Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №9/2008

РАБОЧИЕ ТЕТРАДИ

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:

mтеор = mпр/вых = 1000/0,75 = 1333 г.

Объем метана x = VM•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%:

об2) = 21 – 2,5 = 18,5%.

Ответ. 18,5% О2 (по объему).

Сажа – продукт неполного сгорания топлива
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

Н2СО3
молекулярная формула


структурная формула

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

4.

Соли угольной кислоты

а) Мх(СО3)у
карбонаты

б) М(НСО3)х
гидрокарбонаты

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)/VM = 11,2/22,4 = 0,5 моль;

(NaOH) = смолV(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)
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 2О) = (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
Стекло: а – прозрачное; б – ударопрочное; в – хрупкое

7. 22,6 кг Na23, 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.