Какие свойства проявляет со2
Оксид
углерода (IV) СO2 – углекислый газ
Физические свойства:
Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H2O
растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха;
t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO2 называется «сухой лёд»); не
поддерживает горение.
Строение молекулы:
Углекислый газ имеет
следующие электронную и структурную формулы —
O=C=O |
Все четыре связи
ковалентые полярные.
Получение:
1.
Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка –
в промышленности:
CaCO3 t=1200˚C→ CaO + CO2
2.
Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –
в лаборатории:
CaCO3 (мрамор) + 2HCl →
CaCl2 + H2O + CO2
NaHCO3
+ HCl
→
NaCl
+ H2O + CO2
Способы собирания
вытеснением воздуха |
3. Сгорание
углеродсодержащих веществ:
СН4 + 2О2→ 2H2O + CO2
4. При медленном
окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)
Химические свойства:
Видео «Химические свойства углекислого газа»
Кислотный оксид:
1)
с водой даёт непрочную угольную кислоту:
СО2 + Н2О
↔ Н2СО3
2)
реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной
кислоты
Na2O + CO2→ Na2CO3
2NaOH + CO2→ Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2(избыток) → NaHCO3
3)
При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет
металлы — СO2
+ Me = MexOy
+ C
С+4O2
+ 2Mg t˚C→ 2Mg+2O
+ C0
Видео «Горение магния в углекислом газе»
Качественная
реакция на углекислый газ:
Помутнение известковой
воды Ca(OH)2 за счёт образования
белого осадка – нерастворимой соли CaCO3:
Ca(OH)2 + CO2 →
CaCO3
↓+ H2O
Применение углекислого
газа:
Видео «Тушение пламени углекислым газом»
Угольная
кислота и её соли
Химическая
формула — H2CO3
Структурная формула
– все связи ковалентные полярные:
Кислота слабая, существует
только в водном растворе, очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду:
CO2
+ H2O ↔ H2CO3
Опыт «Разложение угольной кислоты»
Опыт «Получение»
Опыт «Получение угольной кислоты»
Химические свойства:
Для угольной кислоты характерны
все свойства кислот.
1) Диссоциация – двухосновная
кислота, диссоциирует слабо в две ступени, индикатор — лакмус краснеет в водном
растворе:
H2CO3
↔ H+
+ HCO3-(гидрокарбонат-ион)
HCO3-
↔ H+
+ CO32- (карбонат-ион)
2) с активными металлами
H2CO3
+ Ca
= CaCO3
+ H2↑
3) с основными оксидами
H2CO3
+ CaO
= CaCO3
+ H2O
4) с основаниями
H2CO3(изб) + NaOH = NaHCO3 + H2O
H2CO3
+ 2NaOH = Na2CO3 + 2H2O
5) Очень непрочная
кислота – разлагается
Соли
угольной кислоты – карбонаты и гидрокарбонаты
Угольная кислота
образует два ряда солей:
·
Средние соли — карбонаты Na2СO3,
(NH4)2CO3
·
Кислые соли — бикарбонаты,
гидрокарбонаты NaHCO3
, Ca(HCO3)2
В природе встречаются:
CaCO3
мел
мрамор
известняк
NaHCO3 – питьевая сода
K2CO3(поташ,
в золе растений)
Na2CO3
– сода, кальцинированная сода
Na2CO3 x 10H2O – кристаллическая сода
Физические свойства:
Все карбонаты – твёрдые
кристаллические вещества. Большинство из них в воде не растворяются.
Гидрокарбонаты растворяются в воде.
Химические свойства
солей угольной кислоты:
Общие
свойства солей:
1) Вступают в реакции
обмена с другими растворимыми солями
Na2CO3
+ CaCl2
= CaCO3↓
+ 2NaCl
2) Разложение
гидрокарбонатов при нагревании
NaHCO3t˚C→Na2CO3
+ H2O + CO2↑
3) Разложение
нерастворимых карбонатов при нагревании
CaCO3t˚C→ CaO+ CO2↑
4) Карбонаты и гидрокарбонаты
могут превращаться друг в друга:
Опыт «Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатов»
гидрокарбонатывкарбонаты
Me(HCO3)n + Me(OH)n →
MeCO3+H2O
Me(HCO3)nt˚C → MeCO3↓+H2O+CO2↑
карбонатывгидрокарбонаты
MeCO3+H2O+CO2= Me(HCO3)n
Специфические свойства:
1) Качественная реакция на CO32- карбонат – ион
«вскипание»
при действии сильной кислоты:
Na2CO3 + 2HCl =
2NaCl
+ H2O + CO2↑
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№ 1. Закончите уравнения осуществимых химических реакций:
CO 2+ KOH =
CO + Al =
H2CO3+ K2SO4 =
CO2( изб ) + NaOH =
С O2+ Na2O =
CaCO3+ CO2 + H2O =
CO2+ Ca(OH)2 =
CO + CaO =
CO2+ H2SO4 =
Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2=
H2CO3+ NaCl =
C + ZnO =
№2.
Осуществите превращения по схеме:
1) Al 4 C 3→ CH 4→ CO 2→ CaCO 3→ Ca ( HCO 3)2→ CaCO 3
2) Ca → CaC 2→ Ca ( OH )2→ CaCO 3→ CO 2→ C
3) CO2 → H2CO3 → Na2CO3 → CO2
4) CaCO3 → CO2 → NaHCO3 → Na2CO3
№3. Решите задачи
1.Какой объём углекислого газа выделится при обжиге карбоната кальция массой 200 г
2. Сколько угольной кислоты можно получить при взаимодействии 2 л
углекислого газа (н.у.) с водой, если выход кислоты составил 90% по
сравнению с теоретическим
Общие химические свойства углекислого газа: CO2 инертен, то есть химически не активен; при попадании в водный раствор легко вступает в реакции.
Большинство кислотных оксидов устойчивы к высоким температурам, но углекислота при их воздействии восстанавливается.
Взаимодействие с другими веществами:
1) Углекислота относится к кислотным оксидам, то есть в сочетании с водой образуется кислота. Однако угольная кислота неустойчива и распадается сразу. Эта реакция имеет обратимый характер:
СО2 + H2O ↔ CO2 × H2O (растворение) ↔ Н2СО3
Диоксид углерода + вода ↔ угольная кислота
Молекула угольной кислоты
2) При взаимодействии углекислого газа и соединений азота с водородом (аммиаком) в водном растворе происходит разложение до углеаммонийной соли.
2NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3
Аммиак + углекислота = гидрокарбонат аммония
Углеаммонийная соль
Полученное вещество часто используется в приготовлении хлеба и различных кондитерских изделий.
3) Ход некоторых реакций должен поддерживаться высокими температурами. Примером является производство мочевины при 130 °C и давлении 200 атм., схематически изображаемое так:
2NH3 + СО2 → (NH2)2СО + H2O
Аммиак + диоксид углерода → карбамид + вода
Также под воздействием температуры около 800 градусов протекает реакция образования оксида цинка:
Zn + CO2 → ZnO + CO
Оксид цинка
Цинк + двуокись углерода → оксид цинка + оксид углерода
4) Возможно уравнение с гидроксидом бария, при котором выделяется средняя соль.
Ba(OH)2+CO2 = BaCO3 + H2O
Гидроксид бария + углекислота = карбонат бария + оксид водорода.
Применяется для регулировки калориметров по теплоемкости. Также вещество используют в промышленности для производства красных кирпичей, синтетических тканей, фейерверков, гончарных изделий, плитки для ванн и туалетов.
5) Углекислый газ выделяется при реакциях горения.
Горение метана.
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 891кДж
Горение газа на плите
Метан + кислород = углекислота + вода (в газообразном состоянии) + энергия
Горение этилена
C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + Q
Этилен + кислород = диоксид углерода + оксид водорода + энергия
Горение этана
2С2Н6 + 7О2 → 4CO2 + 6H2O + Q
Этан + кислород = двуокись углерода + вода + энергия
Горение этанола
C2H5OH + 3O2 = 3H2O + 2CO2 + Q
Молекула этанола
Этанол + кислород = вода + углекислота + энергия
6) Газ не поддерживает горения, этот процесс возможен только с некоторыми активными металлами, например, магнием.
2Mg + CO2 = C + 2MgO
Магний + углекислота = углерод + оксид магния.
MgO активно применяется при производстве косметических средств. Вещество используют в пищевой промышленности как пищевую добавку.
7) Двуокись углерода реагирует с гидроксидами с получением солей, которые существуют в двух формах, как карбонаты и бикарбонаты. Например, углекислый газ и гидроксид натрия, согласно формуле, образуют гидрокарбонат Na:
CO2 + NaOH → NaHCO3
диоксид углерода + гидроксид натрия → гидрокарбонат натрия.
Или же при большем количестве NaOH образуется карбонат Na с образованием воды:
CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O
Диоксид углерода + гидроксид натрия → карбонат натрия + вода
Кислотно-щелочные реакции углекислоты используются на протяжении веков для затвердевания известкового раствора, что может быть выражено простым уравнением:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
Гидроксид кальция + двуокись углерода → карбонат кальция + оксид водорода
8) В зелёных растениях играет важную роль в процессе фотосинтеза:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Образование глюкозы
Диоксид углерода + вода → глюкоза + кислород.
9) Химические свойства углекислоты используются в промышленности при производстве соды, суть этого процесса можно выразить суммарным уравнением:
NaCl + CO2 + NH3 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
Хлорид натрия + Диоксид углерода + аммиак + вода → гидрокарбонат натрия + хлорид аммония
10) Фенолят Na разлагается при взаимодействии с углекислым газом, при этом малорастворимый фенол выпадает в осадок:
C6H5ONa + CO2 + H2O = C6H5OH + NaHCO3
Фенолят натрия + двуокись углерода + оксид водорода = фенол + гидрокарбонат натрия
11) Пероксид натрия и углекислый газ, взаимодействуя, образуют среднюю соль карбоната Na с выделением кислорода.
2Na2O2 + 2CO2 → 2N2CO3 + O2
Пероксид натрия + углекислота → карбонат натрия + кислород
Колба с пероксидом натрия
Образование углекислоты происходит при растворении в воде кальцинированной соды (стиральной соды).
NaHCO3 + H2O → CO2 + H2O + NaOH
Гидрокарбонат натрия + вода → углекислота + вода + гидроксид натрия
При этой реакции (гидролиз по катиону) образуется сильнощелочная среда.
12) CO2 вступает в реакцию с гидроксидом калия, последний образуется путем электролиза хлористого калия.
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O
Гидроксид калия + углекислота → карбонат калия + вода
13) Газ в силу своего строения не реагирует с благородными газами, то есть гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном, радоном, оганесоном.
Заключение
Мы привели большую часть химических реакций, в которых участвует CO2. Ученые всего мира пытаются решить проблему увеличения концентрации углекислоты в воздухе, не без помощи реакций с другими веществами, которые известны химикам. А какие химические формулы взаимодействия углекислого газа знаете вы?
Составная часть атмосферы, основное сырье для процесса фотосинтеза зеленых растений, продукт жизнедеятельности живых организмов.
По систематической международной номенклатуре (IUPAC) вещество с формулой СО2 получило название – Оксид углерода(IV). Тривиальные (общепринятые названия) – двуокись или диоксид углерода, угольный ангидрид (солеобразующий оксид, обладающий кислотными свойствами).
Формула углекислого газа
СО2
Молекула углекислого газа образована двумя атомами кислорода и атомом углерода. Структурная формула – О=С=О. Валентность углерода равна 4. Степень окисления – (+4). Тип связи – ковалентная полярная.
Получение углекислого газа
Природные источники углекислого газа
Углекислый газ образуется при медленном окислении в процессах дыхания, брожения, гниения органических веществ. Выделяется при разложении природных карбонатов, сгорании топлива, образовании дымовых газов. Содержится в воздухе, минеральных источниках.
В сутки организм человека выделяет 1 кг СО2. В воздухе содержится 0,03% углекислого газа.
Лабораторные способы получения
В лаборатории газ можно получить взаимодействием соляной кислоты с мелом, мрамором, содой. Собирается газ методом вытеснения воздуха.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2,
NaHCO3+ HCl → NaCl + H2O + CO2.
Промышленные способы получения
- Обжиг известняка: CaCO3 → CaO + CO2.
- Как побочный продут разделения воздуха при получении кислорода, азота, аргона.
Свойства углекислого газа
Физические свойства
Вещество нетоксичное, негорючее.
| Свойство | Описание |
|---|---|
| Агрегатное состояние при н.у. | Газ |
| Цвет | Бесцветный |
| Запах | Без запаха |
| Температура плавления | -750оC |
| Температура кипения | -56,50оC |
| Растворимость в воде | Растворяется частично. При t +150оC в 1 литре воды может раствориться 1,7 л углекислого газа |
| Плотность | 1,977 г/л |
| Молярная масса | 44г/моль |
Вещество в твердом агрегатном состоянии называется «сухим льдом».
Высокую концентрацию диоксида углерода можно определить органолептически – во рту, на языке появляется кисловатый привкус. Повышенное содержание опасно для организма – вызывает удушье.
Химические свойства
- Качественная реакция: при взаимодействии углекислого газа с известковым молочком (гидроксидом кальция) образуется карбонат кальция – осадок белого цвета.
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.
- CO2, как кислотный оксид, реагирует с водой с образованием угольной кислоты. Эта кислота – соединение нестойкое, легко распадается на углекислый газ и воду. Тип реакции – реакция соединения, обратимая.
CO2 + H2O ↔ H2CO3.
При нагревании распадается на оксид углерода(II) и воду: 2CO2 = 2CO + O2.
Взаимодействует с основными оксидами, с образованием солей:
CaO + CO2 = CaCO3; Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3.
Тип реакции – реакция соединения.
- Взаимодействует со щелочами, с образованием кислых и средних солей:
CO2 + NaOH = NaHCO3;
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.
Средняя соль образуется при избытке щелочи. Кислая соль образуется при отношении количеств вещества оксида и щелочи – 1:1.
- При температуре реагирует с активными металлами:
CO2 + 2Mg = C + 2MgO
Углекислый газ в основном проявляет восстановительные свойства, но при взаимодействии с активными металлами является окислителем.
- Вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (условия протекания реакции – высокая температура, катализатор Cu2O).
Применение углекислого газа
В пищевой промышленности:
- используется при производстве минеральной воды и газированных напитков;
- как пищевая добавка (Е290), повышает сроки хранения продуктов;
- в качестве разрыхлителя придает легкость и пышность кондитерским изделиям;
- как хладогент;
- для удаления из кофе кофеина.
В авиамоделировании используется как источник энергии для двигателей; применяется в пневматическом оружии; как заправка для углекислотных огнетушителей. Используется в качестве защитной среды при сварке.
Находит углекислый газ применение и в медицине – используется для криоабляции новообразований, служит стимулятором глубокого дыхания.
В химической промышленности газ используется в синтезе химических веществ, производстве солей угольной кислоты, процессах осушки и очистки полимеров, волокон растительного и животного происхождения. Применяется для очистки сточных вод, повышает проводимость сверхчистой воды.
Примеры решения задач
Задача 1
Найти массовую долю углерода в углекислом газе.
Решение
М(СО2) = 12+2х16 = 44 г/моль.
Аr(С) = 12 г/моль.
W(С) = 12/44 = 0,27 или 27%
Ответ: массовая доля углерода в углекислом газе равна 27%.
Задача 2
Вычислить объем углекислого газа, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с мрамором массой 100 г.
Решение
300 г — х л
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2
1 моль — 1 моль
100 г/моль — 22,4 л/моль
100 г — 22,4 л
х(СО2) = 300х22,4/100 = 67, 2 (л).
Ответ: Объем углекислого газа равен 67, 2 л.
Оксид углерода (II) – СО (угарный газ, окись углерода, монооксид углерода)
Физические свойства: бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % взрывоопасна.
Строение молекулы:
Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода:
В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.
Получение:
Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO2). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.
1) Получение в промышленности (в газогенераторах):
Видео — опыт «Получение угарного газа»
В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:
С + Н2О = СО + Н2 – Q,
смесь СО + Н2 – называется синтез – газом.
2) Получение СО в лаборатории — термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H2SO4(конц.):
HCOOH t˚C, H2SO4 → H2O + CO
H2C2O4 t˚C,H2SO4→ CO + CO2 + H2O
Химические свойства:
При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель;
Характер свойств угарного газа CO — несолеобразующий оксид.
1) Взаимодействие с кислородом:
2C+2O + O2 t˚C → 2C+4O2↑
2) Взаимодействие с оксидами металлов: CO + MexOy = CO2 + Me
C+2O + CuO t˚C → Сu + C+4O2↑
3) Взаимодействие с хлором (на свету)
CO + Cl2 свет → COCl2 (фосген – ядовитый газ)
4) Взаимодействие с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH Pасплав→ HCOONa (формиат натрия)
Влияние угарного газа на живые организмы:
Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут.
Применение оксида углерода:
Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд. Для получения металлов высокой чистоты при разложении карбонилов.
Оксид углерода (IV) СO2 – углекислый газ
Физические свойства: Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде — в 1V H2O растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO2 называется «сухой лёд»); не поддерживает горение и дыхание.
Строение молекулы: Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы —
Все четыре связи ковалентые полярные.
Получение углекислого газа:
1. В промышленности: Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка.
CaCO3 t=1200˚C→ CaO + CO2
2. В лаборатории. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –
Видео: получение СО2 в лаборатории
CaCO3 (мрамор) + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
3. Сгорание углеродсодержащих веществ:
СН4 + 2О2 → 2H2O + CO2
4. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)
Способы собирания
вытеснением воздуха |
Химические свойства СО2:
Видео «Химические свойства углекислого газа»
Характер свойств углекислого газа — это Кислотный оксид:
1) Взаимодействие с водой с образованием непрочной угольной кислоты:
СО2 + Н2О ↔ Н2СО3
2) Взаимодействие с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты — карбонаты
Na2O + CO2 → Na2CO3
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
NaOH + CO2 (избыток) → NaHCO3
3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы — СO2 + Me = MexOy + C
С+4O2 + 2Mg t˚C→ 2Mg+2O + C0
Видео «Горение магния в углекислом газе»
Качественная реакция на углекислый газ: помутнение известковой воды Ca(OH)2 за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO3:
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 ↓+ H2O
Применение углекислого газа:
Видео «Тушение пламени углекислым газом»