Соединения углерода с водородом. 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Соединения углерода с водородом.



 

Углерод образует множество газообразных, жидких и твердых углеводородов, предельных и непредельных, содержащих одинарные и кратные связи, циклические и ароматические углеводороды. Свойства этих соединений рассматриваются в курсе «Органическая химия».

 

Соединения углерода с кислородом.

 

Углерод образует с кислородом два оксида: несолеобразующий оксид углерода (II) СО и кислотный – оксид углерода (IV) СО2. Инертность оксида СО объясняется повышенной кратностью связи углерод – кислород: одна σ- и две π-связи. При высоких температурах проявляет восстановительные свойства, а в присутствии сильного восстановителя – слабые окислительные свойства.

Восстановитель: 2СО + О2 = 2СО2; СО + FeO = Fe + CO2

Окислитель: СО + Н2 = С + Н2О; СО + 3Н2(кат.) = СН4 + Н2О

Оксид СО за счет подвижных общих электронных пар π-связи в молекуле может выступать их донором, образуя при этом комплексные соединения. Именно эта особенность является причиной его токсичности для человека. Вследствие образования прочного комплекса СО с гемоглобином, последний теряет способность переносить кислород.

Кислотный оксид углерода (IV) взаимодействует с основными оксидами и основаниями, образуя гидрокарбонаты и карбонаты:

NaOH + CO2 = NaHCO3 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

CaO + CO2 = CaCO3 Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Растворимость оксида СО2 в воде мала, не более 0,4%, так как его молекула неполярна. Водный раствор представляет слабую двухосновную кислоту Н2СО3, диссоциирующую ступенчато: Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3- НСО3- ↔ Н+ + СО32-

Двухосновная угольная кислота дает два типа солей: гидрокарбонаты и карбонаты. Кислые соли (гидрокарбонаты) растворяются лучше, чем карбонаты. Из средних солей растворимы только соли щелочных металлов. Растворимые соли угольной кислоты, например сода Na2CO3 и поташ K2CO3, в водных растворах подвергаются гидролизу по аниону, давая сильнощелочную среду, т.к. НСО3- - очень слабая кислота:

СО32- + Н2О ↔ НСО3- + ОН- (сильнощелочная среда)

Раствор питьевой соды NaHCO3 имеет слабощелочную среду из-за образования слабой кислоты Н2СО3. Питьевая сода как мягкий щелочной реагент используется в медицине для нейтрализации кислотной среды в пищеварительной системе (при изжоге) или для нейтрализации кислоты, попавшей в глаза. Качественной реакцией на ионы СО32- и НСО3- является взаимодействие с более сильными кислотами, которые вытесняют угольную кислоту из солей, а она, разлагаясь, образует СО2, что сопровождается характерным «вскипанием» системы:

Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O

При сильном нагревании сухие карбонаты (за исключением карбонатов щелочных Ме и аммония) разлагаются до оксида Ме и СО2:

СаСО3 = СаО + СО2

Карбонаn аммония при нагревании разлагается на NH3, CO2 и H2O:

(NH4)2CO3 = 2NH3↑ + CO2↑ + H2O

Гидрокарбонаты при нагревании превращаются в карбонаты:

2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O

Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают временную жесткость воды. Среди солей угольной кислоты большое практическое применение имеют:

Сода Na2CO3 – широко используется в производстве стекла, твердого мыла и бумаги. Следует различать кристаллическую соду Na2CO3*10H2O и кальцинированную(безводную) соду Na2CO3.

Питьевая сода NaHCO3 – используется в хлебопечении, в кондитерском деле и в медицинской практике.

Поташ K2CO3 – применяется в производстве жидкого мыла, тугоплавкого стекла. Он является одним из основных компонентов древесной золы, которую используют как калийсодержащее удобрение и нейтрализатор кислотности почвы.

Мрамор, известняк, мел СаСО3 – широко используется в строительстве.

Оксид углерода (IV) участвует в процессах фотосинтеза. Под действием света и при участии хлорофилла взаимодействует с водой, образуя углеводы. Суммарно процесс фотосинтеза можно представить упрощенным уравнением:

6СО2 + 6Н2О = С6Н12О6 + 6О2

Углеводы являются основой разнообразных природных органических соединений.

Вопросы для контроля

1. Какие элементы составляют подгруппу углерода?

2. Какова закономерность изменения радиусов атомов элементов в подгруппе углерода? Какие из этих элементов относятся к неметаллам?

3. Какую конфигурацию внешнего энергетического уровня имеют атомы элементов подгруппы углерода в основном и возбужденном состояниях? Какие валентности и степени окисления проявляют они в соединениях? Приведите примеры соединений, в которых элементы подгруппы углерода проявляют:

а) положительные степени окисления +2, +4;

б) отрицательную степень окисления -4.

4. Каков характер оксидов элементов подгруппы углерода и соответствующих им гидроксидов?

5. Охарактеризуйте особенности углерода, обусловленные строением его атома и положением в периодической системе Д.И.Менделеева.

6. Охарактеризуйте важнейшие химические свойства углерода. Ответ подтвердите уравнениями реакций.

7. Как образуется угольная кислота? Напишите уравнения ступенчатой диссоциации этой кислоты.

8. Какие соли образует угольная кислота? Приведите примеры кислых и средних солей угольной кислоты.

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1. При нагревании угля с концентрированной серной кислотой выделяется оксид углерода (IV) и оксид серы (IV). Напишите уравнение реакции.

2. Какой объем оксида углерода (IV) при н.у. потребуется для получения гидрокарбоната кальция из 7,4 г гидроксида кальция?

3. При нагревании 20 г гидрокарбоната натрия выделилось 2,24 л оксида углерода (IV) при н.у. Какая массовая доля (в %) гидрокарбоната разложилось?

4. 62,5 г мрамора, содержащего 20% примесей, обработали избытком соляной кислоты. Образовавшийся газ пропустили через раскаленный уголь. Какой газ и в каком объеме при этом образуется?

5. Какие вещества образуются при взаимодействии 72 г магния с избытком оксида углерода (IV)? Вычислите их массы.

6. 96 г смеси карбоната и гидрокарбоната натрия прокалили до постоянной массы, равной 69 г. какова масса компонентов в исходной смеси?


Глава XII. Кремний

 

Кремний – аналог углерода; его электронная конфигурация 1s22s22p63s23p2. Увеличение радиуса и появление вакантных 3d- орбиталей у атома кремния резко уменьшают способность к образованию кратных связей между его атомами. Существует в природе только в связанном состоянии. Особенно много его в литосфере в виде силикатов (MeSiO3) и кремнезема (SiO2, песок). В чистом виде он образует две аллотропные модификации: аморфный и кристаллический кремний. Аморфный кремний – реакционноспособный, а кристаллический – инертен.

Окислительные свойства кремний проявляет в реакциях с Ме. Но не все Ме взаимодействуют с кремнием. Практически он образует силициды только с активными Ме, и то при высоких температурах:

2Mg + Si = Mg2Si 2Ca + Si = Ca2Si

Силициды – малоустойчивые соединения. В присутствии воды или кислот они разлагаются с выделением кремневодорода – силана SiH4:

Mg2Si + 4H2O = 2Mg(OH)2 + SiH4

Ca2Si + 4HCl = 2CaCl2 + SiH4

Восстановительные свойства кремний проявляет в реакциях с галогенами и кислородом. Со фтором он взаимодействует при обычной температуре, а с кислородом – при нагревании (400-6000С):

Si + 2F2 = SiF4 Si + O2 = SiO2

Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2

В промышленности кремний получают восстановлением его оксида SiO2 магнием при высокой температуре:

SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si

Полученный аморфный кремний расплавляют (при 14150С) и путем медленной кристаллизации превращают в кристаллический кремний, который после очистки используют в качестве полупроводника.

 



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-12-10; просмотров: 1025; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.200.240.205 (0.012 с.)