2019-2020年高三化學(xué)專題 第十六講 碳族元素 無機非金屬材料教案 新人教版.doc
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2019-2020年高三化學(xué)專題 第十六講 碳族元素 無機非金屬材料教案 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網(wǎng)絡(luò)。 硅 二氧化硅 無機非金屬材料 【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：最外層電子數(shù)相同，都是 個 不同點：電子層數(shù)不同 相似性： 得失電子，易形成 鍵，難形成 鍵，最高正價為 ，最低負價為 。 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）；最高價氧化物對應(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 ⑴硅 在地殼中含量僅次于 ，居第 位。在自然界中以 存在 ①結(jié)構(gòu) 類似金剛石的 晶體， 構(gòu)型，空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 ②化學(xué)性質(zhì)：與NaOH溶液反應(yīng) ⑵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) ⑶硅酸鹽 ①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 ; ②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 ③普通水泥的主要成分： ④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ⅣA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：最外層電子數(shù)相同，都是 4 個 不同點：電子層數(shù)不同 相似性：不易 得失電子，易形成共價鍵，難形成離子鍵， 最高正價為 +4價，最低負價為—4價 主要性質(zhì) 遞變性：隨原子序數(shù)遞增，元素金屬性增強，非金屬性減弱；氫化物穩(wěn)定性減弱（CH4可燃，SiH4易自燃）；最高價氧化物對應(yīng)水化物酸性減弱，堿性增強，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)，層間以共價鍵結(jié)合。熔點很 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 ⑴硅 在地殼中含量僅次于氧，居第二位。在自然界中以二氧化硅、硅酸鹽等存在， ①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)。 ②化學(xué)性質(zhì)：與NaOH溶液反應(yīng) 2Si + 2NaOH + H2O== Na2SiO3 + 2H2↑ ⑵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 ⑶硅酸鹽 ①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↓ ②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 ③普通水泥的主要成分：3CaO SiO2 2CaO SiO2 2CaO Al2O3 ④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．強紫外線使水分解而釋放出和 C．遠古時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氣 D．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（ ） A．1 B．2 C．3 D．4 5、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)量分數(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)于的說法錯誤的是（ ） A．是由60個碳原子構(gòu)成的分子，相對分子質(zhì)量是720 B．、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：。在這個氧化還原反應(yīng)中，氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為（ ） A．1：2 B．2：1 C．5：3 D．3：5 8、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，你認為無科學(xué)性錯誤的是（ ） A．鉛筆芯的原料是重金屬鉛，兒童在使用時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（ ） ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ A．①③④⑤⑥ B．①⑥ C．① D．⑥ 11、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，碳酸氫鈣的分解率是 （ ） A．50% B．75% C．92.7% D100%． 13、第三周期元素R，它的原子核外最外層達到飽和所需電子數(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，能穩(wěn)定存在的R的氧化物都能與燒堿溶液反應(yīng) B．R的最高正價氧化物對應(yīng)的水化物為強酸 C．R的單質(zhì)在固態(tài)時，均屬于分子晶體 D．R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)表示北京時間0時到24時，縱坐標(biāo)表示CO含量，你認為比較符合實際的是（ ） 15、請據(jù)圖8-1回答，經(jīng)數(shù)小時后，U形管A、B兩處的液面會出現(xiàn)下列哪種情況？（實驗裝置里的空氣足以維持實驗期間小白鼠的生命活動，瓶口密封，忽略水蒸氣和溫度變化對實驗結(jié)果的影響） （ ） A．A處上升，B處下降 B．A、B兩處都下降 C．A處下降，B處上升 D．A、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，請你選用圖8-2中的部分儀器，裝配成一個簡易并且能隨用、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)。 （2）若用上述裝置制取氣體，而實驗室只有稀、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，是將石英管D出口處氫氣點燃。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99.9%，但仍含有極微量的水蒸氣和氧氣，所以點燃氫氣前應(yīng)檢驗氫氣的純度。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）點燃氫氣前將E（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）人類活動可以由多種途徑增加大氣中的，請寫出下列會產(chǎn)生的化學(xué)方程式。 ①石灰窯生產(chǎn)石灰__________； ②煤炭燃燒________________； ③汽油燃燒________________； 19、 錫、鉛兩種元素的主要化合價是+2價和+4價，其中+2價錫元素和+4價鉛元素的化合物均是不穩(wěn)定的，+2價錫元素有強還原性，+4價鉛元素的化合物有強氧化性，例如：還原性比還原性強，的氧化性比的氧化性強，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： ①氯氣與錫共熱______________； ②氯氣與鉛共熱______________； ③與濃鹽酸共熱_________________。 （2）能說明還原性比還原性強的離子方程式為______________________________ （3）可以寫成，若把它看作一種鹽時，又可寫成。據(jù)化合價規(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)，推測氮化硅屬于________晶體。 （2）根據(jù)性質(zhì)，推測氮化硅陶瓷的用途是_________（填序號）。 A．制汽輪機葉子 B．制有色玻璃 C．制永久性模具 D．制造柴油機 （3）根據(jù)化合價規(guī)律，推測氮化硅的化學(xué)式為_________。 （4）氮化硅陶瓷抗腐蝕性強，除氫氟酸外，它不與其他無機酸反應(yīng)。試寫出該陶瓷被氫氟酸腐蝕的化學(xué)方程式_____________。 （5）現(xiàn)用四氯化硅和氮氣在氫氣保護下加強熱反應(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，某課處活動小組欲從該樣品中分離出碳酸鋇，盡可能除去。供實驗參考的數(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）在括號中填入實驗的條件或方式：①________；②________。 （2）在方框中填入對應(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。某新型無機非金屬材料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：③__________；⑤__________。 （4）寫出反應(yīng)④的化學(xué)方程式___________。 23． 在25℃時，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。 （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木炭與同時裝入一個裝有壓力表體積不變的密閉容器中，壓力表所示壓強為，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，反應(yīng)后壓強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)表達式：__________________。 參考答案 1．C 植物的光合作用吸收放出。 2．D 納米（nm）是一長度單位；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行。 3．C 純凈物才有固定熔沸點，水玻璃是的水溶液。 4．C 依改寫規(guī)則可寫成 5．A 四種非金屬元素依次為Si、C、N、Br，非金屬性最差的是Si。 6．BC 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。 7．A 在中，2C原子被氧化作還原劑，一個C原子被還原作氧化劑。 8．C （少定）、（多變），中和一個只需一個。 9．CD 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)）。 10．D ②③④⑤發(fā)生“強酸制弱酸”反應(yīng)，①⑦生成而反應(yīng)。 11．D 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)。 12．D ，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。 13．A R最外層達飽和所需電子數(shù)可能為2、4或6；又因小于，故R可能是或S。 14．B 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)人們的活動規(guī)律，早晨和晚上CO含量應(yīng)較低。 15．C 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（兩集氣瓶是連通的，壓強相等）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）① ② ③ 19．（1）① ② ③ （2） （3） 20．（1）原子晶體 （2）A、C、D （3） （4） （5）（或） 21．（1）①高溫 ②80℃的 （2）、；、 （3），； 22．（1）原子晶體；10928’ （2）；（或） （3）③ ⑤ （4） 23．由反應(yīng)原理 ①得，在同溫、同壓下CO和的混合氣體 ② 完全燃燒耗的體積為混合氣體的1/2，即[]/2 （1）當(dāng)=10L時，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①得：，=10-V（CO）=5L。 （2）由題（1）可以推理得：；依反應(yīng)原理①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下載提示(請認真閱讀)
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