Германиды, станниды, плюмбиды

Германий, олово и свиней низшую степень окисления (- 4) проявляют только в соединениях с некоторыми более электроположительными металлами, например, с магнием: Mg₂Ge - германид, Mg₂Sn – станнид, Mg₂Pb – плюмбид. В этом ряду увеличивается доля металлической связи, что приводит к уменьшению температуры плавления, уменьшению ширины запрещенной зоны.

Германиды – хрупкие твердые вещества с металлическим блеском. Большинство из них имеет достаточно высокие температуры плавления (до 2000ºС - 2330ºС), многие обладают металлической проводимостью, некоторые являются полупроводниками или ферромагнетиками. Германиды щелочных и щелочно-земельных металлов легко окисляются на воздухе, гидролизуются водой и разлагаются кислотами.

Наиболее типичны металлические соединения олова и свинца с s-металлами (Na₂Sn, NaSn, NaSn₂).

2.2 Проектное задание:

Объясните окислительно-восстановительные процессы, показав переходы электронов методом электронного баланса:

SiH₄ + O₂ → SiO₂ + H₂O;

SiH₄ + H₂O → SiO₂ +H₂.

CaO + Si → Ca₂Si + SiO₂;

Ca₂Si + H₂O → Ca(OH)₂ + SiO₂ ∙ n H₂O + H₂↑;

Mg₂Si + 2H₂SO₄ → 2MgSO₄ + SiH₄↑;

CaO + C → CaC₂ + CO↑;

CaO +SiO₂ +C → Ca₂Si + CO↑;

Al₄C₃ + HCl →AlCl₃ + CH₄;

Al₂O₃ +C → Al₄C₃ + CO.

2.3 Тест рубежного контроля:

Тест содержит 7 заданий, на выполнение которых отводится 5 минут. Выберите наиболее правильный, по Вашему мнению, вариант ответа и отметьте его в бланке ответов любым значком (правильных ответов может быть несколько!)

 

1. К какому типу карбидов относятся Be2C и Al4C3?
а) ацетилениды	б) метаниды
в) солеподобные	г) металлоподобные
2. Какова формула гомологического ряда германоводородов?
а) GenH2n+1	б) GenH2n+2
в) GenH2n+5	г) GenH2n
3. Каковы продукты гидролиза карбида кальция?
а) Ca(OH)2 и C2H4	б) Ca(OH)2 и C2H2
в) CaO и C2H2	г) Ca(OH)2 и CH4
4. Каковы продукты взаимодействия силицида магния с серной кислотой?
а) MgSO4 и SiH4	б) MgSO4 и Si2H6
в)MgS и SiH4	г) MgSO4, SiH4 и Н2S
5. Какие физические свойства проявляют металлоподобные карбиды
а) высокую твердость	б) металлический блеск
г) легкоплавкость	д) летучесть
6. В каких веществах растворяются металлоподобные силициды?
а) царская водка	б) вода
г) раствор гидроксида калия	д) плавиковая кислота
7. Какое строение имеет тетрафторид кремния?
а) молекулярное	б) полимерное
г) тетраэдрическое	д) тетрагональная пирамида

Бланк ответов

№
а)
Б)
В)
Г)

 

Модуль 3 Оксид углерода (IV), угольная кислота и их соли

Комплексная цель модуля: знать способы получения оксида и гидроксида углерода (IV); описывать их физические свойства; знать характеристику кислотно-основных свойств; давать характеристику окислительно-восстановительных свойств.

Содержание модуля.

Все элементы подгруппы углерода образуют оксиды с общей формулой ЭО₂. СО₂ и SiО₂ проявляют кислотные свойства, GeО₂, SnО₂, PbО₂ проявляют амфотерные свойства с преобладанием кислотных, причем в подгруппе сверху вниз кислотные свойства ослабевают.

Степень окисления (+4) для углерода и кремния очень стабильна, поэтому окислительные свойства соединения проявляют с большим трудом. В подгруппе германия окислительные свойства соединений (+4) усиливаются, в связи с дестабилизацией высшей степени окисления.

 

Оксид углерода (IV), угольная кислота и их соли

Д иоксид углерода СО₂ (углекислый газ) - при обычных условиях это газ без цвета и запаха, слегка кисловатого вкуса, тяжелее воздуха примерно в 1,5 раза, растворим в воде, достаточно легко сжижается – при комнатной температуре его модно превратить в жидкость под давлением около 60 ∙ 10⁵ Па. При охлаждении до −56,2ºС жидкий диоксид углерода затвердевает и превращается в снегообразную массу.

Во всех агрегатных состояниях состоит из неполярных линейных молекул. Химическое строение СО₂ определяется sp-гибридизацией центрального атома углерода и образованием дополнительных π_р-р-связей: О = С = О

Некоторая часть растворенного в воле СО₂ взаимодействует с ней сообразованием угольной кислоты

СО₂ + Н₂О ↔ СО₂ ∙ Н₂О ↔ Н₂СО₃.

Углекислый газ очень легко поглощается растворами щелочей с образованием карбонатов и гидрокарбонатов:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O;

СО₂ + NaOH = NaHCO₃.

Молекулы СО₂ очень устойчивы термически, распад начинается только при температуре 2000ºС. Поэтому диоксид углерода не горит и не поддерживает горения обычного топлива. Но в его атмосфере горят некоторые простые вещества, атомы которых проявляют большое сродство к кислороду, например, магний при нагревании загорается в атмосфере СО₂.

 

Угольная кислота и ее соли

Угольная кислота H₂CO₃ – соединение непрочное, существует только в водных растворах. Большая часть растворенного в воде углекислого газа находится в виде гидратированных молекул CO₂, меньшая – образует угольную кислоту.

Водные растворы, находящиеся в равновесии с CO₂ атмосферы, являются кислыми: [CO₂] = 0,04 М и рН ≈ 4.

Угольная кислота – двухосновная, относится к слабым электролитам, диссоциирует ступенчато (К₁ = 4, 4 ∙ 10⁻⁷; К₂ = 4, 8 ∙ 10⁻¹¹). При растворении CO₂ в воде устанавливается следующее динамическое равновесие:

H₂O + CO₂ ↔ CO₂ ∙ H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃⁻

^↓↑

H⁺ + CO₃²⁻

При нагревании водного раствора углекислого газа растворимость газа понижается, CO₂ выделяется из раствора, и равновесие смещается влево.

Соли угольной кислоты

Будучи двухосновной, угольная кислота образует два ряда солей: средние соли (карбонаты) и кислые (гидрокарбонаты). Большинство солей угольной кислоты бесцветны. Из карбонатов растворимы в воде лишь соли щелочных металлов и аммония.

В воде карбонаты подвергаются гидролизу, и поэтому их растворы имеют щелочную реакцию:

Na₂CO₃ + H₂O ↔ NaHCO₃ + NaOH.

Дальнейший гидролиз с образованием угольной кислоты в обычных условиях практически не идет.

Растворение в воде гидрокарбонатов также сопровождается гидролизом, но в значительно меньшей степени, и среда создается слабощелочная (рН ≈ 8).

Карбонат аммония (NH₄)₂CO₃ отличается большой летучестью при повышенной и даже обычной температуре, особенно в присутствии паров воды, которые вызывают сильный гидролиз

Сильные кислоты и даже слабая уксусная кислота вытесняют из карбонатов угольную кислоту:

K₂CO₃ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + H₂O + CO₂↑.

В отличие от большинства карбонатов, все гидрокарбонаты в воде растворимы. Они менее устойчивы, чем карбонаты тех же металлов и при нагревании легко разлагаются, превращаясь в соответствующие карбонаты:

2KHCO₃ = K₂CO₃ + H₂O + CO₂↑;

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + H₂O + CO₂↑.

Сильными кислотами гидрокарбонаты разлагаются, как и карбонаты:

KHCO₃ + H₂SO₄ = KHSO₄ + H₂O + CO₂

Из солей угольной кислоты наибольшее значение имеют: карбонат натрия (сода), карбонат калия (поташ), карбонат кальция (мел, мрамор, известняк), гидрокарбонат натрия (питьевая сода) и основной карбонат меди (CuOH)₂CO₃ (малахит).

Основные соли угольной кислоты в воде практически нерастворимы и при нагревании легко разлагаются:

(CuOH)₂CO₃ = 2CuO + CO₂ + H₂O.

Вообще термическая устойчивость карбонатов зависит от поляризационных свойств ионов, входящих в состав карбоната. Чем больше поляризующее действие оказывает катион на карбонат-ион, тем ниже температура разложения соли. Если катион способен легко деформироваться, то карбонат-ион сам также будет оказывать поляризующее действие на катион, что приведет к резкому снижению температуры разложения соли.

Карбонаты натрия и калия плавятся без разложения, а большинство остальных карбонатов при нагревании разлагаются на оксид металла и углекислый газ.

MgCO₃ = MgO + CO₂.

3.2 Проектное задание:

Укажите способы получения: оксида углерода (IV), солей угольной кислоты. Напишите уравнения процессов, происходящих при нагревании карбонатов.
3.3 Тест рубежного контроля

Тест содержит 6 заданий, на выполнение которых отводится 5 минут. Выберите наиболее правильный, по Вашему мнению, вариант ответа и отметьте его в бланке ответов любым значком (правильных ответов может быть несколько!)

1. Какой тип химической связи в молекуле диоксида углерода?
а) ковалентная полярная	б) ковалентная неполярная
в) ионная	г) двойная
2. С какими из перечисленных веществ реагирует углекислый газ?
а) вода, хлорид натрия, оксид кальция, гидроксид натрия	б) оксид кальция, гидроксид бария, вод вода, карбонат натрия;
в) вода, магний, оксид кальция, гидроксид натрия	г) вода, оксид кальция, гидроксид натрия; раствор ацетата свинца
3. Какова окраска лакмуса в растворе угольной кислоты?
а) фиолетовая	б) красная
в) синяя	г) бесцветная
4. Как диссоциирует угольная кислота?
а) H^+ + HCO3^—	б) H^+ + CO3^2−
в) 2H^+ + CO3^2−	г) H2^+ + CO3^2−
5. Каковы продукты гидролиза (в обычных условиях) карбоната натрия?
а) NaHCO3 + NaOH	б) H2CO3 + NaOH
в) КHCO3 + КOH	г) СО2 + NaOH
6. Какие соли может образовывать угольная кислота?
а) нейтральные	б) кислые
в) основные	г) средние

Бланк ответов

№
А)
Б)
В)
Г)