«Элементы подгруппы углерода» (стр. 6 )

Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 ↑

2Na2SO4 + 2SiO2 + C = Na2SiO3 + 2SO2 ↑ + CO2 ↑

Растворимое стекло в виде водных растворов, называемых жидким стеклом, применяется для пропитки тканей и дерева (придает им огнеупорность), приготовления огнезащитных красок по дереву, как клеящий материал и т. д.

Обыкновенное стекло (оконное) изготовляют путем сплавления кремнезема (белого песка) с известняком и содой:

Na2CO3 + CaCO3 + 6SiO2 = Na2O∙CaO∙6SiO2 + CO2 ↑

Варят стекло в специальных печах при t ≈ 1400°С. Переход горячего жидкого стекла в твердое состояние происходит постепенно. Это дает возможность выдувать из стекла различные изделия (бутыли, стеклянные банки, стаканы и т. д.). В зависимости от химического состава шихты получают стекла, отвечающие определенным требованиям. Так, при замене соды Na2CO3 поташом К2CO3 получают тугоплавкое стекло. Его применяют для изготовления химической посуды и химических приборов. Хрустальное стекло содержит оксид свинца PbO. Такое стекло обладает высоким коэффициентом преломления и применяется для изготовления художественной посуды.

Стекло с преимущественным содержанием бора, алюминия, мышьяка и калия называют пирекс и применяют для изготовления высококачественной химической посуды. Весьма ценными свойствами обладает кварцевое стекло, получаемое плавлением кварца SiO2 в электрических печах при температуре ≈ 1 755°С. Незначительный коэффициент теплового расширения делает его нечувствительным к резким изменением температур. Например, раскаленное докрасна кварцевое стекло можно опустить в воду и оно не растрескается. Кварцевое стекло хорошо пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи (обычное стекло пропускает лишь около 1% ультрафиолетовых лучей). На этом свойстве основано применение кварцевого стекла для изготовления ртутных ламп, используемых в медицине в качестве источников ультрафиолетовых лучей.

Цветные стекла получают введением в шихту при плавлении различных добавок. Так, добавление CoO придает стеклу синюю окраску, Cu2O – красную, Cr2O3 – ярко-зеленую; небольшое количество серебра в стекле придает ему желтую окраску, а золота – ярко-красную (рубиновое стекло).

В настоящее время на основании обычного стекла получают различные технические материалы: стеклянную вату, пеностекло (строительное пористое стекло с плотностью 0, 2 – 0, 5 г/см3) с низкой звукопроводимостью и хорошими теплоизоляционными свойствами; сверхпрочное стекло, особым образом закаленное (сталинит) и высокопрочную стеклянную ткань, используемую для изготовления спецодежды. Таким образом, производство стекол сводится к получению различных силикатов. Стекольное производство является лишь частью силикатной промышленности.

К природным силикатам относятся полевые шпаты, слюды, глины и др. Ниже приводится химический состав некоторых из них:

Ортоклаз K2O∙Al2O3∙6SiO2; Слюда K2O∙3Al2O3∙6SiO2∙2H2O;

Каолин (белая глина) Al2O3∙2SiO2∙2H2O; Асбест 3MgO∙CaO∙4SiO2.

Чаще всего в природе встречаются силикаты, содержащие алюминий, алюмосиликаты (слюда, ортоклаз, глина и др.). Из природных силикатов большое практическое значение и применение имеют природные глины, являющиеся сырьем для производства керамических изделий и цемента. Различают изделия грубой и тонкой керамики. К грубой керамике относятся: строительные кирпичи, гончарные, кислотоупорные и огнеупорные изделия, дренажные трубы, кровельная черепица, облицовочные плитки, к тонкой керамике – фарфоровые и фаянсовые изделия.

Изделия грубой керамики готовят из дешевых глин, в которых кроме каолина (Al2O3∙2SiO2∙2H2O) присутствует значительное количество примесей. Глину обжигают при относительно низкой температуре (не выше 1000°С). Изделия тонкой керамики (фарфоровые и фаянсовые) формируют из чистого каолина; обжиг производят при 1200-1400°С.

Для производства цемента смесь глины с известняком в определенных количественных соотношениях обжигают в специальных печах при температурах 1400-1500°С. Полученную спекшуюся массу размалывают в тонкий порошок – цемент. По составу цемент – сложный силикат, состоящий в основном из оксидов кальция, алюминия, железа и кремния. Ценным свойством цемента является его способность при замешивании с песком и с водой образовывать камневидную массу, обладающую большой механической прочностью. Из цемента, песка, щебня, гравия, воды и некоторых других добавок получают важный строительный материал – бетон. Он хорошо сцепляется с железом, образуя прочную массу. Бетон, армированный железом, называют железобетоном.

4.2 Проектное задание.

Описать химические свойства диоксида кремния, кремниевых кислот и их солей; привести уравнения реакций получения кремниевых кислот; объяснить, что является сырьем для производства стекла и цемента.

4.3 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 кремния?
а) ковалентная полярная	б) ковалентная неполярная
в) ионная	г) двойная
2. С какими из перечисленных веществ реагирует диоксид кремния?
а) вода, хлорид натрия, оксид кальция, гидроксид натрия	б) оксид кальция, гидроксид бария, вод карбонат натрия;
в) магний, оксид кальция, гидроксид натрия	г) вода, оксид лития, гидроксид свинца; фтор
д) д) фтороводород, фтор, карбонат калия, карбонат кальция
3. Какова окраска лакмуса в растворах кремниевых кислот?
а) фиолетовая	б) красная
в) синяя	г) бесцветная
4. Какова формула ортокремниевой кислоты:
а) H4SiO4	б) H2SiO3
в) H6Si2O7	г) H2Si2O5
5. Каковы продукты гидролиза (в об. условиях) силиката натрия?
а) Na2SiO3 и NaOH	б) H2CO3 + NaOH
в) Na2Si2O5 + 2 NaOH	г) Н2SiO3 + 2 NaOH
6. Сырьем при производстве цемента являются следующие вещества:
а) глина и известняк;	б) оксиды кальция, алюминия, железа и кремния
в) GeO2 и C(кокс);	г) асбест, пирекс и карбонат кальция

Бланк ответов

№	1	2	3	4	5	6
А)
Б)
В)
Г)

Модуль 5. Диоксиды германия (IV), олова (IV) и свинца (IV). Германиевые, оловянные и свинцовые кислоты и их соли

Комплексная цель модуля: знать способы получения оксидов и гидроксидов германия, олова и свинца (IV); описывать их физические свойства; знать характеристику кислотно-основных свойств; давать характеристику окислительно-восстановительных свойств в соавнении со всей подгруппой.

5.1 Содержание модуля

Диоксиды германия и олова твердые тугоплавкие вещества белого цвета. Черно-коричневый диоксид свинца при нагревании разлагается.

ЭО2 со структурой рутила – химически малоактивные вещества, в воде не растворяются, проявляют амфотерные свойства, но практически не реагируют с разбавленными растворами кислот и щелочей. Существует еще высокотемпературная модификация GeO2 со структурой типа кварца (к. ч. германия равно 4, поэтому он координационно ненасыщен), которая более активна в химических реакциях, именно для нее и приводятся следующие реакции:

GeO2 + 4HF = GeF4 ↑+ 2H2O; GeO2 + 6HCl = H2 [GeCl6] + 2H2O;

GeO2 + 2NaOH = Na2GeO3 + H2O;

GeO2 + 2 NaOH + 2 H2O = Na2[Ge(OH)6]

Диоксид германия при высокой температуре проявляет окислительные свойства по отношению к водороду и коксу:

GeO2 + 2H2 = Ge + 2 H2O; GeO2 + C(кокс) = Ge + CO2.

Диоксиды олова и свинца также имеют несколько модификаций. При обычных условиях более устойчивы тетрагональные модификации со структурой рутила. Ромбическая форма ЭО2 менее устойчива.

Диоксиды германия и олова плавятся без разложения, диоксид свинца разлагается в зависимости от температуры по разному:

3β-PbO2 = O2 + Pb3O4 (> 280ºC), 2 α- PbO2 = O2 + 2PbO (≈ 600º).

Диоксид олова при продолжительном нагревании с концентрированной серной кислотой образует Sn(SO4)2:

SnO2 + 2H2SO4 (конц.)= Sn(SO4)2 + 2H2O;

SnO2 + 2NaOH (сплавление) = Na2SnO3 + H2O.

В кислой среде высшая степень окисления у свинца резко дестабилизируется, поэтому взаимодействие с кислотами сопровождается изменением ст. ок.:

PbO2 + 4HCl = PbCl2↓ + Cl2↑+ 2H2O;

PbO2 + 6HCl (конц.) = H2[PbCl4] + Cl2↑+ 2H2O;

2PbO2 + 2H2SO4 (конц.)= 2PbSO4↓ + O2↑ +2H2O;

5PbO2 + 6HNO3(разб.) + 2Mn(NO3)2 = 5Pb(NO3)2 + 2HMnO4 + 2H2O.

Мелкодисперсный диоксид свинца очень медленно растворяется в растворах щелочей при кипячении:

PbO2 +2 NaOH + 2 H2O = Na2[Pb(OH)6].

Смешанные оксиды Pb2O3 и Pb3O4 содержат свинец в разных степенях окисления +2 и +4 (являются мета - Pb+2[Pb+4O3] и ортоплюмбатами Pb+22 [Pb+4O4] свинца), что легко выявляется при взаимодействии с азотной кислотой:

Pb3O4 + HNO3(разб.) = PbO2 + 2Pb(NO3)2 + 2H2O.