Углерод и кремний. Оксид углерода (II). Оксид углерода (IV). Оксид кремния (IV). Угольная кислота, карбонаты и гидрокарбонаты

1.

УГЛЕРОД И КРЕМНИЙ. ОКСИД
УГЛЕРОДА (II). ОКСИД УГЛЕРОДА
(IV). ОКСИД КРЕМНИЯ (IV).
УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, КАРБОНАТЫ И
ГИДРОКАРБОНАТЫ. КРЕМНИЕВАЯ
КИСЛОТА

2.

Углерод в природе.
Содержание углерода составляет 0,1% массы земной
коры. Свободный углерод представлен в виде алмаза и
графита. Основная масса углерода существует в виде
природных карбонатов кальция CaCO3 (мела, мрамора,
известняка) и магния MgCO3, а также горючих ископаемых.
Строение атомов углерода.
Находится в 2 периоде IVA группы.
Неметалл.
Высшая валентность IV, максимальная степень окисления
+4, минимальная степень окисления –4.
6 электронов, 6 протонов, 6 нейтронов.
2 электронных слоя.
-, 4е- (незавершенный слой).
С:
2е
6

3.

Физические свойства простых веществ.
Углерод существует во множестве аллотропных модификаций
с
очень
разнообразными
физическими
свойствами.
Разнообразие модификаций обусловлено способностью углерода
образовывать химические связи разного типа.
Выделяют два вида углерода в зависимости от образования
модификаций:
Кристаллический углерод входит в состав твердых веществ
(алмаз, графит, графен, фуллерен, карбин).
Аморфный углерод образует мягкие вещества (уголь, кокс,
сажа).

4.

Взаимодействие со фтором
Углерод обладает низкой реакционной способностью и из галогенов реагирует только со фтором:
С + 2F2 = CF4.
Взаимодействие с кислородом
При нагревании взаимодействует с кислородом, образуя оксиды СО и СО2:
2С + О2 = 2СО;
С + О2 = СО2.
Взаимодействие с другими неметаллами
Реагирует с серой:
С + 2S = CS2.
Не взаимодействует с азотом и фосфором.
Углерод взаимодействует с водородом и кремнием в присутствии никелевого катализатора:
C + Si = SiC;
C + 2H2 = CH4.
Взаимодействие с металлами
Способен взаимодействовать с металлами, образуя карбиды:
Ca + 2C = CaC2.
Взаимодействие с водой
При пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и
водород:
C + H2O = CO + H2.

5.

Восстановительные свойства
Углерод способен восстанавливать многие металлы из их
оксидов:
2ZnO + C = 2Zn + CO2.
Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании
окисляют углерод до оксида углерода (IV):
C + 2H2SO4 = CO2 + 2SO2 + 2H2O;
C + 4HNO3 = CO2 + 4NO2 + 2H2O.

6.

7.

8.

H2CO3 – угольная кислота.
Слабая кислота. Практически полностью разлагается на углекислый газ и воду:
H2CO3= H2O+CO2
Диссоциирует в две ступени:
H2CO3= H++HCO-3 (соли с таким кислотным остатком называются
гидрокарбонаты).
HCO-3 = H++CO2-3 (соли с таким кислотным остатком называются карбонаты).
Что стоит знать о физических и химических свойствах угольной кислоты? Данное
соединение:
очень слабое и неустойчивое;
без запаха;
является жидкостью;
со слегка кисловатым вкусом;
существует только в разбавленных растворах;
легко распадается на воду и диоксид углерода;
окрашивает метиловый оранжевый в красный цвет;
образует соли угольной кислоты (углекислые соли).

9.

По химическим свойства соли угольной кислоты могут:
1)Разлагаться на оксид + углекислый газ;
2)Реагировать с кислотами.
Ca(OH)2+CO2=CaCO3(осадок)+H2O
(качественная
реакция на карбонат-ионы)
CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 = CaCO3+H2O+CO2

10.

Два важнейших химических свойства карбонатов:

11.

12.

Химическая формула и систематическое название
Тривиальное название, природные минералы
Область применения
Na2СO3
Карбонат натрия
Кальцинированная сода
Na2СO3 ∙ 10H2O
Декагидрат карбоната натрия
Кристаллическая сода — минерал
Производство моющих средств, стекла, красителей;
целлюлозно-бумажная, текстильная,
нефтехимическая промышленность
NaHCO3
Гидрокарбонат натрия
Питьевая сода
Кулинария, дезинфекция полости рта, средство от
изжоги. Пожаротушение. Безопасное мытьё посуды
Мел — горная порода
Побелка, производство стекла, резины
Кальцит — минерал
Химическое производство, строительство, оптика,
поделочный камень
Ракушечник — горная порода
Строительный материал
Известняк — горная порода
Облицовочный и архитектурно-строительный
материал
Мрамор — горная порода
Облицовочный и архитектурно-строительный
материал
Жемчуг — драгоценный камень биологического
происхождения, образуемый в раковинах
некоторых моллюсков
Ювелирные изделия
(СuOH)2CO3
Карбонат гидроксомеди(II)
Малахит — минерал
Поделочный камень. Ранее — для добычи меди
MgСO3
Карбонат магния
Магнезит — минерал
Производство огнеупорных материалов
Доломит — минерал
Изготовление цемента, штукатурки, огнеупорных
материалов, в стекольной промышленности, в
сельском хозяйстве для раскисления почвы
СаСО3
Карбонат кальция
CaMg(CO3)2
Двойной карбонат кальция и магния

13.

Кремний – самый распространенный элемент
в земной коре после кислорода.
Кремний в природе встречается в виде
соединений.

14.

Строение атома кремния:
Находится в IVA группе 3 периода.
14 электронов: 2е, 8е, 4е.
Максимальная степень окисления +4, минимальная степень окисления –4.
Строение и физические свойства простого вещества.
Простое вещество кремний – атомный кристалл темно-серого цвета с металлическим
блеском, довольно хрупок. Температура плавления 1415 °C, плотность 2,33 г/см3.
Полупроводник.
Основные степени окисления кремния +4, 0 и -4.
Наиболее типичные соединения кремния:
Степень окисления
Типичные соединения
+4
оксид кремния (IV) SiO2
кремниевая кислота H2SiO3
силикаты MeSiO3
бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)
-4
силан SiH4
силициды металлов (силицид натрия Na4Si)

15.

16.

Оксид кремния (IV) SiO2 – это твердое вещество с атомной
кристаллической решеткой. В природе встречается в виде кварца, речного
песка, кремнезема и прочих модификаций:

17.

18.

Кремниевые кислоты — очень слабые, малорастворимые в воде соединения
Способы получения
Кремниевая кислота образуется при действии сильных кислот на растворимые
силикаты (силикаты щелочных металлов).
Например, при действии соляной кислоты на силикат натрия:
Na2SiO3 + 2HCl → H2SiO3 + 2 NaCl
Даже слабая угольная кислота вытесняет кремниевую кислоту из солей:
Na2SiO3 + 2Н2O + 2CO2 → 2NaHCO3 + H2SiO3
Химические свойства
1. Кремниевая кислота — нерастворимая. Кислотные свойства выражены очень
слабо, поэтому кислота реагирует только с сильными основаниями и их оксидами:
Например, кремниевая кислота реагирует с концентрированным гидроксидом
калия:
H2SiO3 + 4KOH → K2SiO3 + 4H2O
2. При нагревании кремниевая кислота разлагается на оксид и воду:
H2SiO3 → SiO2 + H2O

19.

Силикаты
Силикаты — это соли кремниевой кислоты. Большинство силикатов нерастворимо в
воде, кроме силикатов натрияи калия, их называют «жидким стеклом».
Способы получения силикатов:
1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:
H2SiO3 + 2KOH → K2SiO3 + 2H2O
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + H2
SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2
2. Сплавление с основными оксидами:
СаО + SiO2 → CaSiO3
3. Взаимодействие растворимых силикатов с солями:
K2SiO3 + CaCl2 → CaSiO3 + 2KCl
Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na2O·CaO·6SiO2.
Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na2CO3,
известняка CaCO3 и белого песка SiO2:
6SiO2 + Na2CO3 + CaCO3 → Na2O·CaO·6SiO2 + 2CO2

20.

Сборник задач: №505(а),
№509, №519, №522, №523(а),
№583(а), №586, №588.