Уравнение реакций получения углекислого газа при сжигании угля

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:

Как составить уравнения реакций горения угля, полиэтилена, парафина?

Содержание:

Реакции горения – взаимодействие вещества с молекулярным кислородом. Это одни из самых сложных реакций в расстановке коэффициентов методом подбора.

Уравнения реакций горения углеводородов

В результате горения простых веществ, как правило, образуются оксиды. Например, уравнение горения угля выглядит следующим образом:

В процессе реакции горения органических веществ всегда образуются углекислый газ СО₂ и вода Н₂О. При расстановке коэффициентов количество атомов уравнивают в следующем порядке:

Например, реакция горения этена выглядит следующим образом:

1. В левой части 2 атома углерода, а в правой – 1, поэтому перед углекислым газом СО₂ следует поставить 2.
   • С₂Н₄+О₂→2СО₂+Н₂О

2. Слева 4 атома водорода, а справа – 2. Т.о. перед водой должна стоять 2.
   • С₂Н₄+О₂→2СО₂+2Н₂О

3. Слева 2 атома кислорода, а справа – 6. Для уравнивания количества атомов, перед молекулярным кислородом нужно поставить коэффициент 3.
   • С₂Н₄+3О₂→2СО₂+2Н₂О

Полиэтилен – полимер, состоящий из мономеров – этена. Таким образом, чтобы расставить коэффициенты в уравнении реакции горения полиэтилена, необходимо в реакции горения этена все коэффициенты умножить на степень полимеризации n.

Но не во всех уравнениях расстановка коэффициентов однозначная.

1. Слева 2 атома углерода, а справа – 1, поэтому перед углекислым газом СО₂ необходимо поставить 2.
   • С₂Н₆+О₂→2СО₂+Н₂О

2. Слева 6 атомов водорода, а справа – 2. Т.о., перед водой необходимо поставить 3.
   • С₂Н₆+О₂→2СО₂+3Н₂О

3. В левой части уравнения 2 атома кислорода, а в правой – 7. Чтобы уравнять количество атомов, перед молекулярным кислородом необходимо поставить 3,5. Дробные коэффициенты, как правило, не ставятся. Чтобы перед всеми молекулами стояли целые числа, необходимо все коэффициенты умножить на 2.
   • 2С₂Н₆+7О₂→4СО₂+6Н₂О

Чтобы написать уравнение сгорания парафина следует учесть, что парафин – это смесь углеводородов C₁₈H₃₈. C₃₅H₇₂. В общем виде химическая реакция горения парафина описывается следующим образом:

Реакции горения производных углеводородов

В результате горения спиртов также образуются углекислый газ СО₂ и вода Н₂О.

Для упрощения расстановки коэффициентов, формулу спирта пишут в общем виде.

1. В левой части 2 атома углерода, а в правой – 1, поэтому перед углекислым газом СО₂ должна стоять 2.
   • С₂Н₆О+О₂→2СО₂+Н₂О

2. В левой части уравнения 6 атомов водорода, а в правой – 2. Перед водой следует поставить 3.
   • С₂Н₆О+О₂→2СО₂+3Н₂О

3. Слева 3 атома кислорода, а справа – 7. В этом случае коэффициенты перед всеми молекулами умножать на 2 не нужно, т.к. в правой части уравнения два соединения с атомами кислорода. Чтобы уравнять коэффициенты, перед молекулярным кислородом необходимо поставить 3.
   • С₂Н₆О+3О₂→2СО₂+3Н₂О

В реакциях горения галогенпроизводных углеводородов помимо углекислого газа СО₂ и воды Н₂О также выделяется соляная кислота НCl.

Способы получения углекислого газа

Углекислый газ не является редким и получают его как побочный продукт, что положительно сказывается на его стоимости. Поэтому он является самым дешевым газом, применяемым для защиты, металла сварного шва в процессе сварки. Кратко о способах производства углекислоты говорилось в статье о свойствах углекислого газа и теперь настало время рассмотреть их более подробно.

Содержание

В промышленном масштабе углекислый газ получают следующими способами:

1. из известняка, в котором содержится до 40% СО₂, кокса или антрацита до 18% CO₂ путем их обжига в специальных печах;
2. на установках, работающих по сернокислому методу за счет реакций взаимодействия серной кислоты с эмульсией мела;
3. из газов, образующихся при брожении спирта, пива, расщепления жиров;
4. из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих уголь, природный газ и другое топливо. Дымовой газ содержит 12-20% СО₂;
5. из отходящих газов химических производств, в первую очередь синтетического аммиака и метанола. Отходящие газы содержат примерно 90% СО₂.

На данный момент наиболее распространенным способом производства углекислоты является – получение из газов при брожении.

Получение углекислого газа из газов при брожении

Отходящий газ при брожении представляет собой почти чистый углекислый газ и является дешевым побочным продуктом производства.

На гидролизных заводах при брожении дрожжей с опилками выделяются газы, содержащие 99% CO₂.

1 — бродильный чан; 2 — газгольдер; 3 — промывочная башня; 4 — предварительный компрессор; 5 — трубчатый холодильник; 6 — маслоотделитель; 7 — башня; 8 — башня; 9 — двухступенчатый компрессор; 10 — холодильник; 11 — маслоотделитель; 12 — цистерна.

Схема получения углекислого газа на гидролизных заводах

Газ из бродильного чана 1 подается насосами, а при наличии достаточного давления поступает самостоятельно в газгольдер 2, где происходит отделение от него твердых частиц. Затем газ поступает в промывочную башню 3, заполненную коксом или керамическими кольцами, где он омывается встречным потоком воды и окончательно освобождается от твердых частиц и растворимых в воде примесей. После промывки газ поступает в предварительный компрессор 4, где он сжимается до давления 400-550 кПа.

Так как при сжатии температура углекислого газа повышается до 90-100°С, то после компрессора газ поступает в трубчатый холодильник 5, где охлаждается до 15°С. Затем углекислота направляется в маслоотделитель 6, где отделяется масло, попавшее в газ при сжатии. После этого углекислый газ подвергается очистке водными растворами окислителей (KMnO₄, K₂Cr₂P₇, гипохромитом) в башне 7, а затем осушке активированным углем или силикагелем в башне 8.

После очистки и осушки углекислота поступает в двухступенчатый компрессор 9. На ступени I происходит сжатие его до 1-1,2 МПа. Затем углекислый газ поступает в холодильник 10, где охлаждается со 100 до 15°C, проходит маслоотделитель 11 и поступает на II ступень компрессора, где сжимается до 6-7 МПа, превращается в жидкую двуокись углерода и собирается в цистерну 12, из которой производится заправка стандартных баллонов или других емкостей (танков).

Принципиально процесс производства углекислого газа другими методами ничем не отличается от вышеуказанного: сначала газ очищается, потом производят осушку, а на последнем этапе охлаждение и сжатие для превращения в жидкость, поскольку в данном виде его удобно хранить и транспортировать.