Николаева Р.Б., Сайкова С.В., Казаченко А.С. Неорганическая химия. Практикум по химии элементов и их соединений (часть 4)

Подождите немного. Документ загружается.

+−+−

+↔+↔↔⋅ HCOHHCOCOHOnHCO

333222

практически полностью смещается в сторону карбонат-ионов.

Качественной реакцией на углекислый газ является помутнение известковой

воды за счет образования карбоната кальция, который при дальнейшем пропускании

переходит в растворимый гидрокарбонат, и муть исчезает. Но она снова появ-

ляется при кипячении полученного раствора вследствие усиления гидролиза по

аниону, неустойчивости углекислоты и летучести

Однако, несмотря на летучесть эта кислота легко вытесняет менее летучие ки-

слоты: HCl,

HNO и даже

SOH , - из растворов соответствующих солей кальция

(почему?), а также кремниевую кислоту из силикатов ЩМ. Причина последнего –

склонность

SiOH к полимеризации и, как следствие, к образованию осадка [24].

Причем при высоких концентрациях кремниевая кислота образует

гель, т.е.

ее раствор «схватывается» (что используется для получения

нетекучих электроли-

тов в батарейках), а при низких концентрациях –

золь, т.е. текучий коллоид.

Даже без подкисления раствор силикатов щелочных металлов содержит поли-

меры. Например, в кристаллах «растворимого стекла», которое условно записывает-

ся формулой

SiONa , на 1 моль Na приходится 3 моль Si, поскольку в нем присутст-

вуют не только моносиликат-анионы, но и дисиликат-, трисиликат- и др.

Кроме того, при растворении в воде силикат натрия сильно гидролизуется

по

указанным анионам (в 0,005М

SiONa %28

), что еще более увеличивает их

полимеризацию. При использовании этого раствора в качестве клея (он называется

силикатным, а также «жидким стеклом») под действием

CO воздуха гидролиз и по-

лимеризация протекают настолько глубоко, что происходит

отвердевание раствора

(за счет чего и осуществляется склеивание).

С другой стороны, в гексафторосиликатах вследствие координационной насы-

щенности кремния (в отличие от триоксосиликатов) полимеризация не наблюдается

и, как следствие, фторокремниевая кислота ]SiF[H

в свободном виде нестабильна

Однако ее соли устойчивы (?). Их особенность состоит в том, что фторсилика-

ты многих многозарядных металлов, в частности

Mg ,

Zn ,

Al (а также аммония),

хорошо растворимы; а напротив, щелочных металлов (кроме Li и Cs), бария и т.п.

малорастворимы. Так, массовая доля

SiFNa в его насыщенном растворе всего

0,7%,

SiFK – 0,2%, а

BaSiF – 0,01%.

В отличие от фторосиликатов, оксосиликаты всех металлов (кроме ЩМ) мало-

растворимы. Поэтому, если кристаллы растворимой соли

M поместить в «жидкое

стекло», то они тут же покрываются пленкой малорастворимого силиката этого ме-

талла, причем пленка настолько плотна, что она проницаема лишь для молекул во-

ды, но не для более крупных гидратированных ионов соли.

Как следствие, вода под действием осмотического давления всасывается под

пленку и разрывает ее. В месте

разрыва образуется новая пленка, но так как она

тоньше, чем в других местах, то именно она опять рвется, и все повторяется снова и

Гидролизуется не только «растворимое стекло», но и обычное оконное. Так, в мелкораздробленном состоянии,

контактируя с водой, оно заметно подщелачивает ее.

При охлаждении из концентрированных растворов выпадает неустойчивый продукт H

SiF

O (т.пл.=19

С).

снова. А внешне это выглядит как рост «водорослей». И если брать несколько раз-

лично окрашенных (за счет катионов) солей, то силикатные «водоросли» оказывают-

ся разноцветными, т.е. «вырастает» причудливый подводный неорганический «сад».

При действии хлороводородной кислоты «водоросли» ломаются и обесцвечи-

ваются, так как за счет образования малорастворимой кремниевой кислоты ионы ме

таллов «вымываются» из силикатов в раствор.

Углерод и силикагель как сорбенты

Поверхностные атомы любого твердого тела (в отличие от внутренних) спо-

собны образовывать связи с молекулами газа или жидкости (за счет сил межмолеку-

лярного взаимодействия) и таким образом

удерживать их на поверхности. Такое

явление называется

сорбцией (от греческого «сорбео» – «поглощаю»).

И если твердое вещество пронизано

большим количеством открытых пор, а

значит, имеет высокоразвитую (

разветвленную) поверхность, то сорбция происхо-

дит

в значительной степени и такие вещества являются сорбентами

. К ним от-

носится, в частности, силикагель, полученный в специальных условиях (площадь его

поверхности может быть до 700 м

/г), а также древесный активированный уголь.

Поскольку древесный уголь получают при прокаливании (без доступа воздуха)

стружек древесины, а в древесине много каналов и пор, по которым перемещались

растворы, питавшие живое дерево, то при прокаливании образуется углеродистый

скелет с

очень развитой пористой структурой. Так, площадь поверхности 1 г дре-

весного угля после активации (обработки горячим паром, которая освобождает поры

от смолистых веществ) достигает 1700 м

/г.

Силикагель и активированный уголь широко используются как сорбенты на

практике. Так

SiO , высушенный при 150

С, поглощает столько влаги, что его масса

увеличивается в 1,5 раза, т.е. он является эффективным осушающим средством.

Древесный уголь применяется для очистки этилового спирта, сахарных сиро-

пов, растительных масел и др. от примесей. При этом через колонку, заполненную

гранулами сорбента, пропускают загрязненную жидкость, а вытекает она из колонки

очищенной. Когда же

уголь насытится примесями, его заменяют на «свежий», а от-

работанный восстанавливают, извлекая из него примеси горячим паром.

Активированный уголь в таблетках или в виде порошка продается в аптеках.

Его применяют внутрь при вздутиях живота и отравлениях (он сорбирует газы и яды

из желудочно-кишечного тракта). Используется активированный уголь и в

противо-

газах для поглощения вредных веществ, отравляющих воздух.

Техника безопасности при работе с соединениями

углерода и кремния

Из соединений углерода наибольшую опасность представляет так называемый

угарный газ, т.е. оксид углерода(II), с которым люди часто сталкиваются и в быту,

ибо он образуется при неполном сгорании любого С-содержащего топлива.

Угарный газ в смеси с воздухом взрывоопасен при концентрациях от 12,5 до

74,2% (об.). А главное, он очень

ядовит

– его ПДК в воздухе промышленных пред-

приятий составляет 30 мг/м

. Ядовитость СО объясняется сродством к нему гемогло-

Т. Ловиц еще в XVIII в. открыл сорбцию и применил ее на практике (для очистки жидкостей от примесей).

Углекислый газ менее токсичен – отравление наступает при 5%-ном его содержании во вдыхаемом воздухе за

счет нарушения равновесия «O

-CO

» в организме.

бина, в 200-300 раз превышающем сродство к кислороду. Вследствие этого оксид уг-

лерода(II) вытесняет кислород

из крови, что ведет к нарушению транспорта послед-

него, развитию кислородной недостаточности, угнетению тканевого дыхания и, если

не принять меры (описанные ниже), то к летальному исходу.

Особая опасность связана с тем, что CO бесцветный, не имеющий запаха газ.

Подчеркнем, что он слабо поглощается активированным углем обычного противогаза

и надо использовать специальные

гопкалитовые противогазы, коробку которых за-

полняют смесью различных оксидов (в основном

MnO и CuO, а также OAg

). Эти

смеси каталитически ускоряют окисление СО до

CO кислородом воздуха.

Признаком отравления оксидом углерода(II) являются головокружение, голов-

ная боль, слабость, рвота, шум в ушах, судороги и потеря сознания. Пострадавшего

нужно вынести на свежий воздух, положить холодный компресс на голову, ослабить

туго затянутые места одежды и применять (до

четырех часов) искусственное дыха-

ние с кислородом – чистым или с добавлением

CO (до 5%). Полезно также кратко-

временное вдыхание паров нашатырного спирта. После того, как пострадавший

пришел в себя, его необходимо держать в тепле, завернув в одеяло и согревая грел-

ками, а также поить крепким чаем или кофе. Вызвать врача.

Многие горючие материалы опасны не только при неполном их сгорании, но и

при

хранении за счет медленного окисления кислородом воздуха, которое вызывает

саморазогрев и, как результат, воспламенение (в частности может загореться са-

мопроизвольно навоз или уголь, хранящийся в больших количествах). По этой же

причине нельзя складывать в кучи промасленные тряпки.

Газообразные углеводороды, в частности

ацетилен, могут давать взрыво-

опасные смеси с воздухом. Поэтому опыты, сопровождающиеся их выделением, нуж-

но проводить под тягой. К тому же ацетилен, получаемый из

CaC действием воды,

содержит вредные примеси

NH ,

PH (они и придают ему неприятный запах,

который всегда ощущается при проведении ацетиленовой сварки).

Из соединений кремния ядовиты тетрафторид кремния и все фторосиликаты.

Нужно также помнить, что раствор

SiONa имеет сильнощелочную среду.

Лабораторная работа «УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ»

ОПЫТ 1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА

А. Сорбция из раствора. В бюретку с краником вложить стекловату или

фильтровальную бумагу и сверх нее насыпать слой активированного угля

толщиной

10 см. Затем пропустить через него 30 мл раствора одного из красителей – индиго,

метилоранжевого или лакмуса. Скорость выхода раствора из бюретки должна быть

примерно 1 капля в секунду (регулировать поворотом краника). Сравнить цвет рас-

твора, заливаемого в бюретку и вытекающего из нее, сделать вывод. Сохранить ре-

зультаты для демонстрации.

Б. Сорбция из газовой фазы. В 2 пробирки добавить по 1 капле 0,1М рас-

твора аммиака, поместить в одну из них примерно 1 мл (по насыпному объему) акти-

вированного угля и заткнуть пробирки пробками. После встряхивания в течение

5 мин, открыть их и сравнить по запаху сразу и (не закрывая пробирок) по истечении

Перед употреблением активированный уголь нужно промыть дистиллированной водой и высушить. Еще лучше

нагревать его в воде, пока не потонет, а потом, выдержав 30 мин при 500

С в закрытом железном тигле, охла-

дить в эксикаторе.

20-30 минут. Объяснить наблюдение. (Аналогично можно провести опыт с диоксидом

азота (как его получить?), сравнивая окраску газа в обеих пробирках.)

ОПЫТ

2. СВОЙСТВА ПЕРКАРБИДОВ S- И D-ЭЛЕМЕНТОВ

(опыт выполнять под тягой!)

А. Получение и гидролитическая устойчивость. Собрать установку

(рис. 16). Поместить в пробирку (1) несколько кусочков перкарбида кальция, доба-

вить 3 мл воды и закрыть пробкой с газоотводной трубкой (3), конец которой опус-

тить в пробирку (2) с раствором нитрата сереб-

ра

. Что наблюдается и почему?. Продукт в

пробирке (2) сохранить для опыта В.

Б. Горение ацетилена. Поджечь газ,

выделяющийся из газоотводной трубки (3). От-

метить и объяснить цвет пламени. Затем пога-

сить пламя и, вынув пробку, слить жидкость из

пробирки (1) - под тягой.

В. Термостойкость. Осадок, получен-

ный в опыте А, отделить от раствора с помощью

бумажного фильтра, и фильтр с осадком поло-

жить на плитку для высушивания. Отметить в

присутствии группы внешний эффект, наблюдаемый после высыхания осадка.

ОПЫТ

3. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА ОКСИДА УГЛЕРОДА(IV)

А. Синтез и идентификация. Собрать прибор по схеме (рис. 17). Положить

в пробирку (1) 4 кусочка мрамора, смочить его несколькими каплями воды, затем

добавить 1 мл концентрированной хлороводородной кислоты и быстро закрыть про-

бирку пробкой с газоотводной трубкой (2). К концу трубки поднести смоченную во-

дой синюю лакмусовую бумажку. Что наблюдается и почему?

Конец трубки опустить в коническую колбу на

100 мл (3). После того, как кол-

ба наполнится оксидом углерода(IV) (убедиться в этом с помощью горящей лучинки),

накрыть ее стеклом, и аналогично заполнить вторую колбу. Обе колбы сохранить для

опыта В.

Собрать газ в сухую пробирку и, заткнув ее пробкой, оставить для опыта Г.

Б. Реакции с известковой водой. Газоотводную трубку (с узким отверсти-

ем) опустить в

узкую пробирку с 6 мл про-

зрачной

известковой воды (до дна пробирки).

Периодически, закрывая отверстие пробирки

пробкой, энергично встряхивать содержимое

пробирки (для чего?). Что происходит по мере

пропускания углекислого газа через известко-

вую воду в начале опыта? Что наблюдается при

дальнейшем длительном пропускании? Объяс-

нить наблюдения.

Треть полученного раствора отобрать в

стакан на 50 мл и прокипятить в

течение 5 мин

на плите. Что происходит и почему? Оставшийся

Можно синтезировать ацетиленид меди (I) - красный осадок Cu

, пропуская ток ацетилена через раствор, по-

лученный действием на суспензию хлорида меди (I) избытка аммиака (до полного растворения CuCl).

Рис. 16. Установка для получения

перкарбида серебра

Рис. 17. Установка для получения ок-

сида улерода(IV)

в пробирке раствор разделить на 2 части. Одну сохранить для сравнения, а во вто-

рую добавить 1 мл известковой воды. Что наблюдается и почему?

В. Горение в углекислом газе. (Опыт проводить в присутствии группы.)

Зажженный в железном ковшике фосфор опустить в одну из колб с углекислым га-

зом. Объяснить наблюдения. Поджечь магниевую ленту (выбрать потолще) и быстро

ввести в другую колбу с

CO . Что наблюдается и почему? Каков состав продуктов

горения фосфора и магния в углекислом газе?

Г. Взаимодействие со щелочью. (Выполнять при демонстрации.) Прилить

1 мл 1M щелочи в пробирку с газом, собранным в опыте А, и закрыть ее большим

пальцем. Встряхивая пробирку (но осторожно, чтобы щелочь не попала на кожу) и,

не отнимая

пальца, наблюдать, что с ним происходит. Объяснить наблюдение.

ОПЫТ

4. СВОЙСТВА КИСЛОТ УГЛЕРОДА

В 1М уксусную кислоту внести медную стружку. Происходит ли взаимодейст-

вие? А при нагревании?

Затем на очищенную поверхность медной пластинки поместить каплю 1M этой

же кислоты и дождаться высыхания раствора. Что наблюдается и почему?

Сходные ли результаты получатся с угольной кислотой?

ОПЫТ

5. СВОЙСТВА КАРБОНАТОВ

А. Определение pH растворов. Измерить с помощью иономера pH 1М рас-

творов карбоната и гидрокарбоната натрия. Рассчитать

теоретические значения pH

и сравнить с полученными

практически. Есть ли расхождение? Почему?

Те же ли результаты будут в опытах с сульфитом и гидросульфитом натрия?

Б. Зависимость состава продукта от условий. В две пробирки налить по

2 мл насыщенного раствора сульфата меди(II), затем в одну добавить лопаточку

кристаллов

гидрокарбоната натрия, а в другую – карбоната натрия. (Не переме-

шивать!) Что наблюдается сразу и после часового стояния? Почему?

Часть полученного осадка из второй пробирки поставить высушиваться в

фарфоровой чашке на плитке. Объяснить наблюдаемые явления.

ОПЫТ

6. СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КРЕМНЕЗЕМА (СИЛИКАГЕЛЯ)

А. Сорбция. Приготовить в пробирке 1 мл разбавленного аммиачного раство-

ра меди(II), разделить его на две пробирки, одну оставить в качестве контрольной, а

в другую добавить 4 гранулы силикагеля. Перемешивать содержимое пробирки в те-

чение 3 мин. Что наблюдается и почему?

Б. Десорбция. Слить раствор с кремнезема в чистую пробирку и сохранить

для демонстрации, а кремнезем промыть два раза водой. Затем разделить его на две

пробирки, одну сохранить для демонстрации, а в другую добавить 1 мл 2М хлорово-

дородной кислоты и, оставив одну гранулу для демонстрации, к другой добавить ам-

миак. Восстанавливается ли синее

окрашивание прежней интенсивности? (Силика-

гель вернуть лаборанту.)

ОПЫТ 7. ПОЛУЧЕНИЕ КРЕМНИЕВОЙ КИСЛОТЫ

В пробирку налить по 0,5 мл силикатного клея и воды, тщательно перемешать

палочкой и добавить (продолжая перемешивать) 11 капель 6М HCi. Что наблюдает-

ся? Можно ли вылить образовавшийся раствор из пробирки? Почему?

ОПЫТ 8. ГИДРОЛИЗ СИЛИКАТОВ

А. Силикат натрия. С помощью универсальной индикаторной бумаги изме-

рить рН в растворе силиката натрия. Чем оно обусловлено? Добавить к 0,5 мл сили-

ката натрия 1 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Что происходит и почему?

Б. Стекло. Нагреть конец стеклянной трубки в пламени спиртовки до размяг-

чения и быстро опустить в стакан с холодной водой. Растрескавшееся (почему?)

стекло после сливания воды перенести в фарфоровую ступку, добавить 6 капель фе-

нолфталеина и растереть стекло в порошок (осторожно, чтобы осколки не попали в

глаза). Что наблюдается и почему? Сохранить результат

для демонстрации.

ОПЫТ

9. ГЕКСАФТОРОКРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА И ЕЕ СОЛИ

А. Получение кислоты. Собрать прибор (рис. 18). Смешать по 2 г сухих

(почему не годятся влажные?) кварцевого песка и фторида кальция. Перенести

смесь в колбу Вюрца (1), добавить 15 мл 98%-ной серной кислоты, и закрыть колбу

пробкой. Воронка (2) должна касаться поверхности воды в стакане (3). Нагреть кол-

бу (1). Что при этом наблюдается? Какой газ выделяется в

колбе (1)? За счет чего появляется муть в стакане (3)? Треть

мутного раствора сохранить для демонстрации, остальную

его часть отделить от осадка и использовать в опытах Б и В.

Б. Кислотные свойства. Определить кислотность

раствора фторокремниевой кислоты (с помощью чего?).

Изучить его взаимодействие с активным металлом (напри-

мер, с цинком или магнием).

В. Растворимость фторосиликатов. К 1М раство-

рам хлоридов калия, магния и бария, налитым в разные

пробирки, прилить фторокремниевой кислоты (очищенной

от кремниевой фугованием после подкисления до pH=1 и

добавить аммиак до pH=5. Что наблюдается и почему?

ОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ. РАЗВЕДЕНИЕ «ХИМИЧЕСКОГО САДА»

Налить в стакан (на 50 мл) 20 мл силикатного клея, довести объем до 40 мл

водой и тщательно перемешать. Затем на лист бумаги отобрать по 3-4 крупных

(~4 мм) и мелких (~0,5 мм) кристалликов солей хрома(III), марганца(II), железа(II и

III), кобальта(II), никеля(II), меди(II) и в присутствии группы высыпать их в стакан,

стараясь разместить кристаллы по всему

его дну. Ни в коем случае не перемешивать

содержимое стакана (если отдельные кристаллы задержались на поверхности воды,

то потопить их можно палочкой). Что наблюдается и почему?

Как доказать, что в случае

Fe и

Cr образуются гидроксиды, а с остальными

ионами – силикаты (хотя и сложного состава, т.е. содержащие и гидроксид-ионы).

Что происходит, если к насыщенному раствору какой-либо из использованных

в данном опыте солей d-металлов добавлять по каплям раствор силиката натрия (в

два раза разбавленный водой силикатный клей). Почему?

Вопросы к семинару по теме «УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ»

1. Электронная конфигурация атомов углерода и кремния. Устойчивость в

ст.ок. (+4) и (-4). Нахождение в природе, получение и применение их простых

веществ.

Модификации простых веществ углерода и кремния. Почему межъядерные рас-

стояния

CC − уменьшаются в ряду: алмаз, графит, карбин? Все ли эти модифи-

Рис. 18. Установка для

получения фторокремние-

вой кислоты

кации возможны для кремния? Энтальпия сгорания угля или графита выше? По-

чему? Чем объясняется адсорбционная способность угля? Почему угольные

стержни, в отличие от графитовых, проводят ток по всем направлениям? Най-

дите ошибку в литературной фразе: «Он обнял за талии своих сестер и, снисхо-

дительно посматривая то на алмаз, то на меня

, сказал: «Уголь, простой уголь,

мой добрый друг».

Почему σ-связь CC − более устойчива, чем SiSi

−

, а OO

−

менее, чем SS

−

Почему для кремния в отличие от углерода: а) не характерно образование

кратных связей

ЭЭ = ; б) характерно образование цепей ЭOЭ −− ; в) возможно

координационное число 6, но не 2, г) алмазоподобная форма Si выглядит как

темносерый металл и является полупроводником, в то время как лед, гораздо

менее прочное, чем кремний, вещество, блестит, как алмаз и ток не проводит?

Химические свойства графита и алмаза; реакции с простыми веществами. По-

чему тяга в печи должна быть не слишком малой, но и не слишком большой?

Какие продукты образуются при взаимодействии графита с недостатком фтора?

калия? Почему при фторировании графита до состава CF электропроводность

его падает, а антифрикционные свойства улучшаются? Почему наблюдается об-

ратное

при взаимодействии графита с парами ЩМ? Одинаковы ли продукты бы-

строго и медленного разложения оксида графита состава:

411

OC ?

Сравнить химическую активность графита и кремния при действии на них

конц.

HNO и конц.NaOH. Почему Si реагирует со щелочью не так, как P, S и

Cl ? Сравнить продукты действия NaOH на графит, Si и SiC. Почему кремний

растворяется в смеси концентрированных

HNO и HF? Идет ли его растворение

в «царской водке»? Почему?

Способы получения метана и силана. Их сравнительная устойчивость, отноше-

ние к воде, к хлору, к кислороду. Почему метан не проявляет ни кислотных, ни

оснóвных свойств? Как объяснить, что силан кипит при более высокой темпера-

туре, чем метан, а фосфин – при более низкой, чем аммиак? Почему пользо-

ваться ацетиленовой горелкой можно

и под водой? Зачем при резке металлов

увеличивают ток

O , а при сварке – ток

HC ? Почему в разные цвета (какие?)

окрашено пламя при сгорании на воздухе

CH и

HC ?

Соединения углерода и кремния с М. Получение и классификация. Чем отлича-

ются по структуре и свойствам

CCa

и CW

? Почему перкарбиды s-металлов

термически устойчивы, но легко разлагаются водой, а перкарбиды d-металлов

наоборот: устойчивы во влажном состоянии, но взрываются при высушивании?

Почему, если на

CaC

действовать не водой, а

SOH

, то реакция идет спокой-

но? Как отличить

CaC от CCa

? Как сделать «горючим» снег? Сравнить твер-

дость, тугоплавкость, химическую активность карборунда и алмаза.

Получение оксидов углерода и кремния. Их устойчивость в степени окисления

(+2), (+4). Почему при получении CO действием

SOH

на

422

OCH

образую-

щийся газ пропускают через раствор щелочи? Чем объясняется сходство CO и

? Указать знак эффективного заряда на углероде в молекуле СО. Чем объяс-

няется токсичность СО и его комплексующая способность? Почему в карбонилах

на атоме металла положительный эффективный заряд?

Какую кислоту лучше взять для получения

CO из известняка? Есть ли разница

в свойствах

CO , синтезированного окислением CO, разложением малахита или

действием HCl на мрамор? Как убедиться, что сосуд наполнился углекислым га-

зом? Как с помощью

CO погасить спиртовку? За счет чего задувается свеча?

керосиновая лампа?

10.

Почему увеличивается растворимость

CO при добавлении

CONa , но умень-

шается в присутствии NaCl? Чем объяснить, что

CO растворяется в морской

воде лучше, чем в пресной? Почему при пропускании

CO через раствор

BaCl

осадка нет, а через

)OH(Ba – он выпадает? Как без нагревания превратить

гидрокарбонат в карбонат, используя соль? Почему в новых домах всегда сы-

рость и для ее удаления предлагается в них сжигать уголь? Что будет наблю-

даться через некоторое время, если уравновесили на весах 2 стаканчика с рас-

творами NaCl и NaOH, и почему? В чем проявляется сходство изоэлектронных

оксидов ON

CO , в чем отличие и почему? Каковы продукты реакций

CO c

NH в воде и в безводной среде? Чем ограничено применение

в качестве

огнетушительного средства?

11.

Как очистить а) CO от

O ,

CO и OH

; б)

CO от СО,

O ,

N ,

SO и SH

? Как

разделить СО и

? Как определить, в какой из четырех колб находится

CH , CO и

CO ?

12.

Вычислить pH насыщенного раствора

CO в воде при нормальных условиях, ес-

ли растворимость его при этом 170 мл в 100 г

13.

Чем объяснить значительное различие физических свойств

CO и

SiO ;

CS и

SiS ? Почему известно несколько модификаций

SiO в отличие от

CO ? Почему

SiO плохо кристаллизуется и склонен образовывать стекла, хотя для перехода:

.)крист(SiO.)аморф(SiO

→ , H

∆

равно -3.4 ккал/моль (1 ккал=4,18 кДж)? Как

перевести

SiO в растворимое соединение?

14.

Получение гидроксидов углерода и кремния. В чем их принципиальное разли-

чие? Являются ли оксиды CO,

CO и

SiO истинными ангидридами соответст-

вующих (по ст.ок.) кислот? Какая форма кремниевой кислоты существует в

сильно разбавленных растворах, что происходит при концентрировании? Опре-

делить среду в водном растворе карбоната аммония. Как получить золь крем-

ниевой кислоты? Почему при нагревании золь переходит в гель? Силикагель.

Ксерогель. За счет чего коллоидные частицы обладают

большой сорбционной

способностью? Почему

SiO прекрасный осушитель, хотя для процессов взаи-

модействия

SiO с водой 0H >∆ ?

15.

Одинакова ли конфигурация

−2

CO в

COH и

CONa ? Почему при добавлении

соды к растворам солей Al, Mg и Ba образуются продукты разного состава? По-

чему растворение мела происходит при кипячении его в растворе

ClNH

, но не

NaCl? Почему добавление угля к известняку снижает температуру его разложе-

ния? Почему для снижения кислотности почвы берут не NaOH, а

CaCO ?

16.

Как из песка и каменной соли получить «растворимое стекло»? Почему, в отли-

чие от него, малорастворимы кремнезем и силикаты двухзарядных металлов?

Что будет, если через жидкое стекло пропускать

CO ? При каких условиях ок-

сид кремния вытесняет

CO ? Из какого «льна» скатерть и в воде не тонет, и в

огне не горит? Почему в очень точных научных исследованиях стеклянную по-

суду перед использованием пропаривают? Меняется ли (и как?) при хранении в

стеклянной посуде состав кислых, нейтральных и щелочных растворов? (А в по-

суде из кварцевого стекла?) Почему мутнеет

раствор щелочи при хранении в

стеклянной посуде? Только ли «жидкое стекло» можно использовать в качестве

осадителя для выращивания «неорганического сада»?

17.

Получение галидов углерода и кремния. Чем обусловлена инертность тетраф-

торида углерода? При каких условиях протекает гидролиз тетрахлорида углеро-

да? фосгена? Одинаков ли механизм гидролиза галидов кремния и углерода?

Почему? Почему различно протекает гидролиз

SiF и

SiCl ?

18.

Как получить

SiFH, не имея плавиковой кислоты? Может ли существовать

фторокремниевая безводная кислота? А ее соли?

19.

Какие из бинарных соединений Si являются мономерами, какие – полимерами:

SiO ,

SiS ,

SiF ,

SiH ,

SiCl , SiC ? Почему?

20.

Получение и свойства циановодородной и тиоциановодородной кислот и их со-

лей. Можно ли дициан

)CN( получить при нагревании углерода в атмосфере

азота? Таутомерия HCN. Чем объяснить линейную форму ее молекул? Почему

цианиды надо хранить изолированно от воздуха? Почему анион

−

CN склонен

образовывать комплексы с ионами металлов?

21.

Почему реакция:

CSS2C =+ ,

66G

298

=∆

кДж/моль, идет при 1000

С? Почему

жидкость

CS , в отличие от

CCl , взрывоопасна? Какие из газов:

Cl ,

SO ,

O ,

H , SH

NH ,

CH ,

CO , - можно сушить известью (

)OH(Ca )?

22.

Расположить соли: KCN, KCNO, KCNS, - в ряд снижения pH их 0,1М растворов.

23.

Дописать и уравнять реакции:

(1)

→+

OHHCN

(12)

→

OHCCa

(2)

→++

ClCSiO

(13)

→

OHCW

(3)

→+ HClOHCN

(14) →

MgCO

(4)

→+ SHCN

(15)

→

424422

SOHKMnOOCH

(5)

⎯→⎯+

COOFe

(16)

⎯→⎯+

323

CONaFeCl

(6)

→+ CPbO

(17) →

323

SiONaAlCl

(7)

→+ OHSiF

(18)

→

]SiF[HSiO

622

(8)

→+ OHSiCl

(19)

→

OHCaC

(9)

→+ OHSiS

(20)

→

.)конц(SOHC

(10)

⎯⎯⎯→⎯+

.сплавл

322

CONaSiO

(21)

→

OPbS

(11)

→++ HFHNOSi

ПОДГРУППА ГЕРМАНИЯ

Общая характеристика, история открытия,

физические свойства

Германий, олово и свинец объединяет в подгруппу германия то, что они, в от-

личие от C и Si, имеют заполненный предвнешний d-подуровень. И, как следствие, за

счет эффекта d-сжатия [24] гораздо устойчивее в ст.ок. (+2), чем C и Si.

Германий считают четырежды рожденным: в 1871 г. он был предсказан

Д.И. Менделеевым,

получен спустя 15 лет немецким ученым К. Винклером (и назван

им в честь его родины); в 1948 г. Ge был открыт как очень

эффективный полупро-

водник (

−

=λ ), а в 1967 г. обнаружили необычайную биологическую активность

его соединений. (Они повышают устойчивость к радиации, снижают заболеваемость

раком, улучшают состав крови, заживляют раны и являются безвредным обезболи-

вающим средством. И все это за счет способности Ge(IV) «захватывать» электроны и

передавать их положительно заряженным ионам.)

Германий, будучи рассеянным элементом, присутствует в природе везде, а из

растений повышенное его содержание

имеют трубчатые грибы, чайный лист, жень-

шень, алоэ, чеснок, – и может быть поэтому они столь лечебны.

Олово и свинец входят в семерку металлов древности (наряду с Fe, Cu, Ag,

Au и Hg). Латинское название «станнум», означающее «стоячая вода», видимо, дано

элементу за внешнее сходство с нею. Слово «олово», возможно, образовалось от на-

звания хмельного напитка «оловина», который, как и другие вина, хранили в свин-

цовой посуде, а олово вплоть до XVII века считали белым свинцом

, в отличие от на-

стоящего – серого.

От слова «вино», вероятно, произошло и русское «свинец». Известен же сви-

нец с 3-2-го тысячелетия до н.э. В частности, в Египте из него изготовляли печати,

статуи богов и царей, большие кирпичи (болванки), различные предметы быта, а

также таблички для письма острым предметом

. Позднее римляне из свинца делали

трубы для водопровода.

Происхождение латинского названия «плюмбум» неизвестно. Предполагают,

что оно имеет общий корень со словом «молес», что значит «тяжесть», ибо свинец

один из самых

тяжелых металлов. И не только потому, что велика его атомная мас-

са (207), но и вследствие

плотной упаковки атомов в его решетке (к.ч.=12). Вслед-

ствие указанного, а также из-за эффекта f-сжатия, т.пл. свинца (327

С) выше, чем

олова (232

С)

, хотя в подгруппе от C к Sn значения т.пл. закономерно снижаются.

Поскольку олово

легко плавится и к тому же хорошо проводит ток, то

именно им спаивают провода. Особенностью металлического олова является также

треск, издаваемый им при сгибании за счет трения его кристаллов друг о друга (так

называемый «крик олова»). При нагревании выше 160

С расстояние между этими

кристаллами увеличивается настолько, что металл рассыпается в порошок. Это ис-

пользуется на практике для получения

порошкообразного олова.

Твердость свинца по шкале Мооса всего 1,5, мягко и олово (1,8), в то время как у германия твердость равна 6.

Сплавы состава 30÷70% Sn и 70÷30% Pb (припои) плавятся еще ниже и поэтому используются для спаивания

различных деталей. Припой, содержащий 66% Sn имеет наименьшую т.пл. (181

С). Такого рода металлические

сплавы с минимальной температурой плавления называются эвтектикой (что в переводе с греческого и означа-

ет «легкоплавкий»). Эвтектика представляет собой спаянную смесь очень мелких кристаллов разных металлов,

которые, взаимно разрыхляя структуру друг друга, ослабляют связи в решетке, что и вызывает снижение т.пл. по

сравнению с чистыми металлами