Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Кочкаров Ж.А. Химия в уранениях реакций

.pdf
Скачиваний:
126
Добавлен:
28.02.2023
Размер:
12.1 Mб
Скачать

Химия в уравнениях реакций

Ве2С + 4Н20 (гор)= СН4Т + 2Ве(ОН)21 А14С3+ 12Н20 (гор)= ЗСН4Т + 4А1(ОН)31

♦ Карбиды, образующие смесь различных продуктов и разла­ гаемые водой и разбавленными кислотами:

Мпзс + 6Н20 (гор)= СН4Т + ЗМп(ОН)21 + н 2Т

Карбиды второго типа

• Карбиды, не разлагаемые водой и разбавленными кислотами:

Mn4C, Cr3C2, Сг7С3, Мо2С, WC,

W2C,VC, NbC, Nb2C, ТаС, Та2С.

2WC + 8NaOH.

+ 50

2

= 2Na,W04 + 2Na,CO, + 4H,0 (t)

(расплав)

 

2 4

2 3

2 V /

Получение ионных карбидов

СаО + ЗС = СаС2 + C O t (tt); 2А120 3 + 9С = А14С3 + 6C O t (tt) 2CuCI(p) + С2Н2 = Cu2C2+ 2HClt (t)

2AgN03(p, + C2H2 = Ag2C2+ 2HN03T (t)

Получение металлоподобных карбидов

3Fe + С = Fe3C (tt)

 

Ковалентные карбиды

3C(T)+ Si02= Sic

+ 2C0T (1900-2000 °C)

SiC(x)+4F2 = CF4f + SiF4T

SiC( j+ 2C12 = С + SiCl4T (t > 600 °C)

S i V 2H20 (rop nap) = Si02+CH4T (t > 1300 °C) SiC(x)+ 202 = Si02+ C 02(t > 1000 °C)

SiC* + 202 + 4NaOH([uiaB) = Na2Si03 + Na2C 03 + 2H20 SiC(T)+ HN03(K)* ; SiC(T)+ H2S04(K) * ; SiC(T) + HF * SiC..+ 8HN03 ■+4HF = SiF4 + C 02T+ 8N02t+ 6H20 С(т)+ 4B(t)= B4C (2500 °C); B4C + HN03(k)*

B4c + KC103 * ; Cw+ 6B(T)= B6c (2500 “C, B3C)

9C(T)+ ЗВ20 3(т,= B6C + 9COT (tt)

Щавелевая кислота H2C20 4

Кислота средней силы, растворима в воде, менее летуча, чем НС1, поэтому вытесняет ее:

NaCl(T,+ H2C20 4(p)= NaHC20 4 + НС1 (t)

120

Глава I. Химия элементов и их соединений

2NaCH02 (т) = Na2C20 4 + Н2Т(360 °С)

Na2C20 4(T)+ Ca(OH)2(p) + 2CO t = 2NaCH02 + CaC20 4T СаС20 4(т)+ H2S04(k) = CaSO + H2C20 4

H2C2° 4( ^ . , T) = С 0Д + C O t + H20

(t, в присутствии H S04(k))

5Na2C20 4+ 2KMn04(p)+ 8H2S04(p)=

2MnSO + 10CO2T+ 8H20

Синильная кислота HCN (H -C = N) и цианиды

Бесцветная, очень ядовитая летучая жидкость; слабая кислота с запахом горького миндаля (на самом деле запах другой). В ряду источников синильной кислоты, доступных каждому, можно назвать семена абрикосов, персиков, вишен, горького миндаля, в которых содержится гликозид амигдалин, образующий при гидролизе две молекулы глюкозы, молекулу бензальдегида и молекулу синильной кислоты; противоядие: Н20 2, глюкоза, Na2S20 3; соли — цианиды — легко гидролизуются.

Получение HCN и цианидов

К9СОч,, + С ,,+ 2NEL = 2KCN + ЗН90

 

2 3 (т)

(т)

3

2

 

MeCN.,

+ Н , 0 ^ HCN + MeOH (Me = Na, К)

(т) амид

 

2

\

9 /

MeCN(T) + H2S04 w = HCN + MeHS04 ( t, Me = Na, K)

MeCN(]( + MeHS(* = HCN + Me2S ( t , Me = Na, K)

2CH4(rV 2NH3 (r)+ 302(r) = 2HCN + 6H20

(800-900 °C, кат: Pt)

NH3 + CO = HCN + H20 (500-700 °C, кат: Th02 или A120 3) K4[Fe(CN)6] + 3H2S04(K) = 6HCN + 2K2S04+ FeS04

Na2C 03+ С + 2NH3(20%p)= NaCN + 3H20 (нагревание)

Химические свойства

HCN^ + MeOH(p) = MeCN + H20 (Me = ЩМ) 2НСНф) + Ме(ОН)2 (р) = Me(CN)2 + 2НгО (Me = ЩЗМ)

HCN,, + 2Н

О = [NH4][HCOO] .

(р)

2

 

l 4j l

J формиат аммония

2HCNW + МеО(т) = Me(CN)2 + Н20 (Me = ЩЗМ)

2HCN(p) + Ме20Т(т) = 2MeCN + Н20 (Me = ЩМ)

HCN^ + Ме2С 03

Фнет реакции в обычных условиях

(^<c(HCN) < ^ к (Н гСО,))

HCN^,+ Me2C03w= MeCN+ MeHC03 (Kk(HCN) > Кк(НСо,т Me= ЩМ) HCN ., + HCOONa. = MeCN + HCOOH

(P)(P)

121

Химия в уравнениях реакций

4HCN(p) + 502 (г) = 4С 02Т + 2N2T + 2Н20 (сгорает сине-фиолето­ вым пламенем)

KCN(p) + С 02 + Н20 = HCN + КНС03 (при хранении) KCN+ Н20 <-> HCN + КОН,

KCN + 2Н20 = NH3T +НСООК (при хранении)

2KCN(p) + CuS04(p) = Cu(CN)2I + K2S04

KCN(p + AgN03 (p)= AgCNl+ KN03

3KCN + CrCl3 = Cr(CN)3i + 3KC1

122

8.ХИМИЯ КРЕМНИЯ

ИЕГО СОЕДИНЕНИЙ

Кремний— неметалл с атомной кристаллической решеткой; твер­ дое, хрупкое вещество с металлическим блеском, полупроводник; кислоты, кроме фтороводородной, на него не действуют, в щелочах растворяется, с водой реагирует в присутствии следов щелочи; элект­ ронное строение: 11у22$2/?63.у2/?2, электронно-графическая формула:

 

 

 

 

3/7

3d

 

 

 

 

35

 

■ "Г

 

Т

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

i t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получение кремния

 

 

 

SiO,.

й

+2С,

= Si + 2СОТ (1900 °С)

 

2 (расплав, избыток)

 

(кокс, уголь)

 

 

v

7

^ ( р а с п л а в ) +

2 S i C =

3Si + 2СС>Т (1900 °С)

 

 

[SiO.,, + 2Mg, J

 

= Si + 2MgO (t, протекает бурно)

L

2 (т)

° ( t)j

поджигание смеси

°

\

7 г

j r /

Si02(T)+ Mg2Si = 2Si + 2MgO (t)

 

 

 

3Si02+ 4A1 = 3Si + 2A120 3 (t, чистый Si)

 

 

 

SiCl4(r)+ 2Me = Si + 2MeCLT(900 °C, Me = Zn, Mg, очень чистый Si) SiT4(r>+ 2H2(r) = Si + 4Н ГI (1000 °C, Г = Cl, Br, очень чистый Si)

SiL,

= Si + 2I.T (1000 °C, очень чистый Si)

4 (расплав)

ж

2SiCl(r)= 2Si + CLT (t, чистый Si) SiH4(r)r= Si + 2H2T (700 °C, чистый Si)

Химические свойства

Si + 2F2

= SiF4T(20 °C); Si + 2C1? + SiCl4t (400 °C, также с бромом)

Si(I) + 0

2(r)= Si02(400-600 °C); 2Si(T) + N2(r)= 2SiN(t > 1000 °C)

3Si + 2N2 = Si3N4(1300 °C); 3Si + 4NH3 = Si3N4+ 6H2

Si(pacra0+ 3B(T)= B3Si (2000 °c ); Si + 6B = B6Si (2000

“C )

Si(pacra + C(T) = SiC (2000 °C); Si(r)+ 2S(nap)= SiS (600

-C)

Siw+ 2H2S„ = SiS

+ 2H2(t); Si(T) + P(nap)= S iP t(t > 700 °C)

Si(T)+ 2H2 (r)= SiH4T (температура электрической дуги)

Si(x) + 2H20 (rop пар) =

Si0 2 + 2Н2Т (температура светло-красного

каления)

123

Химия в уравнениях реакций

Si + 4HF(r) = SiF4+ 2H2(t); Si

+ 4HCl(r) = SiCl4+ 2H2(t > 300 °C)

Si

, + 3HC1,, = SiHCl,,

 

 

 

+ H,T (t > 250 °C, кат: Cu)

 

(т)

 

 

(г)

3

(трихлорсилан)

 

2

v

 

5

7

Si,,

 

 

+4HBr . = SiBr

 

 

 

4 + 2H T (t > 500 °C)

 

 

( t )

 

 

(r)

4

УК

2

 

 

 

 

 

 

 

 

Si(T) + 4HI(r) = Sil4+ 2H2T (t)

 

 

 

 

 

 

 

 

Si. 4+ 4Li.

 

, = Li.Si

 

(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

(т)

(расплав)

4

силицидv 7

 

 

 

 

 

 

 

Si

+ 2Mg

 

= Mg Si

 

(t)

 

 

 

 

 

 

(т)

 

^(расплав)

° 2

силицидv

7

 

 

 

 

 

Si(T)+ (Zn, Al, Sn, Pb, Au, Ag и др.)расш1ав * нет реакции, хотя и

растворяется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Si.

+(ЩМ, ЩЗМ,

Mg, Cu, Fe, Pt, Bi и др.)

-» Me Si

у силициды

 

(т)

v

 

 

? о ?

7

7

 

7

 

 

7расплав

х

Si(} + 2Вг2+ ЗН20 = H2Si03 (}+ 4HBr (t); Si + кислоты (кроме HF) Ф

Si(T,+ НС1° 4(Р)*; Si(T)+ HNOjTt; Si(x)+ H2S04(p) * Si02

 

Si(T)+ НГ(р) * (Г = Cl, Br, I); Si(T) + 4HF(p) = SiF41 + 2H2t

 

3Si(T) + [12HF(k) + 4HN03(K)]BcMec„= 3SiF4t

+ 4NOT + 8H20

или Si,, + [6HF,. + 4HNO,, J

 

 

= HJSiF, ] + 4NO,T + 4R O

 

 

(t)

l

(k)

 

 

3 (k)j b смеси

 

2 L

6 J

2

2

или 3Si(T) + [18HFW + 4 Ш 0 3(к)]вшеси= 3H2[SiFJ + 4NOt + 8H20

3Si(T) + [18НС1(к) + 4 Ш 0 3(к)]всмеси= 3H2[SiClJ + 4N O t + 8H20

Si + 2NaOH(K) + H20 = Na2SiO

 

+ 2H2T (t)

 

 

 

Si + 4NaOH(K)= Na4Si04 + 2H2f

 

(t)

 

 

 

 

 

Силан SiH4 (Si+4H4)

Силан — бесцветное газообразное вещество с неприятным за­ пахом, самовоспламеняется на воздухе, токсичен; является восста­ новителем за счет того, что атомная частица водорода в силане не­ сет частичный отрицательный заряд, характерна $/?3-гибридизация, валентный угол составляет 109°5'.

Получение

Me2Si(T)+ 4НС1 = 2МеС12+ SiH4(r) (Me = Mg, Са, Li) SiCl4 (r)+ Li[AlH4](x) = SiH4t + LiCli + AlCl3i (t)

Li Si,, + 4H О = 4LiOH + SiHat

4

(x )

2

4

Восстановительные свойства

SiH4(r)+ 2 0 2(r)= Si02i+ 2H20 + Q (на воздухе воспламеняется со взрывом).

SiH4(r)+ 4Н20 = H4Si0 4 + 4Н2Т (в щелочной среде)

восст-ль окислитель

4 Н - 4 ё =2Н °|1 2Н+ + 2 е = Н 2° Ь ,ММК

124

Глава I. Химия элементов и их соединений

SiH4(r)+ 2НгО = Si02i+ 4Н2Т(в щелочной среде, SiH4— кислот-

восст-ль окислитель

ный гидрид) ММК.

 

 

 

 

SiH4(r)+ 2NaOH(p) + Н20

= Na2Sto3 + 4Н2Т (t)

 

окислитель

окислитель

 

 

4 Н - 4 ё = 2 Н °

1

 

 

 

2Н+ + 2Н+ + 4ё = 1, ММК

SiH4,, + НС1,. = SiH3Cl + Н

2’

SiH .. ■+H,S04.

4 (г)

(г)

3

 

4 (г) 2 4 (к) 5

восст-ль

окислитель

 

 

 

 

SiH3Cl + НС1 -» SiH2Cl2+ Н2; SiH2Cl2+ НС1 -» SiHCl3+ Н2 SiHCl3 + HC1 -* SiCl4+ H2; SiH4(r)+ 2AgCl = SiH3Cl + HC1 + 2Agl SiH4(r)+ 4Г2 = Sir4+ 4НГ + Q (Г = F, Cl, Br, I, идет со взрывом)

Силициды

В силицидах ЩМ и ЩЗМ преобладает ионная связь, они не подчиняются правилам валентности — нестехиометрические соеди­

нения Si, л+ (элементы 1-10 групп, кроме B e)

-» Me S i.

(т)

v

г j

* г

/ расплав

х у

xSi02

+ МеО(т) + (1 + 2г)Скокс = MeSix+ (1 + 2x)COl (t,Me = метал-

лы) или Si02(T)+ МеО(т)+ ЗСшкс = MeSi + ЗСОТ (t, Me = металлы). 2MeHpacJ aji + 2Si = 2М ей + Н2Т (t, Me = ЩМ и др.)

3Si + 2МеО = 2MeSi + Si02 (t, Me = металлы)

SiCl4(jK) + Me + 2H2 = MeSi + 4HClt (tt, Me = металлы)

Na2Si+ 3H20 =N828103+ 3H2(t); Ca2Si+ 4H20 = 2Ca(OH)2 + SiH4T (t) или Ca2Si + 8H20 = 2Ca(OH)2 + H4Si04 + 4H2T (t)

Mg2Si + 2H2S04(p) = 2MgS04+ SiH4T Mg2Si + 4HCl(p) = 2MgCl2+ SiH4T

Mg2Si + 2NaOH(p) + 5H20 = Na2Si03 + 2Mg(OH)2 + 4H2 (t) S i C , ^ + 202= Si0 2 + C0 2T (t > 1000 »C)

Диоксид кремния (оксид кремния (IV)) Si02

Si02— кремнезем, песок, кварц: горный хрусталь (аметист, то­ паз), кремень, агат, яшма; Si02 образует три устойчивые кристалли­ ческие модификации: кварц, тридимит и кристобалит, а также аморфный кремнезем - полимеры; в воде, кислотах и царской вод­ ке не растворяются, растворяются в щелочах и HF; кислотный ок­ сид; линейное строение:

О = S = О

125

Химия в уравнениях реакций

Si02+ 2Н2 = Si + Н2ОТ (t > 1000 °С) Si02+ 2Mg= Si(T)+ 2MgO (t > 1000 °C) Si02+ 4Mg(in6)= Mg2Si + 2MgO (t)

Si0 2+ 2С(гокс) = Si+ 2СОТ(до 2000 °C)

Si0 2+ 3 C ~ = SiC + 2COT (2000 °C) Si02 + 2C = SiC + C 02t (2000 °C)

Si02(x)+ Г2* (Г = Cl, Br, I); Si02(T)+ Si(i)= 2SiO(x)(1500 «С) 3Si02(i)+ 6C(T) + 2N2= Si3N4+ 6CO (1500 °C)

SiO.

(т)

+ 2NaOHr

. = Na.SiO. + H .0 (t) или

2

 

 

(расплав, раств.)

2

3

2 v f

Si02(i,+N a20 (T) = Na2Si03(t); 0 2(x)+ CaO(T)= CaSi03 (t);

SiO,

,+ CaO

(t)

+ 3C = CaSi + 3C O t

 

2 (т)

 

 

 

 

 

 

si°2 (T)+N a2C0 3(pacmiaB)= N a2Si0 3 + C 02T(t, при сплавлении)

Na2Si03(p)+ C 02+ H20 = H2Si03l

+ Na2C 03 (в одном растворе)

Si02+ CaC03 = CaSi03 + C0 2T(t)

3Si02 + Ca3(P04)2= CaSi03 + P2Os

Si02(x)+ 4HF(p) = SiF4T + 2H20 ; Si02(x)+ 6HF(p) = H2[SiF6] + 2H20 Si02(x)+ остальные кислоты Фнет реакции.

Метакремниевая кислота H2Si03 (триоксосиликат(М) водорода)

Кремниевые кислоты — очень слабые и малораствори­ мые в воде вещества. Известны соли метакремниевой кислоты H2S i0 3(S i0 2 * Н20 ) — силикаты и ортокремниевой кислоты H4Si04(S i02 • 2Н20 ) — ортосиликаты. В воде кремниевые кисло­ ты образуют коллоидные растворы. Выпадают из раствора в виде сту­ денистого осадка или полимеризуется в коллоидное состояние (HgSi40 12), золь переходит в гель — силикагель, соли — силикаты — сильно гидролизуются с образованием щелочной среды.

 

 

Возможные пути получения

SiS.,. + ЗН

О = 2H.S + Н SiO.

2 (т)

2

2

2 3

Na2Si03 (т р) + 2НС1(к) = H2Si03i + 2NaCl (на холоду, при 0 °С) Na2Si03 (х р) + H2S04(80%) = H2Si03l + N a 2S04 (на холоду, при 0 °С) Na2Si03(T;p)+ Н3Р 04(р) = H2Si03U N a 2HP04

Na SiO,,,+ 2NH4C1 = H,Si03i

+ 2NaCl + 2NH

3

2 3 (p)

4

2 3

 

126

Глава I. Химия элементов и их соединений

Химические свойства

Метакремниевая кислота термически неустойчива и при нагре­ вании разлагается:

H2Si03(T)= Н20 + Si02 (150-200 °С , дегидратация) H2Si03+ 2NaOH(p) = Na2Si03 + 2Н20

Силикаты

Растворимы только силикаты натрия и калия, их концентриро­ ванные растворы в воде обладают клейкостью и вяжущими свой­ ствами — жидкие стекла, они сильно гидролизованы и создают ще­ лочную среду, тугоплавкие вещества, не имеют окраски.

MgSiO, (т)+ № 2С0 3(расплаа = MgO + С 02Т + Na2Si03 Na2Si03 (т) + 2Н20 <-> H2Si03i + 2NaOH (на холоду, 3-5 °С) 2Na2Si03(x) + Ы20 <->Na2Si20 5 + 2NaOH (22 °С)

Na2Si03 (р)+ С 02+ Н20 = H2Si03i+ Na2C03 (более сильная кислота вытесняет слабую)

H2S.03(T)+Na2C 03 ( m = Na2SiO + С 02Т + Н2ОТ K2C 03(„ )+ Si02=K 2Si03 + C 02T

K2Si03 и Na2Si03 — канцелярский клей, «жидкое стекло».

♦ Получениеобыкновенного оконного стеклаNa20 • СаО • 6Si02

I способ:

Na2C 03(T) + 6Si02(T)+CaC03=Na20 • СаО • 6Si02+2C 02(1500°C)

сода

песок

известняк

стекло

IIспособ:

1)Na2S04 (т) + С(т) + Si02 (т) = Na2SiOs + СО + SO, (t)

2)Na2Si03 + CaC03 + 5Si02 = Na20 • CaO • 6Si02 + C 02 (t)

!N a 2S04(i)+ C(T)+ 6Si02(T)+ CaC03 = Na20 • CaO • 6Si02 + CO +

+S02 + C 02 (t)

Получение хрусталя:

K^COj + 6Si02 + PbO = K20 • PbO • 6Si02 + C 02 (t) ♦ Калийное (богемское или ценское) стекло

KjCOj (т) + 6Si02 (т) + CaC03 = K20 • CaO • 6Si02 + 2COz (t)

Реакция взаимодействия стекла с HF

Na20 • CaO • 6Si02 + 28HF = 2NaF + CaF2+ 6SiF4+ 14H20 Примеси окрашивают стекла: FeO + Fe20 3 — в голубой цвет;

Cr20 3 — в зеленый; СоО — в синий; Си20 — в красный. Добавки СаО, В20 3, BaO, MgO повышают механическую прочность стекла.

127

Химия в уравнениях реакций

Галогениды кремния

SiF4— бесцветный газ с резким запахом;

SiCl4— жидкость, характерна ^-гибридизация, валентный угол составляет 109°5'.

Получение

Si(T)+ 2 r 2(r)= S ir4( t,r = F,Cl)

Si02(x)+ 2С(т)+ 2С12(г)= SiCl4t + 2СО (прокаливание) или Si02(T)+ С(т) + 2С12(г)= SiCl4f + С 02 (прокаливание) Mg2Si(T)+ 4Cl2(r)= SiCl4T+ 2MgCl (t)

ферросилиций+ 7С12(г)= 2SiCl4T+ 2FeCl3(t)

 

 

Химические свойства хлоридов

 

SiCl4 (ж) + 4Na(pacrijiaB) = 4NaCl + Si (t)

 

 

 

SiCl4W + Mg(T) + 2H2(r)= MgSi + 4HC1 (tt)

 

SiCl4

+ 2Zn(T) = Si + ZnCl2T (950 °C)

 

 

SiCl4 (ж) + 2H20 о

Si02 + 4HC1T

 

 

 

SiCl4+ 4H20 -> Si(OH)4l +

4HC1

 

 

 

SiCl4 + 2H2(r)<-> Si + 4HC1 (1000°C)

 

 

 

3SiCl4+ 2А1Г20 3 = 3Si02l + 4A1C13 (t)

 

 

3SiCl4(r)+ 4NH3(r)= Si3N4 + 12HC1 (t > 1300 °C)

 

SiCl4W+ 6KOH(p) = K2Si03+ 4KC1 + 3H20 (t)

 

SiCl

*+ 4HBr = SiBr + 4HC1; SiCl4,

+ 4HI. = Sil4+ 4HC1

 

4 (г)

(r)

4

5

4 (г)

(r)

4

Химические свойства фторидов

Si02(T)+ 2F2= SiF4t + 0 2T; Ba[SiF6] = SiF4t + BaF2

Si02 (i)+ 2CaF2 + 2H2S04 (} = SiF4t + 2CaS04i + 2H20 SiF4(r; + 2H20 Si02+ 4HF(r); SiF4(r) + 2HF(r)<-> H JS iF ji 3SiF4(r) + 2H20 = 2H2[SiF6]+Si02

3SiF4(r)+ 3H20 = H2Si03l + 2H2[SiF6]

H2[SiF6] — кремнефтористоводородная кислота существует только в растворе.

SiF4(r) + 8NaOH(p)= Na4Si04 + 4NaF + 4H20

Химические свойства бромидов и йодидов

SiBr4(3K) + 2Н20 <-> 8Ю2Ф + 4НВг (равновесие смещено вправо) SiBr4J + 4Na(pacnj]aB) = 4NaBr + Si (t); Sil4(l)+2H20 ^ Si024+4H I SiI4(T) = Si+2I2t (1000 °C); SiI4(T)+ 4Napacnjia> = 4NaI + Si (t)

128

Глава I. Химия элементов и их соединений

Нитриды кремния

Получение

3SiCl,.. + 4 N H , = SLN.i + 12НС1 (t)

4 (г) 3 (г) 3 4 4 '

3Si + 2N2(r)= Si3N4i(1300 °C, в присутствии Fe20 3) 3Si02 + 6C + 2N2(r)= Si3N4+ 6CO(1500 °C)

Химические свойства

Si3N4(T)+ 6NaOH(pacnrao) + 3H20 = 3Na2Si03 + 4NH3T (t) или Si3N4(i)+ 12NaOH(]_ = 3Na4Si04 + 4NH3T (t)

Si3N4 ( NaOH(p)Фнет реакции; Si3N4 () + кислоты Фнет реакции

16HF(rop к) = 2(NH4)2[SiF6] + SiF.T (t)

Si3N4(T)+ 0 2 / нет реакции; Si3N4(T) + H20 * нет реакции

129

Соседние файлы в предмете Химия в школе