«Элементы подгруппы углерода» (стр. 4 )

Na2Si + 4H2O = Na2H2SiO4 + 3H2↑ ;

Ca2Si + (6+n)H2O = 2Ca(OH)2 + SiO2 ∙ nH2O + 4H2↑;

Mg2Si + 2H2SO4 = 2MgSO4 + SiH4↑.

Такие силициды получают при сплавлении металлов или гидридов металлов с кремнием; либо восстановлением оксидов металлов кремнием или углеродом в присутствии диоксида кремния (при высоких температурах):

2Ca + Si = Ca2Si; CaH2 + Si = Ca2Si + 2H2;

2CaO + 2Si = Ca2Si + SiO2; 2CaO +SiO2 +2C = Ca2Si + 2CO↑.

Металлоподобные силициды, образованые d - и f-металлами, имеют сложный, часто нестехиометрический состав (например, Mo3Si, Mo5Si3, MoSi, MoSi2), являются как полупроводниками, так и сверхпроводниками. В воде и разбавленных кислотах они не растворяются, многие не окисляются кислородом даже при высоких температурах. Силициды с высоким содержанием кремния устойчивы к действию всех кислот, даже плавиковой и царской водки, но будут растворяться в растворах щелочей и в смеси HF + HNO3. Большинство силицидов d - и f-металлов обладают высокой твердостью и тугоплавкостью. Такие свойства обусловливают применение металлоподобных силицидов для получения кислотоупорных и жаростойких сплавов; в качестве высокотемпературных полупроводниковых материалов. Некоторые силициды f-элементов используют как поглотители нейтронов в атомной энергетике.

2.1.4 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 ∙ nH2O + 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

№	1	2	3	4	5	6	7
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.

3.1 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

Диоксид 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 πр-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.