Качественная реакция на углекислый газ

Углерод

Элемент углерод ₆С находится во 2-м периоде, в главной подгруппе IV группы ПС.

Валентные возможности углерода обусловлены строением внешнего электронного слоя его атома в основном и в возбужденном состояниях:

Находясь в основном состоянии, атом углерода может образовать две ковалентные связи по обменному механизму и одну донорно-акцепторную связь, использую свободную орбиталь. Однако в большинстве соединений атомы углерода находятся в возбужденном состоянии и проявляют валентность IV.

Наиболее характерные степени окисления углерода: в соединениях с более электроотрицательными элементами +4 (реже +2); в соединениях с менее электроотрицательными элементами -4.

Нахождение в природе

Содержание углерода в земной коре 0,48% по массе. Свободный углерод находится в виде алмаза и графита. Основная масса углерода встречается в виде природных карбонатов, а также в горючих ископаемых: торфе, угле, нефти, природном газе (смесь метана и его ближайших гомологов). В атмосфере и гидросфере углерод находится в виде углекислого газа СО₂ (в воздухе 0,046% по массе).

CaCO₃ – известняк, мел, мрамор, исландский шпат

CaCO₃∙MgCO₃ – доломит

SiC – карборунд

CuCO₃∙Cu(OH)₂ – малахит

Физические свойства

Алмаз имеет атомную кристаллическую решетку, тетраэдрическое расположение атомов в пространстве (валентный угол равен 109°), очень твердый, тугоплавкий, диэлектрик, бесцветный, прозрачный, плохо проводит теплоту.

Графит имеет атомную кристаллическую решетку, его атомы расположены слоями по вершинам правильных шестиугольников (валентный угол 120°), темно-серый, непрозрачный, с металлическим блеском, мягкий, жирный на ощупь, проводит тепло и электрический ток, как и алмаз имеет очень высокие температуры плавления (3700°С) и кипения (4500°С). Длина связи углерод-углерод в алмазе (0,537 нм) больше, чем в графите (0,142 нм). Плотность алмаза больше, чем графита.

Карбин – линейный полимер, состоит из цепочек двух типов: –C≡C–C≡C– или =С=С=С=С=, валентный угол равен 180°, порошок черного цвета, полупроводник.

Фуллерены – кристаллические вещества черного цвета с металлическим блеском, состоят из полых шарообразных молекул (имеет молекулярное строение) состава С₆₀, С₇₀ и др. Атомы углерода на поверхности молекул соединены между собой в правильные пятиугольники и шестиугольники.

Алмаз Графит Фуллерены

Химические свойства

Углерод - малоактивен, на холоде реагирует только со фтором; химическая активность проявляется при высоких температурах.

Взаимодействующее вещество	Уравнение реакции
1. Металлы	4Al + 3C → Al4C3 Ca + 2C → CaC2
2. Неметаллы	C + O2 → CO2 2C + O2 → 2CО С + 2F2 → CF4 С + 2S → CS2 C + Si → SiC C + 2H2 → CH4
3. Оксиды металлов и неметаллов	CuO + C → Cu + CO↑ CaO + C → CaC2 + CO↑ Fe2O3 + C → Fe + CO↑ C + H2O → CO↑ + H2↑ C + CO2 → 2CO↑ C + SiO2 → Si + 2CO↑
4. Кислоты	C + 2H2SO4(конц.) → СO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O С + 4HNO3(конц.) → СO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O
5. Другие реакции	2C + Na2CO3 = 2Na + 3CO↑ 2KNO3 + C = 2KNO2 + CO2↑

Оксиды углерода

Углерод образует несолеобразующий оксид СО и Солеобразующий оксид СО₂.

Оксид углерода (II) СО, угарный газ, монооксид углерода – газ без цвета и запаха, малорастворим в воде, ядовит. Связь в молекуле тройная , очень прочная. Для угарного газа характерны восстановительные свойства в реакциях с простыми и сложными веществами.

CuO + CO = Cu + CO₂

Fe₂O₃ + 3CO = 2FeO + 3CO₃

2CO + O₂ = 2CO₂

CO + Cl₂ = COCl₂

CO + H₂O = H₂ + CO₂

Оксид углерода (II) реагирует с Н₂, NаOH и метанолом:

CO + 2H₂ = CH₃OH

CO + NаOH = HCOONa

CO + CH₃OH = CH₃COOH

Получение угарного газа

1 ) В промышленности (в газогенераторах):

C + O₂ = CO₂↑ + 402 кДж, затем CO₂ + C = 2CO↑ – 175 кДж

 

С + Н₂О = СО↑ + Н₂↑ – Q,

2 ) В лаборатории - термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H₂SO4(конц.):

HCOOH → H2O + CO↑

H₂C₂O₄ → CO↑ + CO₂↑ + H2O

Оксид углерода (IV) СО₂, углекислый газ, диоксид углерода – газ без цвета, запаха и вкуса, растворим в воде, в больших количествах вызывает удушье, под давление превращается в белую твердую массу – «сухой лед», который используется для охлаждения скоропортящихся продуктов.

Молекула СО₂ неполярна, имеет линейное строение O=C=O.

Получение

1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности:

CaCO₃ → 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

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 + 2Mg → 2MgO + C

4) Реагирует с пероксидами и надпероксидами:

2Na₂O₂ + 2CO₂ = 2Na₂CO₃ + O₂↑

4KO₂ + 2CO₂ = 2K₂CO₃ + 2O₂↑

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

 

Угольная кислота

Н₂СО₃ существует только в растворах, неустойчива, слабая, двухосновная, диссоциирует ступенчато, образует средние (карбонаты) и кислые (гидрокарбонаты) соли, раствор СО₂ в воде окрашивает лакмус не в красный, а в розовый цвет.

Химические свойства

1) с активными металлами

H₂CO₃ + Ca = CaCO₃ + H₂↑

2) с основными оксидами

H₂CO₃ + CaO = CaCO₃ + H₂O

3) с основаниями

H₂CO₃(изб) + NaOH = NaHCO₃ + H₂O

H₂CO₃ + 2NaOH = Na₂CO₃ + 2H₂O

4) Очень непрочная кислота – разлагается

Н₂СО₃ = Н₂О + СО₂↑

Соли угольной кислоты получают с использованием СО₂:

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

CO₂ + KOH = KHCO₃

или по реакции обмена:

K₂CO₃ + BaCl₂ = 2KCl + BaCO₃

При взаимодействии в водном растворе с СО₂ карбонаты превращаются в гидрокарбонаты:

Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NaHCO₃

CаCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Напротив, при нагревании (или под действием щелочей) гидрокарбонаты превращаются в гидрокарбонаты:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O

KHCO₃ + KOH = K₂CO₃ + H₂O

Карбонаты щелочных металлов (кроме лития) к нагреванию устойчивы, карбонаты остальных металлов при нагревании разлагаются:

MgCO = MgO + CO₂↑

Особенно легко разлагаются аммонийные соли угольной кислоты:

(NH₄)₂CO₃ = 2NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O

NH₄HCO₃ = NH₃↑ + CO₂↑ + H₂O

Применение

Углерод используют для получения сажи, кокса, металлов из руд, смазочных материалов, в медицине, как поглотитель газов, для изготовления наконечников сверл (алмаз).

Na₂CO₃∙10H₂O – кристаллическая сода (кальцинированная сода); используется для получения мыла, стекла, красителей, соединений натрия;

NaHCO₃ – питьевая сода; используется в пищевой промышленности;

CaCO₃ используется в строительстве, для полученияСО₂, СаО;

K₂CO₃ – поташ; используется для получения стекла, мыла, удобрений;

CO – как восстановитель, топливо;

СО₂ – для хранения продуктов питания, газирования воды, производства соды, сахара.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: