ENTLab
РусскийҚАЗ
← Все темы: Химия

Химия · теория к ЕНТ

Углерод, кремний и их соединения

Углерод, кремний и их соединения — оксиды, кислоты, карбонаты и силикаты. Тема нужна в опытах с известковой водой и задачах на смеси.

Потренировать эту темуС полным доступом — тренировка по этой теме, без него — бесплатный тест по предмету.

Что проверяет ЕНТ по этой теме

Раздел: 04 Химия и жизнь

Пункт спецификации НЦТ: 08 Элементы 14 (IV) группы и их соединения

По нашей оценке, в варианте в среднем 1–2 задания по этой теме из 40.

Спецификация ЕНТ 2026 по этому предмету: темы и задания

Что нужно уметь

  • Сравнивать строение атомов и степени окисления углерода и кремния.
  • Описывать аллотропию углерода, свойства его оксидов, угольной кислоты и карбонатов.
  • Составлять уравнения реакций углерода, кремния и их соединений, в том числе окислительно-восстановительных.
  • Решать задачи на смеси, в которых с реагентом взаимодействует один компонент.

Кратко о главном

  • Строение. На внешнем уровне 4 электрона. Степени окисления углерода — от −4 до +4 (в \mathrm{CH_4} −4, в \mathrm{CO} +2, в \mathrm{CO_2} +4); у кремния в соединениях чаще +4.
  • Аллотропия. В алмазе каждый атом связан с четырьмя соседями: он очень твёрдый и не проводит ток. Графит слоистый, мягкий, проводит ток.
  • Углерод — восстановитель. При нагревании: \mathrm{2CuO + C \rightarrow 2Cu + CO_2\uparrow}; с концентрированной азотной кислотой: \mathrm{C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O}.
  • Оксиды углерода. \mathrm{CO} — несолеобразующий, ядовитый, горючий газ. \mathrm{CO_2} — кислотный оксид: с известковой водой даёт осадок \mathrm{CaCO_3}, при избытке газа осадок растворяется с образованием \mathrm{Ca(HCO_3)_2}.
  • Кремний и щёлочь. \mathrm{Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow}. Уголь с раствором щёлочи не реагирует.
  • Оксид кремния. \mathrm{SiO_2} — кислотный оксид, с водой не реагирует, со щелочами — при сплавлении: \mathrm{SiO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2O}.

Задания с разбором

Из банка заданий ENTLab, не из вариантов НЦТ. Сначала попробуй решить, потом открой разбор.

Смесь кремния и угля массой 20 г обработали избытком раствора гидроксида натрия, выделилось 11{,}2 л водорода (н. у.). Массовая доля кремния в смеси. A_r(\mathrm{Si}) = 28, V_m = 22{,}4 л/моль
  • A)70 %
  • B)65 %
  • C)35 %
  • D)30 %
Ответ и разбор

Верный ответ: C

Уголь с раствором щёлочи не реагирует, водород выделяет только кремний: \mathrm{Si} + 2\mathrm{NaOH} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Na_2SiO_3} + 2\mathrm{H_2}. n(\mathrm{H_2}) = 11{,}2 : 22{,}4 = 0{,}5 моль; n(\mathrm{Si}) = 0{,}5 : 2 = 0{,}25 моль; m(\mathrm{Si}) = 0{,}25 \cdot 28 = 7 г; \omega(\mathrm{Si}) = \frac{7}{20} \cdot 100\,\% = 35\,\%. Неверные варианты: 70 % — принято n(\mathrm{Si}) = n(\mathrm{H_2}) = 0{,}5 моль, тогда m = 14 г и \frac{14}{20} \cdot 100\,\% = 70\,\%; 65 % — найдена доля угля \frac{20 - 7}{20} \cdot 100\,\% = 65\,\%, а не кремния; 30 % — доля угля при той же ошибке в соотношении 1 : 1: \frac{20 - 14}{20} \cdot 100\,\% = 30\,\%.
Через известковую воду (раствор \mathrm{Ca(OH)_2}) долго пропускают избыток оксида углерода(IV) \mathrm{CO_2}. Какая соль кальция образуется в итоге и что наблюдают к концу опыта?
  • A)\mathrm{CaCO_3}; помутнение, появившееся вначале, сохраняется
  • B)\mathrm{Ca(HCO_3)_2}; помутнение, появившееся вначале, исчезает
  • C)\mathrm{Ca(HCO_3)_2}; помутнение, появившееся вначале, сохраняется
  • D)\mathrm{CaCO_3}; помутнение, появившееся вначале, исчезает
Ответ и разбор

Верный ответ: B

Сначала \mathrm{CO_2} реагирует со щёлочью: \mathrm{Ca(OH)_2} + \mathrm{CO_2} \rightarrow \mathrm{CaCO_3}\downarrow + \mathrm{H_2O} — раствор мутнеет. Избыток газа переводит нерастворимый карбонат в растворимый гидрокарбонат: \mathrm{CaCO_3} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Ca(HCO_3)_2} — муть исчезает. Вариант A — учтена только первая стадия, избыток \mathrm{CO_2} не принят во внимание. Вариант C — соль названа верно, но гидрокарбонат кальция ошибочно считают нерастворимым, как карбонат. Вариант D — нерастворимый карбонат кальция ошибочно считают растворимым, хотя муть даёт именно он.

Типичные ошибки

  • Берут n(\mathrm{Si}) = n(\mathrm{H_2}). По уравнению со щёлочью из 1 моль кремния выделяется 2 моль водорода, поэтому количество кремния вдвое меньше: n(\mathrm{Si}) = n(\mathrm{H_2}) : 2.
  • Считают, что уголь тоже реагирует с раствором щёлочи. В смеси кремния с углём водород образуется только при реакции кремния со щёлочью, а уголь остаётся без изменений.
  • Путают окислитель и восстановитель или вместо коэффициента перед окислителем называют сумму всех коэффициентов. Окислитель принимает электроны: в реакции с углём это \mathrm{HNO_3} (\mathrm{N^{+5}}).
  • Приписывают \mathrm{CO} свойства кислотного оксида. Угарный газ — несолеобразующий оксид и восстановитель, известковую воду он не мутит.

Вопросы по теме

Почему известковая вода мутнеет от углекислого газа, а потом снова становится прозрачной?
Сначала газ реагирует со щёлочью и выпадает нерастворимый карбонат кальция: \mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}. Если продолжать пропускать избыток газа, карбонат взаимодействует с водой и \mathrm{CO_2} и переходит в растворимый гидрокарбонат: \mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2} — муть исчезает.
Чем алмаз отличается от графита, если оба состоят из углерода?
Разница в расположении атомов. В алмазе каждый атом прочно связан с четырьмя соседями в пространстве, поэтому он — одно из самых твёрдых природных веществ и не проводит ток. В графите атомы образуют слои, в слое каждый атом связан с тремя соседями, а слои держатся друг за друга слабо: графит мягкий и проводит ток.
Потренировать эту тему

ENTLab пишет теорию своими словами на основе спецификации НЦТ. Мы не НЦТ и никак с ним не связаны.