Продолжение. См. № 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23/2007;
02, 03, 04, 05, 06, 07, 08/2008

Ответы на упражнения,
задачи и контрольные вопросы к главам 5–7

(окончание)

Урок 63

1. а) С + О₂ = СО₂;

б) С + 2Н₂ = СН₄;

в) С + 2S = CS₂.

Все эти реакции относятся к типу реакций соединения.

2. Са + С  СаС₂,

Al + C Al₄C₃,

В реакциях с металлами углерод служит окислителем.

3. ZnO + C Zn + CO,

Pb₃O₄ + 4C 3Pb + 4CO,

Sb₂O₃ + 3C 2Sb + 3CO.

4. Уравнение реакции обезвоживания сахара:

Пропорция с учетом мольного соотношения веществ: 34,2/342 = х/(12•12). Отсюда х = 14,4 г.

Ответ. 14,4 г угля.

5. Схема превращения метана в сажу:

Теоретическая масса сажи с учетом потерь:

m_теор = m_пр/_вых = 1000/0,75 = 1333 г.

Объем метана x = V_M•n(CH₄). Поскольку n(СН₄) = n(С),

х = 22,4•1333/12 = 2488 л.

Ответ. 2488 л СН₄.

6. Уравнение реакции горения угля:

С + О₂ = СО₂.

Для газовых компонентов реакции (О₂ и СО₂): сколько литров газа О₂ расходуется, столько же литров газа СО₂ образуется. Поэтому увеличению содержания СО₂ в воздухе по объему до 2,5% соответствует уменьшение объема кислорода на 2,5%:

_об(О₂) = 21 – 2,5 = 18,5%.

Ответ. 18,5% О₂ (по объему).

Сажа – продукт неполного сгорания топлива

7. Предпочтительней способ газификации угля в водяной газ (СО и Н₂). Здесь используют дешевые и удобные в обращении уголь С и воду Н₂О. Другой способ – с газом СО₂ – более дорогой.

Урок 64

1. а) 2СО + О₂ 2СО₂;

б) Са(НСО₃)₂ СаСО₃ + Н₂О + СО₂;

в) СаСО₃ + SiО₂ СаSiО₃ + СО₂;

г) Na₂CO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂O + CO₂.

2. Качественная реакция на оксид СО₂ – взаимодействие с раствором гидроксида кальция. В результате образуется суспензия нерастворимого в воде соединения СаCО₃:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃ + Н₂О.

3.

Угольная кислота – двухосновная. Это значит, что в ее молекуле содержится два атома водорода, способных замещаться на атомы металлов.

4.

5.

6. Карбонаты натрия и калия хорошо растворимы в воде, а карбонаты серебра, магния, кальция, бария, свинца, железа(II) и другие – нерастворимы.

7. Формулы карбонатов:

а) растворимых в воде – Na₂СО₃, K₂СО₃;

б) нерастворимых – СаСО₃, FeCO₃;

в) разлагаемых водой – Al₂(CO₃)₃, Fe₂(CO₃)₃.

8. Найдем количества вещества:

(СО₂) = V(CO₂)/V_M = 11,2/22,4 = 0,5 моль;

(NaOH) = с_мол•V(р-ра NaOH) = 2,5•0,5 = 1,25 моль.

Соотношение количеств вещества реагентов:

(СО₂) : (NaOH) = 0,5 : 1,25 = 1 : 2,5.

Следовательно, в реакции образуется средняя соль:

Поскольку (Na₂CO₃) = (СО₂) = 0,5 моль,

то m(Na₂CO₃) = •M = 0,5•106 = 53 г.

Ответ. 53 г Na₂CO₃.

9. Причина изменения окраски лакмуса с фиолетовой на красную – в образовании угольной кислоты:

При нагревании раствора (даже при комнатной температуре) нестойкая угольная кислота разлагается на воду и углекислый газ, т.е. равновесие реакции смещается влево. Лакмус вновь становится фиолетовым (ионов Н ⁺ нет в растворе).

10. При добавлении капель соляной кислоты к каждому раствору только в одном случае наблюдается выделение газа (углекислого):

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂.

Если к каждому исходному раствору добавить понемногу раствора CuSO₄, то лишь там, где находится Na₂CO₃, выпадает светло-голубой осадок основного карбоната меди:

2Na₂CO₃ + 2CuSO₄ + H₂O = (CuOH)₂CO₃ + 2Na₂SO₄ + CO₂.

11. а) 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂,

б) NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O.

Превращение гидрокарбоната натрия NaHCO3 в карбонат натрия Na2CO3 (способы а и б)

12. При нагревании смеси Na₂CO₃ и NaHCO₃ гидрокарбонат натрия превращается в карбонат, при этом вода и углекислый газ учетучиваются:

Уменьшение массы смеси на 9 г (146 – 137 = 9 г) обусловлено выделением эквимолярных количеств (Н₂О) = (СО₂) = х моль. Найдем значение х из соотношения:

•М(Н₂О) + •М(СО₂) = 9,

18х + 44х = 9, 62х = 9, х = 0,129 моль.

Из уравнения реакции разложения гидрокарбоната натрия видно,
что (NaHCO₃) = 2(CO₂) = 0,258 моль. Такому количеству вещества соответствует масса NaHCO₃:

m(NaHCO₃) = •M = 0,258•84 = 21,67 г.

Массовая доля:

(NaHCO₃) = m(NaHCO₃)/m(смеси) = 21,67/146 = 0,148.

Отсюда (Na₂CO₃) = 1 – (NaHCO₃) = 0,852.

Ответ. (Na₂CO₃) = 0,852, или 85,2%.

Урок 65

1. Кремний – химически малоактивное вещество.

2. a) Si + O₂ = SiO₂;

б) Si + 2Cl₂ = SiCl₄;

в) Si + 2Mg = Mg₂Si.

В реакциях а) и б) кремний – восстановитель, в реакции в) – окислитель.

3.

Реакции а) – в) не окислительно-восстановительные.

4. Кремниевые кислоты – это вещества переменного состава с формулой mH₂O•nSiO₂, где m и n равны 1, 2, 3 и т.д. Например, в кислоте H₂SiO₃ m = 1, n = 1; в кислоте H₄SiO₄ m = 2, n = 1. Кремниевые кислоты очень слабые и нерастворимы в воде. В структуре SiО₂ и в кремниевых кислотах каждый атом кремния Si соединен химическими связями с четырьмя атомами кислорода О, а каждый атом кислорода – с двумя атомами кремния. Уравнение реакции получения кремниевой кислоты:

K₄SiO₄ + 4HCl = H₄SiO₄ + 4KCl.

5. Стекло – это некристаллическое вещество, получаемое при охлаждении расплава силикатов натрия и кальция. В твердом стекле группы атомов расположены не в строгом порядке, как в кристаллах, а хаотично, как в жидкости. Химическая формула оконного стекла: Na₂O•CaO•6SiO₂. Стекла не имеют определенных температур плавления. Они прозрачны, химически малоактивны. Если при получении стекла в исходную смесь добавить немного FеО, то стекло приобретет зеленоватый оттенок. Введение СоО обеспечивает синий цвет стекла, добавка МnО – фиолетовый.

6. Прозрачность и низкую теплопроводность стекла используют при остеклении окон домов. Стекло – дешевый материал, легко принимает заданную форму, поэтому оно служит для изготовления упаковочной тары и емкостей: бутылок, флаконов, стаканов, кастрюль. Химическую инертность стекла используют при создании посуды (в том числе химической) и химических аппаратов, работающих в агрессивных средах (например, в среде соляной кислоты). Стеклоблоки широко применяют как строительный материал. В последнее время из стекла делают оптические волноводы, передающие свет на сотни километров. Недостатки стекла – хрупкость, неустойчивость к действию щелочей.

Стекло: а – прозрачное; б – ударопрочное; в – хрупкое

7. 22,6 кг Na₂CО₃, 20,9 кг СаСО₃ и 75,3 кг SiО₂.

8.

1) SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si;

2) Si + 2Cl₂ = SiCl₄;

3) SiCl₄ + 2H₂ = Si + 4HCl;

4) Si + O₂ = SiO₂;

5) SiO₂ + 4NaOH = Na₄SiO₄ + 2H₂O.

Ответы на контрольные вопросы к главам 5–7

1. Графит и алмаз – аллотропные модификации углерода, т.е. разные простые вещества, образованные одним химическим элементом. Графит обладает слоистым внутренним строением. Каждый атом в слое связан с тремя такими же атомами С прочными связями. А вот связи между отдельными слоями из атомов С слабые. Поэтому графит легко крошится, его можно расслоить на небольшие пластиночки. Графит жирный на ощупь, он оставляет след на бумаге.

В отличие от графита в алмазе каждый атом С соединен четырьмя одинаковыми связями с другими атомами С. Все связи очень прочные, что и обеспечивает высокую твердость алмаза. Из алмаза делают резцы, режущие сталь. Другие отличия физических свойств следующие: алмаз прозрачный, а графит черный, он не пропускает свет; алмаз не проводит электрический ток, а у графита хорошая электропроводность.

2. а) Способ получения вещества (меди):

2CuO + C 2Cu + CO₂;

б) устойчивость к нагреванию:

CaCO₃ CaO + CO₂;

в) практическое применение (получение стекла):

CaCO₃ + Na₂CO₃ + 6SiO₂ = Na₂O•CaO•6SiO₂ + 2CO₂;

г) качественная (характерная) реакция на СО₂:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + Н₂О.

3. Ковалентная полярная связь – СН₄, SiH₄, СО₂, SiCl₄;

ионная связь – Al₄C₃, CaC₂, Mg₂Si.

4.

5. Al₄C₃ + 12H₂O = 4Al(OH)₃ + 3CH₄,

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃ + 2NaCl,

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂,

Na₂SiO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + H₂SiO₃,

2NaHCO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + Na₂CO₃ + 2H₂O.

6. Кремний Si.

7. 120 кг SiO₂ и 72 кг С.

8. Гидролиз карбоната натрия и хлорида цинка:

Na₂CO₃ + H₂O = NaHCO₃ + NaOH,

ZnCl₂ + H₂O = Zn(OH)Cl + HCl.

9. a) H₂CO₃ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + 2H₂O;

б) H₂CO₃ + Na₂S = Na₂CO₃ + H₂S;

в) H₂CO₃ + Na₂SiO₃ = Na₂CO₃ + H₂SiO₃;

г) H₂CO₃ + Mg = MgCO₃ + H₂;

д) H₂CO₃ + CaCO₃ = Ca(HCO₃)₂;

е) H₂CO₃ = H₂O + CO₂.

10. 40 кг.