纤维的特点:传导光的能力非常强,抗干扰性能好,不发生电辐射等。 (2)光导纤维的应用:通讯、医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等。

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