Раздел «Неорганическая химия» в спецификации НЦТ

Элементы IV группы и их соединения

Главное по теме

Углерод образует аллотропные модификации: алмаз, графит, фуллерен, графен. Состав один (C), свойства разные из-за строения решётки.
CO₂ мутит известковую воду: CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O. Избыток газа растворяет осадок: CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂.
CO (угарный газ) несолеобразующий, ядовитый, горит и восстанавливает металлы: Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂.
Карбонаты разлагаются кислотами с выделением CO₂: CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Это качественная реакция на CO₃²⁻.
Нагревание: CaCO₃ = CaO + CO₂ (обжиг известняка); 2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂.
SiO₂ - твёрдый кислотный оксид, с водой не реагирует. Сплавляется со щёлочью: SiO₂ + 2NaOH = Na₂SiO₃ + H₂O.
Из кислот SiO₂ реагирует только с плавиковой: SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O. Поэтому HF травит стекло.
Кремниевая кислота H₂SiO₃ нерастворима: Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃↓.
Кремний получают восстановлением: SiO₂ + 2Mg = Si + 2MgO. Кремний - полупроводник (чипы, солнечные батареи).
Степени окисления углерода от -4 (CH₄) до +4 (CO₂), у кремния в соединениях чаще +4.

Задания с разбором

1.Какой объём CO₂ (н. у.) получится при полном сжигании 1,2 г угля (углерод)?

1C + O₂ → CO₂, n(C) = 1,2 / 12 = 0,1 моль.
2n(CO₂) = 0,1 моль.
3V = 0,1 · 22,4 = 2,24 л.

Ответ: 2,24 л

2.Какая масса кремниевой кислоты выпадет из 12,2 г Na₂SiO₃ при действии избытка HCl?

1Na₂SiO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂SiO₃↓, M(Na₂SiO₃) = 122 г/моль.
2n = 12,2 / 122 = 0,1 моль, n(H₂SiO₃) = 0,1 моль.
3M(H₂SiO₃) = 78 г/моль, m = 7,8 г.

Ответ: 7,8 г

3.Какой объём CO₂ (н. у.) нужен, чтобы 0,1 моль Ca(OH)₂ в растворе сначала дали осадок, а потом осадок полностью растворился?

1Сначала Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃↓ + H₂O: нужно 0,1 моль CO₂.
2Затем CaCO₃ + CO₂ + H₂O → Ca(HCO₃)₂: ещё 0,1 моль CO₂ (ловушка: забыть вторую стадию).
3Всего 0,2 моль, V = 0,2 · 22,4 = 4,48 л.

Ответ: 4,48 л

Где теряют баллы

Углерод, кремний и их соединения
Ловушка: Путают кремнезём SiO₂ с корундом Al₂O₃; забывают, что CO несолеобразующий оксид.
Как решать: SiO₂ кремнезём и кварц, CO угарный газ, CO₂ углекислый, CaCO₃ + CO₂ + H₂O даёт растворимый гидрокарбонат (так растворяются известняки).

Объяснение простыми словами

Начнём с обычной газировки. Когда вы открываете бутылку, из неё выходят пузырьки. Это углекислый газ CO₂, один из главных героев нашей темы. А рядом на пляже лежит песок, и это оксид кремния SiO₂. Углерод и кремний стоят в одной, четвёртой, группе таблицы Менделеева, у них на внешнем уровне по четыре электрона, а значит, по четыре валентных электрона готовы участвовать в связях. Но оксиды у них совсем разные: CO₂ газ, SiO₂ твёрдый песок. Разберёмся, почему и что из этого следует для ЕНТ.

Углерод удивителен тем, что он существует в нескольких видах. Алмаз, графит, фуллерены, графен - всё это один и тот же элемент, но атомы соединены по-разному. Такое явление называют аллотропией. В алмазе каждый атом связан с четырьмя соседями, получается прочный каркас, поэтому алмаз самый твёрдый и не проводит ток. В графите атомы лежат слоями, слои легко скользят, поэтому графит мягкий и оставляет след на бумаге, а ещё он проводит ток. Активированный уголь устроен как губка с множеством пор и хорошо адсорбирует, то есть удерживает на поверхности, газы и примеси. Это используют в противогазах и фильтрах для воды.

Дальше в Biik: продолжение объяснения, видеоразбор и проверка из 8 заданий по этой теме.

Доучи тему до конца в Biik

План на каждый день, видеоразборы, проверка из 8 заданий после каждой темы, пробник ЕНТ раз в месяц и ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы. 3 дня бесплатно, без карты.

Начать бесплатно Пройти диагностику

Диагностика покажет, сколько баллов тебе не хватает до гранта и где именно. 30 заданий после короткой бесплатной регистрации.

Термины

Аллотропия: Существование одного элемента в виде нескольких простых веществ с разным строением и свойствами, например алмаз и графит.
Алмаз: Аллотропная модификация углерода с атомной кристаллической решёткой, самое твёрдое природное вещество, не проводит ток.
Графит: Слоистая модификация углерода, мягкая, серая, проводит электрический ток, из неё делают грифели и электроды.
Фуллерен: Молекулярная модификация углерода в виде шара или многогранника из атомов, например C₆₀.
Адсорбция: Поглощение веществ поверхностью твёрдого тела; активированный уголь адсорбирует газы и примеси.
Оксид углерода(II): CO, угарный газ: бесцветный, ядовитый, несолеобразующий оксид, горит и является восстановителем.
Оксид углерода(IV): CO₂, углекислый газ: кислотный оксид, тяжелее воздуха, не поддерживает горение.
Угольная кислота: H₂CO₃, слабая и неустойчивая кислота, существует только в растворе и распадается на CO₂ и воду.
Карбонаты: Соли угольной кислоты с ионом CO₃²⁻, например CaCO₃ (мел, известняк, мрамор).
Гидрокарбонаты: Кислые соли угольной кислоты с ионом HCO₃⁻, например NaHCO₃ (сода питьевая).
Известковая вода: Раствор гидроксида кальция Ca(OH)₂, мутнеет от CO₂ из-за осадка CaCO₃.
Кремний: Элемент Si, неметалл со свойствами полупроводника, второй по распространённости элемент в земной коре после кислорода.
Оксид кремния(IV): SiO₂, кварц и песок: твёрдый тугоплавкий кислотный оксид, не растворяется в воде.
Кремниевая кислота: H₂SiO₃, очень слабая нерастворимая кислота, выпадает в виде студенистого осадка.
Силикаты: Соли кремниевой кислоты, например Na₂SiO₃ (растворимое стекло); основа стекла, цемента и керамики.
Полупроводник: Вещество, проводимость которого лежит между проводником и изолятором; таким является кремний.
Стекло: Аморфный материал, который получают сплавлением соды, известняка и песка.
Карборунд: SiC, карбид кремния, очень твёрдое вещество, используется как абразив.

Все темы: Химия