Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

• его взаимодействие с пероксидами и надпероксидами:

2СО, + 2Na,O2 = 2Na2CO3 + O2t,

2СО2 + 4КО2 = гь^сОз + 30,?.

В промышленности оксид углерода(1У) получают обжигом известняка:

СаСО3 = СаО + СО2?,

реже — сжиганием природного газа, основным компонентом которого является метан:

СН4 + 20, = СО2 + 2Н2О.

Много СО2 образуется при спиртовом брожении глюкозы:

В лаборатории углекислый газ получают взаимодействием сильных кислот с карбонатами или гидрокарбонатами; по­ скольку угольная кислота слабее уксусной, то можно исполь­ зовать и уксусную кислоту:

СаСО3 + 2НС1 = СаС12 + СО2? + Н2О,

NaHCO3 + СН3СООН = CH3COONa + СО2? + Н2О.

Углекислый газ обнаруживают по его реакции с из­ вестковой или баритовой водой:

Са(ОН)2 (р-р) + СО2 = СаСО3? + Н2О.

Осадок СаСО3 белого цвета, растворяется в разбавлен­ ных сильных кислотах (в отличие от BaSO4 и AgCl).

Поскольку СО, (как и азот) не поддерживает дыхания и горения, то в его атмосфере живые организмы погибают, а тлеющая лучинка гаснет.

Оксид кремния(ГУ) SiO, — нерастворимый в воде кислот­ ный оксид. При сплавлении он реагирует с основными окси­ дами, образуя соли кремниевой кислоты — силикаты'.

SiO, + СаО = CaSiO3,

SiO, + Na2O = Na2SiO3.

Оксид углерода(П) применяется главным образом как силь­ ный и дешевый восстановитель в металлургии, как топливо и в химическом синтезе (например, получение метанола).

Углекислый газ используется для приготовления газирован­ ных напитков, получения соды, сахара и т. д. Поскольку угле­ кислый газ не поддерживает жизнедеятельность бактерий и плесени, в его атмосфере хранят различные продукты питания. Оксид углерода(1У) поглощает инфракрасное излучение Земли и не позволяет теплоте рассеиваться, что приводит к так на­ зываемому парниковому эффекту (нагреву атмосферы).

Оксид кремния(ГУ) используется для получения стекла, керамики, фарфора, кирпича и цемента, в радиотехнике, оп­ тике. Синтетический SiO, называют «белой сажей», применя­ ют его как наполнитель в производстве резины и как осуши­ тель влаги.

16.4. УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА И КРЕМНИЕВАЯ КИСЛОТА

Угольная кислота частично образуется при растворении углекислого газа в воде. Это слабая (но сильнее фенола, H2SiO3 и НС1О), неустойчивая кислота, которая существует только в водных растворах (лакмус окрашивает не в красный, а в ро­ зовый цвет):

СО2 + Н2О # Н2СО3 Н+ + НСО3 # Н+ + СО2-.

Равновесие этого процесса сильно смещено влево (только 0,3 % молекул СО, находятся в форме Н2СО3, pH насыщен­ ного раствора СО, равен 3,7), поэтому во всех реакциях с участием угольной кислоты в левой и правой частях уравнения ее формулу записывают как Н2О + СО,.

Как двухосновная, угольная кислота образует два ряда со­ лей: средние — карбонаты и кислые — гидрокарбонаты.

Соли угольной кислоты получают при взаимодействии:

• углекислого газа и основных оксидов: .

СО2 + СаО = СаСО3,

СО2 + К2О = К,СО3;

•углекислого газа и водных растворов щелочей (образу­ ются не только карбонаты, но и гидрокарбонаты):

СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + Н2О,

СО2 + NaOH = NaHCO3;

•двух растворимых солей, одна из которых карбонат (если выпадает осадок):

Na2CO3 + ВаС12 = 2NaCl + ВаСО3Ф;

•растворимого карбоната и щелочи (если выпадает осадок, образуется слабый электролит или выделяется газ):

К2СО3 + Ва(ОН)2 = 2КОН + ВаСО3Ф,

(NH4)2CO3 + Ва(ОН)2 = 2NH3 • Н2О + ВаСО3^.

Под действием избытка углекислого газа средние соли уголь­ ной кислоты переходят в кислые соли:

СаСО3 + Н2О + СО2 = Са(НСО3)2.

При нагревании твердых карбонатов, кипячении их водных растворов или под действием щелочей гидрокарбонаты пре­ вращаются в карбонаты:

2NaHCO3 (тв) = Na2CO3 + Н2О + СО2Т,

Са(НСО3)2 (р-р) = CaCO3i + Н2О + СО2Т,

кнсо3 + кон = к2со3 + н2о.

Гидрокарбонат кальция существует только в водном растворе, поэтому нельзя пользоваться уравнением

реакции Са(НСО3)2 (тв) = СаО + Н2О + 2СО2Т.

Карбонаты щелочных металлов (кроме лития) термически устойчивы, карбонаты остальных металлов и аммония при нагревании разлагаются:

СаСО3 = СаО + СО2Т,

(NH4)2CO3 = 2NH3T + СО2Т + Н2О.

При разложении карбонатов металлов, оксиды которых не­ устойчивы, образуются металл, кислород и оксид углерода(1V):

2Ag2CO3 = 4Ag + О2Т + 2СО2Т.

При нагревании разлагается и карбонат гидроксомеди(П) — малахит:

Си(ОН)2 ■ СиСО3 = 2СиО + Н20 + СО2Т.

Качественная реакция на карбонат- и гидрокарбо-

нат-ионы — взаимодействие исследуемых растворов с сильными кислотами, которое сопровождается бур­ ным выделением углекислого газа (вскипанием):

НСО- + н+ = co2t + н2о,

СО|-+2Н+ = СОЭТ+ Н.0.

Среди солей угольной кислоты наибольшее значение име­ ет карбонат кальция СаСО3, который используется как строи­ тельный материал, для получения негашеной и гашеной изве­ сти, понижения кислотности почвы, в стекольной и резиновой

промышленности.

Кальцинированная сода Na?CO3 и кристаллическая сода

Na2CO3 ■ ЮН90 используются в производстве мыла, стекла, моющих средств, красителей, в текстильной, целлюлозно-бу­ мажной и нефтехимической промышленности. Питьевая (пи­

щевая) сода NaHCO3 применяется в медицине, пищевой про­ мышленности, входит в состав огнетушителей. Доломит

MgCO3 • СаСО3 и известняк СаСО3 используются как раскис­ лители почв, поташ К9СО3 — как удобрение, а также в про­

изводстве мыла, стекла и в фотографии.

Широко применяются и силикаты: жидкое стекло как огне­ упорное средство для пропитки древесины и тканей; природ­ ные соединения кремния (кремнезем, силикаты, глина) для

получения керамики', кирпича, черепицы, облицовочной плит­

ки, кафеля, печных изразцов, посуды.

Оксиду кремния(1У) отвечает очень слабая (более слабая,

чем угольная) кремниевая кислота H2SiO3. Так как SiO2 в

воде не растворяется, кремниевую кислоту получают из ее солей — силикатов — действием на них более сильных кислот:

K2SiO3 + 2НС1 = H2SiO3^ + 2КС1,

Na2SiO3 + СО2 + Н2О = H2SiO3^ + Na2CO3.

Кремниевая кислота образуется в виде белого студенисто­ го (желеобразного) осадка, состав которого точнее отражает формула л8Ю, ■ mH90. Кремниевая кислота легко разлагается при нагревании:

H2SiO3 = SiO2 + Н2О,

образуя при полном обезвоживании очень пористый аморфный оксид кремния(1У) — силикагель, используемый как осушитель (поглотитель) влаги.

Средние соли (кислых солей H9SiO3 не образует) кремние­ вой кислоты — силикаты — получают взаимодействием:

• оксида кремния(1У) и основных или амфотерных оксидов:

SiO2 + СаО = CaSiO3,

SiO9 + ZnO = ZnSiO3;

• кремния и щелочей:

Si + 2КОН + Н2О = K2SiO3 + 2H2t;

• оксида кремния(1У) и щелочей:

SiO2 + Ва(ОН)2 = BaSiO3^ + Н2О;

•силиката и растворимой соли (если образуется осадок): Na2SiO3 + СаС12 = CaSiO3^ + 2NaCl;

•оксида кремния(1У) и твердых (!) карбонатов при сплав­ лении:

SiO2 + СаСО3 = CaSiO3 + СО2Т,

Na,CO3 (тв) + SiO7 = Na2SiO3 + СО2Т.

В водном растворе эти реакции не протекают.

16.5. СТЕКЛО.

ВЯЖУЩИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

На основе соединений кремния изготавливают различные

стекла. Для получения силикатного, или обычного оконного,

стекла нагревают смесь чистого песка SiO„ мела (известняка) СаСО3 и кальцинированной соды Na2CO3:

6SiO, + СаСО, + Na,CO, = Na,О • СаО • 6SiCL + 2СО.Т.

Легкоплавкое стекло получают, заменяя Na2CO3 на К2СО3.

Тугоплавкое стекло получают, добавляя к обычному оконному стеклу В,О3. Добавлением РЬО к стеклу при его производстве получают хрусталь, который применяется в оптике и для из­ готовления хрустальной посуды. Различные добавки окраши­ вают стекло в разные цвета: СоО — в синий, МпО — в фио­ летовый, Сг2О3 — в зеленый.

Кварцевое стекло получают из чистого оксида кремния(ГУ).

В отличие от обычного оконного стекла, кварцевое стекло не расширяется при нагревании (поэтому не «лопается» в черес­ чур горячих и холодных средах), пропускает ультрафиолетовые лучи (поэтому источники УФ света помещают в кожухи из кварцевого стекла).

При нагревании стекло легко вытягивается в тонкие длин­ ные нити, из которых изготавливают стекловату, стекловолокно, стеклоткани. Эти материалы используются в качестве звуко- и теплоизоляторов, для изготовления огне- и химически стойких тканей.

Соли кремния применяются для изготовления эмалей, т. е. стеклообразных покрытий на поверхности металлических из­ делий. Эмали не только защищают металл от коррозии, но и придают ему красивый цвет.

На основе соединений кремния получают разные строи­

тельные материалы', цемент и бетоны.

Цемент получают спеканием смеси известняка и глины (каолинита). Основные компоненты цемента — СаО, А12О3 и

SiO2.

Бетон — это смесь цемента, песка, воды и мелкого щеб­ ня или гравия. При смешивании цемента со шлаком (отходы строительной промышленности) получают шлакобетон.

Железобетон — это бетон, содержащий железный каркас

(арматуру). Пенобетон — легкий строительный материал с высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Для его получения в бетон вводят добавки специальных химических веществ.

Цемент и различные виды бетона называются вяжущими

строительными материалами, к которым относятся вещества

или их смеси, затвердевающие при смешивании с водой. К вяжущим строительным материалам относятся также:

* негашеная известь СаО, получаемая обжигом известняка:

СаСО3 = СаО + СО2Т.

При «гашении» негашеной извести, т. е. при смешивании ее с водой, выделяется большое количество теплоты:

СаО + Н2О = Са(ОН)2 + Q;

•гашеная известь Са(ОН)2, которую в смеси с песком ис­ пользуют как вяжущий строительный материал; затвер­ девание гашеной извести связано с испарением воды, кристаллизацией Са(ОН)э с одновременным захватыва­ нием частиц песка и взаимодействием с углекислым газом:

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3Ф + Н2О

(выделение в этом процессе воды объясняет, почему от­ штукатуренные стенки долго остаются сырыми);

•алебастр, или полуводный гипс

2CaSO4 • Н,0 или CaSO4 • 0,5Н2О,

который при смешивании с водой окаменевает и превра­

щается в гипс:

CaSO4 ■ 0,5Н2О + 1,5Н2О = CaSO4 • 2Н2О.