Качественная реакция на карбонаты и гидрокарбонаты уравнения

Как уже отмечалось выше, карбонатная кислота образует два типа солей: средние соли (с анионом СО ₃ 2- , например, кальций карбонат — СаСО ₃ , натрий карбонат — Na ₂ CO ₃ ) и кислые соли (с анионом НС O ₃ , например, натрий гідрогенкарбонат — NaHC В₃, аммоний гідрогенкарбонат — NH ₄ HC В₃).

Карбонаты и гідрогенкарбонати обычно представляют собой бесцветные или белые кристаллические соединения (за исключением окрашенного в зеленый цвет минерала малахита — основного купрум(II) карбоната С u ₂ ( O Н)₂С O ₃ ).

В воде растворимы только карбонаты щелочных металлов (кроме Лития) и аммония. На отличие от средних солей, кислые соли, гідрогенкарбонати все растворимые. Растворы карбонатов и гидрогенкарбонатов проявляют щелочную реакцию за счет реакции гидролиза:

Растворимые карбонаты металлов ( Na ₂ CO ₃ , K₂C O ₃ и ( NH ₄ )₂ CO ₃ ) при нагревании не меняются вплоть до температуры плавления, а нерастворимые карбонаты при нагревании разлагаются на оксид металла и углекислый газ:

На отличие от карбонатов, все гідрогенкарбонати растворяются в воде. Однако уже при несильном нагревании (до +80 °С) гідрогенкарбонати раскладываются согласно уравнениями:

С этими реакциями люди сталкиваются в быту при кипячении воды в чайнике, ведь известковый налет на стенках чайника и на нагревательной спирали стиральной машины не что иное, как смесь карбонатов Кальция, Магния и Железа, образовавшихся при расписании соответствующих гидрогенкарбонатов.

Все карбонаты и гідрогенкарбонати взаимодействуют с более сильными кислотами, чем карбонатная, например с уксусной (СН₃СООН) или хлоридной (НС l ) кислотами. При этом выделяется углекислый газ и образуются соответствующие соли:

Поскольку гідрогенкарбонати представляют собой кислые соли, то они вступают во взаимодействие с основами. При этом образуются карбонаты и вода:

Возможен также и обратный процесс добывания гидрогенкарбонатов из карбонатов. Для этого через раствор (или взвесь нерастворимого карбоната) пропускают углекислый газ. При этом происходят следующие преобразования:

Следовательно, мы можем объяснить такой эксперимент: через раствор кальций гидроксида ( Ca ( OH ) ₂ ) пропускают углекислый газ. При этом раствор сначала мутнеет, а затем становится снова прозрачным. Очевидно, что при взаимодействии кальций гидроксида с углекислым газом образуется нерастворимый кальций карбонат, за что и образуется белая муть:

При дальнейшем пропускании углекислого газа раствор снова становится прозрачным за счет образование кальций гідрогенкарбонату:

Твердость воды — это природное свойство воды, обусловленное присутствием в ней растворенных солей Кальция и Магния. Суммарную концентрацию ионов Магния и Кальция называют общей жесткостью воды. Различают постоянную и временную жесткость воды, их сравнительная характеристика представлена в таблице.

Временная твердость, или карбонатная

Постоянная твердость, или некарбонатная

Наличие растворенных гидрогенкарбонатов Магния Mg ( HC O₃)₂ и Кальция Са(НСО₃)₂

Наличие сульфатов, хлоридов или некоторых других солей Кальция и Магния (например, CaS В ₄ , MgC l ₂ и др.)

Источники твердой воды

Речные и озерные воды, водопроводная вода, различные газированные минеральные воды

Морская вода, вода соленых озер, природные негазированные минеральные воды

Устраняется при кипячении, при добавлении кислот или соды ( Na ₂ CO ₃ )

Не устраняется при кипячении, но исчезает при добавлении соды ( Na ₂ CO ₃ ) или при использовании ионообменных смол

Морская вода непригодна для мытья рук через ее твердость — в жесткой воде мыло не мылится. Твердая вода так же непригодна для стирки, потому что основной компонент стирального порошка образует химическое соединение с ионами Магния и Кальция. Естественная умеренная жесткость воды необходима для нормального содержания Кальция в организме и полноценного развития его костей, но при чрезмерном ее употреблении появляется вероятность образования в почках камней, которые представляют собой Кальциевые и Магниевые соли щавелевой кислоты: MgC ₂ В₄ — магний оксалат и СаС₂О₄ — кальций оксалат;.

В трубах с горячей водой, в котлах и чайниках откладывается известковый налет, препятствует нормальному теплообмену и в свою очередь приводит к чрезмерной расходы топлива, а в дальнейшем и к течи труб, взрыва котлов и плавления чайников.

Для того чтобы избавиться от известкового налета в чайнике, следует залить его на ночь столовым уксусом (9% водным раствором уксусной кислоты).

Применение карбонатов и гидрокарбонатов

В сельском хозяйстве как высокоэффективное азотное удобрение и в пищевой промышленности в качестве разрыхлителя теста

Натрий гідрогенкарбонат (питьевая сода)

В медицине и в хлебопекарной промышленности

Наполнитель для бумаги и линолеума, широко применяется в строительном деле, для добывания извести

Калий карбонат (поташ)

Применяют для производства стекла, в мыловаренной деле, а также как калийное удобрение

Натрий карбонат (кальцинированная сода)

В медицине как знежирювальний средство, для производства стекла, в качестве наполнителя углекислотных огнетушителей

Как основной компонент свинцового белила

При окраске тканей и при производстве витаминов

При производстве стекла, для изготовление эмалей и глазури, для борьбы с грызунами

Качественная реакция на карбонат-ион

Для обнаружение карбонат-иона используют, в основном, две реакции. Первая заключается в том, что на исследуемый раствор действуют разбавленными минеральными кислотами, например, сульфатной или хлоридной. При этом, в случае присутствия карбонатов, выделяются пузырьки углекислого газа, образующегося за такой реакцией:

В качественном анализе также используют тот факт, что карбонаты щелочноземельных металлов нерастворимы в воде. Тогда к исследуемому раствору добавляют соль Кальция или Бария, в результате чего в растворе образуется белая муть:

Видео:Качественная реакция на карбонаты кальция. Задание 15. Химия ОГЭ.Скачать

Подлинность. Общая реакция на карбонат- и гидрокарбонат-ионы — реакция раз­ложения при действии минеральных кислот

Общая реакция на карбонат- и гидрокарбонат-ионы — реакция раз­ложения при действии минеральных кислот. Из солей вытесняется уголь­ная кислота, которая разлагается с выделением диоксида углерода. Эффект реакции — выделение пузырьков газа.

Реакции отличия карбонат- и гидрокарбонат-ионов:

1. Реакция осаждения с насыщенным раствором магния сульфата. Образуется белый осадок основного карбоната магния.

Карбонаты дают эту реакцию при обычной температуре.

Гидрокарбонаты образуют осадок только при нагревании (после то­го, как переходят в карбонаты). К водному раствору NaHCO₃ прибавляют насыщенный раствор магния сульфата; раствор остается прозрачным, т.к. магния гидрокарбонат растворим в воде:

При кипячении раствора образуется белый осадок:

2. Проба с фенолфталеином. Интервал рН изменения окраски фе­нолфталеина 8,2-10,0.

Растворы гидрокарбонатов при добавлении фенолфталеина окраши­ваются в бледно-розовый цвет или остаются бесцветными (так как имеют слабощелочную реакцию среды).

Растворы карбонатов при добавлении фенолфталеина окрашиваются в красный цвет (сильнощелочная реакция среды).

Специфические реакции

Натрия гидрокарбонат — реакции на ион натрия (см. катионы анионы).

1. Соли натрия окрашивают бесцветное пламя в желтый цвет.

2. Реакция осаждения цинкуранилацетатом в уксусной среде. Образуется желтый кристаллический осадок

Лития карбонат — реакции на ион лития:

1. Соли лития окрашивают бесцветное пламя в карминово-красный цвет.

2. Реакция осаждения натрия гидрофосфатом. Раствор ЛВ в хлороводородной кислоте при кипячении в присутствии рас­твора аммиака образует белый желеобразный осадок лития фосфата.

3. Реакция осаждения натрия фторидом. Образуется белый аморфный осадок лития фторида.

Видео:Опыты по химии. Качественная реакция на карбонат-ионСкачать

Углерод. Химия углерода и его соединений

Углерод

Положение в периодической системе химических элементов

Углерод расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение углерода

Электронная конфигурация углерода в основном состоянии :

+6С 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2s 2p

Электронная конфигурация углерода в возбужденном состоянии :

+6С * 1s 2 2s 1 2p 3 1s 2s 2p

Атом углерода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома углерода — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства

Углерод в природе существует в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз — это модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество, прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp 3 -гибридизации.

Графит — это аллотропная модификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, как пчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Это наиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.

Графит — мягкое вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводит электрический ток. Жирный на ощупь.

Карбин — вещество, в составе которого атомы углерода находятся в sp-гибридизации. Состоит из цепочек и циклов, в которых атомы углерода соединены двойными и тройными связями. Карбин — мелкокристаллический порошок серого цвета.

[=C=C=C=C=C=C=]_n или [–C≡C–C≡C–C≡C–]_n

Фуллерен — это искусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклые многогранники С₆₀, С₇₀ и др. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.

Фуллерены — черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников.

В природе углерод встречается как в виде простых веществ (алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).

Качественные реакции

Качественная реакция на карбонат-ионы CO₃ 2- — взаимодействие солей-карбонатов с сильными кислотами . Более сильные кислоты вытесняют угольную кислоту из солей. При этом выделяется бесцветный газ, не поддерживающий горение – углекислый газ.

Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:

Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

Качественная реакция на углекислый газ CO₂ – помутнение известковой воды при пропускании через нее углекислого газа:

При дальнейшем пропускании углекислого газа осадок растворяется, т.к. карбонат кальция под действием избытка углекислого газа переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:

Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом (качественная реакция на углекислый газ) можно посмотреть здесь.

Углекислый газ СО₂ не поддерживает горение . Угарный газ CO горит голубым пламенем.

Соединения углерода

Основные степени окисления углерода — +4, +2, 0, -1 и -4.

Наиболее типичные соединения углерода:

Химические свойства

При нормальных условиях углерод существует, как правило, в виде атомных кристаллов (алмаз, графит), поэтому химическая активность углерода — невысокая.

1. Углерод проявляет свойства окислителя (с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому углерод реагирует и с металлами , и с неметаллами .

1.1. Из галогенов углерод при комнатной температуре реагирует с фтором с образованием фторида углерода:

1.2. При сильном нагревании углерод реагирует с серой и кремнием с образованием бинарного соединения сероуглерода и карбида кремния соответственно:

C + 2S → CS₂

C + Si → SiC

1.3. Углерод не взаимодействует с фосфором .

При взаимодействии углерода с водородом образуется метан. Реакция идет в присутствии катализатора (никель) и при нагревании:

1.4. С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя дициан:

2С + N₂ → N≡C–C≡N

1.5. В реакциях с активными металлами углерод проявляет свойства окислителя. При этом образуются карбиды:

2C + Ca → CaC₂

1.6. При нагревании с избытком воздуха графит горит , образуя оксид углерода (IV):

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C + O₂ → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Углерод взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Раскаленный уголь взаимодействует с водяным паром с образованием угарного газа и водорода:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

2.2. Углерод восстанавливает многие металлы из основных и амфотерных оксидов . При этом образуются металл и угарный газ. Получение металлов из оксидов с помощью углерода и его соединений называют пирометаллургией.

Например , углерод взаимодействует с оксидом цинка с образованием металлического цинка и угарного газа:

ZnO + C → Zn + CO

Также углерод восстанавливает железо из железной окалины:

4С + Fe₃O₄ → 3Fe + 4CO

При взаимодействии с оксидами активных металлов углерод образует карбиды.

Например , углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции:

3С + СаО → СаС₂ + СО

2.3. Концентрированная серная кислота окисляет углерод при нагревании. При этом образуются оксид серы (IV), оксид углерода (IV) и вода:

2.4. Концентрированная азотная кислотой окисляет углерод также при нагревании. При этом образуются оксид азота (IV), оксид углерода (IV) и вода:

2.5. Углерод проявляет свойства восстановителя и при сплавлении с некоторыми солями , в которых содержатся неметаллы с высокой степенью окисления.

Например , углерод восстанавливает сульфат натрия до сульфида натрия:

Карбиды

Карбиды – это соединения элементов с углеродом . Карбиды разделяют на ковалентные и ионные в зависимости от типа химической связи между атомами.

Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропин

Например : Mg₂C₃

Пропиниды разлагаются водой или кислотами с образованием пропина и гидроксида или соли

Например:

Все карбиды проявляют свойства восстановителей и могут быть окислены сильными окислителями .

Например , карбид кремния окисляется концентрированной азотной кислотой при нагревании до углекислого газа, оксида кремния (IV) и оксида азота (II):

Оксид углерода (II)

Строение молекулы и физические свойства

Оксид углерода (II) («угарный газ») – это газ без цвета и запаха. Сильный яд. Небольшая концентрация угарного газа в воздухе может вызвать сонливость и головокружение. Большие концентрации угарного газа вызывают удушье.

Строение молекулы оксида углерода (II) – линейное. Между атомами углерода и кислорода образуется тройная связь, за счет дополнительной донорно-акцепторной связи:

Способы получения

В лаборатории угарный газ можно получить действием концентрированной серной кислоты на муравьиную или щавелевую кислоты:

НСООН → CO + H₂O

В промышленности угарный газ получают в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь:

CO₂ + C → 2CO

Еще один важный промышленный способ получения угарного газа — паровая конверсия метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:

Также возможна паровая конверсия угля:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

Угарный газ в промышленности также можно получать неполным окислением метана:

Химические свойства

Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид . За счет углерода со степенью окисления +2 проявляет восстановительные свойства.

1. Угарный газ горит в атмосфере кислорода . Пламя окрашено в синий цвет:

2. Оксид углерода (II) окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием фосгена. Фосген – ядовитый газ.

3. Угарный газ взаимодействует с водородом при повышенном давлении . Смесь угарного газа и водорода называется синтез-газ. В зависимости от условий из синтез-газа можно получить метанол, метан, или другие углеводороды.

Например , под давлением больше 20 атмосфер, при температуре 350°C и под действием катализатора угарный газ реагирует с водородом с образованием метанола:

4. Под давлением оксид углерода (II) реагирует с щелочами. При этом образуется формиат – соль муравьиной кислоты.

Например , угарный газ реагирует с гидроксидом натрия с образованием формиата натрия:

CO + NaOH → HCOONa

5. Оксид углерода (II) восстанавливает металлы из оксидов .

Например , оксид углерода (II) реагирует с оксидом железа (III) с образованием железа и углекислого газа:

Оксиды меди (II) и никеля (II) также восстанавливаются угарным газом:

СО + CuO → Cu + CO₂

СО + NiO → Ni + CO₂

6. Угарный газ окисляется и другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов.

Например , пероксидом натрия:

Оксид углерода (IV)

Строение молекулы и физические свойства

Оксид углерода (IV) (углекислый газ) — газ без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Замороженный углекислый газ называют также «сухой лед». Сухой лед легко подвергается сублимации — переходит из твердого состояния в газообразное.

Смешивая сухой лед и различные вещества, можно получить интересные эффекты. Например, сухой лед в пиве:

Углекислый газ не горит, поэтому его применяют при пожаротушении.

Молекула углекислого газа линейная , атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации, образует две двойных связи с атомами кислорода:

Обратите внимание! Молекула углекислого газа не полярна. Каждая химическая связь С=О по отдельности полярна, а вся молекула не будет полярна. Объяснить это очень легко. Обозначим направление смещения электронной плотности в полярных связях стрелочками (векторами):

Теперь давайте сложим эти векторы. Сделать это очень легко. Представьте, что атом углерода — это покупатель в магазине. А атомы кислорода — это консультанты, которые тянут его в разные стороны. В данном опыте консультанты одинаковые, и тянут покупателя в разные стороны с одинаковыми силами. Несложно увидеть, что покупатель двигаться не будет ни влево, ни вправо. Следовательно, сумма этих векторов равна нулю. Следовательно, полярность молекулы углекислого газа равна нулю.

Способы получения

В лаборатории углекислый газ можно получить разными способами:

1. Углекислый газ образуется при действии сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты металлов. При этом взаимодействуют с кислотами и нерастворимые карбонаты, и растворимые.

Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:

Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

Еще один пример : гидрокарбонат натрия реагирует с бромоводородной кислотой:

2. Растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III) . Карбонаты трехвалентных металлов необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: хлорид алюминия реагирует с карбонатом калия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется хлорид калия:

3. Углекислый газ также образуется при термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов.

Например , карбонат кальция разлагается при нагревании на оксид кальция и углекислый газ:

Химические свойства

Углекислый газ — типичный кислотный оксид . За счет углерода со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства .

1. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с водой . Реакция очень сильно обратима, поэтому мы считаем, что в реакциях угольная кислота распадается почти полностью при образовании.

2. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с основными оксидами и основаниями . При этом углекислый газ реагирует только с сильными основаниями (щелочами) и их оксидами . При взаимодействии углекислого газа с щелочами возможно образование как кислых, так и средних солей.

Например , гидроксид калия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат калия:

При избытке щелочи образуется средняя соль, карбонат калия:

Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ:

Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция (известковая вода) с углекислым газом можно посмотреть здесь.

3. Углекислый газ взаимодействует с карбонатами . При пропускании СО₂ через раствор карбонатов образуются гидрокарбонаты.

Например , карбонат натрия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат натрия:

4. Как слабый окислитель, углекислый газ взаимодействует с некоторыми восстановителями .

Например , углекислый газ взаимодействует с углеродом с образованием угарного газа:

CO₂ + C → 2CO

Магний горит в атмосфере углекислого газа:

Видеоопыт взаимодействия магния с углекислым газом можно посмотреть здесь.

Поэтому углекислый газ нельзя применять для пожаротушения горящего магния.

Углекислый газ взаимодействует с пероксидом натрия. При этом пероксид натрия диспропорционирует:

Карбонаты и гидрокарбонаты

При нагревании карбонаты (все, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV).

Карбонат аммония при нагревании разлагается на аммиак, воду и углекислый газ:

Гидрокарбонаты при нагревании переходят в карбонаты:

Качественной реакцией на ионы СО₃ 2─ и НСО₃ − является их взаимодействие с более сильными кислотами , последние вытесняют угольную кислоту из солей, а та разлагается с выделением СО₂.

Например , карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой:

Гидрокарбонат натрия также взаимодействует с соляной кислотой:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

Гидролиз карбонатов и гидрокарбонатов

Растворимые карбонаты и гидрокарбонаты гидролизуются по аниону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

Однако карбонаты и гидрокарбонаты алюминия, хрома (III) и железа (III) гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

🎥 Видео

Качественная реакция на сульфат- и карбонат-ионы.Скачать

Практическая работа №5. Получение углекислого газа, качественная реакция на карбонат ионыСкачать

Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов. Видео 1Скачать

Опыты по химии. Превращение гидрокарбоната кальция в карбонат кипячениемСкачать

Определение карбонат- и гидрокарбонат-ионов. Видео 2.Скачать

Взаимопревращение карбонатов и гидрокарбонатовСкачать

Качественная реакция на карбонат анионСкачать

Эксперимент: качественная реакция на карбонат-ионы.Скачать

КАРБОНАТЫ и ГИДРОКАРБОНАТЫ. Взаимопревращения.Скачать

Лабораторный опыт № 4. Качественная реакция на карбонат-ионы.Скачать

РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Качественная реакция на углекислый газ.Скачать

Качественная реакция на углекислый газСкачать

Получение ОКСИДА КАЛЬЦИЯ. Разложение КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ( МЕЛА). Реакция с водой. Опыты по химииСкачать

Угольная кислота. Соли угольной кислоты. Карбонаты. Гидрокарбонаты. Получение и свойстваСкачать

Химия 9 класс (Урок№19 - Угольная кислота.)Скачать

Качественная реакция на карбонат-анионСкачать

Опыты по химии. Гидролиз гидрокарбоната натрия, карбоната натрия и силиката натрияСкачать