高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)：碳單質(zhì)及化合物

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中化學(xué) 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


碳：

①元素符號(hào)：C
②原子結(jié)構(gòu)示意圖：
③電子式：
④周期表中位置：第二周期ⅣA族
⑤含量與存在：在地殼中的含量為0．087％，在自然界中既有游離態(tài)，又有化合態(tài)
⑥同素異形體：金剛石、石墨、C60、活性炭



碳（活性炭）：



①金剛石：純凈的金剛石是無色透明、正八面體形狀的固體，硬度大，熔點(diǎn)高，不導(dǎo)電，不溶于水
石墨：深灰色的鱗片狀固體，硬度小，質(zhì)軟，有滑膩感，熔點(diǎn)高，具有導(dǎo)電性
活性炭：黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳，疏松多孔，有吸附性
②碳的化學(xué)性質(zhì)：
a.穩(wěn)定性：在常溫下碳的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，點(diǎn)燃或高溫的條件下能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
b.可燃性：氧氣充足的條件下：C+O2CO2 氧氣不充分的條件下：2C+O22CO
c.還原性：
木炭還原氧化銅：C+2CuO2Cu+CO2↑
焦炭還原氧化鐵：3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑
焦炭還原四氧化三鐵：2C+Fe3O43Fe+2CO2↑
木炭與二氧化碳的反應(yīng)：C+CO2CO

二氧化碳：



①物理性質(zhì)：常溫下，二氧化碳是一種無色無味的氣體，密度比空氣大，能溶于水。固態(tài)的二氧化碳叫做干冰。
②化學(xué)性質(zhì)：
a.一般情況下，二氧化碳不能燃燒，也不支持燃燒，不供給呼吸，因此當(dāng)我們進(jìn)入干枯的深井，深洞或久未開啟的菜窖時(shí)，應(yīng)先做一個(gè)燈火實(shí)驗(yàn)，以防止二氧化碳濃度過高而造成危險(xiǎn)
b.二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸，使紫色石蕊試液變紅：CO2+H2O===H2CO3，碳酸不穩(wěn)定，很容易分解成水和二氧化碳，所以紅色石蕊試液又變回紫色：H2CO3===H2O+CO2↑
c.二氧化碳和石灰水反應(yīng)：Ca(OH)2+CO2====CaCO3↓+H2O
d.二氧化碳可促進(jìn)植物的光合作用：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2
③用途：
a.二氧化碳不支持燃燒，不能燃燒，比空氣重，可用于滅火
b.干冰升華時(shí)吸收大量的熱，可用它做制冷劑或人工降雨
c.工業(yè)制純堿和尿素，是一種重要的化工原料 d.植物光合作用，綠色植物吸收太陽能，利用二氧化碳和水，合成有機(jī)物放出氧氣。


一氧化碳：



①物理性質(zhì)：通常狀況下，是一種沒有顏色，氣味的氣體，比空氣略輕難溶于水。
②化學(xué)性質(zhì)
a.可燃性：2CO+O22CO2
b.還原性：一氧化碳還原氧化銅：CO+CuOCu+CO2 一氧化碳還原氧化鐵：3CO+Fe2O32Fe+3CO2 一氧化碳還原四氧化三鐵：4CO+Fe3O43Fe+4CO2
c.毒性：一氧化碳能與人體血液中的血紅蛋白結(jié)合，使血紅蛋白失去運(yùn)輸氧氣的能力，造成機(jī)體缺氧。冬天用煤火取暖，如排氣不良，就會(huì)發(fā)生煤氣中毒，就CO中毒。CO重要來源是汽車尾氣和煤，石油等含碳燃料的不完全燃燒。
③用途：用作燃料，冶煉金屬。 ④碳酸：弱酸，不穩(wěn)定，易分解H2CO3==CO2↑+H2O



碳酸鹽：


1.正鹽與酸式鹽的比較

























正鹽酸式鹽
水溶性除K、Na、銨的碳酸鹽易溶于水外，其余都難溶于水都溶于水
熱穩(wěn)定性較穩(wěn)定
①K2CO3、Na2CO3等堿金屬的正鹽受熱難分解
②CaCO3、(NH4)2CO3 等受熱易分解		受熱易分解
2NaHCO3Na2CO3+ H2O+CO2↑
Ca(HCO3)2 CaCO3+H2O+CO2↑
與酸反應(yīng)CO32-+2H+== CO2↑+H2O
CaCO3+2H+=Ca2+ +H2O+CO2↑		HCO3-+H+==H2O+ CO2↑(相同條件下，NaHCO3與酸反應(yīng)放出CO2的速率比Na2CO3快)
與堿反應(yīng)Na2CO3+Ca(OH)2 ==CaCO3↓+2NaOH NaHCO3+NaOH==Na2CO3+H2O
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2==2CaCO3↓+2H2O
轉(zhuǎn)化關(guān)系
2．酸式鹽性質(zhì)的一般規(guī)律
(1)在水中的溶解性：一般地，相同溫度下，難溶性正鹽的溶解度小于其酸式鹽，可(易)溶性正鹽的溶解度大于其酸式鹽。如CaCO3，難溶于水，Ca(HCO3)2易溶于水；Na2CO3易溶于水，NaHCO3的溶解度比 Na2CO3的小。
(2)與酸或堿反應(yīng)：強(qiáng)酸的酸式鹽只與堿反應(yīng)而不與酸反應(yīng)；弱酸的酸式鹽與足量強(qiáng)堿反應(yīng)生成正鹽，與足量強(qiáng)酸反應(yīng)生成弱酸。
(3)熱穩(wěn)定性：一般地，熱穩(wěn)定性的大小順序?yàn)檎}>酸式鹽(鹽的陽離子相同，成鹽的酸相同)。
3．碳酸鈣在自然界中存在廣泛，是巖石的主要成分之一。不溶于水，但溶于酸。大理石、石灰石的主要成分是CaCO3，它們既是重要的化工原料，又是重要的建筑材料。其用途圖示如下：



CO2氣體與溶液的反應(yīng)規(guī)律:

1．向某溶液中不斷通入CO2氣體至過量時(shí)，現(xiàn)象是“先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀逐漸溶解”
(1)向澄清石灰水中不斷通入CO2氣體的反應(yīng)為：
Ca(OH)2+CO2==CaCO3↓+H2O
CaCO3+CO3+H3O==Ca(HCO3)2
(2)向氧氧化鋇溶液中不斷通入CO2氣體的反應(yīng)為：
Ba(OH)2+CO2==BaCO3↓+H2O
BaCO3+CO2+H2O==Ba(HCO3)2
(3)向漂白粉溶液中不斷通入CO2氣體的反應(yīng)為：
Ca(ClO)2+CO2+H2O==CaCO3↓+2HClO
CaCO3+CO2+H2O==Ca(HCO3)2
2．向某溶液中不斷通入CO2氣體至過量時(shí)，現(xiàn)象為“產(chǎn)生白色沉淀或渾濁，沉淀或渾濁不消失”
(1)在NaAlO2溶液中不斷通入CO2氣體至過量時(shí)，反應(yīng)為：
2AlO2-+CO2(少量)+3H2O==2Al(OH)3↓ +CO32-
2AlO2-+CO2(過量)+2H2O==Al(OH)3↓ +HCO3-
(2)向Na2SiO3溶液中不斷通入CO2氣體至過量時(shí)，反應(yīng)為：
SiO32-+CO2+H2O==H2SiO3↓+CO32-
SiO32-+2CO2+2H2O==H2SiO3↓+2HCO3-
(3)向飽和Na2CO3溶液中不斷通入CO2氣體，反應(yīng)為：
2Na++CO32-+CO2+H2O==2NaHCO3↓
3．CO2與NaOH溶液反應(yīng)后，溶液中溶質(zhì)的判斷將CO2氣體逐漸通入NaOH溶液中，先后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：
①CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
②CO2+Na2CO3+H2O==2NaHCO3
向一定量的NaOH溶液中通入CO2氣體后，溶液中溶質(zhì)的成分要根據(jù)NaOH與CO2的物質(zhì)的量之比進(jìn)行討論。
當(dāng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①和②，溶液中的溶質(zhì)為NaHCO3；
當(dāng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①，溶液中的溶質(zhì)為 Na2CO3和NaOH；
當(dāng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①，溶液中的溶質(zhì)為Na2CO3；
當(dāng)時(shí)，發(fā)生反應(yīng)①和②，溶液中為Na2CO3和NaHCO3


碳酸氫鹽與堿反應(yīng)的規(guī)律及CO32- HCO3-的鑒別方法:


1．酸式鹽與堿反應(yīng)時(shí)的產(chǎn)物要根據(jù)相對(duì)用量判斷
如Ca(HCO3)2溶液中滴加NaOH溶液：
Ca(HCO3)2+NaOH==CaCO3↓+NaHCO3+ H2O(NaOH少量)
Ca(HCO2)2+2NaOH==CaCO3↓+Na2CO3+ 2H2O(NaOH過量)
2．CO32-和HCO3-的鑒別
(1)利用正鹽和酸式鹽的溶解性可區(qū)別CO32-和HCO3-，如分別和BaCl2溶液反應(yīng)，生成的BaCO3不溶，生成的Ba(HCO3)2易溶；
(2)利用與H+反應(yīng)產(chǎn)生CO2的快慢檢驗(yàn)CO32-或HCO3-



碳族元素：


1．在元素周期表中的位置及結(jié)構(gòu)碳旌死素位于第ⅣA族，包括碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)五種元素。最外層皆有4個(gè)電子，這種結(jié)構(gòu)不易得電子也不易失電子，易形成共價(jià)鍵，難形成離子鍵。
2．主要化合價(jià)碳族元素的化合價(jià)主要有+2和+4，C、Si、Ge、Sn的+4價(jià)化合物較穩(wěn)定，而Pb的+2價(jià)化合物較穩(wěn)定。
3．氫化物、最高價(jià)氧化物及其對(duì)應(yīng)的水化物
氫化物：
最高價(jià)氧化物：RO2；
最高價(jià)氧化物對(duì)應(yīng)的水化物為H2RO3、 H4RO4或R（OH）4
4．碳族元素的金屬性與非金屬性的遞變規(guī)律由C至Pb，核電荷數(shù)逐漸增多，原子半徑逐漸增大，原子核對(duì)最外層電子的吸引能力逐漸減小，失電子能力逐漸增強(qiáng)，得電子能力逐漸減弱，非金屬性逐漸減弱，金屬性逐漸增強(qiáng)。由碳族元素形成的單質(zhì)中，碳、硅為非金屬，但硅有金屬光澤；鍺、錫、鉛為金屬。




相關(guān)高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)：?jiǎn)钨|(zhì)硅

硅：


①元素符號(hào)：Si
②原子結(jié)構(gòu)示意圖：
③電子式：
④周期表中位置：第三周期ⅣA族
⑤含量與存在：在地殼中的含量為26．3％，僅次于氧，在自然界中只以化合態(tài)存在
⑥同素異形體：晶體硅和無定形硅



硅的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：

（1）物理性質(zhì)：晶體硅是灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體，它的結(jié)構(gòu)類似金剛石，具有較高的沸點(diǎn)和熔點(diǎn)，硬度也很大，它的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，是良好的半導(dǎo)體材料。 （2）化學(xué)性質(zhì)：化學(xué)性質(zhì)不活潑
①常溫下，除與氟氣、氫氟酸及強(qiáng)堿溶液反應(yīng)外，與其他物質(zhì)不反應(yīng)

(雕刻玻璃)

②在加熱條件下，能與氧氣、氯氣等少數(shù)非金屬單質(zhì)化合


(4)制備：在電爐里用碳還原二氧化硅先制得粗硅：，將制得的粗硅，再與Cl2反應(yīng)后，蒸餾出SiCl4，然后用H2還原SiCl4可得到純硅。有關(guān)的反應(yīng)為：。



碳族元素中碳和硅的一些特殊規(guī)律:

1.金剛石和晶體硅都是原子晶體，但金剛石不導(dǎo)電，晶體硅能導(dǎo)電．且金剛石的熔點(diǎn)(大于3550℃)比硅的熔點(diǎn)(1410℃)高；石墨是過渡型晶體或混合型晶體，也能導(dǎo)電。
2.碳和硅都能跟O2反應(yīng)生成氧化物，碳的兩種氧化物CO和CO2在常溫下是氣體，而硅的氧化物SiO2 在常溫下是固體。
3.碳跟堿溶液不反應(yīng)，而硅跟堿溶液能反應(yīng)。
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑
4．碳在高溫時(shí)能跟水蒸氣反應(yīng)，而硅不能。
C+H2O(g)CO+H2
5．碳跟氫氟酸不反應(yīng)，而硅能跟氫氟酸反應(yīng)。
Si+4HF==SiF4↑+2H2↑
6．碳能被濃硫酸(或濃硝酸)氧化生成二氧化碳，但硅不能被濃硫酸(或濃硝酸)氧化。
C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2O
C+4HNO3(濃)4NO2↑+2H2O+CO2↑
7．碳和硅都具有還原性，且硅的還原性比碳強(qiáng)，但在高溫時(shí)碳能把硅從SiO2中還原出來。
2C+SiO2Si+2CO↑
8．碳的氯化物都不能自燃，而SiH4能自燃。
SiH4+2O2==SiO2+2H2O
9．通常情況下，周態(tài)CO、CO2都是分子晶體，熔、沸點(diǎn)都很低；而SiO2是原子晶體，熔、沸點(diǎn)較高。
10．CO2溶于水且能跟水反應(yīng)生成碳酸，SiO2卻不能.
11．CO2跟氫氟酸不反應(yīng)，而SiO2能跟氫氟酸反應(yīng).
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O
12．CO2跟堿溶液反噓生成正鹽或酸式鹽，而SiO2 跟堿溶液反應(yīng)只生成正鹽。
CO2+2NaOH==Na2CO3+H2O
CO2+NaOH==NaHCO3
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
13．在溶液中Na2SiO3可轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2CO3，而在高溫條件下Na2CO3又可轉(zhuǎn)變?yōu)镹a2SiO3。
Na2SiO3+CO2+H2O==Na2CO3+H2SiO3↓
Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑


硅及其化合物的幾種反常現(xiàn)象:

1．Si的還原性大于C，但C卻能在高溫下還原出Si 可從平衡移動(dòng)的角度理解，由于高溫下生成了氣態(tài)物質(zhì)CO2它的放出降低了生成物的濃度，有利于應(yīng)反正向進(jìn)行，故可發(fā)生反應(yīng)：SiO2+2CSi+2CO↑
2．部分非金屬單質(zhì)能與堿溶液反應(yīng)，但其中只有 Si與堿反應(yīng)放出H2 常見的非金屬單質(zhì)與堿溶液的反應(yīng)有：
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O①
3S+6NaOH2Na2S+Na2SO3+3H2O②
Si+2NaOH+H2O==Na2SiO3+2H2↑③
在反應(yīng)①②中，Cl2、S既作氧化劑又作還原劑：在反應(yīng)③中，Si為還原劑。
3．非金屬單質(zhì)一般不與弱氧化性酸反應(yīng)，而硅不但能與氫氟酸反應(yīng)，而且還會(huì)產(chǎn)生H2
4．硅酸不能由相應(yīng)的酸酐與水反應(yīng)制得制取硅酸的實(shí)際過程很復(fù)雜，條件不同可得到不同的產(chǎn)物，通常包括原硅酸(H2SiO4)及其脫水得到的一系列酸。原硅酸經(jīng)兩步脫水變?yōu)镾iO2，SiO2是硅酸的酸酐，是一種不溶于水的同體，不能直接用它制備硅酸，用SiO2制取硅酸時(shí)，可先將SiO2溶于燒堿中，再向溶液中加入足量的鹽酸或通入過量的CO2，析出的膠狀物就是原硅酸，將原硅酸在空氣中脫水即得硅酸，反應(yīng)原理可理解為：
SiO2+2NaOH==Na2SiO3+H2O
Na2SiO3+CO2+2H2O==Na2CO3+H4SiO4↓
H4SiO4==H2SiO3+H2O
5．非金屬氧化物的熔沸點(diǎn)一般較低，但SiO2的熔沸點(diǎn)卻很高非金屬氧化物一般為分子晶體，但SiO2為原子晶體。分子晶體中分子以分子問作用力相結(jié)合，而分子間作用力很弱，破壞它使晶體變?yōu)橐后w或氣體比較容易；而在SiO2晶體中每個(gè)硅原子與四個(gè)氧原子相結(jié)合，形成硅氧四面體，在每個(gè)硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元中Si?O 鍵的鍵能很高，同時(shí)硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元可通過共用頂角氧原子連成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以要使它熔融，必須消耗更多的能量，因此SiO2的熔沸點(diǎn)很高。
6．SiO2是酸性氧化物卻能跟HF作用
SiO2+4HF==SiF4↑+2H2O，此反應(yīng)并不是因?yàn)镠F的酸性，而是因?yàn)闉槌叵耂iF4為氣態(tài)物質(zhì)，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，這是SiO2的突出特性，當(dāng)然也是HF 的特性。
7．H2CO3的酸性強(qiáng)于H2SiO3。但卻能發(fā)生如下反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑
強(qiáng)酸制備弱酸作為判斷反應(yīng)方向的依據(jù)，只適用于水溶液體系，而在非水溶液的條件下不一定適用，在高溫下能發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+ CO2↑的原因是H2SiO3難揮發(fā)，H2CO3易揮發(fā)，這符合高沸點(diǎn)物質(zhì)制低沸點(diǎn)物質(zhì)的反應(yīng)規(guī)律，與此反應(yīng)類似的還有：
2NaCl+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl↑
NaNO3+H2SO4(濃)NaHSO4+HNO3↑
上述兩反應(yīng)并不是由于H2SO4的強(qiáng)酸性，而是由于H2SO4為高沸點(diǎn)酸，HCl、HNO3為低沸點(diǎn)酸。



硅的用途：


高純硅可作半導(dǎo)體材料，制造集成電路、晶體管、硅整流器等半導(dǎo)體器件，還可以制造太陽能電池。硅的合金用途也很廣，如含硅4%的鋼具有良好的導(dǎo)磁性，可用來制造變壓器的鐵芯；含硅15%左右的鋼具有良好的耐酸性，可用來制造耐酸設(shè)備。




相關(guān)高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)：硅酸鹽

硅酸鹽種類：

①硅酸鹽是構(gòu)成地殼巖石的主要成分，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成可用二氧化硅和金屬氧化物的形式表示。例如：硅酸鈉Na2SiO3(Na2O?SiO2)；鎂橄欖石Mg2SiO4(2MgO?SiO2)；高嶺石Al2(Si2O5)(OH)4(Al2O3?2SiO2?2H2O)
②云母、滑石、石棉、高嶺石等，它們都屬于天然的硅酸鹽。
③人造硅酸鹽：主要有玻璃、水泥、各種陶瓷、磚瓦、耐火磚、水玻璃以及某些分子篩等。
④硅酸鹽制品性質(zhì)穩(wěn)定，熔點(diǎn)較高，難溶于水，有很廣泛的用途。最簡(jiǎn)單硅酸鹽是硅酸鈉，其水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，可作粘合劑，防腐劑。


硅酸鈉：


（1）化學(xué)式：Na2SiO3
（2）俗稱：其水溶液俗稱水玻璃
（3）物理性質(zhì)：硅酸鈉溶液是無色黏稠液體
（4）化學(xué)性質(zhì)：
①與鹽酸反應(yīng) Na2SiO3+2HCl==== 2NaCl+H2SiO3(膠體)
②與CO2反應(yīng) NaSiO3+CO2+H2O ==Na2CO3+H2SiO3↓
③與水發(fā)生水解反應(yīng)硅酸鈉溶液顯堿性
（5）制備：SiO2+2NaOH== Na2SiO3+H2O
（6）保存：試劑瓶不能配磨口玻璃塞
（7）用途：常用于制備硅膠和木材防火劑等





相關(guān)高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)：硅酸（原硅酸）

硅酸：


①化學(xué)式：H2SiO3
②俗稱：硅酸干凝膠俗稱硅膠
③目前被確認(rèn)的有正硅酸(原硅酸)H4SiO4(x=1，y=2)、偏硅酸H2SiO3(x=1,y=1)、二硅酸H2Si2O5(x=2，y=1)、焦硅酸H6Si2O7(x=2，y=3)。硅酸組成復(fù)雜，隨條件而異。一般用通式xSiO2?yH2O表示，由于“H2SiO3”分子式最簡(jiǎn)單，習(xí)慣采用H2SiO3作為硅酸的代表。硅酸在水中溶解度較小，呈弱酸性。硅酸酸性比碳酸還弱，由反應(yīng)可證明：
④保存：密封保存



硅酸的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：


（1）物理性質(zhì)：不溶于水的白色沉淀原硅酸(H4SiO4)是白色膠狀沉淀
（2）化學(xué)性質(zhì)：
①不穩(wěn)定性：
H2SiO3SiO2+H2O
②與強(qiáng)堿反應(yīng)：H2SiO3+2NaOH== Na2SiO3+2H2O



硅酸的用途：


用作氣體的吸附劑，油脂和蠟等的脫色劑，催化劑載體，以及分析化學(xué)試劑等。


硅酸的制�。�


由可溶性硅酸鹽稀溶液和酸作用制得正硅酸的不穩(wěn)定水溶液，失水成偏硅酸即通稱的硅酸。放置能縮合成多分子聚合物稱硅酸溶膠(mSiO2?nH2O)，簡(jiǎn)稱硅溶膠，加熱脫水可得硅膠(多孔SiO2含水4%)。由細(xì)孔球形硅膠用鹽酸浸泡4～6h后用純水洗滌，烘干72h，用純水洗滌，再在70～80℃二次烘干制得。也可由硅酸鈉與硫酸反應(yīng)生成硅溶膠，經(jīng)凝聚，一次洗滌，干燥，濃鹽酸浸泡，二次洗滌，干燥而制得。


硅膠：


剛制得的硅酸是單個(gè)小分子，能溶于水，在存放過程中，它會(huì)逐漸失水聚合，形成各種多硅酸，接著就形成不溶于水，但又暫不從水中沉淀出來的“硅溶膠”。如果向硅溶膠中加入電解質(zhì)，則它會(huì)失水轉(zhuǎn)為“硅凝膠”。把硅凝膠烘干可得到“硅膠”。烘干的硅膠是一種多孔性物質(zhì)，具有良好的吸水性。而且吸水后還能烘干重復(fù)使用，所以在實(shí)驗(yàn)室中常把硅膠作為干燥劑。



本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/gaozhong/486663.html

相關(guān)閱讀：高中化學(xué)方程式：鈉在空氣中燃燒