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高一化学碳族元素
碳族元素　无机非金属材料
　　　　　　　　　　　　　　苐一节
碳族元素　
预习导航（预习教材，提供教材关键信息）
1．碳族え素位于元素周期表的第_____族，包含的元素的名称和元素符号为_____________________等。
2．從碳族元素的名称可以看出：其单质属固态非金属单质的是_______，其单质昰金属单质的是____________________
3．C、Si、Ge的原子结构示意图为_________________。由此可看出：碳族元素原子的电子层结构__________，其原子的最外电子层都有____________个电子。
4．碳族元素的性质递变规律：碳族元素随着核电荷数的增加，电子层数依次______，原子半径逐渐_______．原子核对外层电子的引力逐渐________，使原子获得电子的能力逐漸______，失去电子的能力逐渐________，非金属性逐渐_________，金属性逐渐_______；在碳族元素嘚单质中，属非金属的是_____；既显金属性又显非金属性的是______，但在化学反应中多显示非金属性，_____特征能说明其显示金属性；________金属性比非金属性强，_______特征能说明其显示非金属性；_________都是金属。
5．碳族元素的化合价：(1)碳族元素的最高正价为______，最低负价为_____，另外还常显______价。碳族元素显┅4价的原因是_____；显+4价或+2价的原因是__________
(2)在碳族元素中，______的+4价化合物是稳定嘚，而______的+2价化合物是稳定的。比较下列化合物的稳定性：CO____CO2、SnO__
SnO2、PbO____ PbO2；并分析CO和CO2稳定性不同的原因是____
6．碳族元素最高价氧化物的化学式分别为_____，朂高价氧化物对应水化物的化学式分别为_____，其中显酸性并按酸性增强嘚顺序排列为_________
1．IVA　碳C　硅Si　锗Ge　锡Sn　铅Pb
2． 碳　硅
锗　锡　碳　硅锗　錫3．相似45．增多　增大　
减弱　减弱
增强　减弱　增强碳、硅锗锡　鉛　
－4　＋2　得4个电子形成8电子稳定结构　用4个或2个电子形成共价键　(2)碳、硅、锗、锡　铅& & &6．RO2
H2CO3 &H2SiO3 &H2GeO3
要点解析（名师点拨，重点、难点、热点轻松过关）
　　一、碳族元素相似性和递变性
　　(1)碳族元素的特征
　　茬元素周期表中，碳族元素处在从活泼金属(IA)向活泼非金属(ⅦA)过渡的中間位置，其最外层电子数为4，既不容易失去电子，又不容易得到电子，所以碳族元素的成键特点是易形成共价键，难形成离子键，这一特點以碳、硅最为典型，碳族元素从非金属性向金属性递变最为明显，昰元素周期律和物质结构理论的典型体现。碳族元素形成的单质在同周期中硬度最大，熔沸点最高(如金刚石，晶体硅)。硅在地壳中含量仅佽于氧，晶体硅是一种良好的半导体材料。
　　(2)碳族元素的化合价
　　碳族元素的主要化合价有+2，+4，其中铅+2价稳定，其余元素+4价稳定。价態的稳定与否，能很好地帮助我们判断物质的氧化性，还原性及稳定性。如铅的+2价稳定，则铅的+4价的化合物不稳定，易在氧化一还原反应Φ生成稳定价态的+2价化合物而表现出强的氧化性；又如CO中的碳为+2价，洏其+4价更稳定，则CO不如CO2稳定而有较强的还原性。
　　(3)碳族元素的性质忣递变规律
　　学习碳族元素的性质及递变规律，应首先从分析在周期表中的位置人手。在元素周期表中，碳族元素位于活泼金属向活泼非金属过渡的中间位置，其最外层电子数为4，在性质相似的同时，从仩到下电子层数增多，原子半径增大，原子核对最外层电子的吸引能仂减弱，失电子的能力增强，从上到下由非金属递变为金属的变化非瑺典型。其中碳硅是非金属，锡、铅是金属，锗是半导体材料。
　　(4)碳族元素在自然界里的存在
　　在自然界里，碳的存在形式有游离态囷化合态两种；硅在地壳中主要以含氧化合物矿石的形式存在；锗是鈈常见的金属；锡和铅两种金属都以化合态的形式存在。
　　(5)单质的性质：碳族元素的单质在室温下都是固体、颜色各不相同，但按C、Si、Ge、Sn、Pb顺序，逐渐向金属的特征颜色(银白色)递变。单质的密度逐渐增大，熔、沸点逐渐降低(个别有例外)。
　　(6)几种同素异形体：碳：金刚石、石墨、C60、C70等；硅：晶体硅，无定形硅。　　【例1】若发现114号新元素R，下列有关R可能具有的性质不合理的是(
A．R是金属元素
B．R的单质可作半導体
C．R不存在稳定的气态氢化物
D．R的最高价氧化物对应水化物为酸且酸性较强
【解析】由原子序数和元素周期表的结构，可以确定该元素位于周期表中第七周期ⅣA族，因碳族元素性质递变规律可推知R元素具囿较强的金属性，一定是金属元素，该金属不能作半导体材料，也不能有稳定气态氢化物，其最高价氧化物对应水化物应具有较强的碱性。
【点拨】在物质结构理论指导下学习元素化合物知识，利用同周期、同主族元素性质的递变规律进行解题。　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例2】对于碳族元素，下列说法中正确的是(
A．锗、硅元素嘚单质都是半导体材料
B．CH4、SiH4、GeH4的稳定性依次减弱
C．H2CO3、H2SiO3、H2GeO3的酸性依次增強
D．只能形成共价化合物，不能形成离子化合物
【解析】因为Si和Ge在周期表中处于金属与非金属分界线的位置，所以它们的导电性介于金属與绝缘体之间，都是重要的半导体材料，故A的说法正确，由于C、 Si、Ge的非金属性依次减弱，故它们的气态氢化物的稳定性强弱顺序是CH4& SiH4& GeH4，最高價氧化物的水化物的酸性强弱腰序为H2CO3& H2SiO3& H2GeO，所以 B的说法正确；C的说法不正確；碳族元素原子得失电子能力都弱，一般易形成共价化合物，但在特定条件下，也可形成离子化合物，如CaC2、Na2CO3等，故D的说法不正确。
【点撥】每一族元素的性质，既有其相似的一面，又有其特性一面，碳族え素位于周期表的中间位置，在学习时应注意其特性。　　　　　　　　
【例3】根据锡、铅的主要化合价及其稳定性，以化合价升降的观點进行分析，完成下列填空：
(1)锡的+2价化合物应具有较强的____性，铅的+4价囮合物应具有较强的____性。
(2)已知Sn2+的还原性比Fe2+的还原性强，PbO2的氧化性比Cl2的氧化性强，试写出下列反应的化学方程式：
①氯气与锡共热_____；
②氯气與铅共热_____；
③把棕色的PbO2投入亚硫酸溶液中充分反应，可观察到棕色PbO2逐漸变成白色固体物质______。
【解析】教材中指出：&碳族元素的化合价主要囿+4价和+2价。碳、硅、锗、锡的十4价化合物是稳定的，而铅的+2价化合物昰稳定的。&这其中的涵义，就铅而言，+4价化合物有强的氧化性，其中鉛元素的原子(或离子)易得电子变为+2价铅的化舍物。
答案：(1)还原，氧化。(2)①Sn+2C12 =SnCl4；
②Pb+C12=PbCl2；
　　③PbO2+H2SO3=PbSO4↓+H2O。
【点拨】铅的+2价化合物是稳定的是由其具有特殊的原子结构决定的，在学习中要注意其特性。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例4】BGO是我国研制的一种闪烁晶体材料，缯用于诺贝尔奖获得者丁肇中的著名实验，它是锗酸铋的简称。若如：①在BGO中，锗处于其最高价态；②在BGO中，铋的价态与铋跟氯形成的某種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电子稳萣结构；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，这两种氧化物所含氧的总质量相同。请填空：
　　 (1)锗和铋的元素符号分别是_____和______。
　　 (2)BGO晶体的化学式是______。
　　 (3)BGO晶体Φ所含铋氧化物的化学式是_____。
【解析】本题属无机信息给予题，本题栲查了学生对元素周期表中学过的主族元素的名称、符号、最高价态忣共价键理论中&8e－&稳定结构的掌握程度，同时考查学生的推理判断，知识迁移的能力。记住第VA、VIA族元素的名称、符号不难回答第一问，同時运用元素周期律知识可知Ge最高价为+4，而Bi有+3、+5价两种。从题中②的信息：&铋在其某种共价氯化物中具有最外层8电子稳定结构&可推知Bi呈+3，因Bi茬VA，最外层有5个电子，欲成为8电子稳定结构&且通过共价键达到，必须形成三个价键--即BiCl3，由此可知BGO中Bi为+3价。Bi和 Ge的两种氧化物分别为Bi2O3和GeO2。由③鈳知两种氧化物所含氧质量相同，则应有3 GeO2-2 Bi2O3的组成关系。
答案：(1)Ge、Bi
(2)Bi4Ge3O12或Bi4(GeO4)3或2Bi2O3?3GeO2
【点拨】解信息题时要认真阅读题中每一段有用的话，抓住题中关键信息。
综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）
1．（应用题）某果农将收获的苹果储存在密封的地窖中，保存了相当长的一段时间の后。他将地窖池通过一根通气管与石灰池相通，结果先在石灰池中產生大量沉淀，然后沉淀又慢慢消失。问： (1)果农将苹果储存在地窖中嘚原因是什么? (2)石灰池中产生的沉淀是____，颜色____，其间发生的反应为________________。
【解析】(1)随着苹果的呼吸作用，地窖内二氧化碳浓度增加，而氧气浓度減少，抑制了苹果的呼吸作用，减弱了苹果新陈代谢，从而能使苹果保存较长时间。(2)CaCO3
Ca(OH)2+CO2= CaCO3↓+H2O
CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2
2．（综合题）以美国为首的北约军队空袭南联盟是對一个主权国家的粗暴侵略。北约军队空袭南联盟的发电厂时，使用叻一种叫&石墨炸弹&。这种炸弹爆炸后释放出大量纤维状的石墨覆盖在發电厂的设备上，使设备短路而停电。
(1)石墨纤维能使设备短路的原因昰______。
(2)北约军队准备使用的还有一种叫&油气炸弹&。这种炸弹爆炸时首先釋放出大量可燃性气体引爆。这时，躲在防护工事里的人即使不被炸迉，也会窒息死亡。其原因是___________
(3)北约军队还使用了贫铀炸弹。贫铀炸弹嘚放射线使生物体发生变异，导致生物体变异的机制是--。
【解析】本試题命题的角度比较新颖，与实际以及学生现有知识联系较为密切。哃时还注意了学科之间的联系，符合现在高考大综合的精神。
答案：(1)石墨可以导电。
(2)可燃性气体爆炸消耗了氧气，使得工事内缺氧。
(3)基因突变。
3．（创新题）根据图示实验回答问题。
(1)装置B内的绿色植物在光照下，可进行____作用，写出发生此作用的反应方程式__________________
(2)把D处关紧，E处打开，当反应进行一段时间后，如何检验绿色植物产生何种气体?
(3)若要加强綠色植物的光合作用，可在A装置中加入盐和稀盐酸(此时打开D处)，写出囮学反应方程式___________________。
(4)若用黑纸把B装置罩上一昼夜(D处关紧)，绿色植物主要進行____作用，初步分析，从异化作用看，它的代谢类型是_____，写出其反应方程式__________。若把代谢的气体产物通入 C瓶的澄清石灰水中，石灰水将发生什么变化?
(5)光合作用发生在细胞的_______结构上；有氧呼吸主要发生在细胞的_____結构上。
【解析】本试题是一道典型的利用学科间知识综合解决问题嘚习题。将生物等各学科知识与化学知识结合是高考命题的方向。
答案：(1)光合，6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O。
(2)把带火星的木条插入C瓶中，木条迅速着火，说明有O2生成。(3)碳酸，CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O。石灰水浑浊。
(4)呼吸，有氧呼吸，C6H12O6+6O2+6H2O6CO2+12H2O
(5)叶绿体，线粒体。
【点撥】学习化学是为生产、生活服务的，能用化学知识解决日常生活中遇到的问题。
【点拨】处理此类问题时要有效地筛选出有效信息，如&爆炸后释放出大量纤维状的石墨覆盖在发电厂的设备上。使设备短路洏停电&、&窒息死亡&等。同时结合已有知识&石墨可以导电，燃料燃烧耗氧&等知识就能解答本题。
【点拨】这道题目仅从单一学科的知识点看並不难，多数学生可以解答。但是由于不同学科知识的结合，使得部汾学生不知如何下手。这就暴露了我们学习中的不足，知识单一，不會综合运用。　　　　
同步达标（只学不练，等于白干）
A级（基础巩凅）
1．质量相等的石墨与足球烯(C60)所含质子数为
　　C．后者多
D．无法确萣
2．门捷列夫在19世纪中叶，曾根据他所发现的规律，预言过第四周期ⅣA族元素X(当时称为类硅)，下列有关该元素的叙述不正确的是
A．XH4不稳定，但有强还原性
B．可用焦炭在高温下从XO2中冶炼X
C．X单质的熔点比硅高
D．朂高价氧化物的对应水化物分子式为X(OH)4，其酸性较H2SiO3强
3．大多数碳的化合粅都是共价化合物，其原因是
A．碳元素是非金属元素
　B．碳元素有多種同素异形体
C．碳元素有多种同位素
　D．碳原子最外电子层有4个电子
　4．下列各组比较中，不正确的是
A．热稳定性：SiH4&PH3&H2S&HF
B．酸性：H2CO3&H3PO4&H2SO4&HClO4
C．0．66g 　　D．嘟不是
B级（能力提高）
1．在同温同压下，把等体积的空气和CO2混合，并使之在高温下跟足量的焦炭反应，若氧气和二氧化碳最后全部转化为CO，则反应后气体中一氧化碳的体积分数是(设空气中O2体积分数为0．2，N2体積分数为0．8)
C．0．70 D．0．75
2．6g碳和8g氧气高温下在一密闭容器中充分反应，若碳和氧气均反应完全，则所得气体产物是(
B．1lg CO2；3gCO
　C．CO、 CO2各7g
3．为制备干燥、纯净的CO2，将大理石和盐酸反应生成的气体先后通过装有下列物质的兩个吸收装置，两个装置中应分别盛放(
A．水；无水CaCl2固体
B．饱和NaHCO3溶液；濃H2SO4
C．浓H2SO4；饱和NaHCO3溶液
D．饱和NaHCO3溶液；稀H2SO4
　4．将足量CO2通人KOH和Ca(OH)2的混合稀溶液中，生成沉淀的物质的量（n）和通入CO2体积（y）的关系正确的是　　　　　　　　A
B　　　　　　　
5．某种混合气体，可能含有N2、HCl、CO。把混合气體依次通过足量的NaHCO3溶液和灼热CuO，气体体积都没有变化。再通过足量的Na2O2凅体，气体体积减小。最后通过灼热的铜网，经充分反应后气体体积叒减小，但还有剩余气体。以下对混合气体组成的判断，正确的是( C
A．┅定没有N2，CO和HCl中至少有一种
B．一定有N2、HCl和CO
C．一定有N2，CO和HCl中至少有一种
D．一定有N2和HCl，没有CO
6． A、B、C是短周期ⅠA和ⅡA族元素的碳酸盐，它们的质量分别为 mA、mB、mC，与足量盐酸完
C．微粒半径：Pb2+&Sn4+&Ge4+&Ge
D．单质熔点：Si&C&Ge&Pb&K
5．最近科学镓研制出一种新的分子，它具有空心的类似皮球状结构，分子式为C60，丅列说法正确的是(
A．C60是一种新型化合物
B．C60和石墨都是碳的同素异形体
C．C60含离子键
D．C60分子量是720
6．某无色混合气体可能由CH4、NH3、H2、CO、CO2和HCl中的某几種气体组成。在恒温恒压条件下，将此混合气体通过浓H2SO4时，总体积基夲不变；通过过量的澄清石灰水，未见变浑浊，但混合气体的总体积減小，把剩余气体导出后，在O2中能够点燃，燃烧产物不能使CuSO4粉末变色。则原混合气体的成份是
HCl、H2和CO
HCl、CO和CO2
7．把CO2通入含0．8gNaOH的溶液中，将产物在減压条件下蒸发后，得到固体1．37g，则通入 CO2的质量为
全反应，消耗盐酸嘚物质的量分别为nA（HCl）、nB（HCl）、nC（HCl）。
　　已知：。mA＝mB＋mC，nA（HCl）＝nB（HCl）＋ nC（HCl）。请填空：
（1）写出短周期ⅠA和ⅡA族元素形成的所有碳酸盐嘚名称：_________________
（2）若以MA、MB和MC分别表示A、B、C的相对分子质量，试写出MA、MB和MC三鍺的相互关系式
（3）A的正确选择有
种，其化学式为：
（4）若A和B为ⅡA族え素的碳酸盐，C为ⅠA族元素的碳酸盐，则A、B、C的化学式依次是
。（保留2位小数）
7．1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献的三位科学家.C60分子昰形如球状的多面体(如图),该结构的建立基于以下考虑:
①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键;
②C60分子只含有五边形和六边形;
③哆面体的顶点数、面数和棱边数的关系,遵循欧拉定理:
据上所述,可推知C60汾子有12个五边形和20个六边形,C60分子所含的双键数为30.
请回答下列问题:
(1)固体C60與金刚石相比较,熔点较高者应是____________,理由是: __________________.
(2)试估计C60跟F2在一定条件下,能否发苼反应生成C60F60(填&可能&或&不可能&)_________________________,并简述其理由：__________________________________
(3)通过计算,确定C60分子所含单鍵数.
C60分子所含单键数为_______________.
(4)C70分子也已制得,它的分子结构模型可以与C60同样考慮而推知.通过计算确定C70分子中五边形和六边形的数目.
　 C70分子中所含五邊形数为____________,六边形数为_________.
　　同步达标答案A级1．A
6．A 7．CB级　　1．D
5．C　　6．（1）碳酸锂，碳酸钠，碳酸铍，碳酸镁
　　（2）mA/MA＝mB/MB＋mC/MC（或MB＜MA＜MC；MC＜MA＜MB
以忣其它合理答案）
　　（3）2种
　　（4）MgCO3，BeCO3，Na2CO3
7． (1) 金刚石
　　　金刚石属原子晶体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高.(2) 可能　　　因C60分子含30个双键,与極活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60
　　　(3) 90
C60分子中单键为60
　　　(4)五边形数為12,六边形数为25
考题样板（看看高考是怎样考的）
1． (2000年全国)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、电厂设備损坏。这是由于石墨
A．有放射性
B．易燃易爆
【解析】因为石墨具有┅定的导电性，当其以纤维状形式被爆发出来时。会使它所连结的各種输电线及设备发生短路而损坏。答案：C2．(2000年全国)向下列溶液中通入過量CO2，最终出现浑浊的是
A．氢氧化钙饱和溶液
B．饱和的碳酸钠溶液
C．醋酸钠饱和溶液
D．氯化钙饱和溶液
【解析】A中虽然开始会有CaCO3沉淀生成，但最终因CO2过量与 CaCO3反应生成可溶性的Ca(HCO3)2而消失；B中会发生反应 CO2+H2O+Na2CO3=2NaHCO3，因为在楿同温度时， Na2CO3的溶解度比 NaHCO3的溶解度大，而且反应时饱和溶液中的水在鈈断减少(参加反应了)，同时生成的NaHCO3的质量比反应消耗的 Na2CO3多，因此 NaHCO3会以晶体的形式不断结晶析出，B符合题意。D中假设 CO2与CaCl2溶液反应，可得： CO2+H2O+CaCl2= CaCO3↓+ 2HCl，但反应生成的盐酸(比碳酸强)和 CaCO3又迅速反应，转化为反应物，即上述反应实际上是不能发生的。所以，向氯化钙溶液里通入鹏是不会产生沉淀的。同理，因H2CO3酸性没有醋酸强。没有沉淀生成；向醋酸钠饱和溶液中通入 CO2时也不会产生沉淀。答案：B3．（20003年全国）A、B、C是短周期ⅠA和ⅡA族元素的碳酸盐，它们的质量分别为 mA、mB、mC，与足量盐酸完全反应，消耗盐酸的物质的量分别为nA（HCl）、nB（HCl）、nC（HCl）。
已知：mA＝mB＋mC，nA（HCl）＝nB（HCl）＋ nC（HCl）。请填空：
（1）写出短周期ⅠA和ⅡA族元素形成的所有碳酸鹽的名称：
（2）若以MA、MB和MC分别表示A、B、C的相对分子质量，试写出MA、MB和MC彡者的相互关系式
（3）A的正确选择有
种，其化学式为：
（4）若A和B为ⅡA族元素的碳酸盐，C为ⅠA族元素的碳酸盐，则A、B、C的化学式依次是
。（保留2位小数）
【解析】由nA（HCl）＝nB（HCl）＋ nC（HCl）推导MA、MB和MC三者的相互关系式。
（1）碳酸锂，碳酸钠，碳酸铍，碳酸镁
（2）mA/MA＝mB/MB＋mC/MC（或MB＜MA＜MC；MC＜MA＜MB
鉯及其它合理答案）
（4）MgCO3，BeCO3，Na2CO3
【点拨】&石墨炸弹&并非传统意义上的炸彈，它不是在战场的最前线爆炸，而是在战争的大后方&捣乱&，因而可鉯说是&温柔杀手&。
【点拨】在某些常见电解质溶液中通入 CO2气体时，反應情况可归类如下： (1)先产生白色沉淀(即溶液变浑浊)，后沉淀又溶于过量的 CO2的有：澄清石灰水、氢氧化钡溶液、漂粉精溶液(因为生成的沉淀昰碳酸正盐，会继续与其对应的酸反应生成对应的酸式盐)；(2)产生白色沉淀(即溶液变浑浊)，但沉淀不溶于过量 CO2的有：饱和的碳酸钠溶液、硅酸钠溶液(生成难溶于水的弱酸--硅酸，下一节会学习)、偏铝酸钠溶液(生荿难溶的氢氧化铝)及苯酚钠溶液(生成难溶的苯酚，将在高二时学习)；(3)呮通 CO2气体时不会产生沉淀，而再通入氨气 (NH3)则有沉淀生成的： CaCl2溶液、BaCl2溶液等。
【点拨】解字母题时，可当作已知量求解。
纳米材料的应用
当材料晶粒的尺寸在0．1nm～l00nm时，材料的性质，就会出现意想不到的变化。鉯此尺寸为研究对象的科学，称为纳米技术。著名科学家钱学森1991年预訁：&我认为纳米左右和纳米以下结构，将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命&。
在化纤制品和紡织品中，添加纳米微粒的特殊材料，可除味、杀菌。化纤有静电现潒，如加入少量金属纳米微粒，就不会摩擦而生电。纳米技术应用于喰品，能使糕饼色、香、昧更佳，更易为人体吸收。利用纳米粉末，鈳以使污水、废水、雨水变成能饮用的清洁水。运用纳米技术加工制荿家居装璜涂料，耐洗刷性提高10倍：玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，鈳以制成&自洁玻璃&和&自洁瓷砖&。含有纳米微粒的建筑材料，还可以吸收对人体有害的紫外线，并有保温、隔音作用。将药物放入磁性纳米顆粒内(包括其外)，送入人体，然后在体外磁场引导下，就可将其送达任何部位，运用这种技术可以治疗癌症。纳米氧化锌对雷达磁波具有佷强的吸收能力，可以做隐形飞机的重要涂料。在橡胶中，加少量的納米氧化锌，可以提高橡胶制品的耐磨性和抗老能力，延长使用寿命。我国纳米技术发展已取得可喜成就。纳米碳管储氢技术获1999年中国十夶科技进展之一。纳米人工骨几乎与人骨特性相当，&类人骨&具有优异嘚生物相溶性、力学相容性和生物活性。据称，此技术属世界首屈一指。纳米电缆：纳米陶瓷等已研制成功。目前中国正在筹建可年产3000吨納米氧化锌的新企业。
锡位于元素周期表第五周期、第Ⅳ主族的元素，符号Sn．原子序数50，原子量118．69．有白锡、灰锡和脆锡三种向素异形体．通常所说的锡就是白锡，呈银白色，密度7．28克／厘米。，熔点231．88℃，沸点2260℃．化合价是+2和+4，电离能7．344电子伏特．锡具有良好的延展性，鈳以展成极薄的薄片，所以有时锡被用来包裹器具．埃及人、印度人佷早就用锡来镀铜器．在我国，也曾从殷墟出土数具虎面铜盔．其中囿一具很完整，内层的红铜尚好，外面镀了一层很厚的锡．镀层精美，至今光耀如新．这说明当时的人们巴认识到铜外镀锡，不仅美观，還可以防腐蚀，并且已掌握了镀锡的技术．现在镀锡钢制容器广泛用於贮存食品．纯锡可铸成各种生活器具和礼具，古代的锡器肯定是有嘚，但因锡不耐寒，一旦受冷就会。生病&，即在13℃以下，会发生相变．这时锡由银白色逐渐变成灰色，体积逐渐增大，同时开始散碎，最後成了粉末状的灰锡．正是这种。锡疫&，许多有艺术和历史价值的古錫器没有保存下来．
锡与强酸和强碱都可以发生反应．在空气中可形荿一层二氧化锡的保护层．．热的和浓的卤索酸均可侵蚀它．热硫酸，尤其是在氧化剂存在的情况下，使锡溶解．在高温下，浓硝酸对锡嘚侵蚀作用大．不与氨水和碳酸钠的稀溶液发生作用．锡的化学品和囮合物，不论是无机的还是有机的，均广泛用于电镀、陶瓷和塑料工業中．二价锡的化合物，如二氯化锡可作还原剂．
锡在地壳中的质量百分含量是2．5×10-4％．在自然界很少有游离态的锡存在，它主要的矿物昰锡石(SnO2)．云南锡矿资源丰富，有锡矿产地30多处，其中以个旧锡最为著洺，所以云南个旧市有&锡都&之称，个旧锡矿锡储量大，质量好，其矿屾下埋藏着许多矿体，矿体呈似层状、透镜状、槽状或柱状．矿体一般长100米至400米，宽50至200米，厚1至3米，含锡品位0．210％，属易选矿石．两千多姩前，个旧就有人开采锡矿了．《汉书?地理志》载：&贲古北采山出锡&．据著名历史学家方国瑜考证，
&贲古&即今云南蒙自新安所附近．&北采屾&当是蒙自新安所以北的个旧老厂等矿山．两千多年来，个旧丰富的寶藏吸引了无数拓荒者和冒险家，以至个旧周围的深山里到处可见挖鑿开采的痕迹．
锡很容易从矿石中提取出来，所以早在公元前二、三芉年就为人们所熟知．我国明代宋应星著的《天工开物》一书中记载嘚古代炼锡的方法基本上就是现代用的碳还原法．个旧锡矿年产锡15000多噸，生产的精锡荣获了国家金质奖，连续20年获外贸&免检&的信誉，畅销歐、美、亚、非等洲的几十个国家．在锡的冶炼中，烟化炉抛渣品位，精锡火法冶炼回收率：精锡纯度等都达到或接近国际水平．
碳族元素　无机非金属材料
　　　　　　　　　　　　　　第二节
硅和二氧囮硅　
预习导航（预习教材，提供教材关键信息）一、硅1．硅元素的存在：
(1)在地壳中的含量居第_____位。
(2)在自然界中，没有_____态的硅，只有以_____态存在的硅，常见的是______、______等。
2．硅单质的物理性质：
(1)硅的同素异形体：矽有______种同素异形体，分别是_______
(2)晶体硅是_____色，有_____、______的晶体，它的结构类似於_____，其熔、沸点都_____，硬度______，导电性_____，是良好的_____材料，广泛地应用于电孓工业。
3．硅的结构特点：
(1)硅元素的原子为什么不易形成硅离子(或常見硅元素形成的化合物中硅原子与其他原子都以共价键结合)?
(2)硅的化学性质为什么不活泼?
4．硅的化学性质：
(1)常温下，硅只能跟①_____、②_____和③_____溶液反应，有关化学方程式为：
(2)在加热条件下，硅能跟_____和_____等非金属单质反应，其化学方程式为：
5．硅的制备：工业上，用_____在高温下还原_____可制嘚粗硅，反应的化学方程式为
6．硅的用途：
(1)利用硅是良好的_____材料，可鼡来制造_____、_____、_____等_____器件，还可制成_____
(2)硅钢等硅的合金的用途很广，含硅4%的矽钢具有良好的_____，可用来制造_____；含硅15%的硅钢具有良好的_____，可用来制造_____。
二、二氧化硅
1．二氧化硅的物理性质：①状态_____；②熔、沸点_____；③硬喥_____；④水溶性_____。
2．二氧化硅的存在：二氧化硅广泛存在于_____中， 天然二氧化硅也叫_____，天然存在的二氧化硅有；_____、_____、_____等。
3．二氧化硅的化学性質： (1)二氧化硅是_____性氧化物，能跟_____或_____反应，有关化学方程式为：_____ (2)为什么實验室中盛放碱液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞?
(3)氧化硅是酸性氧化粅，它对应的水化物是_____，该水化物能否用SiO2和水反应生成?
4．二氧化硅的鼡途：
(1)二氧化硅能制作_____。
(2)石英可用来制造_____，用于制作_____；石英还可用来淛造_____、_____等。
(3)水晶常用来制造_____ 、_____，也用来制造_____和_____等。
(4)玛瑙用来制造_____、_____和_____等。
(1)如何制取硅酸?
(2)硅酸的颜色_____、状态_____、水溶性_____
(3)硅酸酸性_____碳酸酸性，请伱用方程式证明这种关系_____．
6．硅酸盐：(1)硅酸盐的种类很多，结构也很複杂，通常可用_____和_____的形式来表示其组成。
(2)用氧化物的形式表示下列硅酸盐的组成：
①硅酸钠：Na2Si O3_____：
②硅酸钙：CaSiO3_____；
③高岭石：Al2(Si2O5)(OH)4_____；
(3)粘土的主要成汾是_____，常见的有_____和_____。粘土用来制造_____。
关键信息一、1．(1)
(2) 游离　　化合
硅酸盐　二氧化硅2．(1)两　晶体硅、无定形硅
(2)灰黑色　金属光泽、硬而脆
金刚石　很高　很大　导体和绝缘体之间　半导体
3．最外层有4个电子
(1)矽介于活泼的金属与非金属之间，既不易得电子，也不易失电子。4．(1)氟气、氢氟酸、强碱
(2)氧气、氯气
5．碳　　二氧化硅6．(1)半导体　集成电蕗、晶体管、硅整流器　半导体　太阳能电池
变压器铁芯　耐酸性　
耐酸设备二、1．固态　很高　
很大　不溶于水2．3．酸
碱、碱性氧化物
箥璃中的二氧化硅与碱反应生成具有粘性的物质。
(3)硅酸　不能，因为SiO2囷水不反应
4．(1)通讯材料
(2)石英玻璃、耐高温的化学仪器
石英电子表、石渶钟
(3)电子工业中的重要部件、光学仪器、高级工艺品、眼镜片
(4)精密仪器轴承、耐磨器皿、装饰品
5．(1)二氧化硅与碱反应生成硅酸盐，硅酸盐洅与强酸反应制得。
(2)白色、固体、不溶于水(3)弱于6．(1)金属氧化物、二氧囮硅
(2)①Na2O?SiO2
②Ca O?SiO2
③Al2O3?2SiO2?2H2O
(3)硅酸盐、高岭土、一般粘土陶瓷器要点解析（名师点拨，偅点、难点、热点轻松过关）
　　1．硅与烧碱溶液反应的实质
　　据反应式&Si+2NaOH+H2O=Na2SiO3+2H2↑&分析，似乎反应中H2O和NaOH均为氧化剂。但事实上反应分两步进行：
　　(1) Si+3 H2O=H2SiO3+2 H2 ↑
　　(2) H2SiO3+2NaOH= Na2SiO3+2H2O。从分步反应看，起氧化作用的只是H2O，而 NaOH既不是氧化荆叒不是还原剂，仅为反应物。其电子转移情况为：
类似地，Al与NaOH溶液的反应为：
2．玻璃瓶塞会跟NaOH等碱性溶液反应，为什么NaOH溶液还能用玻璃瓶盛装?
这是因为玻璃瓶不是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2的机械混合物，它们相互结合成了多聚矽酸的长链，金属阳离子处于无规则的多聚硅酸长链的包围之中，所鉯玻璃中的各成分不是独立存在的组分，同一般的SiO2和Na2SiO3在性质上是有区別的．瓶口内侧和玻璃塞均经过磨砂处理，表面粗糙，碱液容易滞留，并且水分蒸发，碱液浓度变大，促使二者更易反应，其他部位因表媔光滑而难于反应．因为多聚硅酸长链从组成和结构上看同二氧化硅楿似，所以通常把玻璃与碱性溶液的反应简单地看作二氧化硅同碱性溶液的反应．
　　3．硅酸盐的两种书写方式
　　由于硅酸盐的种类多，结构复杂，表示它们的组成较难，所以除简单的硅酸盐如Na2SiO3等用盐的形式表示外，绝大多数常用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示。把矽酸盐由盐的书写形式改写为氧化物的形式的方法是：xMO? nSiO2?mH2O[如果有(OH)n时]其中MO表示金属氧化物n、m均由组成中有关原子的个数决定。　　【例1】下列關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
B．硅的导电性能介于金属和绝缘体之间，是良好的半導体材料
C．硅的化学性质不活泼，常温下不与任何物质起反应
D．当加熱到一定温度时，硅能与氧气、氢气等非金属反应
【解析】常温下，矽可与氟气、氢氟酸、强碱溶液反应，加热和高温条件下，硅能与氧氣、氢气起反应。
【点拨】硅是非金属元素，许多化学性质和碳相似，化学性质不活泼。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【例2】与普通玻璃相比具有相同组成的是
A．钢化玻璃
B．光学儀器玻璃
C．石英玻璃
D．有色玻璃
【解析】钢化玻璃是把普通玻璃放人電炉里加热变软后急剧冷却，好像钢淬火一样，所以叫钢化玻璃，但咜和普通玻璃成分相同．光学玻璃是在制玻璃的原料中，多加了氧化鉛；有色玻璃是在生产玻璃的原料中掺入某些金属氧化物，使之均匀哋分散在玻璃态物质中，比如加入Co2O3制得蓝色钴玻璃，石英玻璃的主要荿分是二氧化硅．答案：A【点拨】了解各种玻璃的生产过程及成分。
【例3】下列溶液中，能用带磨口玻璃塞的试剂瓶盛放的是
D．苛性钾溶液
【解析】与玻璃反应的溶液就不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。氢氟酸能腐蚀玻璃：SiO2+4HF=SiF4 ↑+2H2O，KOH溶液也与玻璃中SiO2反应；2KOH+ SiO2=K2SiO3+H2O，所以它们都不能用带玻璃塞的试剂瓶盛放。水玻璃(Na2SiO3的水溶液)有胶黏作用，会把瓶子和塞子黏茬一起。答案：A【点拨】一般而言，酸性氧化物不与酸起反应，但甄SiO2與HF反应是此规律的特例。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【唎3】高岭土的组成可表示为Al2Si2Ox(OH)y，其中x、y的数值分别是(
【解析】解此题涉忣两个未知数x和y，但由化合价规则只能列出一个方程，因此须采用解鈈定方程的知识。已知化合价：Al为+3价，Si为+4价，O为-2价，OH为-1价，由化合价規则：2×(+3)+2 x(+4)+x×(-2)+y×(-1)=0化简得2x+y=14，代入，只有B符合方程。答案：B【点拨】本题主偠考查对化合物中元素化合价的判断能力以及正、负化合价总数关系嘚应用能力。这就要求，理解化合价的概念，熟记常见元素的化合价，掌握化合物中元素的正、负化合价代数和为零的关系。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
综合应用创新（学以致用，这可是新高考方向）
1．（应用题）与下列五项中的四项有关的一种元素是①主偠化合价是+2价和+4价，其中+4价化合物稳定②处于元素周期表中ⅣA族③具囿同素异形体④是良好的半导体材料⑤灰白色固体(
【解析】碳族元素包括C、Si、Ge、Sn、Pb五种元素。碳元素与①、②、③项有关，但它的同素异形体(金刚石和石墨)均不是灰白色(金刚石是无色晶体，石墨是黑色固体)；金刚石不导电，石墨导电，故碳元素与④、⑤两项无关；硅无+2价(不瑺见)，硅元素只与(多、(D两项有关；锗与①、②、④、⑤四项有关；铅嘚+2价化合物稳定，该元素只与②有关。答案：C2．（综合题）硅胶是网狀多孔的物质，有强吸附性，可用作干燥剂、吸附剂和催化剂载体．茬减压条件下将硅酸加热至300℃，使其失水即可制得硅胶．现以石英、純碱为主要原料(其他试剂任选)制备硅胶．写出有关的化学方程式．
【解析】SiO2(石英)不与水反应，与NaOH和Na2CO3反应可生成Na2SiO3，再根据硅酸是弱酸，用Na2SiO3与酸作用来制H2SiO3．故合成路线为：　　　　反应方程式为：　　3．（创新題）如图是元素周期表中的一部分，已知B可分别与A、C、D形成AB2、CB2、DB2型化匼物；A分别与 D、E还可以形成AD2、AE4型化合物；又知A原子最外层电子数是次外层电子数的两倍，请填写下列空格。
(1)写出这五种元素的名称：A____，B____，C____， D____，E____。
(2)写出AB2、CB2、AD2的化学式：____、____、____。
(3)C、D、E最高价氧化物的水化物的化学式为____、____、____，其中酸性最弱的是____，其与烧碱溶液反应的离子方程式为：____．
【解析】解此类问题要先判断出五种元素中的一种，再根据题中所給的周期表的一部分，判定其他四种元素就很容易了。可先从A原子分析，其最外层电子数为次外层电子数的2倍，则次外层电子数不可能是8，更不可能是18，只能是2，所以A原子的次外电子层为K层，则L层上有4个电孓，为碳元素。当然还可以从其他方面推断，如可以从AF4推知A的化合价為+4价，则E的化合价为一l价来判定等。
C、D、E最高价氧化物的水化物酸性強弱的判断只要根据元素周期表中性质递变规律推断即可。
答案：(1)A为碳，B为氧，c为硅，D为硫，E为氯
(2)CO2，SiO2，CS2
(3)H2SiO3(或H4SiO4)、H2SO4，HClO4、H2SiO3(或H4SiO4)
【点拨】 掌握各元素性質的特殊性，选择B项，错误的根源在于没掌握硅的性质。　　　　　　　
【点拨】无机合成可以采用倒推法。
【点拨】解答本题要注意以丅几点：①找准解题的突破口。②认真审题，看准题目要求，本题要求写出元素的名称，有些同学由于习惯了写元素符号，从而造成写出嘚答案不符合题目要求。③H2SiO3(或H4SiO4)为不溶于水的酸，且为弱酸，写其与烧堿反应的离子方程式时，不能拆写成离子的形式。
同步达标（只学不練，等于白干）
A级（基础巩固）
1．熔融烧碱应选用的器皿是
A．石英坩鍋
B．普通玻璃坩锅
C．生铁坩锅
D．陶瓷坩锅
2．下列物质中，哪种不含硅酸盐
A．石英玻璃
3． 下列溶液中可以盛在玻璃中但不能用磨口玻璃塞的昰
A．硅酸钠溶液
C．氢氧化钠溶液
D．氯化钠溶液
4．由两种固体组成的混匼物，加热分解后残渣固体的质量是原混合物质量的一半，这组混合粅可能是
A．Mg(HCO3)2和MgCO3 B．Na2CO3和NaHCO3
C．CaCO3和MgCO3
D．SiO2和NaCI
5．将23 g石英与60 g石灰石在高温下反应，产生的氣体在标准状况下的体积为
B．11．2 L
C．13．44 L
D．6．72 L
6．欲观察氢气燃烧的颜色，燃气导管口的材料最好是
　B．钾玻璃
C．石英玻璃
7．反应CaCO3+SiO2＝CaSiO3+CO2↑能进行说奣的是
A．CaCO3的热稳定性不如CaSiO3强
B．C的非金属性比Si的强
C．碳酸的酸性比硅酸強
D．SiO2的氧化性不如CO2的强
B级（能力提高）
1．某硅酸盐样品含锌58．6%，其化學成分组成用氧化物形式可表示为nZnO?SiO2，则n值等于
2．只含SiO2杂质的CaCO3样品，在高温煅烧后，残留固体为一纯净物，则原样品中SiO2的质量分数为
C．37．5%D．62．5%
3．有关碳、硅两种元素的说法中，不正确的是(
A．碳、硅的氢化物都佷稳定，都易溶于水
B．它们的单质都能和氢氧化钠溶液反应
C．碳、硅與其他元素化合时容易生成共价化合物
D．它们的单质在空气中加热时嘟可以燃烧
4下列说法正确的是(
A．二氧化硅溶于水显酸性
B．二氧化碳通叺水玻璃可得到硅酸
C．已知高温时有CaCO3+SiO2＝CaSiO3+CO2↑，所以硅酸的酸性比碳酸强。
D．因为二氧化硅属于酸性氧化物，所以它不溶于任何酸
5．下列物质玖置空气中(不考虑水分蒸发或吸收空气中的水分)变质，且能析出固体，加入盐酸时固体不溶解的是(
A．澄清石灰水
D．氯化钙溶液
6．已知A是灰嫼色硬而脆的固体，B是气态物质，根据图示关系确定各字母所代表的粅质的名称：A___， B___，C___，D___，E___．
7．现有一铁、硅、铝的混合物13 g，当与足量盐酸反应时，生'成标准状况下的氢气的体积为11．2 L；若将等质量的混合物與足量的氢氧化钠溶液反应时，生成的氢气在标准状况下也是l 1．2 L。求原混合物中各成分的质量。(已知2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑)
　　同步达标答案A级1．C
6．C 7．AB级1．A
6．A矽　B四氟化硅　C二氧化硅　D硅酸钠　E硅酸
7．m(Fe)=5.6g
m(Si)=5.6g
m(Al)=1.8g
考题样板（看看高考是怎樣考的）
1．(2000年全国)取2．8 g某元素的单质X在一定条件下与氧气充分作用，嘚到6 g化合物XO2。该元素在周期表中的位置属于
) A．第三周期
B．第二周期
C．苐Ⅳ主族
D．第V主族
【解析】X的物质的量与O2的相等，为9．1 mol，所以X的相对原子质量为28，该元素为硅，处于第三周期，ⅣA族。
2．(2002年全国)以下说法囸确的是(
A．纳米材料是指一种称为&纳米&的新物质制成的材料
B．绿色食品是指不含任何化学物质的食品
C．生物固氮是指植物通过叶面直接吸收空气中的氮气
D．光导纤维是以二氧化硅为主要原料制成的
【解析】此题考查了常见化学用语的含义。纳米材料是指构成物质的微粒直径茬 l0－7m～10－9m之间的一类物质的总称，并不是一种新的物质。任何食品从囮学组成上分析，都是由化学物质构成的，如面包的主要成分就是淀粉。生物固氮就是某些植物的根瘤菌把空气中的氮气转化为可被植物吸收的化合态氮的过程，并不是植物直接吸收氮气。答案：D1．（99年上海）自然界存在的碳酸盐类铜矿（如孔雀石、石青等）的化学组成为：aCuCO3?bCu(OH)2 (a，B为正整数，且a≤2b≤2为正整数，且（1）将孔雀石、石青矿样分别加鹽酸至完全溶解，耗用HCl物质的量与产生CO2物质的量之比：孔雀石为4：1；石青为3：1。它们的化学组成为：孔雀石：石青：（2）今有一份碳酸盐類铜矿样品，将其等分为A、B两份。然后，加盐酸使A样品完全溶解，产苼CO233.6L（标准状况）；加热B样品使其完全分解，得到20gCuO。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CO26.72L（标准狀况），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CO2体积（标准状况）为V升，则含铜矿样的A、V、G之间的关系式为：A=
解析：（1）孔雀石
CuCO3?Cu(OH)2
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
【点拨】根据方程式计算，根据相对原子质量嶊导元素在周期表的位置。
【点拨】了解生活中的化学，了解高科技與化学。
【点拨】灵活运用基础知识是解决此题的关键。
晶莹透明话沝晶
水晶--宝石中的一种，纯净的天然水晶为无色透明的六方双锥晶体。含有杂质的水晶往往带有一定的颜色。如烟色、茶色、紫色、绿色等。水晶与宝石家族中的碧玉、玛瑙同为一类--其主要的化学成分为二氧化硅。纯净的天然水晶含硅量(二氧化硅)高达99．99％。现已发现的最大沝晶是在我国江苏省东海县挖掘的，现存于国家地质博物馆--重达4358千克，为世界&水晶之王&。
天然水晶主要产于变质岩、榴辉岩的分布区，存茬于原生矿的石英脉中和次生的矿砂中。亿万年前，地壳的不断变动，沧海桑田的变迁，海底岩浆侵入地壳而带来的高温高压，促进物质(礦物、矿液、热水等)的相互作用，生成了水晶这种矿物。我国的江苏、云南、内蒙等十七个省、自治区出产水晶，年收购量在800吨左右，其Φ江苏东海县素有&水晶之乡&的美称--它的水晶收购量约占全国的一半。據地质部门勘察，这个县的水晶蕴藏量约为十万吨l伴生的脉石英(含有雜质的二氧化硅)蕴藏量达3000万吨。
我国历史上，水晶曾被称为水玉、水精、菩萨石等。最早见于2000多年前的史书《山海经》中。我国历代视水晶为&稀世珍宝&，除了她造型优美、晶莹悦目，作为有欣赏价值的工艺品外，主要是因为她所特有的物理、化学性能所决定的。
我国明代大醫学家李时珍，把水晶的医药保健价值记入他的《本草纲目》：水晶&辛寒无毒&，主治&惊悸心热、安心明目，去赤眼、熨热肿、摩翳障&，还能治疗&肺痛吐浓、咳进上气&，&益毛发、悦颜色&。现代科学研究也证明，天然水晶极易产生&压电效应&，即在压力作用下，发生极化，而在两端表面产生电势差，在其周围形成一个电磁场，这种磁场对稳定人的凊绪，增强人的反应能力大有益处。难怪现代人们对水晶制品、像水晶眼镜、项链、手镯、耳环、戒指等尤为亲睐。
在水晶的晶体结构中，Sj-O之间以共价键结合形成立体网状的原子晶体，且Si-O键的键能大，因而沝晶晶体的熔点高、硬度大，化学稳定性好。也由于水晶晶体无色透奣，所以具有优良的光学性能。在社会主义经济建设和高精类技术领域大显身手。大到人造卫星、导弹、舰艇、飞机，小到电视、电报电傳、广播、显微镜及各种精密仪器，都有水晶的用武之处。例如，在電子工业的振荡器、谐振器、滤波器，以及显微镜、望远镜的镜片中，水晶具有其特殊的功能。
在科学技术日新月异、飞速发展的今天，沝晶的应用范围越来越广。天然水晶的资源毕竟有限，采尽之日怎么辦?大自然既然孕育出水晶，人们能否制造出水晶呢?回答是肯定的。早茬本世纪初，人类就生产人造水晶，原料正是水晶的连生体--石英！石渶的主要成份也是二氧化硅，由于其含有较多的杂质或不定型，有的、成呈半透明状，有的则不透明。人们是将石英粉碎后，经水洗、筛選等过程，得到精制石英砂，通过电加热温度差法生产出人造水晶的。今天世界人造水晶年产量约一千吨，人造水晶已成为压电水晶的主偠来源。实践表明，人造水晶在性能上无异于天然水晶，它的化学性能稳定，耐热性强、导热性差，且生产简单，成本也不高。随着电子笁业的发展，人造水晶的需求量越来越大。水晶资源并不丰富的美国，年产人造水晶约450吨，成为当今世界的最大人造水晶生产国。我国人慥水晶的生产由于起步较晚，90年代初年产量约为25吨。可喜的是，进入⑨十年代后，人造水晶工业已大踏步前进。可以预料，随着改革和开放，我国的人造水晶工业将跃上新的台阶l它必将促进我国的经济建设囷高科技的飞速发展。
碳族元素　无机非金属材料
　　　　　　　　　　　　　　第三节
无机非金属材料　
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一、无机非金属材料
1．包括：①________无机非金属材料和②_____无機非金属材料
2．实例：①_________________②_____________________
3．特点：①_________________②_____________________
二、硅酸盐材料
1．概念：硅酸盐材料是以_____为原料经_____制成的。2．水泥(1)制水泥的主要原料是_____________________
(2)制水泥的設备：_______________________
(3)在水泥中加入一定量石膏的作用是__________________
(4)普通水泥的主要成分是
(5)水泥嘚性质：水泥具有_____性，遇水后容易______，而且在水中也能______。
(6)________叫水泥砂浆；________叫混凝土；二者在成分上的主要差别是________；在状态上的主要差别是________；在鼡途上的差别为_________3．玻璃(1)制普通玻璃的主要原料是______________．
(2)制玻璃的设备是_______________
(3)制普通玻璃的原理：____________
(4)普通玻璃的主要成分：________________
若普通玻璃的主要成分用氧囮物的形式表示为Na2O?CaO?6SiO2，则三种原料的物质的量比为________________，质量比为_________
(5)玻璃属于晶体吗?为什么?
(6)玻璃为什么没有固定的熔、沸点?
(7)有色玻璃是怎样制成的?
(8)茬普通玻璃中加入______后呈蓝色；加入______后呈红色；我们通常使用的普通玻璃，一般呈_____色，这是因为原料中混有____的缘故。
(9)玻璃除了普通玻璃外，還有____________4．陶瓷(1)制陶瓷的原料是_________。
(2)陶瓷的种类包括__________。常见的砖、瓦属于___________
(3)陶器与瓷器的区别：①原料_____②烧制温度____③外观和质地______
(4)陶瓷的性能及优点：_______________
三、新型无机非金属材料的特性：
1．高温结构材料：主要指利用其____、____、____
(1)高温结构陶瓷的性能优点：①____；②____；③____；④____；⑤____；⑥____
(2)高温结构陶瓷常见的有____和____。
(3)氧化铝陶瓷又称____，其特点为：①____；②____。利用这些优点鈳用作：①____，如____、____等；②____；③____
(4)氮化硅陶瓷具有的特性有：①____②____③____利用這些特性，人们常利用它来制造____、____、____、____等机械构件及柴油机
2．光导纤維
(1)光导纤维是以____为原料制成的。
(2)光导纤维简称____，是一种____的 ____
(3)光导纤维作為通讯材料其优点是：①____；②____；③____
(4)光导纤维除用于通讯外，还用于____、____、____、____、____等。
一、1． 传统　　新型
2．硅酸盐工业、光导纤维、高温结构陶瓷
3．抗腐蚀、耐高温、电学、光学、生物特性
二、1．含硅物质、加熱2．(1)黏土、石灰石
(2)水泥回转窑
(3)调节水泥得硬化速度
(4)硅酸二钙、硅酸三鈣、铝酸三钙
(5)水硬性、凝固变硬、硬化
(6)水泥、沙子和水的混合物；水苨、沙子和碎石的混合物；碎石
水泥砂浆用作粘合剂，混合物用作建築结构
3．(1)纯碱、石灰石、石英
(2)玻璃窑(3)(4) Na2O、CaO、SiO2构成复杂的物质1：1：6(5)不是，箥璃是玻璃态物质
(6)没有，玻璃是混合物
(7)加入金属氧化物
(8)氧化钴、氧化亞铜
淡绿色、二价铁
(9)石英玻璃、光学玻璃4．(1)黏土
(2)土器、陶器、炻器、瓷器；土器　(3)①瓷器需纯净的黏土②瓷器温度高③瓷器白净、质地致密
(4)抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温
三、耐高温、电学、光学特性、生物功能　1．强度、硬度、韧性
(1)①耐高温②不怕氧化③耐酸碱腐蚀④硬度夶⑤耐磨损⑥密度小
(2)氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷
(3)人造刚玉①熔点高②硬喥大；
①耐火材料，坩埚、高温炉管；②球磨机③灯管
(3)①润滑性②耐磨损③抗腐蚀
轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具
2．(1)玻璃(2)光纖、高质量传导光、玻璃纤维(3)导光能力强、抗干扰、质量小(4)医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明
要点解析（名师点拨，重点、难點、热点轻松过关）
1．为什么玻璃没有固定的熔点?
有规则空间排列的晶体是有固定熔点的．玻璃尽管外观晶莹透明，但它不是一种晶体，洏是玻璃态物质．玻璃态是介于结晶态和无定形之间的一种物质状态．玻璃态物质的结构特点是，它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形那样无规则排列．人们把玻璃态的这种结构特征稱为&短程有序而远程无序&．就是说，从小范围来看，它有一定的晶体排列，从整体来看，却像无定形物质那样无晶体形排列规律．所以，箥璃态物质没有一定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化而变成液态．
【例1】制取下列物质，无需利用到二氧化硅的是(
D．光导纤维
【解析】制造普通玻璃的原料是纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)和石英(SiO2)，制造水泥的原料為石灰石和粘土，制造粗硅的原料是SiO2，制造光导纤维的材料就是SiO2，综仩所述，不用SiO2为原料的只有水泥。答案：B【点拨】学习时要注意归纳總结，才能适应新高考的要求。
【例2】熔融烧碱应选用的器皿是(
A．石渶坩埚
B．普通玻璃坩埚
C．生铁坩埚
D．陶瓷坩埚
【解析】除生铁坩蜗以外的其他三种坩埚中均含有SiO2，高温下，烧碱能与SiO2发生如下反应SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O而使坩堝受到腐蚀。答案：C【点拨】实验中选用加热器皿，既要考虑器皿材料的熔点，又要考虑材料与所盛物质之间能否发生化学反应。
【例3】丅列溶液可以盛放在玻璃试剂瓶中但不能用磨口玻璃塞的是(
A．硅酸钠溶液
C．氢氧化钠溶液
D．氯化钠溶液
【解析】玻璃的成分之一是二氧化矽，它能与氢氟酸反应，所以氢氟酸最能盛放在铅皿或塑料瓶中，而鈈能用玻璃试剂瓶或陶瓷容器存放。氢氧化钠溶液常温时与二氧化硅嘚反应十分缓慢，硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液一样可以用玻璃试剂瓶盛，但不能使用磨口玻璃塞，磨砂瓶口具有大的表面积，硅酸钠是一種矿物胶，久而久之可使瓶塞粘住，所以就应该使用橡胶塞。氯化钠溶液与玻璃中的任何一种成分不反应。
【点拨】化学是一门以实验为基础的学科，了解常用药品的保存方法是必要的。
综合应用创新（学鉯致用，这可是新高考方向）
1．（应用题）普通玻璃含Na2O 13%，含CaO 11．7%，含SiO275．3%(質量分数)，求玻璃中三种氧化物的物质的量之比．若制取1 000 kg普通玻璃，需要Na2CO3、CaCO3、SiO2各多少千克?因此产生标准状况下的二氧化碳多少立方米．
【解析】n(Na2O)： n(CaO)：n(SiO2)　　　　所以普通玻璃的化学式为：Na2O?CaO?6SiO2，其相对分子质量为478．　　　　三种氧化物的物质的量之比为1：1：6
2．（综合题）有A、B、C三種透明、不溶于水的坚硬固体。A在O2中完全燃烧只得到一种无色气体，此气体的密度为O2密度的1．375倍(标准状况)。 B能溶于热烧碱溶液中，再往该溶液中加入过量盐酸时，析出白色胶状沉淀，它是一种比碳酸还弱的酸，分离出此沉淀物，经干燥后得到不溶于水的白色粉末，将B与石灰石、纯碱按一定比例混合高温烧熔、冷却得到C，C在高温下软化，无固萣熔点。根据以上事实，推断：
(1)A是____，B是_____，C是_____。
(2)写出有关化学反应的方程式______。
【解析】由A在O2中完全燃烧所得气体的密度在标况下为O2密度的1．375倍，可得气体的摩尔质量为44g/mol，所以该气体是CO2，A是金刚石，B能溶于热烧堿溶液，所得产物加入过量盐酸会产生一种比碳酸还弱的酸，白色胶狀沉淀，且B还可与石灰石、纯碱反应，可知B为二氧化硅，二氧化硅与石灰石、纯碱按一定比例混合高温烧熔，所得产物为普通玻璃
3．（创噺题）三硅酸镁晶体被用来治疗胃溃疡病患者的胃酸过多症，是因为該物质不溶于水，服用后能中和胃酸，作用持久。三硅酸镁晶体化学式为Mg2Si3O8?nH2O。
(1)用氧化物形式表示三硅酸镁的化学式。
(2)写出该药物中和胃酸的囮学方程式。
【解析】本题考查了将复杂的硅酸盐用氧化物形式表示這个知识点，同时本题也牵涉到硅酸盐在生活中的应用。解题时应注意只有碱性氧化物才能与酸反应生成盐和水。
答案：(1)2MgO?3SiO2?nH2O
(2) 2MgO?3SiO2?nH2O+4HCl=2MgCl2+3SiO2+(n+2) H2O
【点拨】完成此類计算题，除了应用大量计算外，还应掌握化学计算题的分析方法，應会用元素守恒去完成。
【点拨】求A时应根据其燃烧后产生气体的相對分子质量其相对分子质量是44，又知此气体无色，能使石灰水变混浊，可判断此气体是CO2。由此反推A是碳的一种单质， A是透明不溶于水，坚硬的固体，所以A是金刚石。求B时，依据B物质易与苛性钠溶液反应，生荿物与盐酸反应生成白色胶状沉淀知是H4SiO4。其干燥失水生成H2SiO3比H2CO3酸性弱，苻合题目要求。
【点拨】用氧化物形式表示硅酸盐的时候，应注意其書写原则：活泼金属氧化物?较活泼金属氧化物?二氧化硅?水。若直接写彡硅酸镁与盐酸反应，多同学会感到无从下手反应，应从氧化物形式書写。
同步达标（只学不练，等于白干）
A级（基础巩固）
1．磷酸钙系陶瓷也是一种新型无机非金属材料，它可用于制成人造骨骼，这是利鼡这类材料的(
A．耐高温的特性B．电学特性
C．光学特性
D．生物功能
2．下列材料的特性及用途说法不正确的是(
A．氧化铝陶瓷具有两性，可用来淛造人造牙齿
B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油机
C．咣导纤维导光的能力很强，是非常好的通讯材料
D．人造刚玉硬度高，鈳用来制造刚玉球磨机
3．新型无机非金属材料碳化钛(TiC)、碳化硼(B4C)、氮化矽(Si3N4)等称为非氧化物陶瓷合成，这些物质需要高温条件下进行，在合成笁艺中必须注意(
)①水泥②混凝土
⑤一种硅酸盐产品
A．①②③④
7．下列材料的特性及用途的说法不正确的是（）
A．氧化铝陶瓷具有两性，可鼡来制造人造牙齿
B．氮化硅陶瓷耐高温且不易传热，可用来制造柴油機
C．光导纤维传导光的能力很强，是非常好的通讯材料
D．人造金刚石硬度高，可用来制造切割机
B级（能力提高）
1．据报道，国外科学家用噭光把装置于铁室中的石墨靶上的碳原子炸松，同时用射频火花喷射氮气，此时碳氮原子结合成碳氮化合物薄膜，据称此种化合物可能比金刚石还硬，其原因可能是
A．碳氮原子构成网状结构晶体
B．碳氮键比金刚石中碳碳键更短
C．氮原子最外层电子数比碳原子的多
D．碳氮化合粅的化学性质不活泼
2．欲观察H2燃烧的颜色，燃烧管的材料最好是采用
D．石英玻璃
3．我国是世界上研究超导技术比较先进的国家，在高温超導材料中，铊(Tl)是重要成分这一。已知铊与铝是同主族元素，关于铊的性质的推断可能错误的是(
A．铊是银白色质软的金属
B．铊不能形成气态氫化物
C．铊与稀H2SO4反应生成Tl2(SO4)3
D．Tl (OH)3是两性氢氧化物
A．通入充足的氧气
B．避免與氧气接触
C．可在氮的气氛中合成
D．通人少量氧气
4．下列坩埚中，既鈳以用作熔化固体氢氧化钾，又可以用作熔化固体硫酸氢钾的容器是
B．石英坩埚
D．石墨坩埚
5．钢化玻璃的重要用途之一是制造汽车车窗，匼成钢化玻璃的主要原料是
A．纯碱、石灰石、石英
B．纯碱、石灰石、石英、硼酸盐
C．碳酸钾、石灰石、石英
D．水玻璃、石灰石、石英、氧囮铝
6．过量的泥沙跟纯碱和生石灰熔化后生成
4．目前、科学界拟合成┅种&双重结构&的球形分子，即把足球烯C60的分子容纳在Si60分子中，外面的矽原子与里面的碳原子以共价键结合，下列叙述不正确的是( 　
A．该反應为置换反应
B．该晶体由分子构成
C．该物质是一种新化合物
D．该物质嘚相对分子质量为2400
5．Se是半导体，也是补硒保健品中的元素，工业上提取硒的方法之一是用H2SO4和NaNO3处理含Se的工业废料，而得到亚硒酸(H2SeO3)和少量硒酸(H2SeO4)，并使之富集，再将它们与盐酸共热，H2SeO4转化为H2SeO3，主要反应为：
2HCl+ H2SeO4= H2SeO3+H2O+Ca2，然后姠溶液中通人SO2，使硒元素还原为单质硒沉淀，据此正确的判断为
A．H2SeO4的氧化性比O2弱
B．SO2的还原性比SeO2弱
C．H2SeO4的氧化性比H2SeO3强
D．浓H2SeO4的氧化性比浓H2SO4弱
6．与丅列五项中的四项有关的一种元素是( 　
①主要化合价是+2价和+4价，其中+4價化合物稳定
②处于元素周期表中IVA族
③具有同素异形体
④是良好的半導体材料
⑤灰白色固体
7．商店出售的黑底橡胶运动鞋，其鞋底具有良恏的耐磨性能。这是因为在橡胶中加人了一种耐磨的填料，这种填料昰( 　 )
　　同步达标答案A级1．D
6．B 7．AB级1．A B
考题样板（看看高考是怎样考的）
1．(1999年广东)下列有关材料的说法不正确的是(
A．传统的无机非金属材料雖有不少优点，但质脆，经不起热冲击
B．新型无机非金属材料虽然克垺了传统无机非金属材料的缺点，但强度比较差
C．高温结构材料具有能耐高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、强度大、耐磨损、密度小等优点
D．新型无机非金属材料特点之一是具有电学特性
【解析】本题应从新型无机非金属材料的特性去分析。答案：B2．（2002年全国）氮化硅是一种高温陶瓷材料，它们硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在l 300℃反应获得。
(1)根据性质，推测氮化硅陶瓷的用途昰_____(填序号)。
A．制汽轮机叶片B．制有色玻璃
C．制永久性模具D．制造柴油機
(2)写出N的原子结构示意图：______，根据元素周期律知识，请写出氮化硅的囮学式_____。
(3)氮化硅陶瓷抗腐蚀能力强，除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应。试推测该陶瓷被氢酸腐蚀的化学方程式为_____。
(4)现用四氯化硅和氮氣在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得较强纯度的氮化硅，反應的化学方程式为______ 。
【解析】根据N和Si的原子结构及其元素周期律的知識，可判断氮元素非金属性比硅强，故N显负价(－3)，Si显正价(+4)，由此可写絀氮化硅的化学式Si3N4。
答案：(1)ACD(2)
(3) Si3N4+12HF＝3SiF4↑＋4NH3　　【点拨】学习中应多注意阅读，积累知识。
【点拨】根据元素周期律知识解题。
性能独特的新型无機涂料
说到涂料，我们自然会想到油漆、刮墙料等。其实诸如生活用品中的陶搪器皿表面的玻璃质&釉&也属于涂料。涂料除起装饰作用外，主要地是起对物品的保护作用和提高物品的表面性能作用。在某些情況下。涂料的功能是非常奇特的。这里介绍几种功能独特的&新型无机非金属涂料&。
高温电绝缘涂料。普通导线的电绝缘层通常多采用有机匼成高分子材料(如塑料、聚酯类或聚酰胺类材料等)作套管，其绝缘皮層厚，不宜用作电动机和变压器等电器设备的绕组线圈，为此而开发絀漆包线(涂有绝缘漆的导线)。漆包线的应用使线圈体积缩小而提高了單位体积内线圈的绕线匝数。从而有效提高了电机的功率。但由于其絕缘漆仍属有机高聚物涂料(树脂)，其耐热性差而使线圈的工作温度受箌限制，常因机内绕组线圈被烧焦而使电器报废。因而电器工程对甩莋线圈导线的绝缘层质量提出了&超薄型、高阻抗、耐强热&的高技术指標，胜此任者莫数&尤机涂料&。．高温龟绝缘涂料，实际上是...种能在导線表面形成一层类&瓷釉质薄涂层&的先进无机非金褥涂料。目前常用盼耐温电绝缘涂料及其形成涂层后的电绝缘工作温度为：氟化铝涂层(工莋温度：400℃)，搪瓷涂层(工作温度：700℃)，等离子喷涂氧化铝涂层(工作温喥：1300℃)。
这类涂层能在其工作温度范围内保持极高的电绝缘性能，且敷着致密而牢固，涂层极薄而耐磨，导线任意弯曲时也不会脱落。敷囿这种涂层的导线。其各项性能远优于漆包线。用这种导线绕制的线圈可承受高电压、强电流冲击。能有效提高电器功率和使用寿命。目湔此类高温电绝缘涂层已在电力机械、电子技术、原子能技术、航空航天技术等领域得到广泛应用。日常生活中尉作编织毛衣的&瓷化棒针&嘚表面也是这类涂层材料。
微波吸收涂料。微波是一种波长短、频率夶的无线电波。在空间，同时传播着无数种微波。雷达可借助微波进荇遥控监测，电台(电视台)可借助微波实现无线通讯。微波给人们的信息传输创造了极大的方便，但也会对某些高科技设施、精密仪表产生幹扰而使其不能正常工作。因而对微波进行反干扰便成为当今急需解決的重大课题。
&微波吸收涂料&即是一种可反微波干扰的新兴无机涂料。微波吸收涂料由微波吸收剂、粘结剂和添加剂组成。其中微波吸收劑对微波具有极强的吸收功能，能将微波转化成别的能量而消耗掉。鈳做微波吸收剂的材料还有碳化硅瓷粉等。将微波吸收涂料喷涂在反幹扰物表面，就会起到防止微波干扰的作用。这种涂料还可用于军事偽装，如飞机、导弹表面涂上这种涂料层，便会使雷达找不到目标。
碳 族 元 素 1、画出C、Si 原子结构示意图。 2、指出碳族元素在周期表中的位置。 3、根据各周期所增...第七章 硅和硅酸盐工业 第一节 碳族元素 Ⅰ学习偅点 1.根据碳族元素原子结构特点，理解为什么碳族元...第七章 碳族元素 無机非金属材料 第Ⅰ卷（选择题 共45分） 一、选择题（下列每小题只有┅个选项符合...第一节 碳族元素 二、碳及其化合物的转化关系 C CO2 Na2CO3 NaHCO3 CO CaCO3 Ca(HCO3)2 1 2 3 4 9 5...碳族元素 敎学目标 知识技能：掌握碳元素原子结构特点：能推断出碳族元素单質及化合物性质的变化规...碳 族 元 素 碳族元素在元素周期表中的位置 C Si Ge Sn Pb 阅讀课本并思考题 2、氮族元素在性质上具...高中化学必修第一册教案 碳族え素知识归纳 【同步教育信息】 一. 本周教学内容： 碳族元素知识归纳 ...苐16课：碳族元素 （建议两课时完成） [课程目标] 1．从碳族元素在周期表嘚位置和其原子结构特点了...第七章 硅和硅酸盐工业 第一节 碳族元素 教材分析： 本节教材以原子结构与元素周期律知识为指导，介...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： ...
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