Углерод, водород и кремний. материал для подготовки к егэ (гиа) по теме

В данном материале кратко представлены химические свойства элементов и важные реакции.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Водород – легкий газ без цвета, без запаха. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной неполярной связью.

Конверсионный способ. Вначале получают водяной газ, пропуская пары воды через раскаленный кокс при 1000 °С: С + Н 2 О -t à СО + Н 2 .

Затем оксид углерода (II) окисляют в оксид углерода (IV), пропуская смесь водяного газа с избытком паров воды над нагретым до 400–450 °С катализатором Fe 2 O 3 : CO +H 2 O = CO 2 + H 2 .

Окисление метана водяным паром:

CH 4 + 2Н 2 O –(t, Ni)  4Н 2 + CO 2

Термическое разложение метана при 1200 °С:

CH 4 -t à C + 2H 2

Электролиз водного раствора поваренной соли или гидроксида натрия:

(NaOH) + 2Н 2 O –эл.ток  2Н 2 + O 2

2NaCl + 2H 2 O –эл.ток  H 2 + Cl 2 + 2NaOH;

2. В лаборатории:

Zn + 2HCl à ZnCl 2 + Н 2

2Al + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 ;

Si + 2NaOH + H 2 O = Na 2 SiO 3 + 2H 2 .

Н 2 + 2Na -t à 2NaH

Н 2 + Са -t à СаН 2

2. С неметаллами:

2Н 2 + O 2  2Н 2 O

Н 2 + Cl 2 -hv à 2HCl

3Н 2 + N 2 -t, p, кат. à 2NH 3

3. С оксидами металлов (неактивных) и неметаллов:

CuO + H 2  Cu + H 2 O

2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O.

2. Водородные соединения металлов и неметаллов.

1. Ионные гидриды: Получение: Н 2 + 2Na -t à 2NaH

Свойства: разлагаются водой и кислотами:

NaH + Н 2 O à NaOH + Н 2

СаН 2 + 2HCl à CaCl 2 + 2Н 2

2. Ковалентные водородные соединения:

Все газы, кроме воды (водородные связи).

H 2 S - сероводород

Неустойчивые: фосфин и силан.

Основными свойствами обладает: аммиак.

Амфотерные свойства проявляет: вода.

Кислоты образуют в водном растворе: сероводород и галогеноводороды.

Молекулы воды связаны водородными связями: nH 2 O = (Н 2 O) n , поэтому вода жидкая в отличии от ее газообразных аналогов H 2 S, H 2 Se и Н 2 Те.

а) щелочные и щелочноземельные (кроме бериллия и магния): 2Na + 2Н 2 O = 2NaOH + Н 2

б) остальные металлы в ряду активности до Н могут окисляться водяным паром до оксида при высокой температуре: Fe + 4Н 2 O-t à Fe 3 O 4 + 4Н 2

2. С оксидами щелочных и щелочноземельных металлов: Н 2 O + СаО = Са(OH) 2

3. С кислотными оксидами растворимых кислот: P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4 .

4. Гидролиз солей, бинарных соединений металлов и неметаллов:

2CuSO 4 + 2Н 2 O ⇄ (CuOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4

Al 2 S 3 + 6H 2 O  2Al(OH) 3 + 3H 2 S

Са 3 Р 2 + 6Н 2 О  3Са(ОН) 2 + 2РН 3 ↑

PCl 5 + 4H 2 O  H 3 PO 4 + 5HCl

4. Применение водорода

Применение водорода основано на его физических и химических свойствах:

• как легкий газ, он используется для наполнения аэростатов (в смеси с гелием);
• кислородно-водородное пламя применяется для получения высоких температур при сварки металлов;
• как восстановитель используется для получения металлов (молибдена, вольфрама и др.) из их оксидов;
• для получения аммиака и искусственного жидкого топлива, для гидрогенизации жиров.

Радиус атома растёт

Металличес-кие свойства усиливаются

1. Простое вещество. Имеет несколько аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз – кристаллическое вещество, прозрачное, сильно преломляет лучи света, очень твёрдое, не проводит электрический ток, плохо проводит тепло. Каждый атом углерода находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

Графит – мягкое вещество серого цвета со слабым металлическим блеском, жирное на ощупь, проводит электрический ток. Атомы углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации и связаны в плоские слои, состоящие из соединенных ребрами шестиугольников, наподобие пчелиных сот.

Графит – наиболее устойчивая при комнатной температуре аллотропная модификация углерода.

Карбин – мелкокристаллический порошок серого цвета, полупроводник. Его кристаллы состоят из линейных цепочек углеродных атомов, соединенных чередующимися тройными и одинарными связями, или двойными связями, углерод находится в состоянии sp-гибридизации: -С≡С-С≡С-С≡С-С≡С-

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает алмазу.

Фуллерен - искусственно полученная модификация углерода, состоящая из молекул C 60 , C 70 , …. C 1020 . Эти молекулы составлены из атомов углерода, объединенных в пяти и шести угольники с общими ребрами. Это черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников. При давлении порядка 2·10 5 атм и комнатной температуре фуллерен превращается в алмаз.

Взаимодействие с фтором: углерод обладает низкой реакционной способностью, из галогенов реагирует только с фтором.

Взаимодействие с кислородом:

2С + О 2 (недост) = 2СО (угарный газ),

С + О 2 (изб) = СО 2 (углекислый газ).

Взаимодействие с другими неметаллами: не взаимодействует с азотом и фосфором.

C + 2H 2 – t, Ni  CH 4

ЗС + 4Al =Al 4 С 3

Взаимодействие с водой: при пропускании водяных паров через раскаленный уголь образуется оксид углерода (II) и водород:

C + H 2 O = CO + H 2 .

Восстановительные свойства: углерод способен восстанавливать многие металлы из их оксидов:

2ZnO + C – t  2Zn + CO

4С + Fe 3 O 4 – t  3Fe + 4CO

Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до оксида углерода (IV):

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O;

C + 4HNO 3 = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O.

Карбиды - это соединения углерода с металлами.

Ионные, или солеобразующие

SiC . Имеют прочные ковалентные связи в атомной решетке, поэтому очень стабильны и химически инертны.

Карбиды, при гидролизе которых образуется метан – «метаниды»: Al 4 C 3 , Be 2 C