
- •Ответы на вопросы переченя
- •Методы получения важнейших веществ в химической промышленности и в лабораторной практике
- •Вопрос 1. Натрий, гидроксид натрия, карбонат натрия.
- •Вопрос 2. Оксид, гидроксид кальция, хлорная известь
- •Вопрос 3. Бор, борная кислота; алюминий, оксид и гидроксид алюминия
- •Вопрос 4. Оксиды углерода; кремний, силикаты, стекло.
- •Вопрос 5. Аммиак, азотная кислота, нитраты калия и аммония; фосфор, фосфорная кислота, фосфорные удобрения.
- •Вопрос 6. Водород, хлор, бром, фторводород, хлороводород, хлорат калия.
- •Вопрос 7. Кислород, сероводород, оксиды серы, серная кислота.
- •Вопрос 8. Титан, оксид титана.
- •Вопрос 9. Хром, марганец, железо, никель.
- •Вопрос 10. Пирометаллургические способы получения металлов (свинец, медь, цинк) из сульфидных руд.
Вопрос 4. Оксиды углерода; кремний, силикаты, стекло.
Углерод образует два оксида: CO (угарный газ) и CO2 (углекислый газ).
Оксид углерода (IV).
Оксид углерода (IV) – легко сжижающийся под давлением бесцветный газ. Твёрдая углекислота при атмосферном давлении и температуре минус 78,5 °C без плавления переходит в газообразное состояние.
CO2 – ангидрид слабой (K1 = 4,5×10–7 , K2 = 4,7×10–11) неустойчивой угольной кислоты H2CO3 (соли – карбонаты). Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются с выделением диоксида углерода. Это свойство используется для промышленного получения углекислого газа:
CaCO3→ CaO + СО2↑ (t > 1000 °C).
Углекислый газ также получается в качестве побочного продукта при горении угля и органических веществ: C + O2 → CO2 .
В лаборатории CO2 получают, действуя на мрамор соляной кислотой:
СaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
Оксид углерода (II)
Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид; это бесцветный ядовитый газ, образуется при сгорании угля при недостатке кислорода вследствие протекания реакций:
Оксид углерода (II) является восстановителем, способен при высокой температуре восстанавливать металлы из оксидов, что используется в доменном процессе:
Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2 .
Оксид углерода (II) в смеси с водородом образуется также при восстановлении водяного пара углём при высокой температуре:
C + H2O H2 + CO .
При нагревании на воздухе CO сгорает голубым пламенем:
2 CO + O2 2 CO2 .
В лабораторных условиях CO получают, отщепляя воду от муравьиной кислоты нагретой серной кислотой:
HCOOH CO + H2O
Оксид углерода (II) иногда ошибочно рассматривают как ангидрид муравьиной кислоты, однако муравьиную кислоту невозможно получить взаимодействием CO и H2O. Хотя соли муравьиной кислоты и образуются при взаимодействии CO и щелочей при 150 – 200 °C, эти реакции не являются реакциями кислотно-основного взаимодействия:
NaOH + CO HCOONa .
При ультрафиолетовом облучении или в присутствии катализатора (активированный уголь) оксид углерода (II) соединяется с хлором, образуя чрезвычайно ядовитый газ фосген:
CO + Сl2 COCl2 .
Фосген относится к боевым отравляющим веществам; он используется также в производстве органических красителей.
Оксид углерода (II) может соединяться со многими металлами с образованием карбонилов металлов:
Fe + 5 CO Fe(CO)5 – пентакарбонил железа;
Ni + 4 CO Ni(CO)4 – тетракарбонил никеля
Химические связи в карбонилах образованы по донорно-акцепторному механизму. Ni(CO)4 – бесцветная жидкость; Fe(CO)5 – летучая жидкость жёлтого цвета.
Карбонилы металлов ядовиты. При высокой температуре они разлагаются с выделением металла и CO, что используется для получения высокочистых металлов.
Кремний – один из самых распространённых в земной коре элементов. В природе кремний встречается в виде диоксида (кремнезём, песок, кварц) или в виде различных алюмосиликатов, например каолина (Al2O3×2SiO2×2H2O), составляющего основу различных глин.
Чистый кремний – кристаллическое вещество со стальным блеском. Область применения – радиоэлектроника (полупроводниковая техника).
Свободный кремний можно получить восстановлением диоксида кремния магнием:
SiO2 + 2 Mg → 2 MgO + Si .
При высокой температуре кремний вступает во взаимодействие со многими металлами, образуя силициды. Поэтому, при нагревании SiO2 с избытком магния образуется силицид магния:
SiO2 + 4 Mg → Мg2Si + 2 MgO .
В промышленности кремний получают восстановлением диоксида кремния углём при высокой температуре:
SiO2 + 2 C → Si + 2 CO .
При другом соотношении песка и углерода получается карбид кремния SiC – карборунд – очень твёрдое и огнеупорное вещество, имеющее структуру алмаза:
SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO
Кремний (в виде аморфного порошка) легко реагирует при нагревании с кислородом, галогенами и серой. Кислоты, за исключением смеси HNO3 и HF, на кремний не действуют:
3 Si +4 HNO3 + 18 HF → 3 H2[SiF6] + 4 NO + 8 H2O .
Кремний энергично взаимодействует с растворами щелочей с образованием силикатов и выделением водорода:
Si + 2 KOH + H2O K2SiO3 + 2 H2.
При действии кислот на силициды образуется кремневодород силан:
Mg2Si + 4 HCl 2 MgCl2 + SiH4.
SiH4 самовоспламеняется на воздухе:
SiH4 + 2 O2 SiO2 + 2 H2O .
Диоксид кремния – SiO2 – кислотный оксид, непосредственно с водой не взаимодействующий. Ему соответствуют слабые малорастворимые в воде кремниевые кислоты nSiO2×mH2O . В свободном состоянии, например, выделены ортокремниевая кислота H4SiO4 (n = 1; m = 2) и метакремниевая (или кремниевая) кислота H2SiO3 (n = 1; m = 1). Большинство солей кремниевых кислот (силикатов) нерастворимо в воде; растворимы лишь силикаты калия и натрия; они получаются при сплавлении SiO2 со щелочами или карбонатами:
SiO2 + 2 NaOH Na2SiO3 + H2O;
SiO2 + K2CO3 K2SiO3 + CO2.
При сплавлении смесей силикатов нескольких металлов (или смесей силикатов металлов с диоксидом кремния) получаются аморфные (т.е. не имеющие кристаллической структуры) прозрачные сплавы, называемые стёклами. Состав обычного оконного стекла приближённо выражается формулой Na2O×CaO×6SiO2. Исходные материалы для его получения – песок, сода и мел:
SiO2 + CaCO3 CaSiO3 + CO2;
SiO2 + Na2CO3 Na2SiO3 + CO2.
Часто соду заменяют сульфатом натрия и углём:
2 Na2SO4 + 2 SiO2 + C 2 Na2SiO3 + 2 SO2+ CO2