Номер 1, страница 67, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

1. В чем сходство и различия между высшими оксидами углерода и кремния?

Углерод (C) и кремний (Si) — элементы 14-й группы (IVА группы) Периодической системы Д.И. Менделеева. Их высшая степень окисления равна +4, поэтому формулы их высших оксидов — оксид углерода(IV) $CO_2$ и оксид кремния(IV) $SiO_2$.

Сходство

1. Состав и степень окисления. Оба оксида имеют общую формулу $ЭО_2$, где Э — элемент (углерод или кремний). Степень окисления углерода и кремния в этих соединениях одинакова и равна +4.

2. Химический характер. Оба оксида являются кислотными. Они способны реагировать со щелочами и основными оксидами с образованием солей — карбонатов и силикатов соответственно.

Реакции со щелочами:

$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ (образуется карбонат натрия)

$SiO_2 + 2NaOH \xrightarrow{сплавление} Na_2SiO_3 + H_2O$ (образуется силикат натрия)

Реакции с основными оксидами:

$CO_2 + Cao \rightarrow CaCO_3$ (образуется карбонат кальция)

$SiO_2 + Cao \xrightarrow{сплавление} CaSiO_3$ (образуется силикат кальция)

Различия

Основная причина различий в свойствах $CO_2$ и $SiO_2$ заключается в разном типе их кристаллической решётки.

1. Строение и физические свойства.

- $CO_2$ (оксид углерода(IV)) имеет молекулярную кристаллическую решётку. Он состоит из отдельных, непрочно связанных друг с другом молекул O=C=O. Из-за слабых межмолекулярных сил $CO_2$ при нормальных условиях является газом, а в твёрдом состоянии («сухой лёд») легко сублимирует (переходит из твёрдого в газообразное состояние) при температуре -78,5o C.

- $SiO_2$ (оксид кремния(IV)) имеет атомную кристаллическую решётку. В его кристалле каждый атом кремния тетраэдрически соединён прочными ковалентными связями с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода — с двумя атомами кремния. Это образует единую гигантскую и очень прочную трёхмерную структуру. Поэтому $SiO_2$ (кварц, песок) — это очень твёрдое, тугоплавкое вещество (t_пл. ≈ 1728o C), нерастворимое в воде.

2. Химические свойства.

- Отношение к воде. $CO_2$ частично растворяется в воде и обратимо реагирует с ней, образуя слабую угольную кислоту: $CO_2 + H_2o \rightleftharpoons H_2CO_3$. В то же время $SiO_2$ с водой не реагирует, и соответствующая ему кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) получается косвенными методами.

- Отношение к кислотам. $CO_2$ не реагирует с кислотами (кроме как в составе угольной кислоты). $SiO_2$ также инертен к большинству кислот, но имеет уникальное свойство реагировать с плавиковой (фтороводородной) кислотой, что используется для травления стекла: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4 \uparrow + 2H_2O$.

Ответ: Сходство высших оксидов углерода ($CO_2$) и кремния ($SiO_2$) заключается в одинаковой общей формуле ($ЭО_2$), одинаковой степени окисления (+4) и кислотном характере (реагируют с основаниями и основными оксидами). Ключевое различие обусловлено типом кристаллической решётки: у $CO_2$ она молекулярная, а у $SiO_2$ — атомная. Это приводит к кардинальным различиям в их физических свойствах (агрегатное состояние, твёрдость, температуры плавления) и некоторых химических свойствах (отношение к воде и плавиковой кислоте).