Общая характеристика элементов IV-А-подгруппы

ns²np², степени окисления: от -4 до+4

	ρ, г/см3	t пл, °C	t кип, °C
Углерод	алмаз графит	3,52 2,27	- 3500возг	- -	С	типичные неметаллы
Кремний	кристалл. аморфн.	2,33 2,00	1420	≈3300	Si
Германий		5,32	937	2850	Ge	металлическая активность усиливается
Олово	α β	5,85 7,29	231,9	2620	Sn
Свинец		11,34	327,4	1745	Pb

 

Гидриды ЭН₄ неустойчивы (за исключением метана); они не обладают ни кислотными, ни основными свойствами. Высшим оксидам ЭО₂ соответствуют кислоты Н₂ЭО₃. Оксиды и гидроксиды олова и свинца независимо от степени окисления обладают амфотерными свойствами.

Углерод

CaCO3 – известняк, мрамор MgCO3 – магнезит CaCO3∙MgCO3 – доломит

В свободном состоянии: графит алмаз

Искусственные аллотропные формы: карбин фуллерены

Химические свойства

 

Взаимодействие с неметаллами
2C + O2 → 2CO С + O2изб → CO2 C + 2H2 600 -1000°Cкат CH4 метан 2C + H2 1500-2000°Cкат C2H2 ацетилен (этин) C + 2S CS2 сероуглерод 2C + N2 (CN)2 циан (дициан)	C + Si → t SiC карборунд C + 2F2 ® CF4   Другие галогениды получают косвенным путем:   CS2 + 3Cl2 CCl4 + S2Cl2 3CCl4 + 4AlBr3 3CBr4 + 4AlCl3 C60 + 12Cl2 → C60Cl24 хлорфуллерид C60 + 19F2 → C60F38 фторфуллерид
Взаимодействие с металлами
4Al + 3C → t Al4C3 карбид алюминия Ca + 2C → CaC2 карбид кальция 2Mg + 3C ® Mg2C3	Карбиды ионного типа разлагаются водой:   Al4C3 + 12H2O → 3CH4 + 4Al(OH)3 CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2 Mg2C3 + 4H2O → C3H4 + 2Mg(OH)2 пропин Карбиды внедрения образуют переходные металлы: Fe3C (цементит), Mo2С, VC и др.
Отношение к сложным веществам
C + H2O(г) CO + H2 C + FeO×Fe2O3 → t 3Fe + 4CO C + CuO → t Cu + CO	C + 4HNO3 конц → t CO2 + 4NO2 + 2H2O C + 2H2SO4 конц ® CO2 + 2SO2 + 2H2O

 

Оксид углерода (II)	Оксид углерода (IV)
Яд! :C ← O: Eсв = 1076 кДж/моль Газ без цвета и запаха, плохо растворим в воде.	Газ без цвета, кисловатый запах и вкус. Опасная концентрация в воздухе j ³ 0,03
Получение: C + H2O(г) CO + H2 CO2 + C → 2CO CO2 + Zn → CO + ZnO HCOOH + H2SO4 конц CO↑ + H2SO4×nH2O муравьиная кислота HOOC – COOH CO2 + CO + H2O щавелевая кислота	Получение: C + O2 изб → CO2 CaCO3 CaO + CO2 2NaHCO3 CO2 + Na2CO3 + H2O (NH4)2CO3 NH4HCO3 + NH3 NH4HCO3 NH3 + CO2 + H2O Cu2(OH)2CO3 → t 2CuO + CO2 + H2O CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Химические свойства: • CO – восстановитель CO + Cl2 → hν COCl2 фосген CO + O2 → t 2CO2 (голубое пламя) CO + FeO → Fe + CO2 CO + PdCl2 + H2O ® Pd + CO2 + 2HCl CO + H2O(г) tкатCO2 + H2 • CO – окислитель CO + 2H2 400°C300 ат CH3OH CO + NH3 → HCN + H2O циановодородная кислота • Взаимодействие с расплавом щелочи: CO + KOH HCOOK формиат калия • Образование летучих карбонилов d-элементов: Ni + 4CO ® Ni(CO)4	Химические свойства: • CO2 – окислитель Mg + CO2 MgO + C C + CO2 ® 2CO   • Кислотные свойства CO2 + NaOH ® NaHCO3 CO2 + 2NaOH ® Na2CO3 + H2O CO2 + Ca(OH)2 р-р ® CaCO3¯ + H2O 2CO2 изб + Ca(OH)2 р-р ® Ca(HCO3)2 • Вытеснение слабых кислот: K[Al(OH)4]р-р + 2CO2 изб ® Al(OH)3 + KHCO3 Ca(ClO)2 + CO2 + H2O ® CaCO3¯ + 2HClO

Угольная кислота и ее соли

Слабый электролит:

H₂O + CO₂ ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- ↔ 2H⁺ + CO₃^2-

K^I_дис = 4×10^-7 K^II_дис = 5×10^-11

 

Средние соли - карбонаты	Кислые соли - гидрокарбонаты
Получение: • Метод Леблана: Na2SO4 + CaCO3 + 2C → t Na2CO3 + CaS + 2CO2­ BaCl2 + Na2CO3 → BaCO3 + 2NaCl 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O	Получение: • Метод Сольве: NH3 + CO2 + H2O ® NH4HCO3 NaCl + NH4HCO3 «NaHCO3 + NH4Cl   NaOH + CO2изб → NaHCO3
Химические свойства: CaCO3 CaO + CO2 CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 MgCO3 + 2HNO3 → Mg(NO3)2 + CO2↑ + H2O Гидролиз: Na2CO3 + HOH «NaHCO3 + NaOH CO32- + HOH «HCO3− + OH− pH > 7 2MeCl2 + 2Na2CO3 + H2O ® Me2(OH)2CO3¯ + CO2 + 4NaCl гидроксикарбонат	Химические свойства: 2NaHCO3 Na2CO3 + CO2­ + H2O Ca(HCO3)2 CaCO3↓ + CO2­ + H2O KHCO3 + KOH → K2CO3 + H2O KHCO3 + HCl → KCl + H2O + CO2↑ Гидролиз: NaHCO3 + HOH ↔ NaOH + CO2↑ + H2O HCO3− + HOH ↔ CO2 + H2O + OH− 2Me(NO3)2 р-р. + 4NaHCO3 р-р ® Me2(OH)2CO3¯ + 4NaNO3 + 3CO2­ + H2O
Me: Be2+, Mg2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Co2+, Ni2+

 

 

Упражнения и задачи к теме: «Углерод и его соединения»

1. Какие два вещества вступили в реакцию, если в результате образовались:

A + B ® CaCO₃ + BaCO₃ + H₂O

A + B ® CaC₂ + CO

A + B ® CO₂ + HCl?

2. Докажите химическим путем присутствие CO, HCl и SO₂ в газовой смеси. Составьте уравнения реакций.

3. Используя карбонаты кальция и натрия, а также пероксид водорода, получите гидрокарбонат натрия. Составьте уравнения реакций.

4. Допишите уравнения реакций:

MgO + C ® KNO3 + C ® KClO3 + C ®

Na2SO4 + C ® CaCO3 + C ® SiO2 + C ®

5. Какая из солей угольной кислоты при прокаливании не образует сухого остатка?

6. При действии Ca(OH)₂ на раствор соли А образовался осадок В, а при действии CaCl₂ на раствор соли А химической реакции не произошло. Сильные кислоты растворяют вещество А с выделением газа С, не обесцвечивающего раствор KMnO₄. Что представляют собой вещества А, В и С? Составьте уравнения реакций.

7. При полном гидролизе смеси карбидов кальция и алюминия образуется смесь газов, которая в 1,6 раз легче кислорода. Определите массовые доли карбидов в исходной смеси.

8. При взаимодействии углерода с концентрированной серной кислотой выделилось 25 л газовой смеси (н.у.). Вычислите массу углерода, вступившего в реакцию.

9. Используя карбонат магния, нитрит аммония и водород, получите в чистом виде гидрокарбонат аммония. Составьте уравнения реакций.