Логотип Инфоурока

Получите 30₽ за публикацию своей разработки в библиотеке «Инфоурок»

Добавить материал

и получить бесплатное свидетельство о размещении материала на сайте infourok.ru

Инфоурок Химия КонспектыКонспект по химии на тему "Углерод и кремний"

Конспект по химии на тему "Углерод и кремний"

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
библиотека
материалов

В подгруппу углерода входят углерод, кремний, германий, олово и свинец. Это р- элементы IV группы периодической системы Д.И. Менделеева. Их атомы на внешнем уровне содержат по четыре электрона ns2np2чем объясняется сходство их химических свойств.

Электронное строение внешних уровней атомов первых двух элементов подгруппы можно представить так

hello_html_1d1a49f2.gif 

В невозбужденном состоянии их атомы имеют по 2 неспаренных электрона. Поскольку атомы всей подгруппы имеют на внешнем уровне свободные орбитали, то при переходе в возбужденное состояние распаривают электроны s-подуровней (показано пунктирными стрелками).

В соединениях элементы подгруппы углерода проявляют степень окисления +4 и -4, а также +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной.Для углерода, кремния и германия наиболее типична степень окисления +4, для свинца +2. Степень окисления -4 в последовательности C – Pb становится все менее характерной.

 Свойства элементов подгруппы углерода

+4, +2, 

-4

+4, +2,

-4 

+4, -4 

+4, +2,

-4 

+4, +2,

-4 

6. Радиус атоманм 

0,077 

0,134 

0,139 

0,158 

0,175 

Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы RO2 и RO, а водородные соединения - формулы RН4.Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у гидратов германия, а основные - у гидратов свинца. От углерода к свинцу уменьшается прочность водородных соединений RН4: СН4 - прочное вещество, а PbH4в свободном виде не выделено. В подгруппе с ростом порядкового номера уменьшается энергия ионизации атома и увеличивается атомный радиус, т. е.неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.

Химические свойства углерода и кремния. Графит и кремний — типичные восстановители . При нагревании с избытком воздуха графит (именно этот аллотроп наиболее доступен)и кремний образуют диоксиды:

С + О2 = СО2,

Si + О2 = SiO2,

при недостатке кислорода можно получить монооксиды CO или SiO:

2С + О2 = 2СО,

2Si O2 = 2SiO,

которые образуются также при нагревании простых веществ с их диоксидами:

 С + СО2 = 2СО,

 Si + SiO2 = 2SiO

Уже при обычной температуре углерод и кремний реагируют со фтором, образуя тетрафториды СF4 и SiF4, при нагревании — с хлором, давая СCl4 и SiCl4.При более сильном нагревании углерод и кремний реагируют с серой и азотом:

4С + S8 = 4СS2,

2С + N2 = С2N2,

4Si + S8 = 4SiS2

и даже между собой, образуя карборунд — вещество, по твердости близкое к алмазу:

Si + С = SiC.

Обычные кислоты на углерод и кремний не действуют, тогда как концентрированные Н24 и НNО3 окисляют углерод:

С + 2Н2SО4 = СО2↑+ 2SО2↑ + 2Н2О, 

3С + 4НNO3 = 3СО2↑ + 4NO↑ +2Н2О.

Кремний растворяется в смеси концентрированных азотной и плавиковой кислот:

 3Si + 4НNО3 + 12НF = 3SiF4↑ + 4NO↑ +8Н2О. 

Кроме того, кремний растворяется в водных растворах щелочей:

Si + 2NaОН + Н2О = Na2SiO3 + Н2↑.

Графит часто используют для восстановления малоактивных металлов из их оксидов:

СuО + С = Сu + СО↑.

При нагревании же с оксидами активных металлов углерод и кремний диспропорционируют, образуя карбиды

СаО + 3С = СаС2 + СО↑,

l2О3 + 9С = Аl4С3 + 6СО↑ 

или силициды

gО + 3Si = Мg2Si + 2SiO.

Активные металлы — более сильные восстановители, чем углерод или кремний, поэтому последние при непосредственном взаимодействии с ними выступают в качестве окислителей

 Са + 2С = СаС2,

 2Mg + Si = Мg2Si

Оксид углерода (II) и оксид кремния (II)

Оба оксида получают неполным окислением простых веществ или по реакциям: С + СО2 = 2СО, Si + SiO2 = 2SiO. Они оба не реагируют при обычных условиях ни с кислотами, ни со щелочами. Оксид кремния (II) мало доступен и очень редко используется, в отличие от угарного газа СО, на свойствах которого мы остановимся ниже.

Оксид углерода (II) – ядовитый газ без цвета и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, температура кипения 81,63 К, температура плавления 68,03 К, плохо растворим в воде (2,3 объема СО на 100 объемов H2при 293 К). 

Оксид СО принято считать несолеобразующим, однако при пропускании его в расплав щелочи при высоком давлении непосредственно образуется соль в результате протекания окислительно-восстановительной реакции:

 СО + КОН = НСООК. 

Отсюда формально можно считать СО ангидридом муравьиной кислоты, что подтверждается обезвоживанием муравьиной кислоты:

hello_html_m34c7e3e0.gif (*) 

Следует, однако, обратить внимание, что в рассмотренных выше реакциях меняется степень окисления углерода +4 в муравьиной кислоте и в ее соли и +2 - в оксиде углерода(II) и эти реакции являются фактически окислительно-восстановительными. В то время как в реакциях соединения, характерных для "классических" солеобразующих оксидов, степень окисления элементов никогда не меняется, например:

СаО + СО2 = СаСО3.

Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):

hello_html_58a90dfa.gif

В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.

На воздухе СО горит голубоватым пламенем:

2СО + O2 = 2СO2 .

При нагревании он восстанавливает металлы из их оксидов:

FеО + СО = Fе + СО2↑.

В присутствии катализатора или под действием облучения СО окисляется хлором, образуя ядовитый газ фосген:

СО + Сl2 = СОСl2.

При взаимодействии с парами воды идет обратимая реакция с образованием СО2 и водорода:

СО + Н2О hello_html_39384ad5.gif СО2 + Н2

при нагревании с водородом при повышенном давлении образуется метиловый спирт:

СО + 2Нhello_html_39384ad5.gif СН3ОН. 

Со многими металлами СО образует летучие карбонилы:

Ni + 4СО = Ni(СО)4 .

В природе оксид углерода (II) практически не встречается. В лаборатории его обычно получают обезвоживанием муравьиной кислоты по реакции (*).

Оксид углерода (II) может быть также получен при восстановлении оксида углерода (IV) углеродом или металлами:

hello_html_m20aab0f.gif

Оксид углерода (IV), Угольная кислота и ее соли

Оксид углерода (IV) (диоксид углерода, углекислый газ) - газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения, тяжелее воздуха. Он растворим в воде (88 объемов СО2в 100 объемах Н2О при 20°С). При обычных давлениях твердый диоксид углерода переходит в газообразное состояние (сублимируется), минуя жидкое состояние. При обычной температуре под давлением 60 атм переходит в жидкость.

При большой концентрации оксида углерода (IV) люди и животные задыхаются. При его концентрации в воздухе до 3% у человека наблюдается учащенное дыхание, более 10% - потеря сознания и даже смерть.

Оксид углерода (IV) является ангидридом угольной кислоты Н2СО3 и обладает всеми свойствами кислотных оксидов.

При растворении СО2 в воде частично образуется угольная кислота, при этом в растворе существует следующее равновесие:

hello_html_m411b98d8.gif

Существование равновесия объясняется тем, что угольная кислота является очень слабой кислотой (K1 = 4∙10-7, К2 = 5∙10-11 при 25 °С). Даже такая слабая кислота, как уксусная, намного сильнее угольной. В свободном виде угольная кислота неизвестна, так как она неустойчива и легко разлагается. Как двухосновная кислота она образует средние соли - карбонаты и кислые - гидрокарбонаты. Качественная реакция на эти соли - действие на них сильных кислот, при котором кислота вытесняется и разлагается с выделением СО2:

СО32-+ 2Н+ hello_html_39384ad5.gif Н2СО3 hello_html_39384ad5.gif Н2О + СО2↑,

НСО3- + Н+ hello_html_39384ad5.gifН2СО3 hello_html_39384ad5.gif Н2О + СО2↑.

При пропускании выделяющегося СО2 в известковую воду выпадает белый нерастворимый осадок; этой реакцией пользуются также для обнаружения оксида углерода (IV):

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О.

Из всех карбонатов в воде растворимы карбонаты только щелочных металлов и аммония. Гидрокарбонаты большинства металлов хорошо растворимы в воде.

Под действием избытка оксида углерода (IV) нерастворимые в воде карбонаты превращаются в растворимые гидрокарбонаты:

Гидрокарбонаты при нагревании распадаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

2NаНСО3 = Nа2СО3 + Н2О + СО2↑.

Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются на оксид металла и диоксид углерода:

МgСО3 = МgО + СО2↑.

Из солей угольной кислоты наибольшее практическое значение имеет сода; известны различные кристаллогидраты соды Nа2СО3∙10Н2О, Nа2СО3.2О или Na2СО3.Н2О; наиболее устойчивым кристаллогидратом является Nа2СО3.10Н2О, который обычно называют кристаллической содой. При прокаливании получают безводную, или кальцинированную соду Nа2СО3. Широко используется также питьевая сода NаНСО3. Из других солей важное значение имеют К2СО3 и СаСО3.

Основные количества соды получают получают по аммиачному способу, часто его называют также методом Сольвэ.

Суть метода заключается в насыщении концентрированного раствора поваренной соли (точнее, насыщенного раствора NаСl) аммиаком при охлаждении и последующем пропускании через этот раствор СО2 под давлением. При этом идут следующие реакции:

NН3 + СО2 + Н2О = NН4НСО3,

NН4НСО3 + NаСl = NаНСО3↓ + NН4Сl.

Питьевая сода NaНСО3 - нерастворима в холодном насыщенном растворе и ее отделяют фильтрованием. При прокаливании NаНСО3 получают кальцинированную соду; выделяющийся при этом СО2 вновь используют в производстве:

2NаНСО3 = Na2СО3 + СО3 + Н2О.

Нагревая раствор, содержащий хлорид аммония с известью, выделяют обратно аммиак:

2NН4Сl + Са(ОН)2 = 2NН3 + СаСl2 + 2Н2О.

Таким образом, при аммиачном способе получения соды единственным «отходом» является хлорид кальция, остающийся в растворе и имеющий ограниченное применение.

Поташ К2СО3 нельзя получить по методу Сольвэ, так как он основан на малой растворимости кислой соли NаНСO3 в насыщенном растворе, тогда как КНСО3 (в отличие отNаНСО3) хорошо растворим в таких растворах. Реакция

КСl + NН4НСО3 hello_html_39384ad5.gif КНСО3 + NН4Сl

будет полностью обратимой (ни один из продуктов не удается выделить из сферы реакции в индивидуальном виде). Поэтому карбонат калия получают действием СО2 на раствор едкого калия:

КОН + СО2 = КНСО3,

КНСО3 + КОН = К2СО3 + Н2О.

Производство соды является одним из крупнейших среди производств неорганических веществ; в настоящее время ее мировое производство составляет десятки млн. тонн.

Оксид кремния (IV) и кремниевые кислоты

Оксид кремния SiO2 - твердое, очень тугоплавкое вещество (температура плавления более 1700 °С), широко распространенное в природе, где оно встречается главным образом в виде минерала кварца, а также кристобалита и тридимита.

При обычных температурах устойчивой модификацией является кварц, с ростом температуры наблюдаются полиморфные превращения:

hello_html_13b378b8.gif

Кремнезем всех модификаций в виде мономера не существует; он всегда полимерен и «построен» из тетраэдров [SiO4], образующих очень прочную атомную решетку

hello_html_535e33a2.gif

Каждый атом кремния в кристаллах (SiO2) тетраэдрически окружен четырьмя атомами кислорода, каждый из которых является мостиковым. Через общий атом кислорода тетраэдры [SiO4] под разными углами связываются друг с другом, образуя непрерывную трехмерную решетку; взаимное расположение тетраэдров [SiO4] в пространстве определяет ту или иную модификацию кремнезема.

В различных модификациях кремнезема прочность связей неодинакова. Это влияет на величину углов Si-О-Si и расстояний Si-О, например угол связи Si-О-Si в различных модификациях кремнезема изменяется от 120 до 180°. Переходы кварц-тридимит-кристобалит сопровождаются разрывом и преобразованием связей, что может происходить только при высоких температурах.

Кварц. Нередко встречается в природе в форме чрезвычайно хорошо образованных кристаллов, иногда значительной величины. Кристаллы образованы из тетраэдров, расположенных винтообразно вокруг центральной оси, в виде спирали. В одном и том же кристалле направление спирали может быть противоположным. Такие кристаллы являются оптическими изомерами. Они вращают плоскость поляризации света, причем могут быть как право-, так и левовращающими. Те и другие кристаллы отличаются как предмет от своего зеркального изображения.

Кварц используется в различных областях науки и техники, и его кристаллы часто выращиваются искусственно. Некоторые разновидности кварца носят особые названия. Прозрачные бесцветные кристаллы называют горным хрусталем. Встречаются и окрашенные разновидности кварца: розовый кварц, фиолетовый (аметист), темно-коричневый (дымчатый топаз), зеленый (хризопраз) и др. Мелкокристаллическая модификация кварца с примесями других веществ называется халцедоном. Разновидностями халцедона являются агат, яшма и др. Горный хрусталь и окрашенные разновидности кварца используют как драгоценные и полудрагоценные камни.

Тридимит встречается в вулканических породах, однако в очень небольших количествах. Известен тридимит и метеоритного происхождения.

Кристобалит в природе иногда встречается в виде мелких кристаллов, включенных в лаву, подобно тридимиту. Тридимит и кристобалит обладают более «рыхлой» структурой, нежели кварц. Так, плотность кристобалита, тридимита и кварца равна 2,32; 2,26 и 2,65 г/см3 соответственно.

Расплав кремнезема при медленном охлаждении легко образует аморфное кварцевое стекло. Кремнезем в виде стекла встречается и в природе. Плотность аморфного стекла равна 2,20 г/см3 - ниже, чем у всех кристаллических модификаций. Кварцевое стекло имеет незначительный температурный коэффициент расширения, поэтому из него готовят лабораторную посуду, устойчивую к резким изменениям температуры.

Все модификации кремнезема в воде практически нерастворимы (при температуре 25 °С растворимость кварца составляет 7, кристобалита - 12, тридимита - 16, кварцевого стекла - 83 мг/л). Поэтому при обычных условиях на них действуют лишь растворы щелочей и плавиковая кислота:

SiO2 + 2КОН = К2SiO3 + Н2О, (1)

SiO2 + 4НF = SiF4↑ + 2Н2О.  (2)

Последняя реакция используется при «травлении» стекла.

Приставленный диоксид кремния реагирует с основными оксидами, щелочами (реакция (1)) и карбонатами с образованием силикатов:

SiO2 + СаО = СaSiO3, (3)

SiO2 + Na2СО3 = Nа2SiO3 + СО2.  (4)

Реакции (3) и (4) лежат в основе промышленного получения различных стекол, а также цемента. Так, состав обычного стекла (например, оконного, для изготовления посуды) выражается формулой Na2О.СаО.6SiO2. Такое стекло получают сплавлением смеси соды, песка и известняка. Процесс проводят при температуре ~1400 °С до полного удаления газов:

Na2СО3 + СаСО3 + 6SiO2 = Nа2О.СаО.6SiO2 + 2СО2↑.

Для получения специальных сортов стекла - огнеупорного, «небьющегося» - при варке добавляют оксиды бария, свинца, бора. Для получения цветных стекол вносят также различные добавки, например добавка оксида кобальта Со2О3 дает синий цвет, оксида хрома Сr2О3 - зеленый, двуоксида марганца МnО2 - розовый.

Оксид SiO2 является ангидридом ряда кремниевых кислот, состав которых можно выразить общей формулой хSiO2∙yН2O, где х и у - целые числа: 1) х = 1, у = 1: SiO2.Н2О, т.е. Н2SiO3 - метакремниевая кислота; 1) х = 1, = 2: SiO2.2О, т.е. ортокремниевая кислота; 1) x = 2, у = 1: 2SiO2.Н2О, т.е. Н2Si2O5  двуметакремниевая кислота.

Кислоты, молекулы которых содержат более одной молекулы SiO2, относятся к поликремниевым.

Самая простая из кремниевых кислот - Н2SiO3, которую часто называют просто кремниевой, а ее соли - силикатами. Из силикатов в воде растворимы только силикаты натрия и калия, остальные силикаты - тугоплавкие, нерастворимые в воде вещества.

Растворы силикатов мутнеют при стоянии на воздухе, так как находящийся в нем СО2 вытесняет кремниевую кислоту из ее солей (Н2SiO3 слабее угольной кислоты; константа диссоциации Н2SiO3 по первой ступени равна К1 = 2,2.10-10).

Н2SiO3 практически нерастворима в воде - это свойство используют как качественную реакцию для обнаружения силикат-ионов:

Na2SiO3 + СО2 + Н2О = Nа2СО3 + Н2SiO3↓.

Получают силикаты сплавлением SiO2 со щелочами или карбонатами.

Концентрированные растворы силикатов натрия и калия называют жидким стеклом, они имеют сильнощелочную реакцию вследствии того, что сильно гидролизованы:

К2SiO3 + Н2О hello_html_39384ad5.gif 2КОН + Н2SiO3↓.

Жидкое стекло используют, например, для изготовления клея, водонепроницаемых тканей.

Цемент очень широко используется в строительстве как вяжущий материал, который при смешивании с водой затвердевает. Обычно цемент получают в больших вращающихся печах, где производят обжиг и размол различных силикатов (при температуре -1000 °С).

Различают несколько типов цементов, однако условно можно выделить два типа цементов по принципу их «свертывания» - обычный цемент и портландский цемент. Процесс «схватывания» обычного цемента, состоящего из силиката кальция, происходит вследствие образования карбоната кальция за счет углекислого газа воздуха:

СаО.SiO2 + СО2 + Н2О = СаСО3↓ + Н2SiO3↓.

При схватывании портландского цемента углекислота не участвует в процессе, а происходит гидролиз силикатов с последующим образованием нерастворимых кристаллогидратов:

Са3SiO5 + Н2О = Са2SiO4 + Са(ОН)2,

Са2SiO4 + 4Н2О = Са2SiO4.2O.

Соединения углерода и кремния с металлами — карбиды и силициды, помимо рассмотренных реакций получают также взаимодействием кремния с гидридами металлов, например:

2СаН2 + Si = Са2Si + 2Н2↑.

Все эти реакции протекают при высоких температурах. Среди карбидов выделяют так называемые «метаниды» и «ацетилениды». Первые рассматривают как производные метана, содержащие углерод в степени окисления -4 (Ве2С, Аl4С3), вторые — как производные ацетилена со степенью окисления углерода -1 (Li2С2, Аg2С2, Сu2С2, СаС2). Ацетилениды серебра и меди (I) могут быть легко получены при пропускании ацетилена через аммиачный раствор оксида серебра или хлорида меди (I). Большинство метанидов и ацетиленидов активно реагируют с водой (тем более с кислотами), выделяя соответствующие углеводороды:

СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2↑,

Al4C+ 12H2O = 4Al(OH)3↓ + 3CH4↑,

Аg2С2 + 2НСl = 2АgСl↓ + С2Н2↑.

В отличие от карбидов, с водой и кислотами взаимодействуют лишь силициды щелочных или щелочноземельных металлов, выделяя простейшее водородное соединение кремния моносилан, которое чаще всего называют просто силан SiН4:

Са2Si + 4НС= 2СаСl2 + SiН4↑.

Силан — бесцветный газ, имеющий запах плесени, самопроизвольно воспламеняющийся на воздухе, сгорая до SiO2 и воды:

 SiН4 + 2О2 = SiO2 + 2Н2О.

Щелочи очень легко разлагают силан по уравнению:

SiН4 + 2КОН + Н2О = К2SiO3 + 4Н2↑,

вода также гидролизует силан, но значительно медленнее:

SiН4 + 2Н2О = SiO2 + 4Н2↑. 

При нагревании выше 400 °С без доступа воздуха силан распадается на кремний и водород (один из способов получения кремния):

SiН4 = Si + 2Н2↑.

Кроме моносилана, известны также дисилан Si2Н6, трисилан Si3Н8, тетрасилан Si4Н10 и т.д. В индивидуальном состоянии выделены соединения лишь до Si6Н14 включительно. Все эти соединения относятся к гомологическому ряду силанов, которым отвечает общая формула SinН2n+2. Подобно алканам, силаны бесцветны, первые члены гомологического ряда при обычных условиях газообразны, следующие — жидкости. Химическая активность силанов и углеводородов различна: в противоположность достаточно инертным алканам, силаны весьма реакционно-способны. Это объясняется меньшим по сравнению с углеродом сродством кремния к водороду и очень большим сродством кремния к кислороду. К тому же связиSi-Si менее прочны, чем связи С—С. В отличие от связи С-Н связь Si-Н имеет более ионный характер.

Энергии связей Si-Э и С-Э.

Si-H

Si-Si

Si-O

Si-C

334

213

443

313

С-Н С-С

С-О С-Si

410

347

357

313

Малой прочностью связи Si-Si обусловлена ограниченность гомологического ряда силанов.

 Среди карбидов и силицидов особое место занимает карборунд SiC, который можно назвать как карбидом кремния, так и силицидом углерода. Карборунд имеет высокую температуру плавления, благодаря алмазоподобной структуре; его твердость близка к твердости алмаза. Химически SiC очень стоек.

В природе и технике часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другого вещества.

В дисперсных системах различают дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду - однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. К дисперсным системам относятся обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также суспензии и эмульсии. Они отличаются друг от друга прежде всего размерами частиц, т. е. степенью дисперсности (раздробленности).

Системы с размером частиц менее 1 нм представляют собой истинные растворы, состоящие из молекул или ионов растворенного вещества. Их следует рассматривать как однофазную систему. Системы с размерами частиц больше 100 нм - это грубодисперсные системы - суспензии и эмульсии.

Суспензии - это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионной средой - жидкость, причем твердое вещество практически нерастворимо в жидкости.

Эмульсии - это дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза и дисперсионная среда являются жидкостями, взаимно не смешивающимися. Примером эмульсии является молоко, в котором мелкие шарики жира плавают в жидкости.

Суспензии и эмульсии - двухфазные системы.

Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 1 до 100 нм. Как видно, коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы иначе называют золями. Их получают дисперсионными и кондесационными методами. Диспергирование чаще всего производят при помощи особых «коллоидных мельниц». При конденсационном методе коллоидные частицы образуются за счет объединения атомов или молекул в агрегаты. При протекании многих химических реакций происходит конденсация и образуются высокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза, окислительно-восстановительные реакции и т.д.).

1 нм - нанометр (1 нм = 10-9 м).

В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении . Так можно распознать, является данный раствор коллоидным или истинным.hello_html_m2451ffc1.gif

Одним из важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрические заряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупные частицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов, сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других, например гидроксидов, оксидов металлов, — положительный заряд. Возникновение заряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.

Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицы соединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией, а осаждение их под влиянием силы тяжести - седиментацией.

Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1) электролита, 2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд, и 3) при нагревании.

Задача 1. При взаимодействии углерода с концентрированной серной кислотой выделилось 13,44 л смеси двух газов (н.у.). Рассчитайте массу углерода, вступившего в реакцию.

Решение. Пусть в реакцию

С + 2Н2SО4(конц) = СО2↑ + 2SО2↑ + 2Н2О

вступило х моль С, тогда образовалось х моль СО2 и 2х моль SО2, всего Зх моль газов. По условию, количество газов в смеси равно 13,44/22,4 = 0,6 = Зх, откуда х = 0,2.Масса углерода равна 0,2.12 = 2,4 г.

Ответ. 2,4 г С.

Задача 2. При полном гидролизе смеси карбидов кальция алюминия образуется смесь газов, которая в 1,6 раза легче кислорода. Определите массовые доли карбидов в исходной смеси.

Решение. В результате гидролиза образуются метан и ацетилен:

Аl4С3 + 12Н2О = 4Аl(ОН)3 + 3СН4↑,

СаС2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + С2Н2↑.

Пусть в исходной смеси содержалось х моль Аl4С3 и у моль СаС2, тогда в газовой смеси содержится 3х моль СН4 и у моль С2Н2. Средняя молярная масса газовой смеси равна:

Мср = M2) / 1,6 = 20 = (3x.16 + у.26) / (3х+у), откуда у = 2х.

Массовые доли карбидов в исходной смеси равны:

ωl4С3) = 144x / (144х+64у) • 100% = 52,94%,

ω(CаС2) = 64у / (144х+64у)  100% = 47,06%.

Ответ. 52,94% Аl4С3, 47,06% СаС2.

Задача 3. При взаимодействии сложного вещества “А” с избытком магния при нагревании образуются два вещества, одно из которых — “В”— под действием соляной кислоты выделяет ядовитый газ С”. При сжигании газа “С” образуются исходное вещество “А” и вода. Назовите вещества “А”, “В” и “С”. Напишите уравнения перечисленных химических реакций.

Решение. Вещество “А” — оксид кремния, SiO2. При взаимодействии SiO2 с магнием сначала образуется кремний, который реагирует с избытком магния и образует силицид кремния,Mg2Si ( (вещество “В”):

SiO2 + 4Mg = Мg2Si + 2MgО.

Силицид магния легко гидролизуется с образованием ядовитого газа силана, SiН4 (вещество “С”):

Mg2Si + 4НС= SiН4↑ + 2MgCl2.

При сгорании силана образуются исходное вещество SiO2 и вода:

SiН4 + 2О2 = SiO2 + 2Н2О.

Задача 4. Смесь кремния и угля, массой 5,0 г, обработали избытком концентрированного раствора щелочи при нагревании. В результате реакции выделилось 2,8 л водорода (н.у.).Вычислите массовую долю углерода в этой смеси.

Решение. С раствором щелочи реагирует только кремний:

Si + 2NаОН + Н2О = Na2SiO3 + 2Н2↑.

v(Н2) = 2,8/22,4 = 0,125 моль. v(Si) = 0,125/2 = 0,0625 моль. m(Si) = 0,025.28 = 1,75 г. m(С) = 5,0-1,75 = 3,25 г. Массовая доля углерода равна: ω(С) = 3,25/5,0 = 0,65, или 65%.

Ответ. 65% С.

Задача 5. При сплавлении гидроксида натрия и оксида кремния (IV) выделилось 4,5 л водяных паров (измерено при 100 °С и 101 кПа).Какое количество силиката натрия при этом образовалось?

Решение. При сплавлении происходит реакция:

2NаОН + SiO2 = Na2SiO3 + Н2О↑.

Количество выделившейся воды равно: v2О) = РV / RТ = 101.4,5 / (8,31.373) = 0,147 моль. Количество образовавшегося Na2SiO3 также равно 0,147 моль.

Ответ. 0,147 моль Nа2SiO3.


  • Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
    Пожаловаться на материал
Скачать материал
Скачать тест к этому уроку
Найдите материал к любому уроку,
указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:
также Вы можете выбрать тип материала:
Общая информация
Учебник: «Химия», Габриелян О.С.
Тема: § 33. Углерод

Номер материала: ДБ-1473543

Скачать материал
Скачать тест к этому уроку

Вам будут интересны эти курсы:

Курс повышения квалификации «Химия окружающей среды»
Курс профессиональной переподготовки «Химия: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Нанотехнологии и наноматериалы в биологии. Нанобиотехнологическая продукция»
Курс повышения квалификации «Экономика и право: налоги и налогообложение»
Курс профессиональной переподготовки «Клиническая психология: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс профессиональной переподготовки «Организация деятельности экономиста-аналитика производственно-хозяйственной деятельности организации»
Курс повышения квалификации «Особенности подготовки к сдаче ОГЭ по химии в условиях реализации ФГОС ООО»
Курс профессиональной переподготовки «Биология и химия: теория и методика преподавания в образовательной организации»
Курс повышения квалификации «Современные образовательные технологии в преподавании химии с учетом ФГОС»
Курс профессиональной переподготовки «Политология: взаимодействие с органами государственной власти и управления, негосударственными и международными организациями»
Курс профессиональной переподготовки «Техническое сопровождение технологических процессов переработки нефти и газа»
Курс профессиональной переподготовки «Организация системы учета и мониторинга обращения с отходами производства и потребления»
Курс профессиональной переподготовки «Гражданско-правовые дисциплины: Теория и методика преподавания в образовательной организации»

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.