Решение контрольной работы по теме «Углерод»

Контрольная работа по теме «Углерод» Раздел 1. Строение и свойства углерода 1. Валентность и степени окисления углерода: В соединении \(CH_{4}\): валентность IV, степень окисления \(-4\). В соединении \(CO\): валентность II (по числу связей), степень окисления \(+2\). В соединении \(CO_{2}\): валентность IV, степень окисления \(+4\). В соединении \(CaC_{2}\): валентность IV, степень окисления \(-1\). 2. Окислительно-восстановительные свойства: Углерод находится в IV группе, на внешнем слое имеет 4 электрона. Он может как принимать электроны до завершения слоя (проявляя свойства окислителя), так и отдавать их (проявляя свойства восстановителя). Пример (окислитель): \(C + 2H_{2} \rightarrow CH_{4}\) Пример (восстановитель): \(C + O_{2} \rightarrow CO_{2}\) 3. Аллотропные модификации углерода: Алмаз: кристаллическая решётка атомная. Применение: изготовление режущих инструментов, ювелирное дело. Графит: кристаллическая решётка атомная (слоистая). Применение: изготовление карандашей, электродов. Фуллерен: кристаллическая решётка молекулярная. Применение: нанотехнологии, медицина. Раздел 2. Окислительно-восстановительные реакции 1. Углерод + концентрированная азотная кислота: \[C + 4HNO_{3(конц.)} \xrightarrow{t} CO_{2} \uparrow + 4NO_{2} \uparrow + 2H_{2}O\] Баланс: \(C^{0} - 4e^{-} \rightarrow C^{+4}\) (восстановитель) \(N^{+5} + 1e^{-} \rightarrow N^{+4}\) | \(\times 4\) (окислитель) 2. Оксид железа(III) + углерод: \[Fe_{2}O_{3} + 3C \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO \uparrow\] Баланс: \(C^{0} - 2e^{-} \rightarrow C^{+2}\) | \(\times 3\) (восстановитель) \(Fe^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Fe^{0}\) | \(\times 2\) (окислитель) 3. Метан + кислород: \[CH_{4} + 2O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2H_{2}O\] Баланс: \(C^{-4} - 8e^{-} \rightarrow C^{+4}\) | \(\times 1\) (восстановитель) \(O_{2}^{0} + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2}\) | \(\times 2\) (окислитель) Раздел 3. Реакции в растворах (ТЭД) 1. Карбонат натрия + соляная кислота: Молекулярное: \(Na_{2}CO_{3} + 2HCl \rightarrow 2NaCl + CO_{2} \uparrow + H_{2}O\) Полное ионное: \(2Na^{+} + CO_{3}^{2-} + 2H^{+} + 2Cl^{-} \rightarrow 2Na^{+} + 2Cl^{-} + CO_{2} \uparrow + H_{2}O\) Сокращённое ионное: \(CO_{3}^{2-} + 2H^{+} \rightarrow CO_{2} \uparrow + H_{2}O\) Признак реакции: бурное выделение газа (вскипание). 2. Пропускание избытка \(CO_{2}\) через известковую воду: Сначала раствор мутнеет из-за образования осадка: \(Ca(OH)_{2} + CO_{2} \rightarrow CaCO_{3} \downarrow + H_{2}O\) Затем при дальнейшем пропускании газа осадок растворяется, так как образуется растворимый гидрокарбонат: \(CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2}O \rightarrow Ca(HCO_{3})_{2}\) 3. Слабокислая реакция раствора \(CO_{2}\): Углекислый газ при растворении в воде частично взаимодействует с ней, образуя слабую угольную кислоту, которая диссоциирует с образованием ионов водорода: \[CO_{2} + H_{2}O \rightleftharpoons H_{2}CO_{3} \rightleftharpoons H^{+} + HCO_{3}^{-}\] Наличие ионов \(H^{+}\) обуславливает кислую среду.