Номер 2, страница 353 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 49. Кремний и его соединения - номер 2, страница 353.

Условие.

2. Сравните получение и свойства угольной и кремниевых кислот.

Решение.

Решение 2.

Угольная ($H_2CO_3$) и кремниевая ($H_2SiO_3$) кислоты являются кислотами, образованными элементами IVА группы — углеродом и кремнием. Несмотря на сходство в положении элементов в периодической системе, их кислоты имеют существенные различия в способах получения и свойствах.

Получение

Угольная кислота:

• Основной способ получения — растворение оксида углерода(IV) ($CO_2$) в воде. Реакция обратима, и равновесие сильно смещено влево, в сторону исходных веществ. Кислота существует только в водном растворе и в очень малой концентрации:
  $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$
• В чистом виде угольная кислота не выделена из-за её крайней неустойчивости.

Кремниевая кислота:

• В отличие от угольной кислоты, кремниевая кислота не может быть получена прямой реакцией оксида кремния(IV) ($SiO_2$) с водой, так как $SiO_2$ (кварц, песок) в воде нерастворим.
• Кремниевую кислоту получают косвенным путем, действуя более сильными кислотами на растворы её солей — силикатов. В качестве кислоты можно использовать даже угольную, что доказывает, что угольная кислота сильнее кремниевой. При этом кремниевая кислота выпадает в виде студенистого осадка (геля).
  Уравнения реакций:
  $Na_2SiO_3 + 2HCl \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + 2NaCl$
  $Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow H_2SiO_3\downarrow + Na_2CO_3$

Ответ: Главное различие в получении заключается в том, что угольная кислота образуется при непосредственном взаимодействии своего оксида с водой (хотя и в малых количествах), в то время как кремниевая кислота получается только косвенно, вытеснением из её солей (силикатов) более сильными кислотами, поскольку её оксид с водой не реагирует.

Свойства

Угольная кислота ($H_2CO_3$):

• Агрегатное состояние и растворимость: Существует только в водном растворе. Является растворимым веществом.
• Сила: Слабая двухосновная кислота. Диссоциирует ступенчато, образуя гидрокарбонат- и карбонат-ионы.
  $H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$
  $HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}$
• Устойчивость: Очень неустойчива. При малейшем нагревании или даже при стоянии раствора разлагается на углекислый газ и воду.
  $H_2CO_3 \rightarrow H_2O + CO_2\uparrow$
• Химические свойства: Реагирует со щелочами, образуя средние (карбонаты) и кислые (гидрокарбонаты) соли.

Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$):

• Агрегатное состояние и растворимость: Твердое аморфное вещество (гель), практически нерастворимое в воде. Её формула $H_2SiO_3$ условна; на самом деле она имеет полимерное строение $nSiO_2 \cdot mH_2O$.
• Сила: Очень слабая кислота, одна из самых слабых неорганических кислот. Слабее угольной кислоты.
• Устойчивость: В отличие от угольной кислоты, может быть выделена в виде твердого вещества. Однако при нагревании она необратимо разлагается (дегидратирует), образуя оксид кремния(IV) и воду.
  $H_2SiO_3 \xrightarrow{t^\circ} SiO_2 + H_2O$
• Химические свойства: Реагирует только с сильными щелочами и плавиковой кислотой. Вытесняется из своих солей даже такой слабой кислотой, как угольная.

Сравнительная таблица свойств:

Свойство	Угольная кислота ($H_2CO_3$)	Кремниевая кислота ($H_2SiO_3$)
Агрегатное состояние	Существует только в растворе	Твердое вещество (гель)
Растворимость в воде	Растворима	Практически нерастворима
Сила кислоты	Слабая	Очень слабая (слабее угольной)
Устойчивость	Очень неустойчива, легко разлагается на $CO_2$ и $H_2O$	Более устойчива, но при нагревании разлагается на $SiO_2$ и $H_2O$

Ответ: Ключевые различия в свойствах: угольная кислота существует только в растворе, растворима и является более сильной кислотой, чем кремниевая. Кремниевая кислота — твердое, нерастворимое в воде вещество и является очень слабой кислотой. Оба вещества неустойчивы при нагревании и разлагаются на соответствующий оксид и воду.