Номер 7, страница 87 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

9. Углерод, кремний и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 7, страница 87.

Условие.

7. Заполните в тетради таблицу.

Реагенты

Уравнение реакции с углеродом

$H_2$ (+ −)*

$O_2$ (+)

Металлы (+ −)*

Неметаллы (+ −)*

$H_2O$ (−)

Кислотные оксиды (−)

Основные оксиды (+)

Кислоты-неокислители (−)

Основания (−)

Соли (+ −)*

* Если реакции протекают не всегда или имеют ограничения (+ −), сформу-лируйте правила их протекания.

Решение.

Решение 2.

H₂ (+ -)*

Реакция углерода с водородом протекает при высокой температуре, высоком давлении и в присутствии катализаторов (например, Ni, Pt). Продуктом реакции является метан. Реакция обратима.

$C_{тв} + 2H_{2(г)} \rightleftharpoons CH_{4(г)}$

Правило: Реакция протекает только при сильном нагревании (500-1000 °C), высоком давлении и с использованием катализатора.

Ответ: $C + 2H_2 \xrightarrow{t, p, kat} CH_4$

O₂ (+)

Углерод горит в кислороде. В зависимости от количества кислорода могут образовываться два разных оксида: угарный газ (при недостатке кислорода) или углекислый газ (при избытке кислорода).

При недостатке кислорода: $2C + O_2 \xrightarrow{t} 2CO$

При избытке кислорода: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

Ответ: При недостатке $O_2$: $2C + O_2 \xrightarrow{t} 2CO$; при избытке $O_2$: $C + O_2 \xrightarrow{t} CO_2$

Металлы (+ -)*

При высоких температурах углерод реагирует со многими металлами с образованием карбидов. Особенно легко реагируют активные металлы.

Например, с кальцием: $Ca + 2C \xrightarrow{t} CaC_2$ (карбид кальция)

Например, с железом: $3Fe + C \xrightarrow{t} Fe_3C$ (цементит)

Правило: Углерод реагирует при нагревании с активными металлами (щелочными, щелочноземельными) и некоторыми переходными металлами (например, Fe, Al, W) с образованием карбидов. С малоактивными металлами (Cu, Ag, Au) не реагирует.

Ответ: $Ca + 2C \xrightarrow{t} CaC_2$

Неметаллы (+ -)*

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами, такими как сера, кремний, фосфор, а также с галогенами.

С серой: $C + 2S \xrightarrow{t} CS_2$ (сероуглерод)

С кремнием: $C + Si \xrightarrow{t} SiC$ (карбид кремния, карборунд)

Правило: Реакция протекает при высокой температуре с большинством неметаллов (кроме азота и инертных газов). С фтором реагирует при обычных условиях.

Ответ: $C + 2S \xrightarrow{t} CS_2$

H₂O (-)

При обычных условиях (с жидкой водой) углерод не реагирует. Реакция с водяным паром возможна при очень высокой температуре (выше 800 °C) с образованием "водяного газа": $C + H_2O_{(пар)} \to CO + H_2$. Однако, согласно заданию, реакция не протекает.

Ответ: Реакция не протекает.

Кислотные оксиды (-)

Углерод не реагирует с кислотными оксидами, так как сам является неметаллом, образующим кислотные оксиды. Исключение составляют реакции восстановления при очень высоких температурах (например, восстановление кремния из $SiO_2$ в промышленности), которые выходят за рамки школьного курса.

Ответ: Реакция не протекает.

Основные оксиды (+)

Углерод является сильным восстановителем и при высоких температурах (в доменных печах) восстанавливает многие металлы из их оксидов. Этот процесс называется карботермией и является основой металлургии.

Восстановление железа из оксида: $Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO$

Восстановление меди из оксида: $2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2$

Ответ: $Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO$

Кислоты-неокислители (-)

Углерод стоит в электрохимическом ряду напряжений металлов после водорода, поэтому он не может вытеснить водород из растворов кислот-неокислителей (таких как $HCl$, разбавленная $H_2SO_4$).

Ответ: Реакция не протекает.

Основания (-)

Углерод не реагирует с растворами щелочей и другими основаниями.

Ответ: Реакция не протекает.

Соли (+ -)*

Реакции углерода с солями нетипичны, но возможны при очень высоких температурах. Углерод может выступать в роли восстановителя.

Например, при сплавлении с карбонатом кальция образуется карбид кальция: $CaCO_3 + 4C \xrightarrow{t} CaC_2 + 3CO$

Также возможна реакция с сульфатами: $CaSO_4 + 2C \xrightarrow{t} CaS + 2CO_2$

Правило: Углерод может реагировать с некоторыми солями кислородсодержащих кислот (карбонатами, сульфатами) при очень сильном нагревании (прокаливании), восстанавливая их.

Ответ: $CaCO_3 + 4C \xrightarrow{t} CaC_2 + 3CO$