★碳族元素基礎知識點
一、知識網路
1.碳及其化合物的知識網路
2.矽及其化合物的知識網路
二、基礎知識
1.碳族元素
①特徵：最外層電子數為4，既不容易失去電子，又不容易得到電子，易形成共價鍵。
碳族元素形成的單質在同週期中硬度最大，熔沸點最高(如金剛石、晶體矽)。
幾種同素異形體：碳：金剛石、石墨、c60、c70等；矽：晶體矽，無定形矽
2.碳在常溫下碳很穩定，只在高溫下能發生反應，通常表現為還原性。
① 燃燒反應
② 與某些氧化物的反應：
（co、h2的混合氣體叫水煤氣）；
③ 與氧化性酸反應： c＋2h2so4（濃）co2↑＋2so2↑＋2h2o；
c＋4hno3（濃）co2↑＋4no2↑＋2h2o
不溶於水，有毒(co和血紅蛋白結合，使血紅蛋白無法和o2結合，而使細胞缺氧引起中毒)，但由於co無色無味因此具有更大的危險性。
①可燃性
②還原性：co+cuoco2＋cu，co+h2o(g)co2+h2o
直線型（o＝c＝o）非極性分子，無色能溶於水，密度大於空氣，可傾倒，易液化。固態co2俗稱乾冰，能昇華，常用於人工降雨。
實驗室制法：caco3＋2hcl＝cacl2＋co2↑＋h2o。
5.碳酸鹽
①溶解性：ca(hco3)2>caco3；na2co3>nahco3。
②熱穩定性：na2co3>caco3；鹼金屬正鹽》鹼金屬酸式鹽: na2co3>nahco3。
③相互轉化：碳酸正鹽碳酸酸式鹽(除雜用)
6.矽① 矽在地殼中只有化合態，沒有游離態。其含量在地殼中居第二，僅次於氧，是構成礦物和岩石的主要成分。
② 晶體矽是灰黑色，有金屬光澤，硬而脆的固體，是半導體，具有較高的硬度和熔點。
③ 矽的化學性質不活潑，常溫下，只能與氟氣、氫氟酸及強鹼溶液反應: si+2f2→sif4、
si+4hf→sif4+2h2↑、si+2naoh+h2o→na2sio3+2h2↑；
在加熱條件下，能與氧氣、氯氣等少數非金屬單質化合：si＋o2sio2。
7.sio2 ①sio2為原子晶體，是一種堅硬難熔的固體，硬度、熔點都很高。
② 二氧化矽的化學性質很穩定，不能跟酸(氫氟酸除外)發生反應。由於它是一種酸性氧化物，所以能跟鹼性氧化物或強鹼反應 sio2+caocasio3
sio2+2naoh→na2sio3+h2o(鹼溶液不能在使用磨口玻璃塞的試劑瓶中)
③ 二氧化矽是一種特殊的酸性氧化物
a．酸性氧化物大都能直接跟水化合生成酸，但二氧化矽卻不能直接跟水化合，它的對應水化物(矽酸)只能用相應的可溶性矽酸鹽跟鹽酸作用制得
b．酸性氧化物一般不跟酸作用，但二氧化矽卻能跟氫氟酸起反應：
sio2+4hf→sif4+2h2o(氫氟酸不能盛放在玻璃容器中)。
④光導纖維 ⑤石英、水晶
8．矽酸和矽膠
① 矽酸：矽酸酸性比碳酸還弱，由下列反應可證明：na2sio3+co2+h2o→h2sio3↓+na2co3
③ 矽膠：烘乾的矽膠是一種多孔性物質，具有良好的吸水性。而且吸水後還能烘乾重複使用，所以在實驗室中常把矽膠作為作為乾燥劑。
10.矽酸鹽
① 矽酸鹽是構成地殼岩石的主要成分，其結構複雜，組成可用氧化物的形式表示。
例如：矽酸鈉na2sio3(na2o·sio2)；鎂橄欖石mg2sio4(2mgo·sio2)；高嶺石al2(si2o5)(oh)4(a12o3·2sio2·2h2o)
③人造矽酸鹽：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 矽酸鈉，其水溶液俗稱水玻璃，是一種礦物膠，可作粘合劑，防腐劑。
11.水泥、玻璃、陶瓷
①普通水泥的主要成分是矽酸三鈣（3cao·sio2）、矽酸二鈣（2cao·sio2）和鋁酸三鈣（3cao·al2o3），水泥具有水硬性，水泥、沙子和碎石的混合物叫混凝土。
②制玻璃的主要原料是純鹼、石灰石和石英，主要反應是：sio2+na2co3na2sio3+co2↑、sio2+caco3casio3+co2↑，玻璃是無固定熔點的混合物。加入氧化鈷後的玻璃呈藍色，加入氧化亞銅後的玻璃呈紅色，普通玻璃一般呈淡綠色，這是因為原料中混有二價鐵的緣故。
③製造陶瓷的主要原料是黏土，黏土的主要成分：al2o3·2sio2·2h2o。
12.無機非金屬材料
無機非金屬材料包含除傳統陶瓷外的各種效能優異的精細陶瓷：耐高溫的二氧化鋯（zro2）陶瓷、高熔點的氮化矽（si3n4）和碳化矽（sic）陶瓷；透明的氧化鋁、砷化鎵（gaas）、硫化鋅（zns）、硒化鋅（znse）、氟化鎂（mgf2）、氟化鈣（caf2）等氧化物或非氧化物陶瓷；生物陶瓷；超細微粉體粒子製造的奈米陶瓷等。
氮族元素
1．氮和磷
[氮族元素] 包括氮(7n)、磷、(15p)、砷(33as)、銻(51sb)、鉍(83bi)五種元素．
[氮氣]
(1) 氮氣的分子結構：氮分子(n2)的電子式為，結構式為n≡n．由於n2分子中的
n≡n鍵很牢固，所以通常情況下，氮氣的化學性質穩定、不活潑．
(2) 氮氣的化學性質：① n2與h2化合生成nh3 n2 +3h22nh3
② n2與o2化合生成no： n2 + o22no
(3) 氮氣的用途：
①合成氨，制硝酸；
②代替稀有氣體作焊接金屬時的保護氣，以防止金屬被空氣氧化；
③在燈泡中填充氮氣以防止鎢絲被氧化或揮發；
④儲存糧食、水果等食品，以防止腐爛；
⑤醫學上用液氮作冷凍劑，以便在冷凍麻醉下進行手術；
⑥利用液氮製造低溫環境，使某些超導材料獲得超導效能．
[no、no2性質的比較]
[光化學煙霧] 空氣中的no、no2汙染物主要來自於石油產品和煤燃燒的產物、汽車尾氣以及制硝酸工廠的廢氣． no2是造成光化學煙霧的主要因素．
(2) 單質磷的化學性質：
① 與o2反應：4p+5o22p2o5
② 磷在c12中燃燒： 2p+3c12(不足量) 2pcl3 2p+5cl2(足量) 2pcl5
[磷的同素異形體——白磷與紅磷] 白磷紅磷
2．銨鹽
[氨](1) 氨的物理性質：
① 氨是無色、有刺激性氣味的氣體，比空氣輕；
② 氨易液化．在常壓下冷卻或常溫下加壓，氣態氨轉化為無色的液態氨，同時放出大量熱．液態氨氣化時要吸收大量的熱，使周圍的溫度急劇下降；
③ 氨氣極易溶於水．在常溫、常壓下，1體積水中能溶解約700體積的氨氣(因此，氨氣可進行噴泉實驗)；
④ 氨對人的眼、鼻、喉等粘膜有刺激作用．若不慎接觸過多的氨而出現病症，要及時吸入新鮮空氣和水蒸氣，並用大量水沖洗眼睛．
(2) 氨分子的結構：nh3的電子式為，結構式為，氨分子的結構為三角錐形，n原子位於錐頂，三個h原子位於錐底，鍵角107°18′，是極性分子．
(3) 氨的化學性質：
① 跟水反應．氨氣溶於水時(氨氣的水溶液叫氨水)，大部分的nh3分子與h2o分子結合成nh3·h2o(叫一水合氨)．nh3·h2o為弱電解質，只能部分電離成nh4＋和oh－：
nh3 + h2onh3·h2o nh4＋ + oh－
a．氨水的性質：氨水具有弱鹼性，使無色酚酞試液變為淺紅色，使紅色石蕊試液變為藍色nh3·h2o不穩定，故加熱氨水時有氨氣逸出：nh4＋+ oh－nh3↑+ h2o
b．氨水的組成：氨水是混合物(液氨是純淨物)，其中含有3種分子(nh3、nh3·h2o、h2o)和3種離子(nh4＋和oh－、極少量的h＋)．
c．氨水的儲存方法：氨水對許多金屬有腐蝕作用，所以不能用金屬容器盛裝氨水．通常把氨水盛裝在玻璃容器、橡皮袋、陶瓷壇或內塗瀝青的鐵桶裡．
② 跟***氣體的反應：nh3 + hcl ＝ nh4c1
說明 a．蘸有濃氨水的玻璃棒與蘸有濃鹽酸的玻璃棒靠近時，產生白煙nh4c1晶體小顆粒．
b．氨氣與揮發性酸(濃鹽酸、濃硝酸等)相遇，因反應生成微小的銨鹽晶體而冒白煙，這是檢驗氨氣的方法之—．
c．氨氣與不揮發性酸(如h2so4、h3po4等)反應時，無白煙生成．
③ 跟氧氣反應： 4nh3 + 5o2 4no + 6h2o
(4) 氨氣的用途：
①是氮肥工業及製造硝酸、銨鹽、純鹼的原料；
②是有機合成工業如合成纖維、塑料、染料、尿素等的常用原料；
③用作冰機中的致冷劑．
[銨鹽]
① 受熱分解．固態銨鹽受熱都易分解．根據組成銨鹽的酸根陰離子對應的酸的性質的不同， a．組成銨鹽的酸根陰離子對應的酸是非氧化性的揮發性酸時，則加熱時酸與氨氣同時揮發，
冷卻時又重新化合生成銨鹽。例如：nh4cl(固) nh3↑+ hcl↑ nh3 + hcl＝nh4cl
又如：(nh4)2co32nh3↑+ h2o + co2↑ nh4hco3nh3↑+ h2o + co2↑
b．組成銨鹽的酸根陰離子對應的酸是難揮發性酸，加熱時則只有氨氣逸出，酸或酸式鹽仍殘留在容器中．如：(nh4)2so4nh4hso4 + nh3↑ (nh4)3po4h3po4 + 3nh3↑
② 跟鹼反應——銨鹽的通性．
固態銨鹽+強鹼(naoh、koh)無色有刺激性氣味的氣體試紙變藍色．
(2) 氮肥的存放和施用．銨鹽可用作氮肥．由於銨鹽受熱易分解，因此在貯存時應密封包裝並存放在陰涼通風處；施用氮肥時應埋在土下並及時灌水，以保證肥效．
[氨氣的實驗室制法]
(1) 反應原理：固態銨鹽[如nh4cl、(nh4)2so4等]與消石灰混合共熱：
2nh4cl+ca(oh)2 cacl2 + 2nh3↑+ 2h2o
(2)發生裝置型別：固體+固體氣體型裝置(與制o2相同)．
(3) 乾燥方法：常用鹼石灰(cao和naoh的混合物)作乾燥劑．不能用濃h2so4、p2o5等酸性乾燥劑和cacl2乾燥氨氣，因為cacl2能與氨氣發生反應生成cacl2·8nh3．
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