Контрольные вопросы и задания

1.Дайте характеристику углероду и кремнию, исходя из их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева.

2.Какие свойства (металлические или неметаллические, окислительные или восстановительные) проявляют углерод и кремний? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.

3.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить оксиды углерода и кремния. Какие свойства (основные, амфотерные или кислотные) они проявляют? Напишите соответствующие уравнения реакций.

4.Какие летучие водородные соединения углерода и кремния вам известны? Напишите уравнения химических реакций получения этих гидридов.

5.Напишите уравнения химических реакций получения угольной

икремниевой кислот.

6.Какие химические реакции характерны для угольной и кремниевой кислот? Напишите соответствующие уравнения реакций.

7.Какие соли угольной и кремниевой кислот вам известны? Напишите уравнения химических реакций, характерных для этих солей.

5. ОЛОВО И СВИНЕЦ

Кроме углерода и кремния к главной подгруппе 4 группы периодической системы относятся германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb). Их валентная электронная конфигурация (ns2np2) обуславливает возможность проявления свойств и катионо- и анионообразователей. В отличие от своих более легких аналогов эти элементы проявляют усиливающиеся с увеличением атомной массы элемента металлические свойства. Германий – типичный полупроводник с преимущественно ковалентной связью, то есть к типичным металлам отнесен быть не может. Олово существует в двух полиморфных модификациях, причем низкотемпературное -олово обладает кристаллической решеткой типа алмаза и полупроводниковыми свойствами, то есть ближе к неметаллам, чем к металлам. Высокотемпературное -олово по своим физическим свойствам является металлом, но кристаллизуется в нехарактерной для металлов тетрагональной структуре. С химической точки зрения олово по свойствам ближе к германию, чем к свинцу, но металли-

26

ческий характер у него выражен более ярко, чем у германия. Единственным типичным металлом в этой группе является свинец.

Все три элемента проявляют две характерные степени окисления: +2 и +4. Для германия и олова более устойчивым является состояние со степенью окисления +4, соединения со степенью окисления +2 – сильные восстановители. Для свинца, наоборот, наиболее устойчивым является состояние со степенью окисления +2, а соединения четырехвалентного свинца являются сильными окислителями.

Олово – серебристо-белый легкоплавкий металл при обычных условиях, при температуре +13,2 оС переходит в алмазоподобную-модификацию. При температурах –30…–40 оС этот переход происходит чрезвычайно быстро, особенно при соприкосновении двух различных модификаций, а так как этот фазовый переход характеризуется значительным увеличением объёма при переходе от плотноупакованной тетрагональной структуры к рыхлой алмазоподобной, то оловянные предметы на морозе буквально рассыпаются в порошок. Это явление получило название «оловянной чумы».

Свинец представляет собой серебристо-серый металл с синеватым отливом. Он не имеет полиморфных модификаций и кристаллизуется всегда в характерной для металлов плотноупакованной структуре.

При обычных условиях и олово, и свинец устойчивы по отношению к воде и воздуху, однако свинец на воздухе быстро покрывается матовой оксидной пленкой, защищающей его от дальнейшего окисления. При нагревании эти вещества соединяются с кислородом воздуха, образуя оксиды: SnO2 для олова и PbО для свинца. В ряду стандартных электродных потенциалов олово и свинец стоят непосредственно перед водородом. Олово медленно растворяется в разбавленной соляной кислоте и легко – в концентрированной с выделением водорода:

Sn + 2HCl = SnCl2 + H2 (при нагревании); Sn + 4HCl (конц.) = H2[SnCl4] + H2 .

Свинец с соляной кислотой практически не реагирует (тетрахлоридсвинцовая кислота образуется лишь в незначительных количествах).

С разбавленной серной кислотой олово и свинец практически не реагируют; свинец вступает в реакцию, только если концентрация серной кислоты превышает 80 %:

Pb + 3H2SO4 (> 80 %) = Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O;

Sn + 4H2SO4 (конц.) = Sn(SO4)2 + 2SO2 + 2H2O;

Pb + 2H2SO4 (конц.) = PbSO4 + SO2 + 2H2O.

27

С концентрированной азотной кислотой олово образует оловянную кислоту, а с разбавленной – нитрат олова, азот (если азотная кислота очень разбавленная, то образуется нитрат аммония) и воду. Свинец с азотной кислотой любой концентрации образует только нитрат свинца и оксид двухвалентного азота:

Sn + 4HNO3 (конц.) = H2SnO3 + 4NO2 + H2O; 5Sn + 12HNO3 (разб.) = 5Sn(NO3)2 + N2 + 6H2O;

4Sn + 10HNO3 (оч. разб.) = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O; 3Pb + 8HNO3 (разб., гор.) = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Олово и свинец реагируют с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов и выделением водорода. Это доказывает амфотерный характер этих элементов:

Sn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)4 + H2 ;

Pb + 4NaOH + 2H2O = Na4[Pb(OH)6] + H2 .

С водородом олово и свинец непосредственно не взаимодействуют, хотя для олова известны гидриды SnH4 и Sn2H6.

Оксиды и гидроксиды олова и свинца обладают амфотерными свойствами:

SnO + 4HCl (конц.) = H2[SnCl4] + H2O;

SnO + 2NaOH + H2O = Na2[Sn(OH)4];

SnO2 + 6HCl = H2[SnCl6] + 2H2O;

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

SnO2 + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)6];

PbO + 2HCl = PbCl2 + H2 ;

PbO + 2NaOH + H2O = Na2[Pb(OH)4];

PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O;

PbO2 + 2H2SO4 = Pb(SO4)2 + 2H2O;

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

С гидроксидами олова и свинца реакции протекают с образованием аналогичных продуктов.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Взаимодействие олова с кислотами (опыт выполня-

ется в вытяжном шкафу).

В шесть пробирок положите по маленькому кусочку олова и добавьте в первые три по 1 мл разбавленных, а в другие три – концентрированных соляной, серной и азотной кислот. Пробирки с разбав-

28

ленными кислотами можно слегка подогреть. Отметьте, что наблюдается в каждом случае, и запишите уравнения проходящих реакций.

Опыт 2. Свойства гидроксида олова ( ).

В две пробирки с раствором хлорида двухвалентного олова добавьте по 3 – 5 мл раствора щелочи до появления белого осадка. В одну пробирку к полученному осадку добавьте немного раствора соляной кислоты, а в другую – столько же раствора гидроксида натрия. Что происходит с осадком в обоих случаях? Напишите уравнения реакций и сделайте вывод о характере гидроксида олова (II).

Опыт 3. Восстановительные свойства двухвалентного олова.

В две пробирки внесите по 3 – 5 мл раствора хлорида трехвалентного железа, 2–3 капли красной кровяной соли K3[Fe(CN)6] и по 10 – 20 капель воды. В одну пробирку добавьте немного раствора хлорида двухвалентного олова. Как изменилась окраска по сравнению с контрольнойпробиркой?Чем это объяснить?Напишите уравнениереакции.

Опыт 4. Отношение свинца к разбавленным кислотам.

В три пробирки положите по кусочку свинца и прилейте по 3 – 5 мл растворов соляной, серной и азотной кислот. Содержимое пробирок при необходимости подогрейте. Во всех ли пробирках идет реакция? Проверьте, образовался ли ион двухвалентного свинца, добавив к остывшим растворам немного раствора иодида калия. Желтый осадок иодида свинца свидетельствует об образовании ионов двухвалентного свинца. Напишите уравнение реакции.

Опыт 5. Получение гидроксида двухвалентного свинца и изучение его свойств.

В две пробирки с раствором соли двухвалентного свинца внесите по каплям раствор щелочи до выпадения осадка. В первую пробирку к осадку добавьте раствор уксусной или разбавленной азотной кислоты (хлориды и сульфаты свинца не растворимы), во вторую – избыток раствора щелочи. Что происходит с осадком? Напишите уравнения реакций.

29