625000, Тюмень, ул. Володарского, 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, Тюмень, ул. Киевская, 52

Федеральное агенТство по образованию

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

Технологический институт

Кафедра физической и аналитической химии

«Химия элементов. Индивидуальные задания для самостоятельной работы студентов»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине «Общая и неорганическая химия»

для практических и лабораторных занятий студентов 1 курса

всех форм обучения

Часть 2

Тюмень, 2008 г.

Кафедра физической и аналитической химии

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ.

Индивидуальные задания для самостоятельной работы студентов

Методические указания по дисциплине «Общая и неорганическая химия» для практических и лабораторных занятий . Часть 2.

Составили: доц., к.х.н. Карнаухова Т.М.,

доц., к.х.н. Севастьянова Г.К.,

доц., к.х.н. Балабанова Е.А.

Методические указания обсуждены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры физической и аналитической химии, протокол № 4 от 15 ноября 2007 г.

© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

p-элементы IV группы

План работы по теме:

1. Общая характеристика р-элементов IV группы, нахождение в природе, получение. Физические и химические свойства простых веществ.

2. Углерод: природные соединения, получение, применение, физические свойства, химические свойства. Аллотропные модификации углерода. Оксид углерода (II) и карбиды металлов. Оксид углерода (IV). Угольная кислота, карбонаты, тиокарбонаты.

3. Соединения углерода с неметаллами: дициан, сероуглерод; родановодородная кислота и роданиды.

4. Кремний: природные соединения, получение, применение, физические и химические свойства. Кислородные соединения кремния. Кремневая кислота, силикаты.

5. Элементы подгруппа германия: природные соединения, получение, применение, физические свойства, химические свойства. Кислородные соединения элементов подгруппы германия: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства.

Индивидуальные задания

Задание 1

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства элемента кремния. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Чем можно объяснить окислительные свойства оксида свинца (IV)? Закончите уравнение реакции: PbO₂ + HCl → … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите массу соли и объем газа (н.у.), которые получаются в результате реакции 0,2 моль PbO₂ с соляной кислотой.

3. Составьте уравнения реакций получения хлорида и нитрида кремния и укажите условия их протекания. Почему галогениды кремния «дымят» во влажном воздухе? Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

4. Какой объем ацетилена (условия нормальные) можно получить взаимодействием воды с 0,80 кг СаС₂.

5. Докажите амфотерный характер Sn(OH)₂. Приведите уравнения соответствующих реакций.

Задание 2

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства элемента углерода. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Не проводя расчета, определите реакцию среды (рН = 7, рН < 7, рН > 7) водного раствора силиката натрия. Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

3. При сжигании 3,00 г антрацита получилось 5,30 л СО₂, измеренного при н.у. Рассчитайте, сколько процентов углерода (по массе) содержит антрацит.

4. Закончите уравнение реакции: C +HNO_3(конц.) CO₂ +… Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента восстановителя и окислителя.

5. Сколько граммов NaCl можно получить из 265 г Na₂CO₃.

Задание 3

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства элементов подгруппы германия. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. К какому классу соединений относятся Pb₂O₃ и Pb₃O₄ (сурик)? Приведите их графические формулы. Составьте уравнение реакции взаимодействия сурика с раствором иодида калия в сернокислой среде.

3. Сколько граммов CaCO₃ выпадает в осадок, если к 400 мл 0,5 н раствора CaCl₂ прибавить избыток раствора соды.

4. Учитывая значения констант диссоциации циановодородной и угольной кислот: 5*10^-10, 4*10^-7, соответственно, рассмотрите, как влияет углекислый газ воздуха на водные растворы щелочных цианидов. Почему цианиды нужно хранить в плотно закрытых сосудах?

5. Какими кислотно-основными свойствами обладают оксид и гидроксид свинца (II)? Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

Задание 4

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства оксида углерода (IV) и угольной кислоты. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Почему германий не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, тогда как в концентрированной кислоте он растворяется? Составьте уравнение реакции взаимодействия германия с концентрированной серной кислотой. Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса.

3. При пропускании водяного пара над раскаленным углем получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и Н₂. Какой объем водяного газа (условия нормальные) может быть получен из 3,0 кг угля.

4. Какие превращения претерпевают цианиды натрия и калия при долгом хранении их водных растворов? Напишите уравнения соответствующих реакций.

5. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах KCN, Na₂CO₃.Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

Задание 5

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства оксида кремния (IV) и кремневой кислоты. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Чем отличаются взаимодействия германия и свинца с концентрированной азотной кислотой? Почему? Напишите уравнения соответствующих реакций. Коэффициенты в уравнениях расставьте методом электронно-ионного баланса.

3. Карбонат кальция разлагается при нагревании на СаО и СО₂ . Какая масса природного известняка, содержащего 90% (масс.) СаСО₃, потребуется для получения 7,0 т негашеной извести.

4. Закончите уравнение реакции: PbS + HNO_3(конц.) PbSO₄ +NO₂ + …. Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите эквивалент окислителя и восстановителя.

5. Определите pH 0,02 н раствора соды Na₂CO₃, учитывая только первую ступень гидролиза.

Задание 6

1. Приведите электронные формулы олова в степени окисления (+2) и (+4). Какие свойства (окислительные или восстановительные) могут проявлять соединения олова в этих степенях окисления? Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

2. При растворении 0,5 г известняка в соляной кислоте получено 75 мл углекислого газа (н.у.). Вычислите процентное содержание карбоната кальция в известняке.

3. Вычислите потерю в весе (в процентах), происходящую при прокаливании гидрокарбоната натрия.

4. Сравните степень гидролиза соли и pH среды в 0,1 М и 0,001 М растворах цианида калия. Ответ обоснуйте, проведя соответствующие вычисления.

5. Закончите уравнение реакции: SnCl₂ + HgCl₂ Hg₂Cl₂ + … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронного баланса. Определите эквивалент, рассчитайте молярную массу окислителя и восстановителя.

Задание 7

1. Приведите электронные формулы свинца в степени окисления (+2) и (+4). Какие свойства (окислительные или восстановительные) могут проявлять соединения свинца в этих степенях окисления? Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

2. При разложении СаСО₃ выделилось 11,2 л СО₂. Чему равна масса КОН, необходимая для связывания выделившегося газа в карбонат: а) 56 г; б) 112 г; в) 28 г. Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций и проведя необходимые вычисления.

3. Укажите, какой порядок расположения растворов равной молярной концентрации соответствует возрастанию pH: NH₄Cl – NaNO₃ – CH₂ClCOONa – NaF – CH₃COONa – NaCN. Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

4. Закончите уравнение реакции внутримолекулярного окисления – восстановления. Какой атом или ион выполняет в данном случае роль окислителя, какой – восстановителя. Pb(NO₃)₂ PbO + NO₂ +… Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронного баланса.

5. Укажите состав и свойства синильной кислоты. Почему соли этой кислоты необходимо хранить в плотно закрытых сосудах? Ответ поясните, приведя уравнения соответствующих реакций.

Задание 8

1. Составьте электронные формулы атомов олова и свинца. Какой из этих элементов обладает более выраженными металлическими свойствами? Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

2. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36 л диоксида углерода, взятого при нормальных условиях. Найдите массу вещества, образовавшегося в результате реакции.

3. Карбид кальция получают по схеме СаО + С СаС₂+СО. Вычислите массу СаО, необходимую для получения 6,4 т СаС₂. Какой объем оксида углерода (II) при этом обра­зуется (условия нормальные)?

4. В каком направлении и почему будет происхо­дить смещение равновесий: а) при насыщении диоксидом углерода водного раствора силиката натрия; б) при прокаливании смеси Nа₂СО₃ и SiO₂? Ответ обоснуйте.

5. Напишите уравнение гидролиза силиката натрия. Как из­менится его степень гидролиза при добавлении к раствору хлорида аммония? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Задание 9

1. Опишите свойства оксида углерода (II), указав: а) электронное строение молекулы с позиций метода ВС; б) отношение к воде и к водным растворам кислот и щелочей; в) окислительно- восстановительные свойства. Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Напишите уравнения реакций получения свободного кремния восстановлением диоксида кремния: а) углем; б) алюминием. Какой метод более экономичен, на Ваш взгляд? Одинаковое ли количество кремния (моль) получается в этих случаях?

3. Какой объем углекислого газа (условия нормальные) можно получить из 210 г гидрокарбоната натрия: а) прокаливанием; б) действием кислоты? Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций и проведя необходимые вычисления.

4. Какую кислоту нельзя хранить ни в обычной стеклянной посуде, ни в посуде из кварцевого стекла? Почему? Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

5. Как получают - и -оловянные кислоты? Чем различаются их свойства?

Задание 10

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства диоксида кремния, его отношение к воде, кис­лотам и щелочам.

2. На восстановление 0,05 л 0,2 н раствора дихромата калия в присутствии разбавленной соляной кислоты затрачено 0,2 л раствора хлорида олова (II). Вычислите нормальность раствора соли олова и массу соли в нем.

3. Перечислите оксиды германия, олова и свинца. Как изменяются кислотно-основные свойства гидроксидов в рядах Gе(ОН)₂ — РЬ(ОН)₂ и Gе(ОН)₄ — РЬ(ОН)₄? Почему?

4. При действии водного раствора карбоната калия на хлорид олова (IV), а также раствора соляной кислоты на станнат натрия получается одно и тоже вещество. Какое это вещество? Напишите в молекулярном и ионно-молекулярном виде уравнения реакций его получения в обоих случаях. Определите тип реакций.

5. Напишите формулы тетрагидроксостанната (II), гексагидроксостанната (IV), гексагидроксоплюмбата (IV), гексагидроксоплюмбата (II) и тиостанната натрия. Как можно получить эти соединения? Ответ обоснуйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

Задание 11

1. Охарактеризуйте физические и химические свойства диоксида углерода и области его практического применения. Напишите уравнения реакций взаимодействия СО₂ с раствором щелочи при недостатке и при избытке СО₂.

2. Закончите уравнение реакции: Ge + HNO_3(конц.) … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите эквивалент, рассчитайте молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

3. Почему при приготовлении раствора SnС1₂ воду подкисляют соляной кислотой? Ответ мотивируйте, написав молекулярное и ионно-молекулярное уравнение.

4. Как изменяются окислительно-восстановитель­ные свойства соединений в рядах Gе(II)—РЬ(II) и Gе (IV) — РЬ(IV)? Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

5. Какие равновесия устанавливаются в водном растворе СО₂? Как влияет повышение температуры раствора на смещение этих равновесий? Можно ли приготовить 1 н. раствор угольной кислоты?

Задание 12

1. Охарактеризуйте отношение свинца к воз­духу, воде, кислотам. Почему свинец не растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах, хотя и рас­положен в ряду напряжений до водорода? Ответ мотивируйте, приведя уравнения соответствующих реакций.

2. Могут ли существовать совместно в растворе: а) нитрат олова (II) и хлорид железа (II); б) хлорид олова (II) и хлорид железа (III); в) хлорид олова (II) и медь? Ответ мотивируйте, написав уравнения соответствующих реакций.

3. Какой объем оксида углерода (IV) прореагирует с оксидом натрия массой 18,6 г? Определите массу соли, образующейся при этом.

4. Определите массовую долю углерода в стали, если ее образец массой 10 г при сгорании в токе кислорода образует оксида углерода (IV) объемом 1,53 л.

5. Закончите уравнение реакции: Рb₃О₄ + КI + Н₂SО₄ … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

Задание 13

1. Дайте краткую характеристику элемента кремния, указав: а) электронное строение атома и его валентные возможности; б) химические свойства свободного кремния.

2. Какие из перечисленных газов при пропускании их через раствор щелочи вступают с ней в реакцию: а) СО; б) СО₂; в) НСN; г) СF₄? Напишите уравнения соответствующих реакций.

3. Лакмус изменяет окраску в интервале pH от 5 до 8,3. Какова будет окраска содержащего лакмус 0,001 М раствора ацетата натрия CH₃COONa (К_г=5,6*10^-9): a) красная; б) фиолетовая; в) синяя. Ответ мотивируйте.

4. Сплав свинца с оловом нагревали с концент­рированной НNO₃ до прекращения реакции. Не растворившийся осадок был отфильтрован, высушен и про­кален. Каков состав остатка? Что находится в рас­творе? Ответ мотивируйте, написав уравнения соответствующих реакций.

5. Составьте уравнения реакций взаимодействия концентрированной азотной кислоты с германием. Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса.

Задание 14

1. Как можно получить станнит натрия, имея металлическое олово, соляную кислоту и раствор щелочи? Напишите уравнения соответствующих реакций.

2. Плотность раствора K₂CO₃ составляет 1,22 г/мл. Из 1 л этого раствора при действии соляной кислоты получено 44,5 л CO₂ при 0⁰C и 760 мм рт. ст. Вычислите процентное содержание K₂CO₃ в растворе и его нормальность.

3. Почему при получении диоксида углерода из мрамора на последний действуют соляной кислотой, а не серной? Какой объем СО₂ (н.у.) можно получить из 1 кг мрамора, содержащего 96% (масс.) СаСО₃?

4. В каком количестве воды следует растворить 100 г Na₂CO₃*10H₂O для получения раствора, содержащего 10% безводной соли?

5. Составьте уравнение реакции взаимодействия концентрированной азотной кислоты с оловом. Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса.

Задание 15

1. Охарактеризуйте кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства соединений кремния (IV). Приведите уравнения соответствующих реакций.

2. Сколько миллилитров 20%-ного раствора соляной кислоты (ρ=1,1 г/мл) потребуется для взаимодействия с 40 г карбоната кальция?

3. Укажите, какой порядок расположения растворов равной молярной концентрации соответствует возрастанию pH: NaCN – CH₃COONa – NaF –CH₂ClCOONa – NaNO₃ – NH₄Cl. Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

4. Чем объясняется некоторое усиление кислотных свойств при переходе от H₂SiO₃ к H₂GeO₃? Ответ обоснуйте.

5. Составьте уравнение реакции взаимодействия разбавленной азотной кислоты с оловом. Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса.

Задание 16

1. Охарактеризуйте кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства кислородных соединений элементов подгруппы германия. Приведите уравнения соответствующих реакций.

2. Какой объем 0,1 н раствора Ca(OH)₂ следует прибавить к 162 г 5%-ного раствора Сa(HCO₃)₂ для образования нормальной соли?

3. Вычислите процентное содержание безводной соли для раствора следующего кристаллогидрата: 14,3 г Na₂CO₃*10H₂O в 120 г воды.

4. Определите массу меди, образующейся при взаимодействии оксида меди (II) массой 24 г с углеродом.

5. Закончите уравнение химической реакции: Sn + KOH + H₂O … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

Задание 17

1. Охарактеризуйте кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства кислородных соединений свинца. Приведите уравнения соответствующих реакций.

2. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнение химической реакции: Na₂SiO₃+NH₄Cl+H₂O … ; объясните механизм ее протекания.

3. Почему раствор гидрокарбоната натрия имеет слабощелочную, а раствор гидросульфата натрия – слабокислую реакцию. Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

4. Напишите уравнение реакции силицида магния с соляной кислотой. Определите объем газообразного продукта (н.у.), образующегося согласно стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

5. Закончите уравнение химической реакции: Pb + KOH + H₂O … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

Задание 18

1. Охарактеризуйте кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства кислородных соединений олова. Приведите уравнения соответствующих реакций.

2. Какой объем оксида углерода (IV) выделится (н.у.) при обжиге 500 т известняка, содержащего 0,1 массовую долю примесей?

3. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения гидролиза Na₂CO₃, KHCO₃, (NH₄)₂CO₃. Укажите реакцию среды.

4. Сколько литров диоксида углерода, измеренного при 17⁰С и 750 мм рт. ст., следует пропустить через 1,6 л 25%-ного раствора KOH (ρ=1,23 г/мл) для получения гидрокарбоната калия? Вычислите массу полученного гидрокарбоната.

5. Закончите уравнение реакции: SnС1₂ + К₂Сr₂0₇ + Н₂SО₄ … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

Задание 19

1. Почему оксиды свинца Рb₂О₃ и Рb₃О₄ назы­вают смешанными? Укажите степени окисления свин­ца в этих соединениях. Напишите графические формулы указанных соединений.

2. При сплавлении кварцевого песка массой 34 г с гидроксидом натрия получили силикат натрия массой 61 г. Какое количество гидроксида натрия вступило в реакцию? Какое вещество было взято в избытке, какова избыточная масса этого вещества?

3. Определите массовую долю углерода в стали, если ее образец массой 10 г при сгорании в токе кислорода образует оксид углерода (IV) объемом 1,53 л.

4. Вычислите константу гидролиза карбоната натрия, степень гидролиза соли в 0,1 М растворе и рН раствора, учитывая только первую ступень гидролиза.

5. Закончите уравнение реакции: SnС1₂ + FеС1₃ … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.

Задание 20

1. Охарактеризуйте химические свойства соединений углерода с неметаллами: дициан, циановодород, синильная кислота, цианиды, сероуглерод; родановодородная кислота и роданиды.

2. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах свинцового аккумулятора при его заряде и разряде.

3. Карборунд получают прокаливанием песка с углем: SiO₂ + 3C = SiC + 2CO. Какая масса песка и угля, массовая доля углерода в котором 95 %, потребуется для получения карборунда массой 200 кг?

4. Не производя вычислений, укажите, в каком из растворов двух солей равной концентрации рН больше или меньше: а) Na₂CO₃ и NaHCO₃; б) Na₂CO₃ и Na₂SO₃. Ответ обоснуйте, написав уравнения соответствующих реакций.

5. Закончите уравнение реакции: Рb₃О₄ + Мn(NО₃)₂ + НNО₃ … Расставьте коэффициенты в уравнении методом электронно-ионного баланса. Определите молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя.