Химия
9 класс

       

§ 34. Кислородные соединения углерода

Углерод образует два оксида — оксид углерода (II) СО и оксид углерода (IV) СO2.

Оксид углерода (II) СО — бесцветный, не имеющий запаха газ, малорастворимый в воде. Его называют угарным газом, так как он очень ядовит. Попадая при дыхании в кровь, он быстро соединяется с гемоглобином, образуя прочное соединение карбоксигемоглобин (объясните происхождение этого термина), тем самым лишая гемоглобин возможности переносить кислород. При вдыхании воздуха, содержащего 0,1% СО, человек может внезапно потерять сознание и умереть.

Угарный газ образуется при неполном сгорании топлива (напишите уравнение соответствующей химической реакции), вот почему так опасно преждевременное закрывание дымоходов печей (рис. 152).

Рис. 152.
При неполном сгорании топлива может образовываться угарный газ

Оксид углерода (II) относят, как вы уже знаете, к несолеобразующим оксидам. Будучи оксидом неметалла, он должен реагировать с щелочами и основными оксидами с образованием соли и воды, однако этого не наблюдается.

СО — хороший восстановитель (почему?). Он сгорает в кислороде, образуя углекислый газ:

Оксид углерода (II) способен отнимать кислород у оксидов металлов, т. е. восстанавливать металлы из их оксидов:

Именно это свойство оксида углерода (II) используют в металлургии при выплавке чугуна.

Оксид углерода (IV) СO2 — бесцветный, не имеющий запаха газ, широко известный под названием углекислый газ. Он примерно в полтора раза тяжелее воздуха. При обычных условиях в одном объёме воды растворяется один объём углекислого газа.

При давлении примерно 60 атм углекислый газ превращается в бесцветную жидкость. При испарении жидкого углекислого газа часть его превращается в твёрдую снегообразную массу, которую в промышленности прессуют, — это известный вам «сухой лёд», который применяют для хранения пищевых продуктов. Вы уже знаете, что твёрдый углекислый газ имеет молекулярную решётку и способен к возгонке (что это такое?).

Углекислый газ СO2 как типичный кислотный оксид взаимодействует с щелочами (например, вызывает помутнение известковой воды), с основными оксидами и водой. Он не горит и не поддерживает горения (рис. 153) и потому применяется для тушения пожаров.

Рис. 153.
Гашение пламени углекислым газом

Однако магний продолжает гореть в углекислом газе с образованием оксида и выделением углерода в виде сажи:

Углекислый газ получают, действуя на соли угольной кислоты — карбонаты растворами соляной, азотной и даже уксусной кислот. В лаборатории углекислый газ получают при действии соляной кислоты на мел или мрамор (рис. 154):

Рис. 154.
Лабораторная установка для получения углекислого газа

(как собирают и распознают углекислый газ?).

В промышленности углекислый газ получают обжигом известняка:

(вспомните, производство какого продукта служит основной целью этой реакции).

Углекислый газ используют также для изготовления шипучих напитков и получения соды.

Применение углекислого газа показано на рисунке 155.

Рис. 155.
Применение углекислого газа:
1 — для создания «дыма» на сцене; 2 — для хранения мороженого; 3 — в шипучих напитках; 4 — в пенных огнетушителях

При растворении оксида углерода (IV) в воде образуется очень нестойкая угольная кислота Н2СO3, которая легко разлагается на исходные компоненты — углекислый газ и воду:

Лабораторный опыт № 37
Получение угольной кислоты и изучение её свойств

Соберите прибор для получения газов. Проверьте его на герметичность. Поместите в пробирку кусочек мрамора и прилейте в неё 2 мл соляной кислоты. Что наблюдаете? Пропустите газ через воду в другой пробирке, предварительно добавив в неё немного лакмуса. Что наблюдаете? Оставьте окрашенный раствор в открытой пробирке на некоторое время. Что наблюдаете? Почему красная окраска вновь сменилась на фиолетовую? Как данный опыт характеризует угольную кислоту? Запишите уравнения проделанных реакций.

Будучи двухосновной, угольная кислота образует два ряда солей: средние — карбонаты, например СаСO3, и кислые — гидрокарбонаты, например Са(НСO3)2. Из карбонатов в воде растворимы только соли калия, натрия и аммония. Кислые соли, как правило, растворимы в воде.

При избытке углекислого газа в присутствии воды карбонаты могут превращаться в гидрокарбонаты. Так, если через известковую воду пропускать углекислый газ, то она сначала помутнеет из-за выпавшего в осадок нерастворимого в воде карбоната кальция, однако при дальнейшем пропускании углекислого газа помутнение исчезает в результате образования растворимого гидрокарбоната кальция:

СаСO3 + Н2O + СO2 = Са(НСO3)2.

Лабораторный опыт № 38
Переход карбонатов в гидрокарбонаты

Пропустите углекислый газ через прозрачный раствор известковой воды. Что наблюдаете? Продолжайте пропускать углекислый газ через образовавшуюся взвесь. Что наблюдаете? Почему? Как отличаются по растворимости карбонат и гидрокарбонат кальция? Запишите уравнения проделанных реакций.

Именно наличием гидрокарбонатов кальция и магния в природной воде и объясняется её временная жёсткость. Почему временная? Потому что при нагревании растворимый гидрокарбонат кальция снова превращается в нерастворимый карбонат:

Эта реакция приводит к образованию накипи на стенках котлов, труб парового отопления и домашних чайников. В природе в результате этой реакции в пещерах формируются свисающие вниз причудливые сталактиты, навстречу которым снизу вырастают сталагмиты (рис. 156).

Рис. 156.
Сталактиты и сталагмиты

Другие соли кальция и магния, в частности хлориды и сульфаты, придают воде постоянную жёсткость, которую невозможно устранить кипячением. Для удаления солей, вызывающих постоянную жёсткость, приходится использовать другой карбонат — соду Na2CO3, которая переводит ионы Са2+ в осадок, например:

Соду можно использовать и для устранения временной жёсткости воды.

Карбонаты и гидрокарбонаты можно обнаружить с помощью растворов кислот: при действии на них кислот наблюдается характерное «вскипание» из-за выделяющихся пузырьков углекислого газа (рис. 157):

Рис. 157.
Качественная реакция на карбонат-ион

Эта реакция является качественной на соли угольной кислоты.

О применении важнейших карбонатов Na2CO3, СаСO3, K2CO3, (NH4)2CO3, гидрокарбонатов NaHCO3 и NH4HCO3 вы уже знаете.

Лабораторный опыт № 39
Разложение гидрокарбоната натрия

Поместите немного пекарского порошка, в состав которого входит гидрокарбонат натрия, в пробирку прибора для получения газов. Закройте её пробкой с газоотводной трубкой и закрепите в лапке штатива. Кончик газоотводной трубки опустите в колбу (50 мл). Нагревайте содержимое пробирки 2—3 мин. Подожгите лучинку и внесите её в колбу. Что наблюдаете? О каком свойстве углекислого газа свидетельствует последняя часть опыта? Запишите уравнение проделанной реакции.

Новые слова и понятия

  1. Оксид углерода (II), или угарный газ: получение, свойства, применение.
  2. Оксид углерода (IV), или углекислый газ: получение, свойства, применение.
  3. Угольная кислота и её соли: карбонаты и гидрокарбонаты.
  4. Переход карбоната в гидрокарбонат и обратно.
  5. Жёсткость воды — временная и постоянная — и способы её устранения. 6. Качественная реакция на соли угольной кислоты.

Задания для самостоятельной работы

  1. Рассмотрите реакцию восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) как окислительно-восстановительный процесс.
  2. Какие несолеобразующие оксиды вам ещё известны, кроме оксида углерода (II)? Верно ли с химической точки зрения другое синонимическое название их — безразличные, или индифферентные, оксиды?
  3. Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства оксида углерода (IV). Рассмотрите взаимодействие оксида углерода (IV) с магнием как окислительно-восстановительный процесс.
  4. Почему раствор углекислого газа окрашивает лакмус в красный цвет? Почему при длительном хранении этого раствора лакмус снова приобретает фиолетовую окраску?
  5. Напишите формулы следующих солей: карбоната меди (II), гидрокарбоната меди (II), гидроксокарбоната меди (II). К какой группе солей относится каждая соль? Как ещё называют последнюю соль?
  6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

    Рассмотрите процессы окисления-восстановления.

  7. В 1060 г 2%-го раствора карбоната натрия растворили 14,3 г кристаллической соды (Na2CO3 • 10Н2O). Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. Вычислите объём углекислого газа (н. у.), который образуется при взаимодействии полученного раствора с избытком соляной кислоты.

Рейтинг@Mail.ru