高中化学碳和硅的知识点介绍

　　在高中的化学学习中，学生过会学习到很多的知识点，下面学习啦的小编将为大家带来化学中关于碳和硅的知识点的介绍，希望能够帮助到大家。

　　高中化学碳和硅的知识点

　　(一)碳族元素

　　1、组成和结构特点

　　(1)碳族元素包括碳、硅、锗、锡、铅五种元素，位于元素周期表的IVA族。

　　(2)碳族元素原子最外层有4个电子，在化学反应中不易得到或失去电子，易形成共价键。主要化合价有+2和+4价，其中碳和硅有负价。碳族元素在化合物中多以+4价稳定，而铅在化合物中则以+2价稳定。碳族元素中碳元素形成的单质(金刚石)硬度最大;碳元素形成的化合物种类最多;在所有非金属形成的气态氢化物中，CH4中氢元素的质量分数最大;12C是元素相对原子质量的标准原子;硅在地壳中的含量仅次于氧，其单质晶体是一种良好的半导体材料。

　　2、性质的递变规律

　　随着原子序数的增大，碳族元素的原子半径依次增大，由非金属元素逐渐转变为金属元素，即金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱;最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱，碱性逐渐增强;气态氢化物的稳定性逐渐减弱，还原性逐渐增强。

　　(二)碳及其化合物

　　1、碳单质

　　(1)碳的同素异形体

　　(2)碳的化学性质

　　常温下碳的性质稳定，在加热、高温或点燃时常表现出还原性，做还原剂，温度越高，还原性越强，高温时的氧化产物一般为一氧化碳。

　　溶解性不同：一般情况下，所有的钾盐、钠盐和铵盐是可溶的，所有的酸式盐是可溶的，正盐的溶解度小于酸式盐的溶解度，但碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠的溶解度。

　　热稳定性不同：一般情况下，难溶的正盐和酸式盐受热易分解，可溶性碳酸盐稳定不易分解。

　　与酸反应的剧烈程度不同：两者都能与强酸(H+)反应产生CO2，但反应的剧烈程度不同，根据反应的剧烈程度可鉴别两者。

　　可溶性盐的水解程度不同：相同浓度的正盐溶液的pH值大于酸式盐溶液的pH值。

　　与碱反应不同：弱酸的酸式盐可与碱反应生成正盐。

　　与盐反应不同：碳酸钠可与氯化钙或氯化钡反应生成难溶性碳酸盐，但碳酸氢钠不反应。

　　(2)碳酸根和碳酸氢根的检验

　　CO32?D的检验方法：向待检溶液中滴加过量的CaCl2溶液。若生成白色沉淀，再加入稀盐酸或稀硝酸。若白色沉淀又溶解，且生成无色、无味的气体，则检得溶液中有CO32?D。

　　HCO3?D的检验方法：向待检溶液中滴加足量的Ca2+或Ba2+的可溶性盐溶液。若无明显现象，再向溶液中加入足量的酸(如盐酸、硝酸、醋酸等)溶液。若溶液中逸出无色、无味的气体，则待检溶液中有HCO3?D。

　　(三)硅及其化合物

　　1、硅

　　(1)存在：硅在地壳中的含量仅次于氧，全部以化合态形式存在。注意：在自然界中硅无游离态，氧有游离态，但不能说硅的非金属性比氧强。

　　(2)物理性质：晶体硅是灰黑色，有金属光泽、硬而脆的固体，是原子晶体，其结构类似于金刚石。在晶体里，每个硅原子都被相邻的4个硅原子包围，处于4个硅原子的中心，以共价键跟这4个硅原子结合，成为正四面体结构，这些正四面体结构向空间发展，构成空间网状晶体，其中键角为109°28'，键长为 2.35×10-10m(比金刚石的大，是因为碳原子半径比硅原子半径小的缘故)。晶体硅熔点、沸点较高，但比金刚石的熔点、沸点低。

　　(3)化学性质(不活泼)

　　常温下：Si+2F2=SiF4(气) Si+4HF=SiF4↑+2H2↑ Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑(氧化剂：H2O，还原剂：Si)

　　高温下：Si+O2

　　SiO2 Si+2Cl2

　　SiCl4 Si+2H2

　　SiH4

　　(4)制备：

　　粗硅是电炉里用碳还原SiO2而制得的：SiO2+2C

　　Si(粗)+2CO↑(当碳过量时：SiO2+3C

　　SiC+2CO↑，其中氧化剂、还原剂均为碳。) 粗硅提纯：将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅(SiCl4)，SiCl4经过分馏提纯，再用氢气还原得到纯硅： Si(粗)+2Cl2

　　SiCl4(液) SiCl4+2H2

　　Si(纯)+4HCl

　　(5)应用：硅是良好的半导体材料，可用来制造半导体器件。也可用来制造合金。

　　2、二氧化硅

　　(1)晶体结构：是立体网状结构的原子晶体，1个Si原子与4个O原子形成4个共价键，即1个Si原子周围结合4个O原子，同时，每个O原子跟两个 Si原子相结合。由于二氧化硅晶体里Si-O键的键能很高，并形成了一种立体网状的原子晶体，所以要破坏二氧化硅的晶体，必须消耗较多的能量，因此，SiO2的熔点很高，硬度也很大。

　　(2)化学性质(很稳定)

　　弱氧化性：SiO2+2C

　　Si+2CO↑ 酸性氧化物：CaO+SiO2

　　CaSiO3 SiO2+CaCO3

　　CaSiO3+CO2↑ SiO2+Na2CO3

　　Na2SiO3+CO2↑(上述两反应发生的原因是因为高温下硅酸盐比碳酸盐稳定)

　　SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O(玻璃中含有SiO2，因而它能够被碱溶液腐蚀。实验室里盛放碱溶液的试剂瓶常用橡皮塞，而不用玻璃塞，就是为了防止玻璃受碱溶液腐蚀生成Na2SiO3，而使瓶口和塞子粘结在一起。)

　　特性：SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O 所以氢氟酸不能保存在玻璃试剂瓶中而应贮存在塑料瓶中，另外制备氢氟酸也不能使用玻璃器皿。

　　(3)用途：二氧化硅是制造光导纤维的重要原料，制造石英玻璃，用做玻璃原料和建筑材料。

　　3、硅酸、硅酸盐

　　(1)硅酸：硅酸钠(Na2SiO3)的水溶液跟盐酸起反应生成白色胶状沉淀，这种白色胶状沉淀叫做原硅酸，常用H4SiO4表示，是一种弱酸，很不稳定，这种白色胶状物在空气里干燥，失去一部分水后，变成白色粉末，即为硅酸(H2SiO3)。 Na2SiO3+2HCl+H2O=H4SiO4↓+2NaCl、H4SiO4=H2SiO3+H2O也可以直接写成 Na2SiO3+2HCl=H2SiO3↓+2NaCl

　　硅酸不溶于水，酸性比碳酸还要弱，从理论上解释：C、Si在元素周期表中位于同一主族，C在Si的上方，根据同主族元素性质的递变规律，C的非金属性比硅强，所以碳酸的酸性比硅酸强。从实验中证明：可向硅酸钠溶液中通入足量二氧化碳，有沉淀产生。反应可表示为：SiO32-+2CO2+H2O=H2SiO3↓+2HCO3-

　　(2)硅酸盐：硅酸、原硅酸和由它们缩水结合而成的各种酸所对应的盐，统称硅酸盐。硅酸盐的表示方式有两种：氧化物，化学式。如：

　　硅酸钠 Na2SiO3 (Na2O?SiO2)

　　镁橄榄石 Mg2SiO4 (2MgO?SiO2)

　　高岭石 Al2(Si2O5)(OH)4 (Al2O3?2SiO2?2H2O)

　　正长石 KAlSi3O8 (K2O?Al2O3?6SiO2)

　　硅酸盐大多是难溶于水的，可溶性的硅酸盐最常见的是Na2SiO3，它的水溶液俗名水玻璃可作为粘合剂，防腐剂、耐火材料使用。粘土种类很多，成分也很复杂，但主要是硅酸盐;粘土具有粘性和可塑性，是制造水泥、陶瓷、砖瓦、耐火材料的主要原料。正长石(KAlSi3O8)在CO2和水等作用下分解而得粘土等物质;高岭土是较纯净的粘土。

　　4、硅酸盐工业

　　【典型例题

　　例1. 目前科学界拟合成一种“二重结构”的球形物质，即把足球形C60分子容纳在足球形Si60分子中，外面的硅原子与里面的碳原子以共价键相结合。下列关于这种物质的叙述不正确的是( )

　　A. 是两种单质组成的混合物

　　B. 相对分子质量为2400

　　C. 是一种化合物

　　D. 其晶体类型属于分子晶体

　　分析：题中已明确该物质中碳原子和硅原子间形成共价键，也就是说，二者已不再是原来独立存在的分子了，而且有固定的组成〔n(C)∶n(Si)=1∶1〕，因此它是化合物，C正确，A不正确。形成的Si60C60分子间不存在化学键，而是依靠范德瓦耳斯力结合成分子晶体，D正确。其相对分子质量Mr=(12+28)×60=2400，故B正确。应注意的是，如果在C60分子中放入一个或几个He，碳原子与球内的稳定的氦分子不能成键，仍为独立的两种分子，此时二者形成混合物而不是化合物。

　　答案：A

　　例2. 大理石可以用做墙面、地面和厨房桌面，其主要成分是碳酸钙。食醋不慎滴在大理石桌面上，会使其失去光泽，变得粗糙。下列能正确解释此现象的是( )

　　A. 食醋中的水使碳酸钙溶解

　　B. 食醋中的醋酸与碳酸钙发生了复分解反应

　　C. 食醋中的醋酸与碳酸钙反应并放出大量的二氧化碳气体

　　D. 食醋中的醋酸将碳酸钙氧化

　　分析：醋酸能与CaCO3发生复分解反应，由于食醋中醋酸浓度很低，所以，二者反应不一定产生大量的CO2，可以生成Ca(HCO3)2。

　　答案：B

　　例3. 可以肯定溶液中大量存在CO

　　的理由是( )

　　A. 加入AgNO3溶液，有大量白色沉淀产生

　　B. 加入酸，有无色无味气体产生

　　C. 加入BaCl2溶液时有白色沉淀产生，再加稀盐酸沉淀溶解，产生可使澄清石灰水变浑浊的无色无味的气体

　　D. 加入Ba(OH)2溶液有白色沉淀产生，再加稀盐酸如C所述

　　分析：溶液中含有Cl-、SO32?D时，可与AgNO3溶液反应产生白色沉淀，A不正确。

　　与酸反应会产生无色无味的CO2气体，B不正确。向含有HCO3?D的溶液中加入Ba(OH)2时：HCO3?D+OH-+Ba2+=BaCO3↓+H2O，再加盐酸BaCO3+2H+=Ba2++CO2↑+H2O，其现象与CO32?D反应的现象相同，D选项不正确。

　　答案：C

　　例4. 玻璃的主要成分之一是二氧化硅。能在玻璃上进行蚀刻，将其制成毛玻璃和雕花玻璃的物质是( )

　　A. 烧碱 B. 纯碱 C. 氢氟酸 D. 盐酸

　　答案：C

　　例5. 现有25ml，2mol/L的Na2CO3溶液和75ml,1mol/L的稀盐酸反应，(1)将Na2CO3溶液缓缓滴入盐酸中;(2)将稀盐酸缓缓滴入Na2CO3溶液中;在标准状况下产生气体体积的情况是( )

　　A. 均为0.84L B. 均为0.56L

　　1mol 22.4L

　　0.05mol

　　1mol 1mol 0.05mol 0.05 (注意判断过量问题)

　　1mol 22.4L

　　0.05mol

　　，故选C。

　　例6. 下图是气体制取装置，下列能用此装置制取气体并能“随开随用、随关随停”的是( )

　　A. 大理石和稀硫酸制取二氧化碳 B. 锌粒和稀硫酸制氢气

　　C. 浓盐酸和二氧化锰制取氯气 D. 电石和水制取乙炔

　　答案：B

　　例7. A、B、C、D、E代表单质或化合物，它们之间的相互转换关系如下图所示。A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素的单质，其晶体结构与金刚石相似。

　　请填空：

　　(1)形成单质A的原子的结构示意图为 ，它的最高化合价为 。

　　(2)B的化学式(分子式)为 ，B的晶体类型为 。B和碳反应生成A和E的化学方程式是 。

　　(3)C的化学式(分子式)为 ，D的化学式(分子式)为 。

　　分析：本题以框图题的形式考查了硅及其化合物的相互转化关系，关键是找出解题的突破口。侧重于考查的是审题能力、分析能力、综合利用知识解决问题的能力。本题的突破口是A为地壳中含量仅次于氧的非金属元素，推出A为硅，然后根据转化关系图逐一推出，B是二氧化硅、C是硅酸钙、D是硅酸钠。即可回答所有问题。

　　答案：(1)

　　+4 (2)SiO2 原子晶体 SiO2+2C

　　例8. 晶体硅是一种重要的非金属材料，制备纯硅的主要步骤如下：

　　①高温下用碳还原二氧化硅制得粗硅

　　②粗硅与干燥HCl气体反应制得SiHCl3：

　　③SiHCl3与过量H2在1000~1100℃反应制得纯硅

　　已知SiHCl3能与H2O强烈反应，在空气中易自燃。请回答下列问题：

　　(1)第①步制备粗硅的化学反应方程式为 。

　　(2)粗硅与HCl反应完全后，经冷凝得到的SiHCl3(沸点33.0℃)中含有少量SiCl4(沸点

　　①装置B中的试剂是　　　　，装置C中的烧瓶需要加热，其目的是：　　　　　　　。

　　②反应一段时间后，装置D中观察到的现象是　　　　　　　　，装置D不能采用普通玻璃管的原因是　　　 ，装置D中发生反应的化学方程式为　　　　　　 　　　　。

　　③为保证制备纯硅实验的成功，操作的关键是检查实验装置的气密性，控制好反应温度以及　　　　　　　　　　　　。

　　④为鉴定产品硅中是否含微量铁单质，将试样用稀盐酸溶解，取上层清液后需再加入的试剂(填写字母代号)是

　　a. 碘水 b. 氯水 c. NaOH溶液 d. KSCN溶液 e. Na2SO3溶液

　　分析：本题利用硅的制取考查了一些常见的基本实验操作技能和实验的评价设计能力，侧重考查的是基本实验技能。(1)根据题意信息，粗硅可用碳还原二氧化硅的方法制取。(2)因HCl易溶于水，而SiHCl3 遇H2O强烈水解，故提纯SiHCl3的方法只能在无水的条件下采用蒸馏的方法进行分离。(3)①因SiHCl3强烈水解，故A产生的H2必须干燥，B中盛装的液体为浓硫酸，烧瓶需加热是为了使SiHCl3气化，加快与氢气的反应。②根据信息，石英管中产生的物质为硅，D中应有固体物质产生，普通玻璃在该反应条件下会软化，D中发生SiHCl3被氢气还原生成硅的反应。③因高温下氢气和氧气混合容易爆炸，故应先排净装置中的空气。④铁与盐酸反应生成二价铁，常用氯气先将二价铁氧化然后再加入硫氰化钾进行检验。

　　答案：(1)

　　(2)分馏(或蒸馏)

　　(3)① 浓硫酸;使滴入烧杯中的

　　③排尽装置中的空气　④b d

　　【模拟试题

　　1. 当下列物质：①大理石、②钟乳石、③锅垢、④贝壳、⑤蛋壳，分别滴入醋酸时，会产生相同气体的是( )

　　A. 只有①② B. 只有④⑤ C. 只有①②③ D. ①②③④⑤

　　2. CO2通入下列各溶液中，不可能产生沉淀的是( )

　　A. 氯化钙溶液 B. 石灰水

　　C. 饱和碳酸氢钠溶液 D. 硅酸钠溶液

　　3. 最近，科学家研制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状结构，分子式为C60。下列说法正确的是( )

　　A. C60是一种新型的化合物　　 B. C60和石墨都是碳的同素异形体

　　C. C60中含离子键　　　　　　 D. C60的相对分子质量是720

　　4. 把少量CO2分别通入到浓度相同的①Ba(NO3)2溶液;②Ba(OH)2溶液;③溶有氨的BaCl2溶液中。预计能观察到白色沉淀的溶液是( )

　　A. ②和③ B. 只有② C. ①和② D. 只有③

　　5. 科学家研究发现，用“汽水”(一种能释放CO2的弱酸性溶液)浇灌植物能促进植物的生长。原因是它能( )

　　①加强呼吸作用 ② 加强光合作用

　　③改良碱性土壤、调节pH值 ④加强植物蒸腾作用

　　A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②③④

　　6. 下列离子方程式不正确的是( )

　　A. 少量Na2CO3溶液滴入到硝酸中：H++CO32?D=HCO3?D

　　B. 过量CO2通入到澄清的石灰水中：CO2+Ca2++2OH?D=CaCO3↓+H2O

　　C. 烧碱溶液与碳酸氢钙溶液混合：2OH?D+Ca2++2HCO3?D=CaCO3↓+CO32?D+2H2O

　　D. 小苏打溶液与氢氧化钡溶液反应：HCO3?D+Ba2++OH?D=BaCO3↓+H2O

　　7. 有关纯碱和小苏打的叙述正确的是

　　A. 等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量稀H2SO4反应，NaHCO3产生的CO2多

　　B. 等质量的Na2CO3、NaHCO3分别与足量的同种盐酸反应，NaHCO3消耗的盐酸多

　　C. 向NaHCO3溶液中滴入Ba(OH)2溶液无沉淀，而Na2CO3溶液中加入Ba(OH)2溶液出现白色沉淀

　　D. Na2CO3和NaHCO3都既能与酸反应，又能与氢氧化钠反应

　　8. 欲使0.1mol/L的NaHCO3溶液中c(H+)、c(CO32-)、c(HCO3¯)都减少，其方法是

　　A. 通入二氧化碳气体 B. 加入氢氧化钠固体

　　C. 通入氯化氢气体 D. 加入饱和石灰水溶液

　　9. 下列关于纯碱晶体(Na2CO3?10H2O)的叙述中，错误的是(　　)

　　A. 将晶体放置在空气中质量会减轻

　　B. 加热晶体则生成NaHCO3

　　C. Na2CO3可作为干燥剂使用

　　D. 晶体溶于水后呈碱性

　　10. 溶液中含有HCO3-、SO32-、CO32-、CH3COO-等4种阴离子。若向其中加入足量Na2O2后，溶液中离子浓度基本保持不变的是(　　)

　　A. CH3COO- B. SO32- C. CO32- D. HCO3-

　　11. 下列说法中，正确的是( )

　　A. 1 mol SiO2晶体中，含有2 mol Si?DO键

　　B. 熔融烧碱可选择石英坩埚

　　C. 二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成

　　D. 尽管二氧化硅既能与烧碱又能与氢氟酸反应，但它仍不是两性氧化物

　　12. 有一种粗铝含金属铁和单质硅两种杂质。取等质量的样品分别投入足量的稀HCl(aq)和足量的稀NaOH(aq)中，放出等量的H2，则该粗铝中铁和硅的关系正确的是( )

　　①物质的量之比为2:1 ②物质的量之比为3:1 ③质量之比为2:1 ④质量之比为4:1

　　A. ②④ B. ②③ C. ①④ D. 只有④

　　13. 工业上由粗硅制取纯硅涉及以下反应：

　　①Si(s)+ 3HCl(g)

　　Si(s)+ 3HCl(g)

　　对于上述反应的说法中正确的是( )

　　A. 均为置换反应和氧化还原反应

　　B. 反应①、②实际上互为可逆反应

　　C. 由于反应①放热，则反应②一定吸热

　　D. 欲提高SiHCl3的产率，应采用加压、升温的办法

　　14. 下列说法：①硅的化学性质很稳定，因此硅在自然界中以游离态形式存在;②硅和二氧化硅晶体都属于原子晶体;③二氧化硅和二氧化碳在物理性质上有很大的差异;④二氧化硅是一种酸性氧化物，它不与任何酸发生反应。正确的是( )

　　A. ①②③④ B. ①②④ C. ①④ D. ②③

　　15. 我国科学家前不久成功地合成了3 mm长的管状碳纳米管，此管居世界之首。这种碳纤维具有强度高、刚度(抵抗变形的能力)高、密度小(只有钢的1/4)、熔点高、化学稳定性好的特点，因此被称为“超级纤维”。下列对纤维的说法不正确的是( )

　　A. 它是制造飞机的某些部件的理想材料

　　B. 它的主要组成元素是碳

　　C. 它的结构与石墨相似

　　D. 碳纤维复合材料不易导电

　　16. 氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大，熔点高，化学性质稳定。工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1300℃反应获得氮化硅。

　　⑴根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途是

　　①制汽轮机叶片　②制有机玻璃　③制永久性模具　④制造柴油机

　　⑵氮化硅晶体属于 晶体(填晶体类型)。

　　⑶下列物质熔化时，所克服的微粒间作用力与氮化硅熔化时所克服的微粒间作用力相同的是 。

　　①单质I2和金刚石 ②晶体硅和二氧化硅 ③冰和干冰 ④金刚石和碳化硅

　　⑷已知氮化硅晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子、Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构。请写出氮化硅的化学式： ，1 mol 氮化硅晶体中含 mol N?DSi键。

　　⑸现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为： 。

　　17. 我国化学家侯德榜(右图)改革国外的纯碱生产工艺，生产流程可简要表示如下：

　　(1)上述生产纯碱的方法称_________，副产品的一种用途为 。

　　(2)沉淀池中发生的化学反应方程式是 。

　　(3)写出上述流程中X物质的分子式 。

　　(4)使原料氯化钠的利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了 (填上述流程中的编号)的循环。从沉淀池中取出沉淀的操作是

　　(5)为检验产品碳酸钠中是否含有氯化钠，可取少量试样溶于水后，再滴加

　　(6)向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品，通氨气的作用有

　　(a)增大NH4+的浓度，使NH4Cl更多地析出

　　(b)使NaHCO3更多地析出

　　(c)使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl的纯度

　　18. 2005年11月13日，我国石油吉林石化公司双苯车间发生爆炸，爆炸泄漏的有毒物质和燃烧产生的烟气造成松花江和当地空气严重污染。某课外活动小组的同学准备探究在爆炸现场采集的气体样品中是否含有CO(假设该样品中不含除CO之外的其它能与CuO反应的物质)

　　[实验目的]确定气体样品中是否含有CO

　　[查阅资料]爆炸泄漏的有毒物质主要是苯和苯胺，它们都是有机物，已知苯的化学式为C6H6 ，是一种液体，有毒，不溶于水，密度比水小，熔点5.5℃，沸点80.1℃。在空气中完全燃烧生成CO2和H2O，不完全燃烧时还生成CO。

　　[实验原理]CuO+CO

　　Cu+CO2 ,反应生成的CO2使澄清石灰水变浑浊，以此证明CO的存在。

　　[实验仪器]

　　[问题]

　　⑴要用较简单的方法收集爆炸现场的气体样品，可选用什么用品? 。

　　⑵在实验时，上述仪器的连接顺序是丙→乙→甲→乙。其中乙装置需要使用两次，这两次的作用分别是：第一次 。第二次 。

　　⑶从环境保护的角度考虑，你认为该实验是否存在缺陷，如果有，如何改进该实验?(若认为该实验没有缺陷，以下问题不必回答)改进的方法是 。

　　⑷由于苯泄漏，造成松花江上大量鱼类死亡，你认为鱼类死亡的可能原因是(回答两点即可)：① ;②。

　　⑸苯的熔点比较低，在低温时很容易凝固成冰一样的晶体。若苯凝固，如何从试剂瓶(细口瓶)中取出苯? 。

　　19. 某课外活动小组加热炭粉(过量)和氧化铜的混合物，再用下图装置，对获得的铜粉(含炭)样品进行实验。图中铁架台等装置已略去。请你帮助他们完成下列实验报告。

　　(一)实验目的：__________________________________。

　　(二)实验用品：仪器：天平、分液漏斗、锥形瓶、硬玻璃管、干燥管、酒精灯、洗气瓶等药品：红褐色铜粉(含炭)样品、过氧化氢溶液、二氧化锰、碱石灰、浓硫酸等

　　(三)实验内容：

　　(四)计算：样品中铜的质量分数=___________________(用含W、m1、m2的代数式表示)

　　(五)问题和讨论：

　　实验完成后，老师评议说：按上述实验设计，即使G中反应完全、D中吸收完全，也不会得出正确的结果。经讨论，有同学提出在B与G之间加入一个装置。再次实验后，得到了较正确的结果。那么，原来实验所测得的钢的质量分数偏小的原因可能是____________，在B与G之间加入的装置可以是 _______________，其中盛放的药品是________________。

　　20. 高锰酸钾是锰的重要化合物和常用的氧化剂。以下是工业上用软锰矿制备高锰酸钾的一种工艺流程。

　　(1)KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是______(填代号)。

　　a. 84消毒液(NaClO溶液) b. 双氧水

　　c. 苯酚 d. 75%酒精

　　(2)高锰酸钾保存在棕色试剂瓶中，下列试剂保存不需要棕色试剂瓶的是_______(填代号)。

　　a. 浓硝酸 b. 硝酸银 c. 氯水 d. 烧碱

　　(3)上述流程中可以循环使用的物质有 、 (写化学式)。

　　(4)若不考虑物质循环与制备过程中的损失，则1 mol MnO2可制得 mol KMnO4。

　　(5)该生产中需要纯净的CO2气体。若实验室要制备纯净的CO2，所需试剂最好选择(选填代号) 。

　　a. 石灰石 b. 稀HCl c. 稀H2SO4 d. 纯碱

　　所需气体发生装置是 (选填代号)。

　　A B C

　　(6)操作Ⅰ的名称是 ;操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在 (填性质)上的差异，采用 (填操作步骤)、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。

　　【试题答案】

　　1. D 2. A 3. BD 4. A 5. B 6. AB 7. A 8. D

　　9. BC 10. A 11. D 12. C 13. A 14. D 15. C

　　16. ⑴①③④ ⑵原子 ⑶②④ ⑷Si3N4 12

　　⑸3SiCl4 +6H2+2N2

　　B、E中有气泡产生

　　2H2O2

　　G中的红褐色粉末变成黑色

　　2Cu+O2

　　CO2

　　(五)偏小：水蒸汽通过G被D中碱石灰吸收;洗气瓶 浓硫酸 (或干燥管 碱石灰)

　　20. (1)ab;(2)d; (3)MnO2;KOH; (4)2/3; (5)cd;A;

　　(6)过滤;溶解度;浓缩结晶。

　　高中化学无机非金属及其化合物的知识点

　　元素化合物是高中化学的主体，这部分内容与基本概念、基本理论相互渗透，与化学实验、化学计算联系紧密。复习元素化合物，要运用规律、把握关键、抓住重点、联系实际、编织元素化合物的科学体系。

　　元素化合物知识复习中要注意相似、相近内容的总结归纳。如SO2、CO2、SO3、P2O5、SiO2等都是酸性氧化物，它们的性质有相似之处也有相异点。高考命题时常会把这种关系编入试题中。近几年的高考试题中这种趋向比较明显，值得大家重视。

　　2. 次氯酸、漂白粉的性质

　　HClO分子的结构式为H-O-Cl(氧处于中心)，所以电子式为 。次氯酸、次氯酸钙等有多方面的性质，经常用到以下几方面性质：

　　(1)HClO是一种弱酸，与碳酸比较电离能力有如下关系：H2CO3>HClO>HCO3-，请分析下列反应：

　　少量二氧化碳通入NaClO溶液中：NaClO CO2 H2O=NaHCO3 HClO

　　氯气通入碳酸氢钠溶液中： Cl2 NaHCO3=NaCl CO2↑ HClO

　　(2)ClO-是一种弱酸的酸根离子，能发生水解反应：ClO- H2O< height:6.75pt' > HClO OH-，所以次氯酸钙溶液显碱性。

　　若遇到铁盐、铝盐易发生双水解：3ClO- Fe3 3H2O=Fe(OH)3↓ 3HClO

　　(3)HClO和ClO-都具有强氧化性，无论酸性、碱性条件下都可以跟亚铁盐、碘化物、硫化物等发生氧化还原反应，但不能使品红溶液褪色。如：

　　硫酸亚铁溶液遇漂白粉：2Fe2 5ClO- 5H2O = 2Fe(OH)3↓ Cl- 4HClO

　　漂白粉遇亚硫酸盐：ClO- SO32-=Cl- SO42-

　　(4)HClO见光易分解：2HClO 2HCl O2↑

　　(5)次氯酸钙中的Ca2 、ClO-可以表现出一些综合性质。如少量二氧化碳通入次氯钙溶液中：

　　Ca(ClO)2 CO2 H2O=CaCO3↓ 2HClO

　　注意理解二氧化碳、碳酸钠、碳酸氢钠分别跟次氯酸钙溶液反应的差异：

　　Ca(ClO)2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaClO

　　Ca(ClO)2 NaHCO3=CaCO3↓ HClO NaClO

　　3. 碳、硅及化合物的联系网络

　　4. 氧及其化合物相互联系

　　5. 氮及其化合物间的转化关系

　　6. 熟记常见物质的颜色和状态：

　　7. 常见物质的毒性。

　　(1)有毒的单质：氯气、溴、氟气、Hg、As等

　　(2)有毒的气体或蒸气：氯气、氟气、溴蒸气、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、三氧化硫(熔点：16.8℃)、甲醛、苯蒸气、硝基苯

　　(3)有毒的离子：重金属阳离子，如Cu2 、Ag 、Pb2 、Hg2 等。

　　8. 常温下，呈液态的物质有：H2O、Br2、Hg、乙醇、乙醛(沸点20.8℃)、乙酸(熔点16.6℃)、苯、四氯化碳、氯仿等。

　　9. 气体中极易溶于水的气体有：氟化氢、氨、氯化氢、碘化氢、二氧化硫、二氧化氮。

　　10. 常见物质的漂白性：

　　(1)氧化漂白型：HClO、Ca(ClO)2、Na2O2、H2O2、HNO3、O3等，漂白过程不可逆。

　　(2)化合漂白型：SO2、H2SO3等，漂白过程可逆。

　　说明：a：漂白性是指化学变化。活性炭为疏松、多孔的物质，具有较大的表面积，可以吸附一些有色物质而使之褪色，是物理变化。

　　b：漂白一般是指使有机物褪色，即使使无机物褪色也不叫漂白，如二氧化硫使碘水褪色。

　　c：两种不同的漂白剂混合可能失去漂白作用，如二氧化硫和氯气按1：1的体积比混合，生成了盐酸和硫酸，不再具有漂白性。

　　11. 离子检验中的注意事项：

　　(1)检验Ag ：加入Cl-，产生白色沉淀，沉淀不溶于稀硝酸(不能加盐酸或硫酸)。

　　(2)检验SO42-：加入Ba2 ，产生白色沉淀，沉淀不溶于稀盐酸(不能加硝酸或硫酸)。最佳方法是先加盐酸，无气体或无沉淀产生，再加Ba2 ，有白色沉淀产生。既要防止SO32-的干扰，又要防止Ag 的干扰。

　　(3)加入不同的酸可能产生的气体有：氢气、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、一氧化氮、二氧化氮等。

　　(4)加入强碱产生的气体有：氨气、氢气(铝或硅与氢氧化钠反应)。

　　12. 掌握硝酸、硫酸、盐酸与不同金属的反应规律。

　　13. 掌握常见的几个连续氧化规律(反应条件略)：

　　(1)NH3→ NO →NO2

　　(2)H2S →S→SO2→SO3

　　(3)Na→Na2O→Na2O2

　　(4)C→CO→CO2

　　14. 推断题中千万不能忽视的几种物质(因为它们不满足同主族的最高正价或最低负价)：FeS2、Na2O2、H2O2、CaC2、Fe3O4、N2O等。

　　【典型例题】

　　例1. 氯化碘(ICl)的化学性质跟氯气相似，预计它跟水反应的最初生成物是

　　A. HI和HClO B. HCl和HIO

　　C. HClO3和HIO D. HClO和HIO

　　答案：B

　　例2. 可以验证硫元素的非金属性比氯元素弱的事实是

　　①硫和氢气在加热条件下能形成H2S、H2S受热300℃左右分解。氯气和氢气在点燃或光照下生成氯化氢，氯化氢很难分解。

　　②向氢硫酸溶液中滴入氯水有单质硫生成

　　③硫、氯气分别与铜和铁反应的产物是 FeS、Cu2S、FeCl3、CuCl2

　　④高氯酸(HClO4)的酸性强于硫酸

　　A. ①②③④ B. 有①② C. 只有②③④ D. 只有③④

　　解析：元素非金属性强弱的比较有很多方法。常用的方法有：

　　①形成气态氢化物难易程度，易形成气态氢化物者，非金属性强。通常气态氢化物稳定的非金属性强。

　　②相同条件下，最高价氧化物的水化物酸性强的非金属性强。

　　③非金属单质甲可以在溶液中置换出非金属单质乙，则甲的非金属性强于乙。

　　④同种变价金属与不同非金属反应时，生成高价金属化合物时，该非金属性强于生成低价金属化合物对应的非金属，如题中③。综上所述选项A符合题意。

　　在理论上还有：①易得到电子的非金属单质，其非金属性强。②同周期元素在右侧(稀有气体除外)，同主族元素在上方非金属性强。

　　例3. A、B、C是在中学化学中常见的三种化合物，它们各由两种元素组成，甲、乙是两种单质.这些化合物和单质之间存在如下的关系：

　　据此判断：

　　(1)在A、B、C这三种化合物中，必定含有乙元素的是 。(用A、B、C字母填写)

　　(2)单质乙必定是 (填“金属”或“非金属”)，其理由是 。

　　(3)单质乙的分子式可能是 ，则化合物B的分子式是 。

　　解析：(1) 根据题意，可转化为如下三个反应① 甲+乙→A，② 甲+B→ A+C， ③A+B→乙+C，由①可知化合物A中一定含有乙元素，由②A中含乙元素，一定来源于化合物B，所以A、B均含有乙元素。

　　(2)由③ 看出，该反应一定是氧化还原反应，乙为单质，A、B中又都含有乙元素，所以乙元素在A、B中必有一个显正价，另一个显负价。在中学化学中只有非金属元素显负价，因而乙一定是非金属元素。

　　(3)单质乙可能是S，B的化学式为H2S，A的化学式为SO2，因此可写出下列(左)反应关系，也可认为乙是N2，可以写出如下(右)反应关系

　　答案：(1)A、B均含有乙元素;(2) 乙一定是非金属元素，乙元素在A、B中必有一个显正价，另一个显负价，而在中学化学中只有非金属元素显负价。

　　(3)单质乙可能是S，B的化学式H2S，A的化学式为SO2;也可以是N2、NH3和NO

　　例4. A、B、C、D、E、F六种物质的相互转化关系如下图所示(反应条件未标出)，其中反应①是置换反应。

　　⑴若A、D、F都是非金属单质，且A、D所含元素同主族，A、F所含元素同周期，则反应①的化学方程式是____________________________________。

　　⑵若A是常见的金属单质，D、F是气态单质，反应①在水溶液中进行，则反应②(在水溶液中进行)的离子方程式是 _________________________;已知1 g D与F反应生成B时放出92.3 kJ热量，写出该反应的热化学方程式________________________________。

　　⑶若B、C、F都是气态单质，且B有毒，③和④两个反应中都有水生成，反应②需要放电才能发生，A、D相遇有白烟生成，则C的电子式是________________，反应③的化学方程式是 _________________________________________。

　　⑷若A、D为短周期元素单质，且所含元素的原子序数A是D的2倍，所含元素的原子核外最外层电子数D是A的2倍，③和④两个反应中都有红棕色气体生成，则反应④的化学方程式是_________________________________________。

　　答案 ：⑴SiO2+2C Si+2CO↑

　　⑵2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl- H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g);Δ N∶ 4NH3+5O2 4NO+6H2O

　　⑷C+4HNO3 CO2↑+4NO2↑+2H2O

　　例5. 为检验浓硫酸与木炭在加热条件下反应产生的SO2和CO2气体，设计了如图所示实验装置，a、b、c为止水夹，B是用于储气的气囊，D中放有用I2和淀粉的蓝色溶液浸湿的脱脂棉。

　　请回答下列问题：

　　(1)实验前欲检查装置A的气密性，可以采取的操作是 ;

　　(2)此实验成败的关键在于控制反应产生气体的速率不能过快，由此设计了虚框部分的装置，则正确的操作顺序是 (用操作编号填写)

　　①向A装置中加入浓硫酸，加热，使A中产生的气体进入气囊B，当气囊B中充入一定量气体时，停止加热;

　　②待装置A冷却，且气囊B的体积不再变化后，关闭止水夹a，打开止水夹b，慢慢挤压气囊，使气囊B中气体慢慢进入装置C中，待达到实验目的后，关闭止水夹b;

　　③打开止水夹a和c，关闭止水夹b;

　　(3)实验时，装置C中的现象为 ;

　　(4)当D中产生 (多选不得分)现象时，可以说明使E中澄清石灰水变浑浊的是CO2，而不是SO2;

　　A. 进气口一端脱脂棉蓝色变浅，出气口一端脱脂棉蓝色不变

　　B. 脱脂棉上蓝色均变浅

　　C. 脱脂棉上蓝色褪去

　　装置D的作用为 。

　　答案：(1)关闭分液漏斗的活塞，打开止水夹a和b，关闭止水夹c，用手捂热(或微热)圆底烧瓶A，若C中有气泡冒出，移开手掌(或热源)后，C处导管内有水上升，则证明A装置的气密性良好。

　　(2)③①②

　　(3)品红溶液褪色。

　　(4)A;除去SO2并检验SO2已被除净。

　　例6. 设X、Y、Z、A、B分别代表五种短周期元素，已知：①Ym-和Zn-两种离子具有相同的电子层结构;②Y和X可以形成原子个数比为1：1的化合物甲和原子个数比为1：2的化合物乙，甲和乙都是共价化合物;③Z和X可以形成原子个数比为1：1的化合物丙，其分子与乙的分子所含质子数相同;④Y和A是同周期相邻的两种元素，Y和B是同主族相邻的两种元素;⑤Y、A、B三种元素的原子序数之和为31。据此，请回答：

　　(1)Y的元素符号是 ;A的元素符号是 ; B的元素符号是 。

　　(2)化合物甲的结构式是 。

　　(3)Z单质与化合物乙反应的化学方程式是 。

　　(4)化合物丙与NaOH溶液反应的离子方程式是 。

　　(5)X、A、Y可组成原子个数比为4：2：3的化合物，其水溶液呈酸性，原因是(用离子方程式表示) 。

　　(6)若把甲看成二元弱酸，请写出常温下甲与乙组成的混合物中存在的带负电荷的微粒 。

　　(7)化合物甲与酸性高锰酸钾溶液反应的现象有

　　① ;② 。

　　NH3?H2O H+，H2O2属于二元弱酸，其电离方程式为：H2O2 H++HO2-、HO2- H++O22-，再加上由水电离产生的OH-，则溶液中带负电荷的离子有：HO2-、O22-、OH-，H2O2与酸性高锰酸钾溶液反应的方程式为：2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=K2SO4+2MnSO4+8H2O+5O2↑，现象为：①有无色气体产生 ②溶液紫色褪去

　　NH3?H2O H+ (6)HO2-、O22-、OH-

　　3R2 3H2O，下列关于R元素的叙述正确的是：

　　A. R位于VA族 B. R的氢化物水溶液属于强酸

　　C. RO3-中的R只能被还原 D. R2在常温常压下一定是气体

　　4、固体A的化学式为NH5，它的所有原子的最外层都符合相应稀有气体原子的最外电子层结构。则下列有关说法中，不正确的是：

　　A. 1molNH5中含有5NA个N-H键(NA表示阿伏加德罗常数值)

　　B. NH5中既有共价键又有离子键，它形成的晶体是离子晶体

　　C. NH5受热分解的反应是：NH5 NH3 H2↑

　　D. 它与水反应后的溶液显酸性

　　5、某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理，做了如下四组实验：①将镁粉投入冷水中未见任何明显现象;②将镁粉放入溴水中，观察到只是开始时产生极少量气泡，但溴水的颜色逐渐褪去;③将镁粉放到液溴中，未观察到任何明显现象;④向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水，观察到溴的红棕色很快褪去，则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是 ( )

　　A. 镁粉只直接与溴水中的溴反应 B. 镁粉只与溴水中的酸反应

　　C. 镁粉同时与溴水中的溴和酸反应 ` D. 镁粉在水的催化下与溴发生反应

　　6、原硅酸的结构为 ，若去掉氢原子后的剩余部分即SiO44-为原硅酸根，其构型为正四面体，四面体顶角上的氧原子叫“角氧”。有关叙述正确的是 ( )

　　A. 两分子原硅酸脱去一分子水得到的H6Si2O7分子中有6个 Si?DO键

　　B. 两个硅氧四面体，彼此用一个角氧相连后，形成的Si2O76-，离子中各键角均为109º28′

　　C. 3个硅氧四面体彼此用2个角氧相连后，形成的Si3O96-离子呈链状

　　D. n个硅氧四面体彼此用4个角氧连接后的晶体是二氧化硅

　　7、在10mL0.01mol/L的纯碱溶液中，不断搅拌并逐滴加入1.2mL 0.05mol/L盐酸，完全反应后在标准状况下生成二氧化碳的体积为( )

　　13、0.8mol锌跟稀硝酸反应，消耗2molHNO3，则还原产物可能是：

　　A. NO B. NO2 C. N2O D. NH4NO3

　　14、在FeCl3和AlCl3的混合溶液中，先加入过量的NaI溶液，再加入足量的Na2S溶液，则所得的沉淀是：

　　A. FeS、S和Al(OH)3 B. Fe2S3和I2

　　C. Al2S3和I2 D. Fe(OH)3和Al(OH)3

　　15、Cl2、SO2均能使品红溶液褪色。后者因为品红分子结构中的发色团遇到亚硫酸后结构发生改变，生成不稳定的无色化合物。其漂白原理可用下面的反应方程式表示：下列说法正确的是：

　　试填写下列空白：

　　⑴N的化学式为： ;

　　⑵写出反应①的化学方程式： ;

　　⑶由K溶液经如何处理才能制得N?

　　。

　　19、一定量的石灰乳中通入一定量的氯气，两者恰好完全反应，生成物中有三种含氯元素的离子，其中两种离子的物质的量(n)与反应时间(t)的曲线图如图所示。试回答：

　　(1)t2时Ca(ClO)2与Ca(ClO3)2的物质的量之和为____________mol，该石灰乳中Ca(OH)2的质量是________g。

　　(2)据分析，生成Ca(ClO3)2的反应是由温度升高引起的，通气速率不同，ClO-和ClO3-的比例也不同，若在原石灰乳中通入氯气速率加快，则反应后 将______(填“>”“<”或“=”)2，若 ，则n(Cl-)=_______mol(用a的代数式表示)。

　　20、现有含NH3为1.7mg?L-1的废水300m3(密度为1g?cm-3)，可采用如下两种方法进行处理。

　　(1)方法一：把甲醇加入含氨的废水中，在一种微生物作用下发生反应：

　　2O2 NH3 === NO3- H H2O， 6NO3?D 6H 5CH3OH→ 3N2↑ 5CO3↑ 13H2O.

　　若用此方法处理，假设每步的转化率为100%，需要甲醇多少克?

　　(2)方法二：对废水进行加热蒸发(假设NH3全部蒸发出来)，所得NH3用一定量空气氧化(设空气中氧气的体积分数为20%，氮气的体积分数为80%)，发生的主要反应有：

　　4NH3 5O2 4NO 6H2O ， 4NO 3O2 2H2O === 4HNO3，

　　副反应有：4NH3 3O2 === 2N2 6H2O.产生的混合物的组成为：NO27mol， O218mol， N2225mol和少量的HNO3(高温下NO和O2不反应)，求NH3转化为NO和HNO3的转化率各是多少。

　　【试题答案

　　1、D 2、A 3、B 4、B 5、D 6、D 7、D 8、B 9、AC 10、CD

　　11、A 12、C 13、CD 14、A 15、BD

　　16、⑴Na2S2O3 SO2 S BaSO4 ⑵S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+10H++8Cl-

　　⑶2KMnO4+5SO2+2H2O=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4

　　17、(1)F Mg(2)2Na2O2+2CO2=4NaOH+O2

　　(3)2F2+2NaOH=2NaF+OF2+H2O (4)c(Na+)>c(OH-)>

　　设每天处理废水需x kg甲醇

　　根据关系式 6NH3 ?D?D 5CH3OH

　　6mol 5×32×10-3

　　x

　　x=0.8kg

　　所以需甲醇0.8kg.

　　(2)NH3转化为NO的转化率为：根据得失电子守恒有： ②

　　联合方程①、②，解得Z=5/3

　　故NH3转化为HNO3的转化率为5.6%

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