Номер B, страница 194 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

B

1. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

$CaCO_3 \rightarrow CO_2 \rightarrow Co \rightarrow C \rightarrow SiC$.

2. Покажите структурные формулы следующих соединений и определите типы связей:

$Mg_2Si$, $Na_2SiO_3$.

3. Реагирует ли кислотный оксид с кислотой?

Что способствует этой реакции?

($SiO_2 + HF \rightarrow ?$)

4. При помощи какой реакции можно сравнить силу угольной и кремниевой кислот?

5. Какая масса песка, содержащего 85% $SiO_2$, потребуется для получения силиката натрия массой 50 г?

Ответ: 28,93 г.

1. Напишите уравнения реакций следующих превращений: $CaCO_3 \rightarrow CO_2 \rightarrow CO \rightarrow C \rightarrow SiC$.

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести следующие реакции:

1) Термическое разложение карбоната кальция при нагревании:

$CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$

2) Восстановление углекислого газа раскаленным углем:

$CO_2 + C \xrightarrow{t^\circ} 2CO$

3) Диспропорционирование угарного газа при нагревании в присутствии катализатора (реакция Будуара):

$2CO \xrightarrow{t^\circ, kat.} C + CO_2$

4) Синтез карбида кремния (карборунда) из простых веществ при очень высокой температуре:

$C + Si \xrightarrow{t^\circ} SiC$

Ответ: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2$; $CO_2 + C \xrightarrow{t^\circ} 2CO$; $2CO \xrightarrow{t^\circ, kat.} C + CO_2$; $C + Si \xrightarrow{t^\circ} SiC$.

2. Покажите структурные формулы следующих соединений и определите типы связей: $Mg_2Si$, $Na_2SiO_3$.

$Mg_2Si$ (силицид магния)

Это соединение, образованное металлом (магнием) и неметаллом (кремнием). В кристаллической решетке находятся ионы магния $Mg^{2+}$ и кремния $Si^{4-}$.

Тип связи: преимущественно ионная.

Структуру ионного соединения изображают формулой, указывающей состав, $Mg_2Si$, или в виде ионов: $[Mg^{2+}]_2[Si^{4-}]$.

$Na_2SiO_3$ (силикат натрия)

Это соль, в которой присутствуют два типа химической связи. Между катионами натрия $Na^+$ и сложным силикат-анионом $SiO_3^{2-}$ связь ионная. Внутри силикат-аниона атомы кремния (Si) и кислорода (O) соединены ковалентными полярными связями. Структурная формула силикат-иона (одна из резонансных структур) выглядит следующим образом:

$ \begin{bmatrix} & \text{O} & \\ & \parallel & \\ \text{⁻O} - & \text{Si} & - \text{O⁻} \end{bmatrix} ^{2-} $

Типы связей: ионная (между $Na^+$ и $SiO_3^{2-}$) и ковалентная полярная (внутри аниона $SiO_3^{2-}$).

Ответ: В $Mg_2Si$ связь ионная. В $Na_2SiO_3$ присутствует ионная связь между катионами натрия и силикат-анионом, а также ковалентная полярная связь внутри силикат-аниона.

3. Реагирует ли кислотный оксид с кислотой? Что способствует этой реакции? ($SiO_2 + HF \rightarrow$ ?)

В общем случае кислотные оксиды не реагируют с кислотами. Однако из этого правила есть исключения. Оксид кремния(IV) $SiO_2$, являясь кислотным оксидом, реагирует с плавиковой (фтороводородной) кислотой $HF$.

Эта реакция возможна благодаря образованию очень прочных связей $Si-F$ и, как следствие, образованию либо летучего соединения (тетрафторида кремния $SiF_4$), либо очень стабильного комплексного иона $[SiF_6]^{2-}$ в составе гексафторокремниевой кислоты. Образование таких устойчивых продуктов является движущей силой реакции.

Уравнения реакций:

$SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4\uparrow + 2H_2O$

При использовании избытка плавиковой кислоты образуется сильная комплексная кислота:

$SiO_2 + 6HF \rightarrow H_2[SiF_6] + 2H_2O$

Ответ: Как правило, кислотные оксиды с кислотами не реагируют. Реакция $SiO_2$ с $HF$ является исключением, которое протекает из-за образования очень прочных связей кремний-фтор и образования стабильных продуктов ($SiF_4$ или $H_2[SiF_6]$).

4. При помощи какой реакции можно сравнить силу угольной и кремниевой кислот?

Сравнить относительную силу кислот можно с помощью реакции вытеснения: более сильная кислота вытесняет более слабую кислоту из её соли. Угольная кислота ($H_2CO_3$) является более сильной, чем кремниевая кислота ($H_2SiO_3$), которая является очень слабой и нерастворимой в воде.

Поэтому, если через раствор соли кремниевой кислоты, например, силиката натрия ($Na_2SiO_3$), пропустить углекислый газ ($CO_2$), который в воде образует угольную кислоту, то будет выпадать осадок гелеобразной кремниевой кислоты.

Уравнение реакции:

$Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Na_2CO_3 + H_2SiO_3\downarrow$

Тот факт, что эта реакция протекает, доказывает, что угольная кислота сильнее кремниевой.

Ответ: Сравнить силу кислот можно по реакции пропускания углекислого газа через раствор силиката: $Na_2SiO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Na_2CO_3 + H_2SiO_3\downarrow$. Эта реакция показывает, что угольная кислота сильнее кремниевой.

5. Какая масса песка, содержащего 85% $SiO_2$, потребуется для получения силиката натрия массой 50 г?

Дано:

$m(Na_2SiO_3) = 50 \text{ г}$

$\omega(SiO_2)_{\text{в песке}} = 85\% = 0.85$

Найти:

$m(\text{песка}) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения силиката натрия, например, при сплавлении оксида кремния(IV) с карбонатом натрия:

$SiO_2 + Na_2CO_3 \xrightarrow{t^\circ} Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$

(Также возможна реакция с гидроксидом натрия: $SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O$. Соотношение между $SiO_2$ и $Na_2SiO_3$ в обеих реакциях одинаковое, 1:1).

2. Рассчитаем молярные массы $SiO_2$ и $Na_2SiO_3$, используя относительные атомные массы, округленные до целых: $Ar(Si)=28$, $Ar(O)=16$, $Ar(Na)=23$.

$M(SiO_2) = 28 + 2 \cdot 16 = 60 \text{ г/моль}$

$M(Na_2SiO_3) = 2 \cdot 23 + 28 + 3 \cdot 16 = 46 + 28 + 48 = 122 \text{ г/моль}$

3. Найдем количество вещества (в молях) силиката натрия массой 50 г:

$n(Na_2SiO_3) = \frac{m(Na_2SiO_3)}{M(Na_2SiO_3)} = \frac{50 \text{ г}}{122 \text{ г/моль}} \approx 0.40984 \text{ моль}$

4. По уравнению реакции, на 1 моль $Na_2SiO_3$ расходуется 1 моль $SiO_2$. Следовательно, количество вещества $SiO_2$ равно количеству вещества $Na_2SiO_3$:

$n(SiO_2) = n(Na_2SiO_3) \approx 0.40984 \text{ моль}$

5. Вычислим массу чистого $SiO_2$, необходимого для реакции:

$m(\text{чистого }SiO_2) = n(SiO_2) \cdot M(SiO_2) = 0.40984 \text{ моль} \cdot 60 \text{ г/моль} \approx 24.59 \text{ г}$

6. Эта масса чистого $SiO_2$ составляет 85% от общей массы песка. Найдем массу песка:

$m(\text{песка}) = \frac{m(\text{чистого }SiO_2)}{\omega(SiO_2)} = \frac{24.59 \text{ г}}{0.85} \approx 28.93 \text{ г}$

Ответ: 28,93 г.