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第七章 硅和硅酸盐工业高三化学复习学案
一、 碳族元素
碳族元素位于元素周期表的________族，包括_____________________，最外层电子数均为___________个，易形成共价化合物。
1．碳族元素性质的递变规律
元素性质 碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅（Pb）
主要化合价
单质色、态 无色或黑色固体 灰黑色固体 灰白色固体 银白色固体 蓝白色固体
氢化物RH4的稳定性
主要氧化物
最高价氧化物的水化物 化学式
酸碱性 酸性递减 碱性递增（多数有两性）
金属性、非金属性
注意：
常见化合物有 +4和+2，其中：+4价较稳定的元素是 , +2价较稳定的元素是 。
针对性练习：
下列关于碳族元素的说法中，错误的是( )
A．它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显
B．碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱
C．碳族元素原子的最外层都有4个电子
D．主要化合价有+2价和+4价，大多数+2价化合物稳定
二、碳
1．同素异形体
⑴金刚石： 色 体形 晶体,构型 ,键角 ，硬度 ， 导电。
⑵石墨： 色不透明 状固体, 金属光泽,滑腻,结构 ， 导电。
⑶无定形碳：包括炭黑、木炭、活性炭、焦炭。
　　⑷C60:“足球烯”
2．化性
　 碳在常温下性质比较稳定，很难被氧化，但在点燃或加热的条件下也能跟其它物质发生化学反应。
(1)还原性：①C(少量) + CuO
②C（过量）+ CuO
(2)可燃性: __________________________________________
(3)氧化性：__________________________________________
2．一氧化碳
（1）物性: __________色_______味_______毒气体
（2）化性：⑴可燃性：　CO+ O2 =
⑵还原性: CO+ CuO =
CO+ H2O(气)=___________________
（3）不成盐氧化物
（3）制法
工业：
实验室:
3．二氧化碳：
（1）物性： 色 味的 体， 毒，比空气 ，扩散慢，能溶于水(1:1)
　　　　其固体俗称 ，易 。
（２）化性：
　　⑴不能燃烧，不支持燃烧，不支持呼吸。
　　⑵酸性氧化物：CO2+H2O H2CO3 H++HCO3-
[针对性练习]
写出下列反应式：
反应式 反应生产或实验中的应用
CO2+ Na2O
CO2 + NaOH
CO2 + Ca(OH)2
CO2 + CaCO3 + H2O
CO2 + NH3 + H2O
CO2 + NH3 + NaCl+ H2O
4．碳及其化合物的转化关系（在箭头号上填写出相应条件或反应物）
三、练习
一、巩固双基
1．第ⅣA族元素中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。Ge是一种良好的半导体材料，被广泛应用于电子工业上。它可从煤燃烧的烟道灰中提取。其过程如下：烟道灰(含GeO2)锗的氯化物锗酸纯净的锗的氧化物锗。写出⑴、⑵、⑷步反应的化学方程式。
二、提高能力
2．课题式课堂审研究性学习的一种方式，其基本教学模式为
提出课题确定研究方案解决问题总结和评价
下面是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式课堂教学中解决问题阶段甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置：
（1）点燃酒精灯A、B的先后顺序：先__________后____________。
（2）硬质试管中发生的反应的化学方程式为_____________。
（3）洗气瓶中的实验现象为______________。
（4）酒精灯B的作用是_____________________。
（5）乙同学提出甲装置太复杂，可将酒精灯合二为一，去掉B，而将尾气导气管出口旋转到A的火焰上即可。乙同学的设计是否合理？简述理由（从A、B使用的一致性的角度考虑）
（6）丙同学认为甲装置有待优化，如尾气可先存在瓶内，然后再处理。右图是他设计的贮气瓶，尾气应从___________（选a、b填空）口通入。
（7）丁同学质疑：CO能否使澄清石灰水变浑浊？因此，其设计在CO通入CuO之前，应先通入澄清石灰水，以比较排除CO与澄清石灰水的反应。试对此作出评价。你认为丁的设计____________（填“必要”或“不必要”）
3．某学生设计了一个实验以证明PbO中含有氧，反应方程式如下：
①PbO+C?Pb+CO(主要)
②PbO+CO ? Pb+CO2
③[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO；△H<0．
试根据下图回答问题：
(1)盛澄清石灰水的试管开始一段时间可能没有现象，其原因是_________________。
(2)烧杯中醋酸二氨合铜([Cu(NH3)2]Ac)的作用
为_______________
(3)实验后的醋酸二氨合铜经适当处理又可再生，适宜于再生的生产条件是
_______________
(4)若用空气代替干燥的N2，行吗 _______________，其理由是_______________
[解析]该题属信息类实验题，解题时既要考虑题中信息，又要依靠课本知识，还要注意到物质间的相互联系。(1)可从题给方程式①中主要产物来分析；(2)应由题给方程式③中的反应情况获知。(3)可由题给方程式③逆向分析。(4)要从空气成分去分析。
[答案](1)澄清石灰水只有遇到CO(或SO2)时才能变浑浊，开始时无现象，从题给方程式①可知，未变浑浊是由于高温下PbO跟碳反应生成的主要产物是 CO的缘故。
(2)由题给方程式③可知，CO可跟醋酸二氨合铜溶液反应，所以烧杯中醋酸二氨合铜 [Cu(NH3)2)])Ac[的作用是用来吸收CO气体，防止污染空气。
(3)由题给方程式③可知，[Cu(NH3)2]Ac吸收CO气体的反应为气体体积减小的放热反应，欲使醋酸二氨合钢溶液再生，即要使平衡向逆反应方向移动，故适宜于再生的生产条件是高温、低压。
(4)不行。因为在高温下空气中的O2要与碳反应生成CO，另外空气中也有少量的CO，空气中的水蒸气与碳反应也可产生CO。
C
CO2
Na2CO3
NaHCO3
CO
CaCO3
Ca(HCO3)2
CaC2
C2H2
CaO
CuO
澄清石灰水
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北
第七章硅和硅酸盐工业针对性训练（一）
第一节 碳族元素
1．掌握碳族元素原子的结构，了解碳族元素性质递变规律。
2．理解晶体硅、二氧化硅的结构、性质和用途；
3．掌握原硅酸、硅酸和硅酸盐的重要性质。
一、基础知识点针对训练
[基础知识点1]
1．碳族元素的结构和性质，下列关于元素X的叙述中能够说明X一定位于第ⅣA族的是：
A．最高正价与最低负价的绝对值相等
B．原子最外层有四个电子已最高价氧化物的水化物为弱酸
D．单质晶体是一种半导体材料
2．下列叙述正确的是
A．碳族元素的氧化物都是+4价为最稳定
B．金刚石和石墨是碳的同素异形体，它们的物理性质差异大，但化学性质几乎完全相
同
C．C60和金刚石、石墨互为同素异形体，但C60的硬度小，熔点较低
D．CO和CO2都是酸性氧化物，与碱作用生成对应的盐和水
3．若发现114号元素x，它的原子有七个电子层，最外层有4个电子，则下列描述正确的是
A．x有稳定的气态氢化物
B．x为金属元素
C．x为非金属元素
D．x的最高价氧化物为xO2
4．下列对碳的同素异形体金刚石、石墨、C60。的说法错误的是
A．熔点：金刚石>石墨>C60
B．沸点：金刚石：石墨>C60
C．在一定的条件下与O2反应生成CO2
D．在一定的条件下它们可以相互转化
5．某些保健品含有的锗元素(Ge)位于周期表的第四周期ⅣA族。有关锗的叙述正确的是
A．锗的原子序数为34
B．锗的金属活动性应比铝强
C．Ce可以生成化学式为Na2CeO3的盐
D．单质锗是半导体材料
6．阅读下列材料，回答有关的问题：
锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如：Sn2+还原性比Fe2+还原性强 PbO2的氧化性比Cl2氧化性强。
(1)写出下列反应的化学方程式
①氯气跟锡共热：______________________________
②氯气跟铅共热：______________________________
③二氧化铅跟浓盐酸共热：______________________________
(2)能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式是______________________________
[基础知识点2]硅及其化合物的结构和性质
1．下列说法错误的是
A．硅在自然界中没有游离态，只有化合态
B．在晶体硅中，每个硅原子与另外四个硅原子结合，形成正四面体的空间网状晶体
C．在SiO2晶体中，每个Si原子与四个氧原子结合，每个氧原子与两个硅原子结合
D．原硅酸比硅酸稳定
2．SiO2和CO2的共同点是
A．都能与水化合生成相应的酸
B．都能与强碱溶液反应生成盐和水
C．都属于原子晶体
D．常温下都是固体
3．在一定条件下，下列物质不能和二氧化硅反应的是
①焦炭②纯碱③碳酸钙④氩氟酸⑤高氯酸⑥氢氧化钾⑦氧化亚铁⑧氮气
A．③⑤⑦⑧ B．⑤⑦⑧ C．⑤和⑧ D．只有⑤
4．下列各种酸中，酸性最弱的是
A．碳酸 B．磷酸 C．硅酸 D．硝酸
5．下列各物质的主要成分含硅酸盐的是
①石英玻璃②水玻璃③钢化玻璃④有机玻璃⑤玻璃纸⑥玻璃钢
A．②④⑤ B．②④⑥ C．②③⑥ D．①②③⑥
6．高岭土的组成可表示为：A12Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是
A．7，2 B．5，4 C．6，3 D．3，6
二、学科内综合针对性训练
1．石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维，造成输电线、电厂设备损环。这是由于石墨
A．有放射性 B．易燃、易爆 C．能导电 D．有剧毒
2．下列变化中不属于化学变化的是
A．金刚石→石墨 B．干冰→CO2 C．熟石灰→石灰石 D．氨气溶于水
3．下列物质在任何条件下都不与SiO2反应的是
A．A．烧碱 B．纯碱 C．大理石 D．硝酸
4．下列各组物质中：①C12O7 HCIO ②SO2 H2SO4③NO2 HNO3④SiO2H4SiO4⑤Mn2O7 HMnO4前者都是后者的酸酐，正确的是
A．②③ B．③④ C．④⑤ D．①③④
5．某元素X原子内有5个电子层，最外层有4个电子。当把固体XCl2溶于水配成溶液时，需加入少量的单质x和盐酸。由此判断下列说法正确的是
A．X2+具有较强的还原性
B．X的氢氧化物X(OH)2是强碱
C．XCl2容易发生水解反应
D．X元素的最高价氧化物的对应水化物显强酸性
6．实验室用石灰石和盐酸制取CO2时，最佳的除杂试剂和方法是
A．水、浓H2SO4、洗气
B．饱和Na2CO3溶液、浓H2SO4、洗气
C．饱和NaHCO3溶液、浓H2SO4、洗气
D．NaOH溶液、浓H2SO4、洗气
7．将二氧化碳通入下列物质的溶液中不与其反应的是
①Na2CO3②Na2SiO3③NaAlO2④C6H5ONa⑤Ca(ClO)2⑥CaCl2⑦CaCO3
A．①③④⑤⑥ B．①和⑥ C．只有① D．只有⑥
8．将23g石英和60g石灰石在高温下反应，产生的气体在标准状况下的体积为
A．5.6l B．1.2L C．13.44L D．6.72L
9．用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O，并含少量的CaO·Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。其实验步骤如下：将土样和纯碱混匀，加热熔融，冷却后用水浸取熔块，过滤，弃去残渣，溶液用盐酸酸化，经过滤，分别得到沉淀和溶液，溶液即为净水剂。
(1)写出熔融时的主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al203，与碱反应和SiO2与纯碱反应相似)：
(2)最后的沉淀物是____________
生成该沉淀的离子方程式是_______________________________
(3)实验中常用的有瓷坩埚，氧化铝坩埚和铁坩埚。本实验在熔融土时，应选______________坩埚。
10．有三个没有烟囱装满了煤球的同样大小的炉子。第一个炉子烧得很旺，有很高的火苗，第二个炉子烧得不旺，上面有黑煤球没烧着，只有间断地有蓝色火苗；第三个炉子火已经着过了，没有火苗，快要熄来。这三个炉子第_______个放出的煤气多，第________个最不易放出煤气。
11．锗是IVA族元素，它的单质晶体是一种良好的半导体材料，被广泛地应用在电子工业上。锗可以从燃烧的烟道灰中提取，其过程可表示如下：
根据以上实验过程，写出各步反应的化学方程式
①________________________________
②________________________________
③________________________________
④________________________________
12．自然界存在的碳酸类铜矿(如孔雀石、石膏等)的化学组成为：aCuCO3·bCu(OH)2(a、b正整数，且a≤2，b≤2)
(1)将孔雀石、石青矿样分别加盐酸至完全溶解，耗用HCl物质的量与产生C02物质的量之比：孔雀石为4:1；石青为3:1。
则它们的化学组成为：______________孔雀石：________________石青：____________
(2)今有一份碳酸盐类铜矿样品，将其等分为A、B两份。然后，加盐酸使A样品完全溶解，产生CO2 3.36L(标准状况)；加热B样品使其完分解，得到20g CuO。试计算并确定该矿石的化学组成。
(3)某碳酸盐类铜矿样加酸完全溶解后，产生CO2 6.72L(标准状况)，这份矿样中CuO含量不低于_________克。 (4)设某碳酸盐类铜矿样的质量为A克，所含CuO质量为G克。加酸完全溶解后，产生的C02体积(标准状况)为V升，则含铜矿的A、V、G之间的关系式为：A：_________。
三、学科间综合训练
1．据报上记载，德国试行用汽水喷灌植物，它的作用是①加速光合作用的进行；②改良碱性土壤，调节pH；③有利于土壤中钙和镁离子被植物吸收；④对防止虫害有利；以上说法正确的是
A．只有① B．只有①③ C．只有②③ D．①②③④
2．矿泉水一般是由岩石风化后被地下水溶解其中可溶部分生成的。此处所指的风化作用是指矿物与水和CO2同时作用的过程。例如：钾长石(KAlSi3O8)风化生成高岭土[A12Si2Os(OH)4]，此反应的离子方程式为：2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O=K++2HCO3-+4H4SiO4↓+A12Si2O5(OH)4↓。这个反应能够发生的原因是.
答案：
一、基础知识点
基础知识针对性训练1
1 2 3 4 5
B BC BD A CD
基础知识针对训练2
1 2 3 4 5 6
D B B C C B
二、学科内综合训练
1 2 3 4 5 6 7 8
C B D C AC CD D C
9O（1）SiO2 +Na2CO3 ?Na2SiO3 +CO2 ↑
Al2O3+Na2CO3 ?2NaAlO2 +CO2 ↑
（2）H2SiO3 SiO32- 2H+=H2SiO3 ↓
(3)铁
10．第二个炉子产生大量煤气 下层燃烧的煤产生大量的CO2 遇上层没烧的煤发生反应产生大量的CO；第一个炉子内产生的煤气在接触空气时已充分燃烧成CO2 ；第三个炉子尚有少许CO生成，没有燃烧而进入空气。故第二个炉子放出的煤气多，第一个最不易煤气。
11．略
12．33、（1）孔雀石 CuCO3·Cu(OH)2 石青 2 CuCO3·Cu(OH)2 （2）组成为： CuCO3·Cu(OH)2与2 CuCO3·Cu(OH)2混合物 （3）36克 （4）A=124
三、学科间综合
1．D
2．因为碳酸的酸性比原硅酸酸强，由相对较强的酸可以制取较弱的酸
烟道灰中所含锗的氧化物（高价）
锗酸
锗的氯化物
纯净的锗的氧化物
锗
④
①
②
③
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本章知识点：
第一节 碳族元素及其化合物
第二节 硅及其化合物、硅酸盐工业简介
第一节 碳族元素、碳及其化合物
内容提要：
一、碳 族 元 素
三、碳 及 其 化 合 物的转化关 系
二、碳 的 单 质 性 质
四、针 对 性 讲 练
一、碳族元素
能形成+4价、+2价的
化合物
能形成通式为RH4的气
态氢化物
最高价氧化物对应水化物通式为H2RO3或
R（OH）4
相似性
递变性
1、原子结构
最外层都有4个电子。
2、物性
单质都是固体。
3、化性
原子结构
单质物性
化性
核电荷数增加，电子层数增加
原子半径增大
熔沸点逐渐降低
密度逐渐增大
氢化物稳定性逐渐减弱
最高价氧化物对应水化物的酸性逐渐减弱
正二价化合物的稳定性逐渐增强
正四价化合物的稳定性逐渐减弱
1.碳族元素性质的递变规律
元素
性质 碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅（Pb）
主要化合价
单质色、态
氢化物RH4的稳定性
主要氧化物
最高价氧化物的水化物 化学式
酸碱性 酸性递减 碱性递增（多数有两性）
金属性、非金属性
+2、+4
+2、+4
+2、+4
+4
+2、+4
无色或黑色固体
灰黑色固体
灰白色固体
银白色固体
蓝白色固体
逐渐减弱
CO、CO2
SiO2
GeO
GeO2
SnOSnO2
PbO、PbO2
H2CO3
H2SiO3 H4SiO4
Ge(OH)4
Sn(OH)4
Pb(OH)4
非金属性递减、金属性递增
学生练习2
下列关于碳族元素的说法中，错误的是( )
A.它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显
B.碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱
C．碳族元素原子的最外层都有4个电子
D.主要化合价有+2价和+4价，大多数+2价化合物稳定
D
3、锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡和+4价铅的化合物是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅化合物有强氧化性。如Sn2+比Fe2+还原性强，PbO2比Cl2氧化性强，写出下列反应的化学方程式：
①FeCl3溶液滴入SnCl2溶液；
②PbO2遇浓盐酸。
答案：
① 2 FeCl3+SnCl2＝2 FeCl2+ SnCl4
② PbO2+4HCl＝PbCl2+2H2O+ Cl2
针对性训练
1、碳的同素异形体
金刚石
石 墨
C60
二、碳的单质
二、碳的单质性质
1、同素异形体
⑴金刚石： 色_______晶体, 键角______，硬度 ， 导电
⑵石墨： 色不透明, 金属光泽,滑腻, 导电
⑶无定形碳：包括炭黑、木炭、活性炭、焦炭
⑷C60:“足球烯”，属_________晶体
无
原子晶体
109028`
高
不
黑
有
能
分子晶体
2、3 一氧化碳和二氧化碳
一氧化碳 二氧化碳
物理性质
化 学
性 质
实验室制法
收 集 方 法
检 验
方 法
工 业 制 法
无色无毒味气体，有毒，难溶于水。
无色略带酸味气体，无毒，
能溶于水，固态时俗称干冰。
1、可燃性
2、还原性（跟Fe3O4、CuO、H2O
SiO2的反应）
3、不成盐氧化物
1、不能燃烧，一般情况下不助燃
2、氧化性（跟C、Mg的反应）
3、酸性氧化物（跟碱反应）
HCOOH H2O+CO↑
浓H2SO4
△
CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O
排水法
向上排空气法
点燃后在火焰上罩上干燥的
烧杯和粘有澄清石灰水的烧杯，
出现浑浊
使澄清石灰水变浑浊
水煤气: C+H2O CO+H2
高温
煅烧石灰石：
CaCO3 CaO+CO2↑
高温
针对性训练
反应式 反应生产或实验中的应用
CO2+ Na2O
CO2 + NaOH
CO2 + Ca(OH)2
CO2 + CaCO3 + H2O
CO2 + NH3 + H2O
CO2 + NH3 + NaCl+ H2O
吸收CO2
检验CO2
钟乳石的形成
制碳铵
候氏制碱
二、碳及其化合物的转化关系
C
CO2
Na2CO3
NaHCO3
CO
CaCO3
Ca(HCO3)2
CaC2
C2H2
O2、HNO3等
O2、SiO2等
CaO
H2O
Mg
NaOH、Na2O2等
C
Ca(OH)2
O2等
SiO2、高温等
CO2+H2O
Ca(OH)2或△
H+或加热
CO2+H2O
NaOH或加热
Ca(OH)2
Ca(OH)2
H+
写出下列1~8的反应式
C
CO2
Na2CO3
NaHCO3
CO
CaCO3
Ca(HCO3)2
CaC2
C2H2
1
2
3
4
5
8
7
6
练习：
点击：进入针对性训练
109 28'
金刚石是一种具有空间网状结构的原子晶体，在晶体中，每
个碳原子都被相邻的4个碳原子包围，处于4个碳原子的中心，以
共价键与4个碳原子结合。成为正四面体结构，这些正四面体向空
间发展，构成彼此联结的立体网状结构。金刚石的熔点（>3550℃）
和沸点（4827℃）都很高,硬度很大。
金刚石
10
金刚石
5
磷灰石
9
刚玉
4
萤石
8
黄玉
3
方解石
7
石英
2
石膏
6
正长石
1
滑石
硬度
矿物
硬度
矿物
返 回
返 回
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120
共价键
范德华力
石墨是层状结构，在每一层内，碳原子排成六边形，每个碳原子与其它
3个碳原子以共价键结合，形成平面的网状结构；在层与层之间，是以分子间
作用力结合的。由于同一层的碳原子以较强共价键结合，使石墨的熔点很高
(比金刚石的还要高） ,沸点与金刚石相同。但由于层与层之间的分子间作用
力很弱，容易滑动，使石墨的硬度很小。
石墨
C60
返 回
双基巩固
第一题
第二题
第三题
第一题
第二题
研究性试题
1、下列对碳的同素异形体：金刚石、石墨、
和C60的说法中，错误的是﹙ ﹚
A 熔点：金刚石＞石墨＞C60
B 沸点：金刚石=石墨＞C60
C 在一定条件下与O2反应生成CO2
D 在一定条件下它们可能相互转化
A
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一、双基巩固
一、巩固双基
2、第ⅣA族元素中C、Si、Ge、Sn的+4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物是稳定的。Ge是一种良好的半导体材料，被广泛应用于电子工业上。它可从煤燃烧的烟道灰中提取。其过程如下：烟道灰(含GeO2)锗的氯化物锗酸纯净的锗的氧化物锗。写出⑴、⑵、⑷步反应的化学方程式。
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3、 BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，曾用于锘贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若知：① BGO中，锗处于最高价态；②在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成某种共价氯化物时所呈的价态相同，在此氯化物中铋具有最外层8个电子稳定结构；③BGO可看成是由锗和铋两种元素的氧化物所形成的复杂氧化物，且在BGO 晶体的化学式中，这两种氧化物所含的总质量相同。请填空：
⑴锗和铋的元素符号分别是＿＿＿和＿＿＿。
⑵BGO晶体的化学式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
⑶BGO晶体中所含铋的氧化物的化学式是＿＿＿＿。
Ge
Bi
2Bi2O3 3GeO2或Bi4（GeO4）3
Bi2O3
返回
因为在BGO中，锗处于最高价（即+4价），其氧化 物的化学式可写成GeO2。而铋的价态跟氯化铋相同，且因 为在此化合物中铋具有8个电子的稳定结构，可知铋的化合 价应是+3价，则铋的氧化物的化学式可写成Bi2O3，又因为 在BGO中这两种氧化物中氧元素的总质量相同故根据第③点
可知：BGO的化学式可写成2Bi2O3 3GeO2[或Bi4（GeO4）3的形式。
返回
解析
研究性试题（题见学案）
1、课题式课堂是研究性学习的一种方式，其基本教学模式为：
提出课题——确定研究方案——解决问题——总结和评价
证明CO有还原实验装置
CuO
澄清石灰水
返回
证明PbO中有氧的装置
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第七章 硅和硅酸盐工业
学法指导
1．要注意知识的纵向和横向对比。
纵向，即碳族元素的单质及化合物性质的递变规律的研究。如CH4和SiH4的稳定性强弱的比较，H2C03和 H2Si03，的酸性强弱的比较等。
横向，即碳族元素跟同周期的氮族元素、氧族元素和卤素元素的对比。如Si、P、S、Cl的非金属强弱的比较，氢化物的稳定性、最高价氧化物对应水化物酸性强弱的比较等。
2．要注意知识的归纳总结。如归纳硅及其化合物之间的转化关系，水泥、玻璃、陶瓷的生产过程等。在归纳时要注意各物质的特殊性，如CO的毒性和还原性，SiO2的特性(与Na2CO3、HF反应)等。
3．要重视所学知识与社会、生产、科技的联系。如半导体材料与计算机技术的联系，光导纤维与通讯的联系等
考点说明
碳、硅等元素知识也是非金属元素的命题热点之一，该类试题常以元素及其化合物知识为载体与化学基本概念、基本理论、化学实验及化学计算密切结合。考查的内容主要有：
1．C、CO的还原性；
2．CO、CO2的检验与鉴别；
3．CO2、CO等气体的制取和收集；
4．CO2与NaOH、SO2与C等反应产物的确定及计算；
5．几种新型无机非金属材料的性能和重要用途；
6．环境保护，消除碳氧化物污染的综合应用。
CO2作为化学与生物学相互联系的重要物质(CO2是植物光合作用的反应物，是动物新陈代谢的产物)，在今后的综合测试中应引起重视。
7．金刚石、石墨、晶体硅、二氧化硅的结构和性质
第一讲 碳、硅及其化合物
第一节 碳族元素
碳族元素位于元素周期表的ⅣA族，包括C、S、Ge、 Sn、Pb，最外层电子数均为4个，易形成共价化合物。
1．碳族元素性质的递变规律
元素性质 碳(C) 硅(Si) 锗(Ge) 锡(Sn) 铅（Pb）
主要化合价 +2、+4 +4（只有+4） +2、+4 +2、+4 +2、+4
单质色、态 无色或黑色固体 灰黑色固体 灰白色固体 银白色固体 蓝白色固体
氢化物RH4的稳定性
主要氧化物 CO、CO2 SiO2 GeO、GeO2 SnO、SnO2 Pb、PbO2
最高价氧化物的水化物 化学式 H2CO3 H2SiO3 H4SiO4 Ge(OH)4 Sn(OH)4 Pb(OH)4
酸碱性 酸性递减 碱性递增（多数有两性）
金属性、非金属性 非金属性递减、金属性递增
2．碳的化学性质
碳在常温下性质比较稳定，很难被氧化，但在点燃或加热的条件下也能跟其它物质发生化学反应。
①还原性：_________________________________________
②可燃性: __________________________________________
③氧化性：__________________________________________
3．一氧化碳和二氧化碳的比较
（1）一氧化碳
物理性质
五色无味气体，剧毒(结合血红蛋白)，难溶于水
化学性质
①可燃性
②还原性(与Fe3O4、CuO、H2O的反应)
③不成盐氧化物
实验室制法
收集方法:排水法
检验方法:点燃后在火焰上方罩上干燥的烧杯，无水雾出现，罩沾有澄清的石灰水的烧杯，出现浑浊
工业制法主要用途:燃料、还原剂、化工原料
（2）二氧化碳
二氧化碳物理性质：无色略带酸味气体，无毒，能溶于水(1:1)固体时俗称干冰
化学性质
①不能燃烧，一般情况下不助燃；
②氧化性(与C、Mg的反应)
③酸性氧化物(与碱及碱性氧化物的反应)
④与盐[Ca(ClO)2、Na2SiO3、NaAlO2、 C6H5ONa]
收集方法：向上排空气法
体验：使澄清的石灰水变浑浊煅烧石灰石：CaCO3=CaO+CO2↑
用途：灭火剂、致冷剂、人工降雨、制纯碱、尿素等作用
4．硅及化合物
(1)硅
①晶体结构：与金刚石的晶体结构类似，是正四面体型空间网状结构的原子晶体。
②物理性质：硬度大、熔点高，具有金属光泽，是一种半导体，只能以化合态存在于自然界。
③化学性质：不活泼。注意下列化学反应的条件，前三者常温反应，后四者需加热。
第三个化学反应方程式说明NaOH等碱性溶液不使用玻璃塞的试剂瓶。
第四个化学方程式说明氢氟酸能用玻璃试剂瓶，而应用塑料瓶。
(3)硅酸
①制法：用可溶性硅酸盐与酸反应制取：
(思考，上述反应说明硅酸的酸性比碳酸的酸性强这是为什么 )
②化学性质
常温可与F2 、HF 、NaOH 反应，加热条件下可与O2、H2 HNO3 Cl2 等物质反应
（2）二氧化硅
结构
化学性质：酸性氧化物（与碱性氧化物反应、碱反应），特殊反应（HF ）,与碳反应
（3）硅酸
制法
化学性质
课堂之外
硅的制取 ： 在半导体及集成电路的发展史上，硅是极其重要的角色，因此研究计算机的地方称为硅谷，集成电路需要超纯度的硅，它是怎样产生的呢
SiO2+2C?Si+2CO↑
主要副反应为：SiO2+3C?SiC+2CO↑
因此生产的粗硅所含的杂质有C、SiO2、SiC等，它们都是高熔沸点物质。为了提纯硅采用下列方法：
SiCl4的沸点很低，可以采用蒸馏的方法反复提纯，直所需的纯度。
2.铅的化合物与铅污染
铅的应用很广，如铅蓄电池、汽油抗爆震的添加剂四乙基铅[Pb(C2H5)]等，古代也有人用铅制成器皿，但铅是有毒的，古罗马帝国时兴用铅皿煮酒以消除酸味：
Pb+ 2CH3COOH＝(CH3COO)2Pb+H2↑
(醋酸) 铅糖
但由于铅糖是有毒的，不少的人因此而中毒。现代铅污染主要来源于汽车的尾气，环保部门已在很多城市禁止使用含铅汽油。
考题解析
例下列关于硅的说法不正确的是 ( )
A．硅是非金属元素，但它的单质是灰黑色有金属光泽的固体
D．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半导体材料
C硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．当加热到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应
[解析] 常温下，硅可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热和高温条件下，硅能与氧气、氢气起反应。选C。
[答案] C
例 下列关于碳族元素的说法中，错误的是( )
A．它们从上到下的非金属性向金属性递变的趋势比卤族元素明显
B．碳族元素的气态氢化物的稳定性从上到下逐渐减弱
C．碳族元素原子的最外层都有4个电子
D．主要化合价有+2价和+4价，大多数+2价化合物稳定
[解析] 由碳族元素主要化合价及有关物质性质递变规律,
A、B、C说法正确，D不正确。因为C、Si、Ge、 Sn的+4价化合物都是稳定的，而只有铅的+2价化合物是稳定的。
[答案] D
素质培养训练
一、选择题(每小题有1—2个选项符合题意)
1．在下列反应里，氧化剂和还原剂的物质的量之比与质量之比不一致的是 ( )
A．C12+H2O=HClO+HCI
B．3NO2+H2O=2HNO3+NO
C．SiO2+3C ?C+2CO
D．Si+O2 ?2SiO2
2．实验室存放下列各试剂的瓶塞必须用橡皮塞的是( )
A．氢氧化钾溶液 B．硫酸溶液
C．新制氯水 D．氯化钙溶液
3．据统计数字表明，全球气候逐年变暖，其后果是气候异 常、生态平衡被打破、海平面升高等，造成这种变化的“罪魁”是 ( )
A．SO3 B．CO2 C．CO D．Cl2
4．将4.14gPb充分氧化，得到氧化物的质量为4.46g，则生成的氧化物化学式为 ( )
A．PbO2 B．Pb3O4 C．PbO D．Pb2O5
5．(全国高考题)最近科学家制得一种新的分子，它具有空心的类似足球状的结构，化学式为C60。下列说法中不正确的量 ( )
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是一种新的碳单质
D．C60的相对分子质量为720
6．常温下，下列物质中能与二氧化硅起化学反应的是( )
①浓硝酸、②水、③王水、④氢氟酸、⑤氢氧化钾溶液
A．①② B．②④ C．④⑤ D．③④
7．某元素位于周期表中的IVA族，它是良好的半导体材料，其金属性比非金属性强，所以通常认为它是金屑，此元素可能是 ( )
A．Si B．Ge C．Sn D．Pb
二、填空题
8．检验石灰石里是否含有石灰石和石英的方法是：取少许试样，加入过量的___________，有__________现象说明石灰石里含有__________，充分振荡后过滤，有滤渣存在说明含__________。
9．在元素周期表中，位于第三周期第1VA族元素A的原子结构示意图是__________。元素A的最高价氧化物的化学式是__________。元素A的气态氢化物的稳定性比它上一周期同族元素E的气态氢化物________。与A相邻的同一周期的C、J两元素分别是__________和__________。A、E、C、J四种元素最高价氧化物对应水化物的化学式分别为__________、__________、__________和__________在这四种物质中，__________的酸性最弱，__________的酸性最强。
10．将5g含有SiO2的石灰石与267mL0.5mol／L的盐酸反应，所得CO2在标准状况下的体积为1064mL。
(1)中和剩余的盐酸，需1mol／L NaOH溶液__________mL。
(2)煅烧1t这种不纯的石灰石，最后残留物质量为杂质的粗硅。将粗硅在高温下跟氯气反应生成四氯化硅，SiCl4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标出上述反应中的氧化剂、还原剂，画出电子转移的方向和总数。
____________________________________
_____________________________________
______________________________________。
10．阅读下列材料，回答有关的问题。
锡、铅两种元素的主要化合价是+2价和+4价，其中+2价锡元素和+4价铅元素的化合物均是不稳定的，+2价锡离子有强还原性，+4价铅元素的化合物有强氧化性。例如Sn2+还原性比Fe2+还原性强,PbO2的氧化性比C12氧化性强。
(1)写出下列反应的化学方程式：
①氯气跟锡共热：____________________；
②氯气跟铅共热：____________________；
③二氧化铅跟浓盐酸共热：______________________________。
(2)能说明Sn2+还原性比Fe2+还原性强的离子方程式为_____________________________。
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