Неорганические соединения углерода

 Важ нейш им и неорганическими соединениями углерода являю тся оксид углерода (IV ) СО 2, или углекислый газ, угольная кислота Н 2СО 3 и ее соли - карбонаты и гидрокарбонаты. с о 2 н 2с о 3 ^ 2с о 3 ^ н с о 3 оксид угольная карбонат гидрокарбонат углерода (IV) кислота натрия натрия 4.14.1.} Оксид углерода (IV) Строение. М олекула СО 2 содержит две двойные ковалентные полярные связи: 0 = С = 0 . В целом это симметричная неполярная молекула, очень слабо связанная с другими молекулами. Поэтому сухой лед - твердый СО 2 - легко испаряется без плавления (вспомни йод!). Получение. В природе углекислый газ получается при окислении и горении углеродсодержащих веществ, при дыхании животных и растений. Его содержание в атмосфере примерно 0,03% . В лаборатории углекислый газ получают действием соляной кислоты на мрамор (рис. 4.37) по реакции: С а С о з + 2Н С 1 = С аС12 + Н 2о + С о 2 Т Физические свойства. Оксид углерода (IV ) - это бесцветный газ в 1,5 раза тяжелее воздуха, слабо растворяется в воде: в 1 объеме воды при обычном давлении растворяется примерно 1 объем С 0 2. Химические свойства. К ак кислотный оксид С 0 2 реагирует с водой (обратимо), щелочами ^ а 0 Н , С а(0 Н )2), основными оксидами (Са0). Также С 0 2 взаимодействует с некоторыми солями (С аС 03 + Н 20 ) и с углеродом. (Некоторые из этих свойств будут рассмотрены далее.) Известно, что человек и животные не могут ж ить в атмосфере оксида углерода (IV). В Италии есть пещера, в которой из трещин пола выделяется углекислый газ и течет по наклонному полу слоем толщиной около 40 см. Ее называют “Собачья пещера”. Как вы думаете, почему? Вспомните из биологии - человек и животные не могут дышать углекислым газом! Воздух Раствор НС1 СО. СаСОз Рис. 4.37. Получение СО2 Напиши уравнения реакций, характеризующ их химические свойства С 0 2. 110 Н к Неметаллы и их соединения Растения поглощ ают С О 2 на свету для своего питания по схеме фотосинтеза, уже знакомой нам по теме “Кислород”: 6 С 0 2 + 6 Н 20 свет,хлорофилл> С 6Н 120 6 + 6 0 2 т - ^ глюкоза Применение. Оксид углерода (IV ) ш ироко применяется в различных областях (рис. 4.38). Г V Составь рассказ о применении С О 2. Рис. 4.38. Применение оксида углерода (IV) Производство н - ° х н - о ' ' с = о Угольная кислота не существует как химический реактив. у У № - 0 ^ С = 0 N а - 0 / N а - 0 V с = о н - о 4.14.2.} Угольная кислота и ее соли Оксид углерода (IV ) - кислотны й оксид. П р и растворении в воде СО 2 частично реагирует с ней, образуя неустойчивую угольную кислоту: с о 2 + н 2о ® н 2с о 3 Угольная кислота - это слабая двухосновная ки слота, которая диссоциирует ступенчато: I ступень Н 2С О 3 ® Н + + Н С О з — гидрокарбонат-ион I I ступень Н С О з ® Н + + С О 2 — карбонат-ион суммарно Н 2С О 3 ® 2 Н + + С О 3- Угольная кислота образует два ряда солей: средние соли - карбонаты и кислые - гидрокарбонаты: Средние соли N а 2С О 3, С а С О 3, М д С О 3, В а С О 3 ( карбонаты ) Кислые соли ^ Н С О 3, С а (Н С О 3)2, М д (Н С О 3)2 (гидрокарбонаты) Угольная кислота неустойчива и не существует как реактив. Н о ее соли - карбонаты - твердые вещества, Неметаллы и их соединения 111 х о р о ш о и з в е с т н ы и ш и р о к о п р и м е н я ю т с я . Н а п р и м е р , С а С 0 3 - и з в е с т н я к , м е л , м р а м о р , ^ 2СО3 - к а л ь ц и н и ­ р о в а н н а я с о д а , ^ Н С 0 3 - п и щ е в а я со д а. П о л у ч е н и е и с в о й с т в а к а р б о н а т о в . К а р б о н а т ы и г и д р о к а р б о н а т ы п о л у ч а ю т с я в р е з у л ь т а т е в з а и м о ­ д е й с т в и я о к с и д а у г л е р о д а (IV ) с о с н о в н ы м и о к с и д а м и и л и щ е л о ч а м и : С а О + С 0 2 = С а С 0 3 карбонат кальция Р е а к ц и я с и зв е с т к о в о й в о д о й (р ас тв о р о м С а(О Н )2) и л и г и д р о к с и д о м б а р и я В а(О Н ) 2 с л у ж и т д л я р а с п о з н а в а н и я у г л е к и с л о г о г а з а и к а р б о н а т о в . П р и п р о п у с к а н и и СО2 ч е р е з и з в е с т к о в у ю во д у п р о и с х о д и т п о м у т н е н и е и о б р а зо ­ в а н и е б ел ого о с а д к а к а р б о н а т а к а л ь ц и я : С а (О Н ) 2 + С 0 2 = С а С О 31 + Н 20 карбонат кальция С а 2+ + 2 О Н - + С 0 2 = С а С О 31 + Н 20 П р и и з б ы т к е у г л е к и с л о г о г а з а о с а д о к С аС О 3 р а с ­ т в о р я е т с я с о б р а з о в а н и е м г и д р о к а р б о н а т а к а л ь ц и я : С а С 0 3 + С 0 2 + Н 20 = С а ( Н С 0 3) 2 гидрокарбонат кальция К а р б о н а т ы в с е х м е т а л л о в (к р о м е щ е л о ч н ы х !) р а з л а ­ г а ю т с я п р и н а г р е в а н и и : .0 С а С 0 3 = С а О + С 0 2 Т карбонат кальция П р и с у т с т в и е в во д е г и д р о к а р б о н а т о в к а л ь ц и я и м а г ­ н и я п р и д а е т е й в р е м е н н у ю ж е с т к о с т ь . П р и н е б о л ь ш о м н а г р е в а н и и п р о и с х о д и т р а з л о ж е н и е г и д р о к а р б о н а т а к а л ь ц и я : Запом ни ,что N а Н С 03 - это пищевая сода, а N а2С 0 3 - кальцинированная сода, вредная для организма. V У Горизонты • Как химический реактив угольная кислота не существует. Ее получают, насыщая воду углекислым газом. Ваши любимые шипучие напитки - газированная и минеральная вода - содержат углекислый газ, растворенный в них при повышенном давлении. В шипучих винах углекислый газ образуется при брожении виноградного сока в бутылках по специальной технологии. Многочисленные дырочки-поры в дрожжевом тесте - также результат брожения с образованием углекислого газа. • Все гидрокарбонаты легко разлагаются при нагревании с образованием газообразных продуктов СО2 и Н2О. Поэтому их применяют в качестве разрыхлителей теста: .0 С а (Н С О 3) 2 = С а С О 31 + С О 2 Т + Н 2О И з -з а это й р е а к ц и и о б р а зу е тся н а к и п ь в ч а й н и к е , п ар о в о м к о т л е и в е зд е , где к и п я т я т вод у. Т а к у с т р а н я е т с я врем е н н а я и л и к а р б о н а т н а я ж е ст к о с т ь воды . Р е а к ц и и , п р и в е д е н н ы е в ы ш е , о б ъ я с н я ю т в а ж н о е я в л е н и е п р и р о д ы : н а н и х о с н о в ан о “ п е р е м е щ е н и е ” т ы с я ч т о н н и з в е с т н я к а в г л у б и н е и н а п о в е р х н о с т и з е м л и . /" Составь рас- 'Ч Т р а н с п о р т и р у ю т его С 0 2 и Н 20 , к о т о р ы е р а с т в о р я ю т и з- Ы сказ о круговов е с т н я к . В о д а п е р е м е щ а е т это т р а с т в о р в д р у г и е м е с т а , роте углерода в гд е п р и н а г р е в а н и и в н о в ь о б р а зу ю т с я з а л е ж и и з в е с т н я к а . у природ е.________ р 2Ы аНС03 = = Ыа2С 0 3 + Н20 + С 0 21~; 1ЧН4Н С 03 = = 1ЧН3^ + С 0 21~ + Н20 Неметаллы и их соединения 112 ЛАБОРАТОРНЫЙ ОПЫ Т Обнаружение карбонат-ионов СО|- и оксида углерода (IV) (С02). (Вспомните правила работы в лаборатории. Приложения 1 и 2) Реактивы и оборудование: кусочки мрамора, растворы Nа2СОз или К2С 0 3, НС1, лакмус или метилоранж, известковая вода, дистиллированная вода, пробка с газоотводной трубкой, металлический штатив с зажимом, штатив с пробирками, спиртовка, лучинка. Опыт 9.1. Обнаружение карбонат-ионов (С0§ ). Влейте в пробирку 1 мл раствора карбоната натрия или калия и прибавьте 1 мл раствора соляной кислоты. Что вы наблюдаете? Запишите уравнение реакции в молекулярной и ионной форме. Опыт 9.2. Обнаружение оксида углерода (IV) (С02). Поместите в пробирку 2-3 кусочка мрамора. Прибавьте 2 мл раствора соляной кислоты. Быстро закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, затем поставьте пробирку в штатив или закрепите в лапке металлического штатива. Опустите конец газоотводной трубки в сухую пробирку (дном вниз) для улавливания СО2. Поставьте пробирку с оксидом углерода (IV) в штатив. Внесите горящую лучину в пробирку с СО2. Что вы видите? Объясните свои наблюдения. В другую пробирку влейте известковую воду и, внеся газоотводную трубку, пропустите в нее СО2 до помутнения жидкости в пробирке. Продолжайте пропускать газ до осветления известковой воды. Запишите уравнения соответствующих реакций в молекулярной и ионной форме. Объясните свои наблюдения. РАБОТА В ГРУППЕ Закончите уравнения реакций: 1) С 0 2 + Н20 ® ? 2) СаО + С 0 2 ® ? 3) NаОН + С 0 2 ® ? + ? 4) Ма° н + С 02(избыток) ® ? 5) Са(ОН)2 + С 0 2 ® ? + ? 6) СаСОз + С 0 2(избыток) + Н20 ® ? 7) СаС03 ® ? + ? 8) СаС03 + НС1 ® ? + ? + ? +° 9) NаНС03 ® ? + ? + ? 10) Са(НС03)2 ® ? + ? + ? *11) NаНС03 + NаОН ® ? + ? *12) Са(НС03)2 + Са(ОН)2 ® ? + ? 13) NН4НС03 ® ? + ? + ? 14) NаНС03 + Н2504 ® ? + ?+ ? 15) Nа2С 03 + Н2304 ® ? + ? + ? *16) NаНС03+ С Н 3С00Н ® ? + ? + ? Какая из указанных реакций: а) происходит в природе; б) происходит каждое утро в кипящем чайнике; в) “поднимает” тесто при выпечке; г) портит негашеную известь при неправильном хранении; д) применяется в технике для смягчения воды; е) используется в промышленности для получения негашеной извести; ж) является качественной реакцией на оксид углерода (IV) и карбонаты; з) используется в лаборатории для получения углекислого газа; и) работает в огнетушителях; *к) происходит, когда мама “гасит” соду уксусом для теста? ^ВО П РО СЫ И УПРАЖНЕНИЯ_______________________ 1. Составь электронную и графическую формулы СО2. Какие химические связи образуются между атомами углерода и кислорода? Какова валентность и степень окисления углерода в СО2? 2. Сравни биологическое действие СО и СО2 на основании знаний по химии и биологии. Неметаллы и их соединения &113 3. Напиши уравнения реакций следующих превращений и назови все вещества: а) СО - ► СО свет, 10 СН СаСО3 7 1 . 2 ^ хлорофилл' 6 ”С6Н12О6 Са(НСОз)2 4. Напиши уравнения реакций по схемам: а) NаНСОз ® б) Ма2СО3 На т У * А СО2 б) NN44 СО3 ® №НСО3 в) NаNСО3 + кислота ® 4 11 3 8 и Вычисли объем газообразных веществ, которые образуются при реакциях из исходной соли а) количеством вещества 1 моль; б) массой 1 г. Какой вариант следует выбрать для наилучшего разрыхления теста? 5. Попробуй объяснить, почему содовое тесто делают на кислом молоке, а не на обычном? *6. При строительстве дома использовали 15 т строительного раствора, содержащего 30% Са(ОН)2. Вычисли: а) массу известняка, из которого получили Са(ОН)2; б) массу воды, которую использовали для гашения извести. 7. Попытайся описать круговорот углерода в природе по схеме: углерод ® углекислый ® сложные вещества ® углекислый газ газ (в воздухе, воде, почве) 8. Как очистить воздух от примеси СО2? 9. Вычисли, какой объем углекислого газа выделится при действии серной кислоты на 1 0 0 г: а) пищевой соды; б) кальцинированной соды. 10. В три пробирки налит раствор хлорида бария. В первую пробирку добавили раствор карбоната натрия, во вторую - карбоната калия, в третью - нитрата серебра. Затем во все три пробирки добавили азотную кислоту. Что поизошло? Опиши возможные наблюдения и объясни их. Составь уравнения всех возможных реакций в молекулярной и ионной форме. 11. С какой целью в кислые почвы в Молдове вносят измельченный известняк. Какая реакция при этом происходит?