2022年高一化学碳族元素 .pdf

高中化学必修第一册教案碳族元素【同步教育信息 】一. 本周教学内容：碳族元素二. 知识目标：掌握碳族元素原子结构特点；能推断出碳族元素单质及化合物性质的变化规律；加深对典型碳族元素单质及其化合物的化学性质的理解。三. 能力目标：比较碳族元素与卤族、氧族元素、 氮族元素性质的相似性和递变性以及对碳及其化合物化学性质讨论，培养学生抽象概括形成规律性认识的能力。通过实验培养学生观察能力、思维能力。使学生掌握非金属元素单质及其化合物性质的学习方法。四. 德育目标：通过对弱酸的酸式盐化学性质的讨论，对学生进行辩证唯物主义教育。重点：碳族元素性质的递变规律。碳及其化合物的化学性质。难点：碳酸的酸式盐与强酸和强碱的反应。五. 知识分析：（一）碳族元素1. 结构特点画出 C、Si 的原子结构示意图和电子式，比较它们的相似与不同。比较 C、Si 原子结构的异同。A 项目周期名称元素符号各周期元素种类原子序数最外层电子数原子结构示意图结构上：相似点：最外层4e。不同点：核电荷数、电子层数、原子半径性质上：相似性：易形成共价键，难形成离子键，最高价4名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 14 页 - - - - - - - - - 递变性：随原子序数的递增，元素由非金属性到金属性递变的趋势很明显2. 碳族元素的性质及递变规律元素电子层数原子半径金属性非金属性主要化合价气态氢化物最高价氧化物的水化物C Si Ge Sn Pb 3. 碳族元素单质的一些物理性质（二）硅1. 硅的存在：在自然界中，没有游离态的硅。2. 硅的物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽，硬而脆的固体。晶体硅的熔点、沸点都很高，硬度也很大。3. 碳和硅性质上的相似性和递变性比较碳硅相似性递变性工业制法用途（三）二氧化硅1. 2SiO与2CO的比较（一）名称比较二氧化碳二氧化硅存在物理性质构成微粒微粒间作用2SiO与2CO的化学性质比较（二）名称比较二氧化碳二氧化硅名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 14 页 - - - - - - - - - 类别（1）与水（2）与NaOH溶液（3）与CaO（4）与酸用途2. 硅酸盐的表示（用2SiO及金属氧化物的形式）硅酸钠3N a Si O)(22SiOONa镁橄榄石42SiOMg)2(2Si OM g O高岭石4522)(OHOSiAl)22(2232OHSi OOAl【典型例题】例 1 如果发现的新元素位于第7 周期， A 族，关于该新元素X 的下列说法错误的是（）A. X 的2价化合物比4价化合物稳定B. 2XO具有强氧化性C. X 原子的核电荷数可能是114 D. X 为非金属，它有稳定的氢化物精析： 可推知 X 元素的金属性比铅还强，一定为金属，D 项是错的。铅2价化合物比4价的稳定， X 元素也理应如此，A 项正确。正因为4价的2XO不稳定，4X元素易得电子变为2X元素， B 项是对的。它的核电荷数，可用核外电子排布规律及和元素周期表中位置的关系推出有7 个电子层，最外层电子数为4。2 818 324183211441832321882。 C 项正确。 X 是金属元素，不可能存在稳定的气态氢化物。答案： D 小结： 本题考查运用元素周期律和周期表的规律性知识，推断某元素及其化合物性质的能力。解答本题时要把握好同主族元素性质的相似性和递变性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 14 页 - - - - - - - - - 例 2 下列说法中正确的是（）A. 二氧化硅是酸性氧化物，它可以跟强碱反应，但不能与任何酸反应B. 根据2332COCaSiOCaCOSiO高温的反应，可推知硅酸酸性比碳酸强C. 二氧化碳气体通入硅酸钠溶液中可以制得硅酸D. 二氧化硅对应的水化物有不同的组成精析： 本题考查二氧化碳、碳酸、二氧化硅、硅酸、原硅酸的性质知识，同时考查思维的深刻性、准确性。由于二氧化硅可以跟氢氟酸反应，反应方程式为：HFSiO42OHSiF242，所以 A 项不符合题意。 B 项中的反应，并不是在溶液中进行的，它只有在高温条件下才能进行， 属于固体与固体加热反应生成气体的类型，由于生成物2CO是气体，生成后脱离反应体系，使反应得以继续进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强。所以，B 项也不符合题意。C 项中符合“强酸制弱酸”的一般规律，所以C 项符合题意。由于二氧化硅对应的水化物有44SiOH和32SiOH，所以D 项符合题意。 答案： C、D 小结： 酸与酸一般是不发生反应的，但也有例外情况。例如：422SOHSH（浓）OHSOS222。酸性氧化物与酸一般也不发生反应，但也有例外情况。例如：OHSiFHFSiO24224比较硅酸与碳酸的酸性强弱，要比较它们在水溶液中电离出H的难易程度。由元素周期表中同一主族元素递变规律得知：碳酸酸性比硅酸强。C 项中反应为：32SiONa4432222SiOHCONaCOOH，44SiOH（原硅酸）不稳定，在溶液中就可分解为32SiOH与OH2：OHSiOHSiOH23242；32SiONa与2CO、OH2反应也可写为：32322232SiOHCONaCOOHSiONa。例 3 把g26含有2SiO的3CaCO固体，高温灼烧至质量不再改变为止，冷却后称重为17.2g。求： （ 1）生成气体在标准状况下为多少升。（2）原物质中含2SiO多少克。精析： 解法一2SiO跟3CaCO在高温下反应生成3CaSiO和2CO，若3CaCO过量还会再分解：2332COCaSiOCaCOSiO高温23COCaOCaCO高温名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 14 页 - - - - - - - - - 将3CaSiO写成氧化物形式：2SiOCaO，可见，固体质量变化情况为：CaOCaCOSiOSiO322则：gCaCOmSiOmgCaCOmSiOm2.1710056)()(26)()(3232解得：gCaCOmgSiOm20)(6)(321324.22)()(molLCaCOnCOVLmolLmolgg48.44.221002011解法二： 由解法一分析可知，固体减少的质量即为生成的2CO的质量，所以：LmolLmolgggCOV48.44.22442 .1726)(112gmolgmolCaCOm201002. 0)(13gggSi Om62026)(2答案： 略例 4（2002上海）将足量2CO通入KOH和2)(OHCa的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入2CO体积（ V）的关系在图72 中正确的是（）nVOOVnnVOOVnA B C D 精析： 起始时反应的离子方程式为OHCaCOCaOHCO23222，当2Ca完成沉淀时，溶解中还剩余OH，再通入2CO，反应的离子方程式为OHCO22OHCO223，继续通2CO，反应式为322232HCOOHCOCO，再通2CO，反应式为23223)(HCOCaOHCOCaCO。反映在图像上即为D。答案： D 小结： 图像判断题要抓住图像的起点、拐点和终点。例 5（2002全国）向KOHmL300溶液中缓慢通入一定量的2CO气体，充分反应后，在减压低温下蒸发溶液，得到白色固体。请回答下列问题：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 14 页 - - - - - - - - - （1）由于2CO通入量不同，所得到的白色固体的组成也不同，试推断有几种可能的组成，并分别列出。（2）若通入2CO气体 2.24L（标准状况下） ，得到 11.9g 的白色固体。请通过计算确定此白色固体是由哪些物质组成的，其质量各为多少？所用的KOH 溶液的物质的量浓度为多少？精析： （1）有四种可能的组成，分别为32,COKKOH；32COK；332, KHCOCOK；3KHCO。（2）OHCOKCOKOH2322222.4L 138g 2.24L gx8 .1332K H C OCOKOH22.4L 100g 2.24L gy0.10从上面两方程知：生成的固体全部是32COK时应该是 13.8g，若生成的固体全部是3KHCO时应该是 10.0g， 现生成的固体为11.9g， 所以它是32COK和3KHCO的混合物。 依碳原子守恒的要求，32COK和3KHCO总共是molmolLL100.04 .2224.21。若32COK为mola，则3KHCO为mola)100.0(则得方程9.11)100.0(100138aa050.0a即32COK和3KHCO各为mol050.032COK为gmolmolg9.605.013813KHCO为gmolmolg0.5050.01001依K守恒的要求，设KOH溶液浓度为c，则molmolLc050.02050.0300.0150.0Lmolc答案： 略小结：该题为讨论型计算题，难度较大， 综合性强， 着重考查考生的逻辑思维能力和化学计算技能，往往作为压轴题放在化学试卷的末处。例 6 CuO和木炭组成的混合物4.24g，在高温的条件下充分反应后，剩余固体呈红色，质量为3.36g，若反应产生的气体全部被过量的澄清石灰水吸收，得沉淀2.00g。通过计算指出所得固体的组成及质量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 14 页 - - - - - - - - - 精析： 反应产生的气体全部被过量的澄清石灰水吸收说明生成的气体是2CO。根据沉淀g00.2得出2CO为mol02.0，而整个过程中固体质量减少ggg88.036.324.4。若反应仅为：mCOCuCCuO222（固体减少）mol2mol1g44mol04.0mol02.0 xggxx88.088.0,:1602.0:1。ggCum36.356.2)(，所以还有其他反应，根据反应中参与反应的元素（Cu、C、O）可得出所得固体中只能含有Cu 和OCu2。可按下法解：nmolCOn02.0)(2（原混合物中的C）则gggCuOmggCm424.024.4)(,24.01202.0)(解法一222COCuCCuOmol2mol2mo l1molxmolxxmo l5.02224COOCuCCuOmol4mol2mol1molymoly5 .0y m o l25.0804)(yxCuOn02. 025.05 .0)(2yxCOn联立、方程可得molymolx02.0,03.0gm o lgm o lCum92.16403.0)(1gmolgmolOCum44.114402. 05.0)(12解法二： 根据物质的量守恒所得的固体产物中molCun05. 0)(总名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 14 页 - - - - - - - - - )()()(2OCOnOCuOnOn中的进入中的原总molmolmolCOnmol01.002. 0205.0)(205. 02所以molOCun01.0)(2，molmolmolCun03.0201.005.0)(答案： 固体产物中有Cu和OCu2gmolgmolCum92. 16403.0)(1gmolgmolOCum44.114402.0)(12错解分析： 在做此题时， 易根据思维定势列出222COCuCCuO，选择部分条件计算从而草草了事，忽视了产物是混合物的情况分析。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 14 页 - - - - - - - - - 【模拟试题】1. 在自然界，无游离态存在的元素有（）A. C B. Si C. S D. P 2. 门捷列夫在19 世纪中叶，曾根据他所发现的周期律，预言过第四周期A 族元素 X。下列有关此元素性质不正确的是（）A. 4XH不稳定，但有强还原性B. 用焦炭可在高温下从2XO中冶炼 X C. X 单质的熔点比硅高D. X 最高价氧化物对应水化物化学式为4)(OHX，其酸性比32SiOH强3. 下列各组物质的比较中，不正确的是（）A. 热稳定性：OHNHPHSiH2334B. 酸性：4424332HClOSOHPOHCOHC. 粒子半径：GeGeSnPb442D. 单质熔点：PbGeSiC4. 下列说法正确的是（）A. 原硅酸是白色胶状物，失去部分水后变成白色粉末状硅酸B. 2SiO分子由一个硅原子和两个氧原子构成C. 2SiO又称硅酐，溶于水后则慢慢反应生成硅酸D. 2SiO既能与氢氟酸反应，又能与强碱反应，故它是两性氧化物5. 下列离子方程式正确的是（）A. 二氧化硅跟氢氟酸反应：OHSiHSiO24224B. 碳酸钡溶于稀硝酸：OHCOHCO22232C. 硅跟氢氧化钾溶液反应：223222HSiOOHOHSiD. 把水玻璃滴入盐酸中：32232SiOHHSiO6. 在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是（） 焦炭 纯碱 碳酸钙 氢氟酸 高氯酸 氢氧化钾 氧化钙 氮气名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 14 页 - - - - - - - - - A. B. C. D. 7. 下列关于2SiO的叙述中，不正确的是（） 在固态或液态时导电性能都很差 能跟强碱反应，但不能与水反应 硅与碳同属A 族，故2SiO的物理性质与2CO类似 既是酸性氧化物，又是碱性氧化物A. B. C. D. 8. 已知单质硅与强碱溶液反应，生成硅酸盐并放出氢气，今有一种不含其他杂质的硅铁合金，取部分粉碎后分为质量相等的两份，一份加入足量的NaOH溶液，另一份加入足量的盐酸，充分反应后，前者放出气体的体积是后者的61倍， （同温同压下测定的）此硅铁合金中硅的质量分数是（）A. 8% B. 6% C. 4% D. 2% 9. 下列物质间的转化不能通过一步反应完成的是（）A. SiSiO2B. CCO2C. 322SiOHSiOD. 32SiONaSi10. 在COSiCCSiO232高温反应中，氧化剂与还原剂的质量比为（）A. 36:60B. 60:36C. 2:1D. 1:2二. 填空题：11. 碳元素位于周期表中族，包括、五种元素， 其中非金属性最强的是， 金属性最强的是； 元素的4价化合物是稳定的，而元素的2价化合物是稳定的。12. 下列反应表现2SiO的什么性质或作用？（1）OHSiONaNaOHSiO23222。（2）COSiCSiO222高温。（3）232322COSiONaCONaSiO高温。（4）OHSiFHFSiO24224。（5）COSiCCSiO232高温。13. 硅是良好的半导体材料，但是自然界没有单质硅存在。工业上，在高温下用方法可制得含名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 14 页 - - - - - - - - - 少量杂质的粗硅。将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅，4SiCl经分馏提纯后，再用氢气还原得纯硅。写出制粗硅的方法和制得纯硅的所有化学方程式、。14. 在地壳内，深度每增加1km，压力大约增加2525030300kPa，在这样大的压力下，较简单的硅酸盐 ， 会 变 成 更 复 杂 的 硅 酸 盐 。 已 知 ： 钙 长 石 、 镁 橄 榄 石 、 石 馏 子 石 的 化 学 式 分 别 为 ：1232242822OSiAlCaMgSiOMgOSiCaAl、。（1）用氧化物的形式表示其化学式为：钙长石，镁橄榄石，石榴子石。（2）写出钙长石和镁橄榄石反应转化为石榴子石的化学方程式。15. 根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，完成下列填空：（ 1）锡的2价化合物应具有较强的性，铅的4价化合物应具有较强的性。（2）已知2Sn的还原性比2Fe的还原性强，2PbO的氧化性比2Cl的氧化性强。试写出下列反应的化学方程式。 氯气与锡共热。 氯气与铅共热。2PbO与浓盐酸共热。把棕色的2PbO投入亚硫酸溶液中充分反应，可观察到棕色2PbO逐渐变成白色固体物质。16. 3Al半 径 为412,1050Sim半 径 为212,1041Mgm半 径 为212,1099Om半 径 为312,10104Alm可以取代原子晶体2SiO中的4Si，不足的正电荷用K补充。当有25%的硅被铝原子取代时，则形成正长石。正长石能与水和2CO同时作出发生风化，变成高岭土4522)(OHOSiAl，同时钾离子以酸式碳酸盐的形式流出来。又知生成的高岭土中硅元素物质的量是参加反应的正长石中硅元素物质的量的31，其余的硅以化合态沉淀的形式析出。回答下列问题：（1）正长石的分子组成化学式表示为。（2）为什么铝能部分取代硅？镁能否部分取代硅？为什么？（3）写出正长石风化成高岭土的离子方程式，并回答该反应为什么能够发生？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 14 页 - - - - - - - - - （4）近年来，由于环境的破坏，岩石（如正长石）的风化速度加快，为什么？17. 已知 A、B、C 三种元素均为短周期元素，且它们的原子序数关系为：CBA。A 元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2 倍， B 和 C 可形成4BC型化合物。用化学符号回答：（1）A 是，B 是，C 是。（2）它们的最高价氧化物对应的水化物分别是（写化学式）、，其中酸性最弱的是（写化学式）。（3）4BC的电子式是。（4）用化学方程式表示如何用B 的氧化物制取B 的最高价氧化物对应的水化物。18. 若把43OFe看作“混合氧化物” 时可以写成32OFeFeO， 若看做一种盐时又可写成22)(FeOFe。根据化合价规则和这种书写方法，43OPb可以分别写成和。等物质的量的43OFe和43OPb分别和浓盐酸反应时，所消耗HCl的物质的量相等，不同的是，高价的铅能将盐酸氧化而放出氯气。试写出43OFe、43OPb分别和浓盐酸反应的化学方程式：、。三. 计算题：19. 6.1g2SiO跟足量的NaOH溶液反应，然后再用适量盐酸滴加至中性，生成的硅酸沉淀质量为7.8g。求此2SiO的纯度。20. 将 5g 含有2SiO的石灰石与15 .0267LmolmL的盐酸反应，所得2CO在标准状况下的体积为mL1064，试求：（1）中和剩余的盐酸，需NaOHLmol11溶液多少毫升。（2）煅烧 1t 这种不纯的碳酸钙，最后残留固体物质的质量为多少呢？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 14 页 - - - - - - - - - 【试题答案】1. BD 2. CD 3. C 4. A 5. CD 6. C 7. C 8. C 9. C 10. C 11. A； C、Si、Ge、Sn、Pb；C； Pb；C、Si、Ge、Sn；Pb；12. （1）2SiO起酸性氧化物的作用（2）表现了2SiO的弱氧化性（ 3）表现了2SiO的高沸点（ 4）表现了2SiO的特性（只能与HF 作用，不与其它酸反应）（ 5）2SiO在反应中作为一种反应物13. 焦炭还原2SiOCOSiCSiO222高温422S i C lClSi高温H C lSiHSiCl4224高温14. （1）2322SiOOAlCaO22S i OM g O23232Si OOAlMgOCaO（2）123224282OSiAlCaMgSiOMgSiOCaAl15. （1）还原氧化 （2）422SnClClSn22PbClClPbOHClPbClHClPbO222224OHPbSOSOHPbO2432216. （1）83OKAlSi（2）3Al和4Si半径差不多，而2Mg与4Si半径差别较大，不能取代硅。（3）45222283)(232OHOSiAlCOOHOKAlSi23422SiOHCOK反应之所以能进行，是由于32COH的酸性大于32SiOH（4）由于空气中2CO含量增多17. （1）C Si Cl（2）3232SiOHCOH（或44SiOH）324SiOHHClO（或44SiOH）（3）ClClClClSi名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 14 页 - - - - - - - - - （4）OHSiONaNaOHSiO23222NaClSiOHOHHClSiONa2244232OHSi OHSi OH2324418. 22PbOPbO42PbOPbOHF eC lF eC lH C lOFeFeO23232428OHClPbClHClOPb2224343819. 解：32322_SiOHSiONaSiO60 78 m 7.8 gm0 .6%4.98%1001.60.6)(2SiOw20. 解：（1）23_2_COHClCaCO100g mol2mo l1)(3CaCOm)(HClnmo lmo lLL0475.04.22064.11gCaCOm75. 4)(3m o lH C ln095.0)(则剩余molmolLmolLHCln0385.0095.0/5 .0267.0)(H C lN a O H_ _ _1 1 VLmo l/1mo l0 3 8 5.0mLLNaOHV5 .380385.0)(（2）23_COCaCO100 44 %1 0 0575.41t)(2COmtCOm418.0)(2ttt5 8 2.04 1 8.01名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 14 页 - - - - - - - - -