Образцы решений задач и упражнений

Пример 1. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Si → Na₂SiO₃ → H₄SiO₄ → SiO₂ → SiCl₄ → K₂SiO₃;

Решение.

1. При сплавлении кремния с щелочью получают силикат натрия:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂↑

2. При действии разбавленной соляной кислоты на силикат натрия получают гель кремневой кислоты:

Na₂SiO₃ + HCl(разбавл.) = SiO₂·2H₂O + 2NaCl

(H₄SiO₄)

 

3. При нагревании кремневой кислоты получают оксид кремния (SiO₂):

H₄SiO₄ (tº) = SiO₂ +2H₂O

4. Для получения тетрахлорида кремния из SiО₂, его восстанавливают магнием и затем хлорируют:

SiО₂ + 2Мg (tº) = 2МgО + Si

Si + 4HCl_газ SiCl₄ + 2H₂

5. При гидролизе SiСl₄ можно получить SiО₂, который сплавляют с КОН:

SiCl₄ + 2H₂O(tº) = SiО₂ + 4HCl; SiО₂ + 2KOH = K₂SiO₃ + H₂O

Пример 2. Смесь оксида углерода(IV) и азота занимает при нормальных условиях объем 4.032 л. Массовые доли газов в ней равны. Какая соль образуется при пропускании этой смеси объемом 2 л через раствор массой 20 г с массовой долей гидроксида натрия 28%?

Решение. Определяем общее количество вещества газовой смеси:

n(смеси) моль.

Вычисляем массу и количество вещества оксида углерода (IV) в смеси, приняв, что масса смеси равна m, и учитывая, что ω(CO₂) = ω(N₂) = 0,5:

m(CO₂) = ω(CO₂)·m = 0,5·m;

Аналогично получаем:

m(N₂) = ω(N₂)·m = 0,5 m; m(N₂) = 0,5 m;

n(N₂)

Так как n(смеси) = n(N₂) + n(CO₂), получаем

Отсюда находим массу смеси газов: m = 6,16 г.

При пропускании смеси через раствор гидроксида натрия возможна одна из реакций: если CO₂ в недостатке –

СО₂ + 2NaОН = Na₂CO₃ + H₂O (а)

если CO₂ в избытке –

СО₂ + NаОН = NаНСО₃ (б)

Определяем количество вещества CO₂. содержащегося в смеси:

Рссчитываем массу и количество вещества NаОН в растворе:

m(NaOH) = m(смеси) ·ω(NaOH) =20·0,28 = 5,6 г;

n(NaOH) моль.

Получаем

что соответствует уравнению реакции (а), следовательно, будет образовываться средняя соль – карбонат натрия.

 

Образцы тестового опроса

Si, Ge

 

1. Укажите электронную формулу атома кремния:

1) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p²

3) 1s²2s²2p⁶3s⁰3p⁰

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

5) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁰

2. Укажите характер оксида кремния (II):

1) основной 2) кислотный 3) безразличный 4) амфотерный

3. Укажите продукты реакции травления кремния раствором гидроксида калия:

1) K₂SiO₃ + H₂ 3) H₂SiO₃ + K

2) SiO₂ + K₂O + H₂O 4) K₂SiO₃ + H₂O

4. Укажите продукты полного гидролиза хлорида кремния (IV):

1) SiOCl + HCl 3) H₂SiO₃ + HCl

2) SiO₂ + Cl₂ 4) SiO₂ + HCl

5. Укажите, к какому классу неорганических соединений относится H₂[GeF₆]:

1) солей 2) оснований 3) кислот 4) оксидов 5) гидроксидов

 

Sn, Pb

1.Укажите количество электронов на 6-м уровне атома свинца

1) 6; 2) 4; 3) 2; 4) 3; 5) 5.

2. Укажите вещество, образующееся при действии избытка азотной кислоты на станнит натрия

1) Sn(NO₃)₄; 2) Na₂SnO₂; 3) Sn(NO₃)₂; 4) Na₂SnO₃; 5) Sn(OH)₂.

3. Укажите валентность свинца в соединении Pb₂PbО₄

1) 2 и 3; 2) 4 и 1; 3) 1 и 2; 4) 2; 5) 2 и 4.

4. Укажите продукты взаимодействия олова с конц. серной кислотой

1) Sn(SO₄)₂ + SO₂ + H₂O; 2) Sn(SO₄)₂ + H₂S + H₂O;

3) SnSO₄ + S + H₂O; 4) Sn(OH)₂ + SO₂ + H₂O;

5) Sn(OH)₄ + H₂S + H₂O.

5. Укажите продукты реакции SnCl₂ + HNO₃ + HCl ®

1) SnCl₄ + N₂O + H₂O; 2) SnCl₄ + NO + H₂O;

3) Sn(NO₃)₂ + NO + H₂O; 4) Sn(OH)₄ + NO₂ + H₂O;

5) Sn(OH)₂ + N₂O + H₂O;

 

Контрольные вопросы и упражнения

1. Охарактеризуйте электронное строение атомов и возможные валентные состояния р-элементов IV группы. Какие степени окисления проявляют указанные элементы в соединениях?

2. Охарактеризуйте изменение атомных радиусов, энергии ионизации, сродства к электрону и электроотрицательности в ряду С -Pb.

3. Охарактеризуйте изменение устойчивость соединений указанных элементов в их высшей степени окисления в ряду C – Pb.

4. Охарактеризуйте изменение окислительно-восстановительных свойств простых веществ при переходе от углерода к свинцу, их отношение к воде, кислотам, щелочам, солям. Напишите уравнения соответствующих реакций.

11. Охарактеризуйте зависимость кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов р-элементов IV группы от степени их окисления. Как изменяются кислотно-основные свойства однотипных оксидов и гидроксидов в ряду углерод – свинец? Приведите уравнения соответствующих реакций.

12. Объясните различия в строении и в химических свойствах галогенидов p-элементов IV группы. К каким классам соединений относятся GeCl₄, SnCl₄; SnCl₂,PbCl₂? Напишите уравнения реакций гидролиза SiCl₄ и SiF₄.

13. Укажите степень окисления свинца в оксидах РbО, РbО₂, Pb₃O₄. Как эти соединения взаимодействуют с разбавленными и концентрированными растворами НС1, Н₂SO₄?

14. Укажите, какие из соединений p-элементов IV группы используются в лабораторной практике а) в качестве типичных окислителей; б) в качестве восстановителей. Приведите примеры реакций c их участием.

15. Укажите, какие из указанных солей гидролизуются сильнее:

а) Sn(NO₃)₂ или Pb(NO₃)₂; б) Na₂CO₃ или Na₂SiO₃. Почему?

17. Укажите, почему в водных растворах невозможно синтезировать карбонаты железа (III), хрома(Ш), алюминия. Какие вещества могут получиться при смешивании растворов Рb(NO₃)₂ и Na₂CO₃?

18. Что представляет собой активированный уголь? Где он используется? Чем объясняется его высокая сорбирующая способность?

19. Смесь кремния с оксидом кремния (IV) обработали избытком раствора гидроксида натрия, в результате чего выделился газ объемом 6,72 л (н.у.). Из образовавшегося раствора был выделен метасиликат натрия массой 25 г. Вычислить значение массовой доли кремния в исходной смеси. Ответ: 56 %.

20. Смесь углерода со свинцом обработали при нагревании избытком концентрированного раствора азотной кислоты, в результате чего выделилась смесь газов объемом 15,68 л (н.у.). При пропускании этой смеси через избыток известковой воды образовался осадок массой 10 г. Вычислить значение массовой доли углерода в исходной смеси. Ответ:18,9 %

22. Закончите уравнения следующих реакций (кислота и щелочь берутся с некоторым избытком):

а) Sn(NO₃)₂ + KOH →

б) Pb(CH₃COO)₂ + KOH →

в) Na₂[Sn(OH)₆] + HCl→

г) Na₂PbO₂ + HNO₃ →

23. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осу-
ществить превращения:

а) СО₂ → СОС1₂ → СO₂ → С → А1₄С₃ →CH₄;

б) Si → Na₂SiO₃ → H₄SiO₄ → SiO₂ → SiCl₄ → K₂SiO₃;

в) CO₂ → NH₄HCO₃ → BaCO₃ → CO₂ → CO → COBr₂;

г) Рb → Рb(ОН)₂ → РbO₂ → Рb₃O₄ → РbС1₂ → Н₂[РbС1₆].

24. Укажите, у каких оксидов преобладают кислотные свойства:

PbO или SnO; б) PbO или PbO₂, в) SnO₂ или GeO₂. Ответ обоснуйте.

25. Напишите схемы равновесия в насыщенных растворах амфотерных гидроксидов: а) свинца (II); б) олова (IV).

26. Напишите уравнения реакций получения станнита и станната калия из сульфата олова (II). В чем принципиальное различие обоих процессов?

27. Изобразите графически распределение химических связей в молекулах Pb₂O₃ и Pb₃O₄. Какие окислительные числа имеет свинец в этих соединениях? Солями каких кислот можно считать эти соединения?

28. Закончите уравнения следующих реакций:

1) NaOH + H₂O + Si (C, Sn, Pb) →

2) NaOH + H₂O₂ + Ge →

3) H₂SO₄ (конц.) + Sn (C, Si, Pb) →

4) HNO₃ (конц.) + Sn (C, Si, Pb) →

5) Mg₂Si + H₂SO₄ (разбавл.)→

6) MnSO₄ + PbO₂ + H₂SO₄ →

7) Sn + KOH + H₂O →

8) SiO₂ + HF →

9) SnCl₂ + NaBiO₃ + HCl → H₂ [SnCl₆] +...

10) GeCl₂ + O₂ + NaOH + H₂O →

11) Pb + KOH + H₂O →

12) PbS + H₂O₂ →

29. Газ, который получили действием избытка раствора соляной кислоты на карбонат кальция массой 40 г, поглотили раствором гидроксида натрия. В результате образовался карбонат натрия. Вычислите объем раствора с массовой долей гидроксида натрия 20% и плотностью 1,22 г/мл, который израсходовали на поглощение образовавшегося газа. Ответ:131.15 мл.

30. Какую массу кремния и какой объем гидроксида натрия с массовой долей 32% и плотностью 1,35 г/мл потребуется для получения 15 м³ водорода (17 ºС, 98,6 кПа)? Ответ:8,6 кг; 56,7 л.

31. Какую массу свинца можно получить, проводя электролиз водного раствора нитрата свинца (II) массой 60 г? Массовая доля соли в растворе равна 15%. Какой объем газа, измеренный при нормальных условиях, выделится при электролизе? Ответ: 5,63 г; 3,05 л.

 

 

Элементы III-A подгруппы

B, Al, Ga, In, Tl

Атомы элементов имеют электронную конфигурацию валентных уровней ns²p¹ и проявляют степени окисления +3 (B Al Ga In), +1 (Tl)

Физические свойства

Физические свойства	B	Al	Ga	In	Tl
Радиус атома, Rат,Å	0,91	1,43	1,39	1,66	1,71
I ионизац.,ЭВ, Э - 3ē®Э^3+	37,9	28,4	30,7	28,0	29,8
Радиус Э^3+, Å	0,20	0,57	0,62	0,92	1,05
Плотность, г/см^3	2,34	2,70	5,90	7,31	11,85
Тплавл.,С°			29,8	156,4
Ткип.,С°

 

Бор

Бор – неметалл, полупроводник. Ион B⁺³ обладает малым радиусом при

большом заряде, он образует только ковалентные связи, образует только анионы, B(OH)₃ - проявляет слабокислотные свойства - кислота (H₃BO₃ борная кислота).

Минералы:

H₃BO₃ – борная кислота, Na₂B₄O₇∙10H₂O - бура

MgHBO₃ - ашарит Mg₇Cl₂B₁₆O₃₀ - борацит

 

Получение бора. Приведены схемы получения бора из буры и оксида бора:

Na₂B₄O₇ H₃BO₃ B₂O₃ B

 

B₂O₃ + 3Mg = 3MgO + 2B

продукты обрабатывают HCl, для растворения MgO.

Для получения бора высокой чистоты проводят его дополнительную очистку по схеме (1) или (2):

1) B BBr₃ +H₂ B

 

2) 2BBr₃ + 3H₂ 2B + 6HBr

 

Бор осаждают на поверхности металла (Ta, Mo или W при t°)

Твердость кристаллического бора 9. Бор – полупроводник, при нагревании до 600°С его электропроводность повышается ~ в 100 раз.

Чистый бор можно получать пиролизом:

B₂H₆ 2B + 3H₂

Химические свойства бора

При комнатной t° инертен, подобен Si.

В₂О₃

Mg₃B₂

ВГ₃

B В₂S₃

В₄С

ВN

не идет

 

1) При t° красного каления (~ 700°C)

2B + 6H₂O (пары) = 2H₃BO₃ + 3H₂

2) Из кислот взаимодействует с конц. HNO₃, H₂SO₄, царской

водкой: B + 3HNO₃ = H₃BO₃ + 3NO₂

2B + 3H₂SO₄ = B₂O₃ + 3SO₂ + 3H₂O

 

Водородные соединения (бораны) образуют два гомологических ряда:

1) B_nH_n+4, B₂H₆ - диборан

2) B_nH_n+6, B₄H₁₀ - тетраборан

Получают действием разбавленной соляной кислоты на бориды металлов, например, на Mg₃B₂:

2Mg₃B₂ + 12HCl = H₂ + B₄H₁₀ + 6MgCl₂

При этом наряду с тетрабораном B₄H₁₀, выделяется смесь боранов: B₄H₁₀, B₅H₉, B₆H₁₀, B₁₀H₁₄ и др. Разделить их можно фракционной перегонкой в вакууме.

Диборан - газ, остальные жидкости, бесцветные, с отвратительным запахом, ядовиты, разлагаются водой:

B₂H₆ + 6H₂O = 2H₃BO₃ + 6H₂

Бораны являются реакционно-способными соединениями. Горят с выделением большого количества тепла (при сгорании 1 моля В₂Н₆ -выделяется 2028 КДж), используют в качестве эффективного ракетного топлива. Применяют в синтезах неорганических полимеров.

Кислородные соединении. B₂O₃ - борный ангидрид, бесцветная стекловидная масса, на воздухе поглощает воду и в ней растворяется:

B₂O₃ + 3H₂O = 2H₃BO₃

ортоборная кислота

Получают оксид бора при взаимодействии бора с кислородом или при разложении борной кислоты:

4В + 3О₂ 2В₂О₃

2Н₃ВО₃ В₂О₃ +3Н₂О

 

Н₃ВО₃ - ортоборная кислота, бесцветные кристаллы, мало растворимы в воде. В 0,1 н растворе степень диссоциации α ~ 0,01 %.

При нагревании возможны переходы:

H₃BO₃ HBO₂ H₂B₄O₇ B₂O₃

метаборная тетраборная

 

Соли (бораты) являются производными от различных полиборных кислот xB₂O₃∙yH₂O, наиболее часто встречаются соли тетраборной кислоты H₂B₄O₇: (x = 2, y = 1). Например: Na₂B₄O₇∙10Н₂О – бура. Ее применяют:

– при пайке и сварке металлов(расплавленная бура растворяет оксиды металлов),

– в производстве специальных стекол, эмалей,

– в аналитической химии.

Гидролиз буры:

Na₂B₄O₇ + 7H₂O = 2NaOH + 4H₃BO₃

Карбид бора B₄С получают сплавлением в электрических печах:

2В₂О₃ + 4С = В₄С + 3СО₂

В₄С - самый твердый из известных соединений, царапает алмаз,

Т_плавл. = 2350°С, применяют в качестве абразивного материала и в ядерной технике.

Нитрид бора ВN - получают при прокаливании:

B₃O₃ + 2NH₃ = 2BN + 3H₂O

BN -похож на тальк, Т_плавл. =3000°С, имеет структуру графита, на него не действуют любые кислоты и щелочи. Используют в качестве изолятора при высоких температурах.