Оксид углерода (IV), Угольная кислота и ее соли — Кислородные соединения
10 января 2007
Оксид углерода (IV) (диоксид углерода, углекислый газ) — газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения, тяжелее воздуха. Он растворим в воде (88 объемов СО2 в 100 объемах Н2О при 20°С). При обычных давлениях твердый диоксид углерода переходит в газообразное состояние (сублимируется), минуя жидкое состояние. При обычной температуре под давлением 60 атм переходит в жидкость.
При большой концентрации оксида углерода (IV) люди и животные задыхаются. При его концентрации в воздухе до 3% у человека наблюдается учащенное дыхание, более 10% — потеря сознания и даже смерть.
Оксид углерода (IV) является ангидридом угольной кислоты Н2СО3 и обладает всеми свойствами кислотных оксидов.
При растворении СО2 в воде частично образуется угольная кислота, при этом в растворе существует следующее равновесие:
Существование равновесия объясняется тем, что угольная кислота является очень слабой кислотой (K
Даже такая слабая кислота, как уксусная, намного сильнее угольной. В свободном виде угольная кислота неизвестна, так как она неустойчива и легко разлагается. Как двухосновная кислота она образует средние соли — карбонаты и кислые — гидрокарбонаты. Качественная реакция на эти соли — действие на них сильных кислот, при котором кислота вытесняется и разлагается с выделением СО2:
СО32-+ 2Н+ Н2СО3 Н2О + СО2↑,
НСО3
При пропускании выделяющегося СО2 в известковую воду выпадает белый нерастворимый осадок; этой реакцией пользуются также для обнаружения оксида углерода (IV):
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О.
Из всех карбонатов в воде растворимы карбонаты только щелочных металлов и аммония.
Гидрокарбонаты большинства металлов хорошо растворимы в воде.
Под действием избытка оксида углерода (IV) нерастворимые в воде карбонаты превращаются в растворимые гидрокарбонаты:
СаСО3 | + | H2O | + | CO2 | = | Са(НСО3)2 |
| взвесь в воде | избыток | |||||
Гидрокарбонаты при нагревании распадаются на карбонаты, углекислый газ и воду:
2NаНСО3 = Nа2СО3 + Н2О + СО2↑.
Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются на оксид металла и диоксид углерода:
МgСО3 = МgО + СО2
Из солей угольной кислоты наибольшее практическое значение имеет сода; известны различные кристаллогидраты соды Nа2СО3∙10Н2О, Nа2СО3.
7Н2О или Na2СО3.Н2О; наиболее устойчивым кристаллогидратом является Nа2СО3.10Н2О, который обычно называют кристаллической содой. При прокаливании получают безводную, или кальцинированную соду Nа2СО3. Широко используется также питьевая сода NаНСО3. Из других солей важное значение имеют К
Основные количества соды получают получают по аммиачному способу, часто его называют также методом Сольвэ.
Суть метода заключается в насыщении концентрированного раствора поваренной соли (точнее, насыщенного раствора NаСl) аммиаком при охлаждении и последующем пропускании через этот раствор СО2 под давлением. При этом идут следующие реакции:
NН3 + СО2 + Н2О = NН4НСО3,
NН4НСО3 + NаСl = NаНСО3↓ + NН4Сl.
Питьевая сода NaНСО
2NаНСО3 = Na2СО3 + СО3 + Н2О.
Нагревая раствор, содержащий хлорид аммония с известью, выделяют обратно аммиак:
2NН4Сl + Са(ОН)2 = 2NН3 + СаСl2 + 2Н2О.
Таким образом, при аммиачном способе получения соды единственным «отходом» является хлорид кальция, остающийся в растворе и имеющий ограниченное применение.
Поташ К2СО
КСl + NН4НСО3 КНСО3 + NН4Сl
будет полностью обратимой (ни один из продуктов не удается выделить из сферы реакции в индивидуальном виде).
Поэтому карбонат калия получают действием СО2 на раствор едкого калия:
КОН + СО2 = КНСО3,
Производство соды является одним из крупнейших среди производств неорганических веществ; в настоящее время ее мировое производство составляет десятки млн. тонн.
9 класс. Химия. Неорганические соединения углерода — Неорганические соединения углерода
Комментарии преподавателяОксид углерода (II)
Оксид углерода (II), или, как его еще можно назвать, монооксид углерода, а также угарный газ – это несолеобразующий оксид. По своим физическим свойствам оксид углерода (II) – бесцветный газ, без запаха, плохо растворимый в воде. Угарным газом это вещество называют потому, что оно очень ядовито.
Монооксид углерода образуется при неполном сгорании угля или органических веществ:
2С + О2 = 2СО.
В лаборатории его легче всего получить, действуя на муравьиную кислоту концентрированной серной кислотой, которая связывает воду:
h3SO4, t
НСООН → СО↑ + Н2О
Оксид углерода (II) – сильный восстановитель, его широко используют в металлургии для восстановления металлов из их оксидов:
СО + CuO = Cu + CO2
В кислороде и на воздухе оксид углерода (II) горит голубоватым пламенем, выделяя много теплоты, при этом образуется оксид углерода (IV):
2СО + О2 = 2СО2 + 577 кДж
Оксид углерода (IV)
Оксид углерода (IV), или диоксид углерода, а также углекислый газ является типично кислотным оксидом, в котором углерод находится в степени окисления +4. Этот оксид способен взаимодействовать с водой с образованием угольной кислоты, с основными оксидами и щелочами.
Углекислый газ не имеет цвета и запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха и неплохо растворим в воде. Всем известная газированная вода – это раствор оксида углерода (IV) в воде. При обычной температуре и высоком давлении диоксид углерода сжижается. При его испарении поглощается так много теплоты, что часть оксида углерода (IV)превращается в снегообразную массу – «сухой лед» (Рис. 1).
Рис. 1. Сухой лед
Благодаря тому, что оксид углерода (IV) не поддерживает горения, им заполняют огнетушители.
Угольная кислота
При растворении оксида углерода (IV) в воде образуется угольная кислота:
СО2 + Н2О ↔ Н2СО3
Эта кислота относится к слабым кислотам и в водном растворе подвергается ступенчатой диссоциации:
Для угольной кислоты характерно образование кислых солей.
ОПЫТ 1.
Пропустим через раствор гидроксида кальция углекислый газ, получаем нерастворимый карбонат кальция (Рис. 2).
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 ↓ + h3O
Рис. 2. Карбонат кальция
Карбонаты – соли угольной кислоты, в которых замещены оба иона водорода. Когда замещен только один ион водорода, получаются гидрокарбонаты. Большинство карбонатов – нерастворимые соединения, все гидрокарбонаты – растворимые. Нерастворимый карбонат превращается в растворимый гидрокарбонат при пропускании через раствор с осадком углекислого газа.
CaCO3 + CO2 + h3O ↔ Ca(HCO3)2
При нагревании раствора гидрокарбоната выделяется углекислый газ, и вновь образуется нерастворимый карбонат кальция.
Ca(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2 + h3O
Разложение гидрокарбонатов при небольшом нагревании нашло свое применение. Например, гидрокарбонат натрия (в быту он называется пищевой содой) начинает разлагаться уже при 50°С:
2NaHCO3 = Na2CO3 + h3O + CO2↑
Пищевую соду используют, например, при выпечке хлеба. При нагревании она разлагается с образованием диоксида углерода, благодаря чему хлеб становится пышным.
Для всех солей угольной кислоты характерна обменная реакция с кислотами, признаком которой является выделение углекислого газа, так как в результате этой реакции образуется угольная кислота, которая сразу разлагается на воду и углекислый газ. Например, при взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой образуются хлорид кальция, вода и углекислый газ:
СаСО3 + 2HCl = CaCl2 + h3O + CO2↑
Источник
http://www.
youtube.com/watch?v=GSpjM5XSxwE
источник презентации — http://journal-bipt.info/load/127-1-0-2331
Реакция углекислого газа с водой | Эксперимент
В этом эксперименте учащиеся используют собственный выдыхаемый воздух для исследования реакции между углекислым газом и водой. Они наблюдают образование слабой кислоты по изменению цвета кислотно-щелочного индикатора
Это относительно краткое и прямое исследование реакции углекислого газа и воды на простом уровне, которое должно занять не более 15 минут.
При реакции углекислого газа с водой образуется слабая кислота. Углекислый газ, присутствующий в выдыхаемом воздухе, вдувают в колбу, содержащую индикатор, чувствительный к небольшим изменениям рН в соответствующем диапазоне шкалы рН, и последующее изменение цвета наблюдают и регистрируют.
Для соответствующих учащихся можно представить уравнение реакции между углекислым газом и водой.
Если учащиеся еще не знакомы с составом вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, этот эксперимент может служить частью последовательности изучения темы дыхания и дыхания во вводном курсе естественных наук с использованием соответствующего элементарного подхода к соответствующей химии.
Для учащихся, которые уже рассмотрели тему дыхания и дыхания и знают, что двуокись углерода является важным компонентом выдыхаемого воздуха, основное внимание в этом эксперименте можно перенести на характер химической реакции (другими связанными темами могут быть кислотные дождь, газожидкостные реакции или индикаторы).
Уравнение реакции между углекислым газом и водой может быть введено для соответствующих учащихся.
Оборудование
Аппарат
- Защита глаз
- Коническая колба, 250 см 3 , 2 шт.
- Индикаторные флаконы с пипетками, 3 шт.
Химикаты
- Этанол (IDA – Промышленный денатурированный спирт) (ЛЕГКО ВОСПЛАМЕНЯЕМЫЙ, ВРЕДНЫЙ)
- Индикаторный раствор тимолфталеина (ЛЕГКО ОГНЕОПАСНЫЙ), доступ к маленькому флакону с пипеткой
- Индикаторный раствор фенолового красного (ЛЕГКО ОГНЕОПАСНЫЙ), доступ к маленькому флакону с пипеткой
- Раствор гидроксида натрия, 0,4 М (РАЗДРАЖАЮЩЕЕ СРЕДСТВО), маленький флакон с пипеткой
- Дистиллированная (или деионизированная) вода, 125 см 3 , 2 шт.
Примечания по охране труда и технике безопасности
- Прочтите наше стандартное руководство по охране труда и технике безопасности.
- Всегда используйте защитные очки.
- Красный индикатор фенола – см. CLEAPSS Hazcard HC032. Индикатор можно приобрести в виде твердого реагента или в виде готового раствора в этаноле. Раствор можно приготовить из твердых реагентов, приготовив 5% вес./об. раствор в этаноле (IDA).
- Тимолфталеиновый индикатор – см. карточку опасности CLEAPSS HC032. Индикатор можно приобрести в виде твердого реагента или в виде готового раствора в этаноле. Раствор можно приготовить из твердых реагентов, приготовив 5% вес./об. раствор в этаноле (IDA). Если 30 см 3 или 60 см 3 доступны флаконы-капельницы со встроенными пипетками, которые идеально подходят для дозирования растворов индикатора. Хотя сам тимолфталеин не воспламеняется, его раствор в этаноле легко воспламеняется.
- Этанол (IDA – Промышленный денатурированный спирт), CH 3 CH 2 OH(l), (ЛЕГКО ВОСПЛАМЕНЯЕМЫЙ, ВРЕДНЫЙ) – см. CLEAPSS Hazcard HC040A.
- Раствор гидроксида натрия, NaOH (водн. ), (РАЗДРАЖАЮЩЕЕ при используемой концентрации) – см. CLEAPSS Hazcard HC091a и книгу рецептов CLEAPSS RB085.
), (РАЗДРАЖАЮЩЕЕ при используемой концентрации) – см. CLEAPSS Hazcard HC091a и книгу рецептов CLEAPSS RB085.Процедура
Источник: Королевское химическое общество
Деятельность 1- Место около 125 см 23 л воды в 250 см 3 коническую колбу.
- Добавьте в воду пять или шесть капель индикатора тимолфталеина.
- Добавьте ровно столько раствора гидроксида натрия (около двух или трех капель), чтобы получился синий цвет.
- Аккуратно поговорите или подуйте в колбу, т.е. добавьте углекислый газ.
- Продолжайте добавлять углекислый газ, пока не заметите изменение цвета.
- Поместите примерно 125 см 3 воды в 250 см 3 коническую колбу.
- Добавьте в воду одну или две капли фенолового красного.
- Добавьте две капли раствора гидроксида натрия, чтобы получить красный раствор.
- Продолжайте добавлять углекислый газ, пока не заметите изменение цвета.
Вопросы к классу
- Почему изменение цвета не происходит мгновенно?
- По какой причине перед каждым экспериментом добавляют несколько капель раствора гидроксида натрия (NaOH)?
Ответы на вопросы
- Количество углекислого газа в каждом вдохе невелико, поэтому для реакции со щелочью требуется много вдохов.
- Для обеспечения слабой щелочности раствора в начале и для нейтрализации любого CO 2 или любой другой изначально присутствующей кислоты.
Учебные заметки
Соломинки не нужны для вдувания выдыхаемого воздуха в колбу; достаточно просто дышать или говорить в колбу, чтобы индикатор изменил цвет.
Индикатор феноловый красный меняет цвет с желтого на красный в диапазоне рН 6,8–8,4. Тимолфталеин (также можно использовать альтернативный бромтимоловый синий) меняет цвет с синего (щелочной) на бесцветный (кислотный) в диапазоне рН 9.
.3–10,5. См. Книгу рецептов CLAPSS RB000, в которой также рассматривается раствор бикарбонатного индикатора.
Со временем достаточное количество углекислого газа из дыхания учащихся растворяется и образует в растворе достаточно кислоты, чтобы изменить цвет индикатора:
CO 2 (водн.) + H 2 O(л) ⇌ H + (водн.) + HCO 3 – (водн.)
CO 2 также реагирует с NaOH. Эта реакция дает менее щелочной Na 2 CO 3 :
2NaOH(водн.) + CO 2 (г) → Na 2 CO 3 (водн.) + H 2 O(ж)
Равновесие между углекислым газом и водой можно обратить вспять нагревание слабокислого раствора чуть ниже температуры кипения. С повышением температуры растворимость углекислого газа в воде уменьшается, и он уносится в атмосферу. Поэтому концентрация растворенного диоксида углерода падает, что приводит к смещению равновесия влево и изменению цвета индикатора обратно на красный.
При охлаждении раствора и повторном вдувании выдыхаемого воздуха в колбу последовательность действий можно повторить.
Дополнительная информация
Это ресурс проекта «Практическая химия», разработанного Фондом Наффилда и Королевским химическим обществом. Эта коллекция из более чем 200 практических заданий демонстрирует широкий спектр химических концепций и процессов. Каждое задание содержит исчерпывающую информацию для учителей и техников, включая полные технические примечания и пошаговые инструкции. Практические занятия по химии сопровождают практические занятия по физике и практической биологии.
© Фонд Наффилда и Королевское химическое общество
Проверка здоровья и безопасности, 2016 г.
Теплота и свободная энергия образования воды и монооксида углерода
%PDF-1.4 % 117 0 объект > эндообъект 112 0 объект >поток application/pdf
Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США. Тем не менее, обратите особое внимание на отдельные работы, чтобы убедиться, что не указаны ограничения авторского права. Для отдельных произведений может потребоваться получение других разрешений от первоначального правообладателя.
Leave A Comment