Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Uch_posobie (1).doc
Скачиваний:
953
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
2.5 Mб
Скачать

Лабораторная работа 27 Углерод. Кремний

Цель работы: изучить химические свойства соединений углерода и кремния.

Задание: получить оксид углерода (IV) и исследовать его кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства; получить кремниевую кислоту и сравнить ее силу с угольной кислотой. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Углерод и кремний находятся в главной подгруппе IV группы. Их атомы имеют на внешнем уровне 4 электрона (ns2np2), могут проявлять степени окисления от -4 до +4. Наиболее характерной степенью окисления является +4.

Углерод и кремний при обычных условиях весьма инертны, не растворяются в воде, разбавленных кислотах, вступают в реакцию только с очень энергичными окислителями. При нагревании химическая активность их повышается.

Углерод и кремний образуют оксиды СО, СО2, SiO2. Оксид углерода (П) СО – несолеобразующий оксид. При обычных условиях не взаимодействует ни с кислотами, ни со щелочами, является энергичным восстановителем.

Оксид углерода (IV) СO2 – кислотный оксид, реагирует со щелочами, водой. В водном растворе оксида углерода (IV) устанавливается следующее равновесие;

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H++НСO3‾ ↔ 2H+ + CO32

Н2СO3 – слабая непрочная кислота, существует только в разбавленных растворах. Будучи двухосновной кислотой, угольная кислота образует два ряда солей – карбонаты и гидрокарбонаты. Из карбонатов в воде растворимы только карбонаты щелочных металлов и аммония, гидрокарбонаты растворимы почти все. СO2 может быть окислителем при взаимодействии только с очень сильными восстановителями. Например, в его атмосфере горит магний, при этом СО2 восстанавливается до СО или до свободного углерода. В лаборатории СO2 получают в аппарате Киппа по реакции

СаСОз + 2HCl = СаСl2 + СO2 + Н2O

Оксид кремния (IV) SiO2 по своему характеру является кислотным оксидом, химически устойчив. Оксиду кремния соответствует кремниевая кислота Н2SiO3, не растворимая в воде. Осадок имеет вид бесцветного студня, причем состав его отвечает не простой формуле H2SiO3, а более общей nSiO2∙mН2О. Кремниевая кислота очень слабая, легко выделяется из растворов солей другими кислотами, даже угольной. Соли кремниевой кислоты называются силикатами. Из силикатов растворимы только соли щелочных металлов. Их растворы подвергаются гидролизу и имеют щелочную реакцию

2Na2SiO3 + 2Н2О = Na2Si2O5 + 2NaOH

Выполнение работы

Опыт 1. Растворение оксида углерода (IV) в воде

В пробирку налить 3-4 мл воды, добавить несколько капель синего лакмуса и пропустить в воду СO2 из аппарата Киппа.

Требование к результатам опыта:

Написать уравнение реакции взаимодействия воды с СО2 и объяснить изменение окраски лакмуса.

Опыт 2. Тушение огня оксидом углерода (IV) (групповой)

Сухой стакан наполнить СO2 из аппарата Киппа. В фарфоровую чашку, налить 15-20 капель спирта и поджечь его. Затем "вылить" из стакана СO2 на горящий спирт. Что наблюдается?

Опыт 3. Окислительные свойства оксида, углерода (IV) (групповой)

Наполнить стакан СО2. Взять щипцами ленту магния, поджечь ее на спиртовке и быстро внести в стакан с СО2, не касаясь его стенок. По окончании горения магния в стакан налить немного воды, обмыть стенки стакана, прилить несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается?

Требования к результатам опыта:

1. Закончить уравнения реакций: Mg + CO2 =

MgO + H2O =

2. Сделать вывод об окислительных свойствах СО2.

Опыт 4. Получение кремниевой кислоты

К 1-3 мл концентрированного раствора Na2SiO3 и добавить 1-2 мл раствора HCl (1:1), перемешать стеклянной палочкой. В результате образования кремниевой кислоты содержимое пробирки застывает в виде прозрачного геля (студенистого осадка).

Требование к результатам опыта:

Написать уравнение реакции получения кремниевой кислоты.

Опыт 5. Сравнение силы угольной и кремниевой кислот

Налить в пробирку 2-3 мл раствора Na23, пропустить ток СO2. Объяснить наблюдаемое.

Требование к результатам опыта:

Написать уравнение реакции взаимодействия Na23 с СO2.

Опыт 6. Гидролиз силикатов

В две пробирки налить по 1-2 мл раствора силиката натрия Na2SiO3. В одну прилить несколько капель фенолфталеина. Что наблюдается? В другую пробирку добавить 2-4 мл раствора хлорида аммония NH4Cl. Определить, какой газ выделяется.

Требования к результатам опыта:

1. Составить уравнение реакции гидролиза силиката натрия.

2. Закончить уравнение реакции Na2SiO3 + NH4Cl + H2O = и объяснить образование газа.

Задачи

27.1. Сколько кубических метров СО2 (н.у.) можно получить из 1 т известняка, содержащего 95 % СаСО3? (Ответ: 212,8 м3).

27.2. Вычислить объем одного моля эквивалентов СО2 в реакции

С + О2 = СО2 при нормальных условиях. (Ответ: 5,6 л).

27.3. Составить уравнения реакций взаимодействия: а) NaHCO3 и HCl; б) NaHCO3 и NaOH; в) Ca(HCO3)2 и NaOH; г) Ca(HCO3)2 и Ca(OH)2.

27.4. Какие типы гибридизации АО характерны для углерода? Описать с позиций метода ВС строение молекул СН4, С2Н4, С2Н2.

27.5. Карбид кальция получают по схеме: СаО + С → СаС2 + СО. Вычислить массу СаО, необходимую для получения 6,4 т СаС2. Какой объем СО (н.у.) при этом образуется? (Ответ: 5,6 т; 2240 м3).

27.6. Вычислить энтальпию образования оксида магния, исходя из уравнения реакции CO2 + 2Mg = 2MgO + C, ΔH0 = -810 кДж.

ΔfH0 (CO2) = -393,5 кДж/моль. (Ответ: 601,8 кДж/моль).

27.7. Закончить уравнения реакций: а) SiO2 + KOH =;

б) SiO2 + HF =; в) Si + NaOH + H2O =; г) SiO2 + Mg

27.8. Реакция протекает по уравнению Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + H2. Сколько кремния и воды потребуется для получения водорода, необходимого для наполнения воздушного шара емкостью 200 м3 (условия нормальные)? (Ответ: Si – 125 кг; Н2О – 80,3 кг).

27.9. Вычислить молярную массу эквивалентов карбоната натрия при взаимодействии с кислотой, если образуется:

а) гидрокарбонат; б) угольная кислота. (Ответ: 106 г/моль; 53 г/моль).

27.10. Какие вещества и в каком количестве требуются для получения 1 л SiH4 (условия нормальные)?

27.11. Какие из перечисленных газов при пропускании их через раствор щелочи вступают с ней в реакцию: а) СО; б) СО2; в) HCN; г) CF4?

Составить соответствующие уравнения реакций.

27.12. Вычислить энтальпию образования SiC, исходя из уравнения реакции: SiO2 + 3C = SiC + 2CO, ΔH0х.р. = 510,9 кДж.

Энтальпии образования SiO2 и СО соответственно равны -910,9 кДж/моль

и -110,5 кДж/моль. (Ответ: -179 кДж/моль).

27.13. Закончить уравнения реакций:

а) CO + KMnO4 + H2SO4 = б) CO + K2Cr2O7 + H2SO4 =

27.14. Через раствор, содержащий 112 г гидроксида калия, пропустили диоксид углерода, полученный при действии избытка HCl на 300 г карбоната кальция. Какая соль при этом образовалась и какова ее масса?

(Ответ: КНСО3; 200 г).

27.15. Какой объем СО2 (н.у.) может дать огнетушитель, содержащий

20 л 8 %-ного раствора NaHCO3 (плотность раствора 1,058 г/см3)?

(Ответ: 448 л).

27.16. Состав минерала асбеста может быть выражен формулой

CaО ∙ 3MgО ∙ 4SiO2. Вычислить процентное содержание SiO2 в асбесте.

(Ответ: 57,7 %).

27.17. Какой объем СО2 (условия нормальные) можно получить из 210 г

NaHCO3: а) прокаливанием; б) действием кислоты? (Ответ: 28 л; 56 л).

27.18. Закончить уравнения реакций: а) CaC2 + H2O =;

б) Mg2Si + HCl =; в) CO + Fe2O3 =; г) SiO2 + Na2CO3

27.19. В пробирках находятся растворы: NaOH, NaHCO3, Na2CO3. С помощью каких реакций можно отличить их друг от друга? Составить соответствующие уравнения реакций.

27.20. Закончить уравнения реакций: а) Si + HNO3 + HF =;

б) Al + C ; в) Na2SiO3 + HCl (конц.) =; г) H2SiO3 + KOH =

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]