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:
Видео:Качественная реакция на углекислый газСкачать
Соединения углерода
Видео:Химия 9 класс (Урок№18 - Угарный газ. Углекислый газ.)Скачать
Монооксид углерода (угарный газ)
Способы получения угарного газа
В промышленности угарный газ получают:
- при пропускании воздуха через раскаленный уголь:
- паровая конверсия метана – взаимодействие перегретого водяного пара (температура – 800-900ºС) с метаном. В качестве катализаторов используют Ni, MgO, Al2O3:
- взаимодействие метана с углекислым газом (температура – 800-900ºС, кат. – Ni, MgO, Al2O3):
- горение углерода в недостатке кислорода (неполное окисление углерода):
- неполное окислениеметана:
В лаборатории угарный газ можно получить:
- Нагреванием муравьиной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:
- Нагреванием щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:
Химические свойства угарного газа
СО – несолеобразующий оксид
- Формально СО можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты, т.к. он образуется при дегидратации муравьиной кислоты:
А также образование формиата натрия в реакции с гидроксидом натрия при высоком давлении:
CO + NaOH → HCOONa
Однако при обычных условиях он не вступает в реакции с водой, кислотами и щелочами, поэтому относится к типу несолеобразующих оксидов.
Является сильным восстановителем, поэтому реагирует с окислителями:
- Горит синим пламенем в атмосфере кислорода:
- Окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием ядовитого газа фосгена:
- Окисляется другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов:
- Восстанавливает металлы из оксидов (при Т
СО + CuO → Cu + CO2
СО + NiO → Ni + CO2
- Восстановление водорода из воды в присутствии катализатора Fe, Cr при температуре 400-500 ºС:
- Восстановление некоторых благородных металлов из солей:
- Взаимодействие с водородом при повышенном давлении. Из синтез-газа (смеси угарного газа и водорода) при определенных условиях (P, T, kt) можно получить метанол, метан, или другие углеводороды:
- Образование карбонилов металлов при нагревании:
- Образование карбоксигемоглобина при связывании угарного газа с гемоглобином крови подобно кислороду:
Этим свойством СО и объясняется его высокая токсичность для организма человека.
Видео:Получение угарного газаСкачать
Диоксид углерода (углекислый газ)
Способы получения углекислого газа
- CO2 – Конечный продукт окисления органических веществ в клетках аэробных организмов
- Образуется при действии сильных кислот на карбонаты (растворимые и нерастворимые)и гидрокарбонаты металлов:
- При взаимодействии растворимых карбонатов с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III), которые необратимо гидролизуются в водном растворе:
- При термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов:
- При сжигании всех видов топлив:
- При спиртовом брожении глюкозы под действием ферментов:
Химические свойства углекислого газа
Углекислый газ — типичный кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства
- Качественная реакция на углекислый газ — помутнение известковой воды:
- Взаимодействует с водой, но реакция сильно обратима, и с водой соединяется лишь 1% молекул угольной кислоты:
- С основными оксидами и сильными основаниями (щелочами), с образованием карбонатов или гидрокарбонатов. При этом возможно образование как кислых, так и средних солей:
- С карбонатами, с образованием гидрокарбонатов:
- С водными растворами солей, образованными кислотами, слабее угольной (очень слабые кислоты):
- С некоторыми восстановителями:
2Мg + CO2 → C + 2MgO
Внимание! Магний горит в атмосфере углекислого газа, поэтому горящий магний нельзя тушить углекислотными огнетушителями.
- В листьях растений на свету из CO2 и H2O образуются углеводы и кислород:
- С пероксидом натрия, с образованием карбоната натрия:
- Синтез карбамида (мочевины):
- Получение питьевой соды по методу Сольвэ:
Видео:Угарный газ. Углекислый газ.Скачать
Угольная кислота и карбонаты
Химические свойства угольной кислоты и карбонатов
Угольная кислота – слабая двухосновная кислота
Угольная кислота существует только в водном растворе, где количество ее молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул углекислого газа CO2
- Диссоциирует по 2-м ступеням с образованием гидрокарбонат- и карбонат ионов:
H2CO3 как индивидуальное соединение неустойчиво и не имеет практического значения, но ее соли устойчивы и нашли широкое применение.
- Растворимыми являются карбонаты щелочных металлов. Высокая степень гидролиза является причиной щелочной реакции их водных растворов рН(0,1 М р-ра)
- Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония при нагревании (более 900ºС) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV):
Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе:
- Качественной реакцией является взаимодействие с кислотами является на ионы СО3 2─ и НСО3 − в результате которой происходит выделение СО2:
- при взаимодействии с разбавленными растворами соляной или серной кислот происходит выделение углекислого газа, который затем пропускают через раствор известковой воды. При этом наблюдается помутнение раствора:
При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным, помутнение исчезает:
- Переход в гидрокарбонаты при пропускании CO2 через растворы карбонатов или постепенном добавлении кислот:
- Гидрокарбонаты все, кроме NaНCO3 легко растворяются в воде. Водные растворы также имеют щелочную реакцию вследствие гидролиза:
- при нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты или гидроксиды:
Видео:Получение углекислого газа и тест на его обнаружениеСкачать
Углерод
Углерод
Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических веществ в природе.
Общая характеристика элементов IVa группы
От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 2 :
- C — 2s 2 2p 2
- Si — 3s 2 3p 2
- Ge — 4s 2 4p 2
- Sn — 5s 2 5p 2
- Pb — 6s 2 6p 2
Природные соединения
В природе углерод встречается в виде следующих соединений:
- Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
- MgCO3 — магнезит
- CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
- CaCO3*MgCO3 — доломит
Получение
Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.
Химические свойства
- Реакции с неметаллами
При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.
2С + O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)
С + O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)
Реакции с металлами
При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.
Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)
Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)
Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.
Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:
Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:
SiO2 + C → (t) Si + CO
Может восстановить и собственный оксид:
Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:
Реакции с кислотами
В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:
Оксид углерода II — СO
Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.
Растворяясь в крови угарный газ (имеющий в 300 раз большее сродство к гемоглобину, чем кислород) легко выигрывает конкуренцию у кислорода и занимает его место в эритроцитах. Отравление угарным газом нередко заканчивается летальным исходом.
В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).
В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:
Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.
FeO + CO → Fe + CO2
Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.
Оксид углерода IV — CO2
Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.
В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.
В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.
Углекислый газ образуется при горении органических веществ:
- Реакция с водой
В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.
Реакции с основными оксидами и основаниями
В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания), кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).
2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)
KOH + CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)
При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.
Zn + CO2 → (t) ZnO + CO
Угольная кислота
Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.
Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.
Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа — помутнение исчезало.
Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.
Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.
Li2CO3 + CO2 + H2O → LiHCO3 (средняя соль + кислота = кислая соль)
Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.
Нагревание солей угольной кислоты
При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2022
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
💥 Видео
Галилео. Эксперимент. Опыт с углекислым газомСкачать
Угарный и углекислый газ. Это знать обязательно.Скачать
Качественная реакция на углекислый газ.Скачать
6 Получение угарного газа РСкачать
Получение углекислого газа дома.Скачать
Получение углекислого газа и изучение его свойствСкачать
Оксид углерода(II). Угарный газ. Состав. Строение. Получение. СвойстваСкачать
Решаем два варианта Добротина за 2 часаСкачать
Что такое угарный газ?Скачать
Горение угарного газа 2CO + O2 = CO2 #егэ #химия #турбоегэСкачать
Оксид углерода II. Способы получения и химические свойства | ХимияСкачать
Неметаллы. Тема 24. Оксиды углерода. Видеоопыт «Качественная реакция на углекислый газ»Скачать
Углекислый газСкачать
Угарный газ. Жизненно важная информация.Скачать
Оксид углерода(IV). Углекислый газ. Состав и строение молекулы. Получение. Свойства и применениеСкачать