Опыт 3. Водородные соединения углерода. Получение и свой-
ства ацетилена (опыт выполняется в вытяжном шкафу).
В пробирку положите маленький кусочек карбида кальция и добавьте несколько капель воды. Быстро закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Через минуту подожгите выделяющийся газ у стеклянного наконечника газоотводной трубки. Ацетилен горит на воздухе ярким коптящим пламенем. Пропустите выделяющийся газ через подкисленный раствор перманганата калия. Почему обесцвечивается раствор? Запишите уравнения протекающих реакций.
Опыт 4. Кислородные соединения углерода.
1.В сухой пробирке с газоотводной трубкой прокалите около 1 г малахитовой зелени (CuOH)2CO3 или бикарбоната натрия NaHCO3. Выделяющийся газ пропустите через известковую воду (насыщенный раствор гидроксида кальция). Объясните, почему мутнеет известковая вода. Напишите уравнения реакций.
2.Продолжайте пропускать газ через известковую воду. Почему образовавшийся осадок вновь растворяется? Какая соль образуется в данном случае? Напишите уравнение реакции.
3.Теперь пропустите углекислый газ через раствор силиката натрия. Что образуется? Напишите уравнения реакций в ионной и молекулярной формах. Сделайте вывод о сравнительной силе обеих кислот – угольной и кремниевой.
Опыт 5. Выщелачивание стекла водой.
Мелко истолченное стекло положите в фарфоровую ступку или чашку, добавьте немного воды и 2 – 3 капли раствора фенолфталеина. Объясните появление окраски. Какая химическая реакция происходит?
Опыт 6. Уменьшение горючести при пропитке материалов солями кремниевой кислоты (опыт групповой).
В растворе силиката натрия пропитайте небольшой кусочек фильтровальной бумаги. Высушите его осторожным нагреванием на асбестовой сетке. Высохшую бумагу внесите в пламя спиртовки. Изменилась ли горючесть материала по сравнению с обычной бумагой?
25
Контрольные вопросы и задания
1.Дайте характеристику углероду и кремнию, исходя из их положения в периодической таблице Д.И. Менделеева.
2.Какие свойства (металлические или неметаллические, окислительные или восстановительные) проявляют углерод и кремний? Ответ подтвердите уравнениями химических реакций.
3.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить оксиды углерода и кремния. Какие свойства (основные, амфотерные или кислотные) они проявляют? Напишите соответствующие уравнения реакций.
4.Какие летучие водородные соединения углерода и кремния вам известны? Напишите уравнения химических реакций получения этих гидридов.
5.Напишите уравнения химических реакций получения угольной
икремниевой кислот.
6.Какие химические реакции характерны для угольной и кремниевой кислот? Напишите соответствующие уравнения реакций.
7.Какие соли угольной и кремниевой кислот вам известны? Напишите уравнения химических реакций, характерных для этих солей.
Кроме углерода и кремния к главной подгруппе 4 группы периодической системы относятся германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb). Их валентная электронная конфигурация (ns2np2) обуславливает возможность проявления свойств и катионо- и анионообразователей. В отличие от своих более легких аналогов эти элементы проявляют усиливающиеся с увеличением атомной массы элемента металлические свойства. Германий – типичный полупроводник с преимущественно ковалентной связью, то есть к типичным металлам отнесен быть не может. Олово существует в двух полиморфных модификациях, причем низкотемпературное -олово обладает кристаллической решеткой типа алмаза и полупроводниковыми свойствами, то есть ближе к неметаллам, чем к металлам. Высокотемпературное -олово по своим физическим свойствам является металлом, но кристаллизуется в нехарактерной для металлов тетрагональной структуре. С химической точки зрения олово по свойствам ближе к германию, чем к свинцу, но металли-
26
ческий характер у него выражен более ярко, чем у германия. Единственным типичным металлом в этой группе является свинец.
Все три элемента проявляют две характерные степени окисления: +2 и +4. Для германия и олова более устойчивым является состояние со степенью окисления +4, соединения со степенью окисления +2 – сильные восстановители. Для свинца, наоборот, наиболее устойчивым является состояние со степенью окисления +2, а соединения четырехвалентного свинца являются сильными окислителями.
Олово – серебристо-белый легкоплавкий металл при обычных условиях, при температуре +13,2 оС переходит в алмазоподобную-модификацию. При температурах –30…–40 оС этот переход происходит чрезвычайно быстро, особенно при соприкосновении двух различных модификаций, а так как этот фазовый переход характеризуется значительным увеличением объёма при переходе от плотноупакованной тетрагональной структуры к рыхлой алмазоподобной, то оловянные предметы на морозе буквально рассыпаются в порошок. Это явление получило название «оловянной чумы».
Свинец представляет собой серебристо-серый металл с синеватым отливом. Он не имеет полиморфных модификаций и кристаллизуется всегда в характерной для металлов плотноупакованной структуре.
При обычных условиях и олово, и свинец устойчивы по отношению к воде и воздуху, однако свинец на воздухе быстро покрывается матовой оксидной пленкой, защищающей его от дальнейшего окисления. При нагревании эти вещества соединяются с кислородом воздуха, образуя оксиды: SnO2 для олова и PbО для свинца. В ряду стандартных электродных потенциалов олово и свинец стоят непосредственно перед водородом. Олово медленно растворяется в разбавленной соляной кислоте и легко – в концентрированной с выделением водорода:
Sn + 2HCl = SnCl2 + H2 (при нагревании); Sn + 4HCl (конц.) = H2[SnCl4] + H2 .
Свинец с соляной кислотой практически не реагирует (тетрахлоридсвинцовая кислота образуется лишь в незначительных количествах).
С разбавленной серной кислотой олово и свинец практически не реагируют; свинец вступает в реакцию, только если концентрация серной кислоты превышает 80 %:
Pb + 3H2SO4 (> 80 %) = Pb(HSO4)2 + SO2 + 2H2O;
Sn + 4H2SO4 (конц.) = Sn(SO4)2 + 2SO2 + 2H2O;
Pb + 2H2SO4 (конц.) = PbSO4 + SO2 + 2H2O.
27
С концентрированной азотной кислотой олово образует оловянную кислоту, а с разбавленной – нитрат олова, азот (если азотная кислота очень разбавленная, то образуется нитрат аммония) и воду. Свинец с азотной кислотой любой концентрации образует только нитрат свинца и оксид двухвалентного азота:
Sn + 4HNO3 (конц.) = H2SnO3 + 4NO2 + H2O; 5Sn + 12HNO3 (разб.) = 5Sn(NO3)2 + N2 + 6H2O;
4Sn + 10HNO3 (оч. разб.) = 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O; 3Pb + 8HNO3 (разб., гор.) = 3Pb(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
Олово и свинец реагируют с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов и выделением водорода. Это доказывает амфотерный характер этих элементов:
Sn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)4 + H2 ;
Pb + 4NaOH + 2H2O = Na4[Pb(OH)6] + H2 .
С водородом олово и свинец непосредственно не взаимодействуют, хотя для олова известны гидриды SnH4 и Sn2H6.
Оксиды и гидроксиды олова и свинца обладают амфотерными свойствами:
SnO + 4HCl (конц.) = H2[SnCl4] + H2O;
SnO + 2NaOH + H2O = Na2[Sn(OH)4];
SnO2 + 6HCl = H2[SnCl6] + 2H2O;
SnO2 + 2H2SO4 = Sn(SO4)2 + 2H2O;
SnO2 + 2NaOH + 2H2O = Na2[Sn(OH)6];
PbO + 2HCl = PbCl2 + H2 ;
PbO + 2NaOH + H2O = Na2[Pb(OH)4];
PbO2 + 4HCl = PbCl2 + Cl2 + 2H2O;
PbO2 + 2H2SO4 = Pb(SO4)2 + 2H2O;
PbO2 + 2NaOH + 2H2O = Na2[Pb(OH)6].
С гидроксидами олова и свинца реакции протекают с образованием аналогичных продуктов.
Опыт 1. Взаимодействие олова с кислотами (опыт выполня-
ется в вытяжном шкафу).
В шесть пробирок положите по маленькому кусочку олова и добавьте в первые три по 1 мл разбавленных, а в другие три – концентрированных соляной, серной и азотной кислот. Пробирки с разбав-
28
ленными кислотами можно слегка подогреть. Отметьте, что наблюдается в каждом случае, и запишите уравнения проходящих реакций.
Опыт 2. Свойства гидроксида олова ( ).
В две пробирки с раствором хлорида двухвалентного олова добавьте по 3 – 5 мл раствора щелочи до появления белого осадка. В одну пробирку к полученному осадку добавьте немного раствора соляной кислоты, а в другую – столько же раствора гидроксида натрия. Что происходит с осадком в обоих случаях? Напишите уравнения реакций и сделайте вывод о характере гидроксида олова (II).
Опыт 3. Восстановительные свойства двухвалентного олова.
В две пробирки внесите по 3 – 5 мл раствора хлорида трехвалентного железа, 2–3 капли красной кровяной соли K3[Fe(CN)6] и по 10 – 20 капель воды. В одну пробирку добавьте немного раствора хлорида двухвалентного олова. Как изменилась окраска по сравнению с контрольнойпробиркой?Чем это объяснить?Напишите уравнениереакции.
Опыт 4. Отношение свинца к разбавленным кислотам.
В три пробирки положите по кусочку свинца и прилейте по 3 – 5 мл растворов соляной, серной и азотной кислот. Содержимое пробирок при необходимости подогрейте. Во всех ли пробирках идет реакция? Проверьте, образовался ли ион двухвалентного свинца, добавив к остывшим растворам немного раствора иодида калия. Желтый осадок иодида свинца свидетельствует об образовании ионов двухвалентного свинца. Напишите уравнение реакции.
Опыт 5. Получение гидроксида двухвалентного свинца и изучение его свойств.
В две пробирки с раствором соли двухвалентного свинца внесите по каплям раствор щелочи до выпадения осадка. В первую пробирку к осадку добавьте раствор уксусной или разбавленной азотной кислоты (хлориды и сульфаты свинца не растворимы), во вторую – избыток раствора щелочи. Что происходит с осадком? Напишите уравнения реакций.
29