Номер 1, страница 62, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

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

Высший оксид углерода — это оксид углерода(IV), или углекислый газ, с формулой $CO_2$. Высший оксид кремния — это оксид кремния(IV), или диоксид кремния, с формулой $SiO_2$.

Сходство

Положение в Периодической системе. И углерод (C), и кремний (Si) являются элементами 14-й группы (IV A) Периодической системы, что обуславливает сходство их химических свойств.

Степень окисления. В своих высших оксидах оба элемента проявляют максимальную для своей группы степень окисления +4.

Химический характер. Оба оксида, $CO_2$ и $SiO_2$, являются кислотными. Они реагируют со щелочами и основными оксидами с образованием солей — карбонатов и силикатов соответственно.

Примеры реакций со щелочами:

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

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

Примеры реакций с основными оксидами:

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

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

Различия

Агрегатное состояние (при н.у.).

$CO_2$: Газ без цвета и запаха. В твердом состоянии ("сухой лед") сублимирует (переходит из твердого в газообразное) при температуре $-78,5^\circ C$.

$SiO_2$: Твердое, очень тугоплавкое вещество. Существует в виде кристаллической (кварц, горный хрусталь) и аморфной (кремнезем) форм. Температура плавления кварца около $1720^\circ C$.

Тип кристаллической решетки. Это основное различие, объясняющее разницу в физических свойствах.

$CO_2$: Имеет молекулярную кристаллическую решетку. В узлах решетки находятся отдельные молекулы $O=C=O$, связанные между собой очень слабыми межмолекулярными силами. Поэтому для их разделения требуется мало энергии.

$SiO_2$: Имеет атомную кристаллическую решетку. Каждый атом кремния тетраэдрически соединен прочными ковалентными связями с четырьмя атомами кислорода, образуя гигантскую трехмерную структуру (полимер). Чтобы разрушить такое вещество, нужно разорвать множество прочных ковалентных связей, что требует огромной энергии.

Химическая связь и строение.

$CO_2$: Атом углерода (2-й период) имеет малый радиус и способен образовывать устойчивые двойные $\pi$-связи с атомами кислорода. Молекула $CO_2$ имеет линейное строение $O=C=O$, тип гибридизации атома углерода — sp.

$SiO_2$: Атом кремния (3-й период) значительно крупнее, поэтому образование двойных $\pi$-связей Si=o для него энергетически невыгодно. Вместо этого кремний образует четыре одинарные $\sigma$-связи с атомами кислорода. Тип гибридизации атома кремния — sp³.

Отношение к воде.

$CO_2$: Частично растворяется в воде, обратимо реагируя с ней с образованием слабой и неустойчивой угольной кислоты ($H_2CO_3$): $CO_2 + H_2o \rightleftharpoons H_2CO_3$.

$SiO_2$: В воде не растворяется и с ней не реагирует. Соответствующая ему кремниевая кислота ($H_2SiO_3$) нерастворима в воде и получается косвенными методами.

Отношение к кислотам.

$CO_2$: Как кислотный оксид, не реагирует с другими кислотами.

$SiO_2$: Также не реагирует с большинством кислот, но проявляет особое свойство — растворяется в плавиковой (фтороводородной) кислоте: $SiO_2 + 4HF \rightarrow SiF_4\uparrow + 2H_2O$.

Ответ: Сходство высших оксидов углерода ($CO_2$) и кремния ($SiO_2$) заключается в их одинаковой высшей степени окисления (+4) и кислотном характере. Основное различие кроется в их строении и, как следствие, физических свойствах. $CO_2$ — молекулярное вещество, газ при обычных условиях, состоящий из отдельных молекул $O=C=O$. $SiO_2$ — немолекулярное (атомное) вещество, твердое и тугоплавкое, представляющее собой гигантскую полимерную сетку из атомов, соединенных прочными одинарными связями. Это также определяет их разное агрегатное состояние, температуры плавления, растворимость и отношение к воде.