Co2 взаимодействие с оксидом металла

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 ns2np2:

• C — 2s22p2
• Si — 3s23p2
• Ge — 4s24p2
• Sn — 5s25p2
• Pb — 6s26p2

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.

C2H6 → (t) C + H2 (пиролиз этана)

Химические свойства

• Реакции с неметаллами
• При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.
• C + H2 → (t) CH4 (метан)
• 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)
• С + F2 → (t) CF4
• Реакции с металлами

При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.

1. Ca + C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)
2. Al + C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)
3. Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.



• Восстановительные свойства
• Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:
• Fe2O3 + C → Fe + CO2
• ZnO + C → Zn + CO
• FeO + C → Fe + CO
• Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:
• SiO2 + C → (t) Si + CO
• Может восстановить и собственный оксид:
• CO2 + C → CO



• Реакция с водой

Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

C + H2O → CO↑ + H2↑

• Реакции с кислотами
1. В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:
2. C + HNO3(конц.) → (t) CO2 + NO2 + H2O
3. C + HNO3 → CO2 + NO + H2O
4. C + H2SO4(конц.) → CO2 + SO2 + H2O

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.

• Получение
• В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).
• CO2 + C → (t) CO
• C + H2O → (t) CO + H2
• В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:
• HCOOH → (H2SO4) CO + H2O
• Химические свойства
• Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.
• CO + O2 → CO2
• Fe2O3 + CO → Fe + CO2
• FeO + CO → Fe + CO2
• Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.
• Fe + CO → (t) Fe(CO)5

Оксид углерода IV — CO2

Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ, без запаха.

1. Получение
2. В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.
3. CaCO3 → (t) CaO + CO2↑
4. C6H12O6 → C2H5OH + CO2↑
5. В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.
6. CaCO3 + HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑
7. Углекислый газ образуется при горении органических веществ:
8. C3H8 + O2 → CO2 + H2O

Химические свойства

• Реакция с водой

В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ. CO2 + H2O ⇄ H2CO3

• 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)
• Na2O + CO2 → Na2CO3
• Окислительные свойства

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.

Химические свойства

• Качественная реакция

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха. MgCO3 + HCl → MgCl2 + CO2↑ + H2O 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.

1. Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.
2. Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 (осадок выпадает)
3. CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 (осадок растворяется)
• Средние и кислые соли

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.
• LiHCO3 + LiOH → Li2CO3 + H2O
• Нагревание солей угольной кислоты
1. При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.
2. MgCO3 → (t) MgO + CO2
3. KHCO3 → (t) K2CO3 + CO2↑ + H2O

Химические свойства углекислого газа, реакции с другими веществами

Общие химические свойства углекислого газа: CO2 инертен, то есть химически не активен; при попадании в водный раствор легко вступает в реакции.
Большинство кислотных оксидов устойчивы к высоким температурам, но углекислота при их воздействии восстанавливается.

Взаимодействие с другими веществами:

1) Углекислота относится к кислотным оксидам, то есть в сочетании с водой образуется кислота. Однако угольная кислота неустойчива и распадается сразу. Эта реакция имеет обратимый характер:

СО2 + H2O ↔ CO2 × H2O (растворение) ↔ Н2СО3

Диоксид углерода + вода ↔ угольная кислота

Молекула угольной кислоты

2) При взаимодействии углекислого газа и соединений азота с водородом (аммиаком) в водном растворе происходит разложение до углеаммонийной соли.

2NH3 + CO2 + H2O = NH4HCO3

Аммиак + углекислота = гидрокарбонат аммония

Углеаммонийная соль

Полученное вещество часто используется в приготовлении хлеба и различных кондитерских изделий.

3) Ход некоторых реакций должен поддерживаться высокими температурами. Примером является производство мочевины при 130 °C и давлении 200 атм., схематически изображаемое так:

2NH3 + СО2 → (NH2)2СО + H2O

Аммиак + диоксид углерода → карбамид + вода

Также под воздействием температуры около 800 градусов протекает реакция образования оксида цинка:

Zn + CO2 → ZnO + CO

Оксид цинка

Цинк + двуокись углерода → оксид цинка + оксид углерода

4) Возможно уравнение с гидроксидом бария, при котором выделяется средняя соль.

Ba(OH)2+CO2 = BaCO3 + H2O

Гидроксид бария + углекислота = карбонат бария + оксид водорода.

Применяется для регулировки калориметров по теплоемкости. Также вещество используют в промышленности для производства красных кирпичей, синтетических тканей, фейерверков, гончарных изделий, плитки для ванн и туалетов.

5) Углекислый газ выделяется при реакциях горения.

Горение метана.

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 891кДж

Горение газа на плите

Метан + кислород = углекислота + вода (в газообразном состоянии) + энергия

Горение этилена

C2H4 + 3O2 → 2CO2 + 2H2O + Q

Этилен + кислород = диоксид углерода + оксид водорода + энергия

Горение этана

2С2Н6 + 7О2 → 4CO2 + 6H2O + Q

Этан + кислород = двуокись углерода + вода + энергия

Горение этанола

C2H5OH + 3O2 = 3H2O + 2CO2 + Q

Молекула этанола

Этанол + кислород = вода + углекислота + энергия

6) Газ не поддерживает горения, этот процесс возможен только с некоторыми активными металлами, например, магнием.

2Mg + CO2 = C + 2MgO

Магний + углекислота = углерод + оксид магния.

MgO активно применяется при производстве косметических средств. Вещество используют в пищевой промышленности как пищевую добавку.

7) Двуокись углерода реагирует с гидроксидами с получением солей, которые существуют в двух формах, как карбонаты и бикарбонаты. Например, углекислый газ и гидроксид натрия, согласно формуле, образуют гидрокарбонат Na:

CO2 + NaOH → NaHCO3

диоксид углерода + гидроксид натрия → гидрокарбонат натрия.

Или же при большем количестве NaOH образуется карбонат Na с образованием воды:

CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O

Диоксид углерода + гидроксид натрия → карбонат натрия + вода

Кислотно-щелочные реакции углекислоты используются на протяжении веков для затвердевания известкового раствора, что может быть выражено простым уравнением:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Гидроксид кальция + двуокись углерода → карбонат кальция + оксид водорода

В зелёных растениях играет важную роль в процессе фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Образование глюкозы

Диоксид углерода + вода → глюкоза + кислород.

9) Химические свойства углекислоты используются в промышленности при производстве соды, суть этого процесса можно выразить суммарным уравнением:

NaCl + CO2 + NH3 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl

Хлорид натрия + Диоксид углерода + аммиак + вода → гидрокарбонат натрия + хлорид аммония

10) Фенолят Na разлагается при взаимодействии с углекислым газом, при этом малорастворимый фенол выпадает в осадок:

C6H5ONa + CO2 + H2O = C6H5OH + NaHCO3

Фенолят натрия + двуокись углерода + оксид водорода = фенол + гидрокарбонат натрия

11) Пероксид натрия и углекислый газ, взаимодействуя, образуют среднюю соль карбоната Na с выделением кислорода.

2Na2O2 + 2CO2 → 2N2CO3 + O2

Пероксид натрия + углекислота → карбонат натрия + кислород

Колба с пероксидом натрия

Образование углекислоты происходит при растворении в воде кальцинированной соды (стиральной соды).

NaHCO3 + H2O → CO2 + H2O + NaOH

Гидрокарбонат натрия + вода → углекислота + вода + гидроксид натрия
При этой реакции (гидролиз по катиону) образуется сильнощелочная среда.

12) CO2 вступает в реакцию с гидроксидом калия, последний образуется путем электролиза хлористого калия.

2KOH + CO2 → K2CO3 + H2O

Гидроксид калия + углекислота → карбонат калия + вода

13) Газ в силу своего строения не реагирует с благородными газами, то есть гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном, радоном, оганесоном.

Заключение

Мы привели большую часть химических реакций, в которых участвует CO2. Ученые всего мира пытаются решить проблему увеличения концентрации углекислоты в воздухе, не без помощи реакций с другими веществами, которые известны химикам. А какие химические формулы взаимодействия углекислого газа знаете вы?

Оксиды углерода — урок. Химия, 9 класс

Оксид углерода((II)), или угарный газ

Оксид углерода((II)) CO образуется при неполном сгорании топлива. Это бесцветный газ без запаха. Он плохо растворяется в воде ((2,3) см³ в (100) см³ при (20) °С). Оксид углерода((II)) очень ядовит. При вдыхании его молекулы связываются с гемоглобином крови и препятствуют переносу кислорода.

Оксид углерода((II)) относится к несолеобразующим оксидам. При обычных условиях он не реагирует с водой, кислотами и основаниями.

Является сильным восстановителем. Восстановительные свойства проявляет в реакциях с оксидами металлов и кислородом. Оксид углерода((II)) отнимает кислород от оксидов металлов. В результате реакции образуются металл и углекислый газ:

• Cu+2O+C+2O=tCu0+C+4O2.
• Оксид углерода((II)) горит на воздухе голубым пламенем:
• 2C+2O+O02=t2C+4O−22.
• В реакции выделяется большое количество тепла.

Оксид углерода((IV)), или углекислый газ

Оксид углерода((IV)) CO2 — бесцветный газ без запаха. Он примерно в (1,5) раза тяжелее воздуха.

Малорастворим в воде (при комнатной температуре в (1) объёме воды растворяется (0,88) объёма CO2).

При охлаждении и повышенном давлении углекислый газ превращается в твёрдое вещество — «сухой лёд», который способен возгоняться, т. е. из твёрдого состояния переходить сразу в газообразное.

Рис. (1). Сухой лёд

Оксид углерода((IV)) — типичный кислотный оксид. Он взаимодействует с водой, основными оксидами и щелочами. В реакции с водой образуется неустойчивая угольная кислота:

1. CO2+H2O⇄H2CO3.
2. В реакциях с основными оксидами и щелочами образуются карбонаты:
3. CO2+CaO=CaCO3,
4. CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O.
5. При взаимодействии щёлочи с избытком углекислого газа образуются гидрокарбонаты:
6. CO2+NaOH=NaHCO3.
7. В углекислом газе степень окисления углерода максимальная, поэтому он может проявлять окислительные свойства. Так, магний горит в атмосфере углекислого газа:
8. C+4O2+2Mg0=t2Mg+2O+C0.
9. Получение:

• в лаборатории углекислый газ получают действием кислот на карбонаты:

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑.

• В промышленности для его получения используют прокаливание известняка:

• CaCO3=tCaO+CO2↑.
• В природе углекислый газ образуется при дыхании и сгорании топлива, при гниении и тлении органических веществ, а поглощается растениями в процессе фотосинтеза.
• Угарный газ используется:

• в качестве топлива;
• как восстановитель в производстве чугуна;
• для получения метанола.

Углекислый газ применяется:

• в производстве газированных напитков;
• для тушения пожаров;
• для охлаждения пищевых продуктов («сухой лёд»).

Источники:

Рис. 1. Сухой лёд © ЯКласс

Физические и химические свойства углекислого газа

Формула – СО2. Молярная масса – 44 г/моль.

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

• CO2 + H2O ↔ CO2×H2O(solution) ↔ H2CO3.
• При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:
• 2CO2 = 2CO + O2.
• Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:
• CaO + CO2 = CaCO3;
• Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3;
• CO2 + NaOH(dilute) = NaHCO3;
• CO2 + 2NaOH(conc) = Na2CO3 + H2O.
• Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:
• CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t);
• CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t).
• Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:
• CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t, kat = Cu2O);
• CO2 + C = 2CO (t).
• При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:
• 2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2↑.

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.

Физические свойства углекислого газа

Углекислый газ – газообразное вещество без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом агрегатном состоянии носит название «сухой лед» и легко возгоняется при комнатной температуре. Углекислый газ плохо растворим в воде, частично реагирует с ней. Плотность – 1,977 г/л.

Получение и применение углекислого газа

1. Выделяют промышленные и лабораторные способы получения углекислого газа.

   Так, в промышленности его получают обжигом известняка (1), а в лаборатории – действием сильных кислот на соли угольной кислоты (2):

2. CaCO3 = CaO + CO2 (t) (1);
3. CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O (2).

4. Углекислый газ используется в пищевой (газирование лимонада), химической (регулировка температур при производстве синтетических волокон), металлургической (защита окружающей среды, например, осаждение бурого газа) и других отраслях промышленности.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Реакции с участием оксида и диоксида углерода

Диоксид углерода в смысле доступности и опасности отличается от CO радикально. Колоссальные количества этого вещества находятся в атмосфере и ежесекундно вырабатываются при сжигании топлива и жизнедеятельности живых организмов. Проблема глобального потепления как раз и связана с значительным повышением концентрации диоксида углерода в атмосфере по причине деятельности человека.

Любители спорить с этим как-то совершенно не учитывают тот очевидный факт, что человечество за сто с небольшим лет достало из недр земли и вернуло в атмосферу то, что в этих недрах накапливалось миллионами лет, уходя как раз из атмосферы за счёт фотосинтеза и захоронения растительных остатков на больших глубинах.

Тут как раз неплохо бы не доказывать, почему в атмосфере так сильно возрос уровень углекислоты, а желающим это опровергнуть – попробовать объяснить, куда подевался такой чудовищный объём возвращённого в атмосферу углекислого газа, и как может такое быть, что такое кратковременное изменение состава атмосферы вообще не имеет последствий.

А объём действительно чудовищный, ведь львиная доля потребностей всего человечества в энергии была покрыта за счёт сжигания ископаемого топлива.

Многим приходит в голову идея, что углекислый газ нужно из атмосферы забирать. А куда девать? Самое надёжное было бы отправить обратно в глубины земли. Но как это сделать совершенно непонятно.

И поскольку человек – существо недальновидное, но промысловатое, рождаются идеи как бы не просто углекислый газ из атмосферы забирать, но ещё что-то полезное из этого делать, что можно хорошо продать и тем самым покрыть расходы на это производство, да еще и наварить немного.

Получить пока из CO2 ничего особенного не удалось, но саму эту идею удалось хорошо продать политикам разных стран и чиновникам международных организаций так, что исследования в этой области в последние 10 лет стали финансировать не просто щедро, а прямо баснословно щедро.

В научных журналах последних 10 лет просто глаза рябит от статей про новые реакции из CO2, и в начале почти каждой такой статьи будет обязательно написано про благородную цель избавить человечество от медленного поджаривания и одновременное получение ценнейших материалов, лекарств, полимеров, и т.п. Большинство таких исследований производят совершенно комическое впечатление.

Что-то полезное в них подчас действительно получается, но авторы умудряются не замечать двух вещей: мизерных потребностей человечества в предлагаемых продуктах и огромных затрат материалов и энергии на осуществление предлагаемой реакции.

Проблема в том, что CO2 из атмосферы нужно убирать в масштабах десятков гигатонн, а всё производство органической продукции химической промышленности оценивается величинами в сто раз меньшими.

Поэтому даже в совершенно фантастическом варианте, когда вообще все органические материалы будут получать из CO2, количество забранного из атмосферы на эти цели диоксида углерода было бы пренебрежимо мало и на баланс углерода серьёзного влияния бы не оказало.

Точность современных оценок этого баланса гораздо больше, чем эти количества, и титанических усилий планета наша просто не заметила бы. Но, увы, это ещё не всё. На любой химический процесс тратится очень много энергии и материалов. В расчётах все такие затраты пересчитывают на затраченную энергию, и делают простую оценку, сколько CO2 при этом будет выброшено обратно в атмосферу – это называется “углеродным следом” продукции или процесса. Проблема ведь в том, что энергию до сих пор в основном получают сжиганием ископаемого топлива. Можно просто взять энергетические и топливные балансы крупных стран, чтобы в этом убедиться. Да, когда-нибудь энергию будут получать целиком из возобновляемых источников с нулевым углеродным следом. Но тогда и выброс CO2 в атмосферу уменьшится действительно радикально, планета придёт к новому балансу, и смысла забирать из атмосферы углекислоту не будет.

Очень забавный пример уровня таких рассуждений – часто приводимый пример того, что диоксид углерода уже используется в больших масштабах в промышленности – производство карбамида, то есть мочевины из аммиака и углекислого газа. Это действительно очень крупномасштабный процесс.

И мочевина совершенно официально считается органическим соединением, и даже более того – первым органическим соединением, полученным синтезом из более простых, официально неорганических соединений. Считается, что именно с этой реакции, реакции Вёлера, идёт вся органическая химия как наука.

Это всё очень трогательно, если забыть, для чего используется получаемая таким образом мочевина. Но – это удобрение, азотное удобрение, очень хорошее. И первое, что с ним происходит, когда оно попадает в почву – расщепление микроорганизмами на ион аммония и – диоксид углерода.

Это Бог дал – Бог и взял. А у нас всё наоборот – углекислый газ взяли – углекислый газ и отдали. Ну, хоть растения растут, но CO2 вернулся в атмосферу.

На самом деле даже в гораздо больших количествах, чем взяли, потому что аммиак, необходимый для этой реакции, образуется очень энергозатратным синтезом Габера-Боша, имеющим очень большой углеродный след.  

Всё это безусловно не значит, что заниматься химией CO2 не стоит. Химией вообще заниматься стоит, но именно с целью получения полезных материалов и веществ. Если будет хороший процесс с использованием углекислоты – очень хорошо.

Пока с этим не очень хорошо, но нас должна вдохновлять Природа, которая очень хорошо справляется с CO2 – для неё это основной источник углерода (carbon feedstock) для синтеза всех органических соединений, и это не только фотосинтез, но и довольно многочисленные реакции ферментативного карбоксилирования.  

Соединения углерода

Способы получения угарного газа

В промышленности угарный газ получают:

• при пропускании воздуха через раскаленный уголь:

C + O2 → CO2

CO2 + C → 2CO

• паровая конверсия метана – взаимодействие перегретого водяного пара (температура – 800-900ºС) с метаном. В качестве катализаторов используют Ni, MgO, Al2O3:

СН4 + Н2O → СО + 3Н2

• взаимодействие метана с углекислым газом (температура – 800-900ºС, кат. – Ni, MgO, Al2O3):

СН4 + CO2 → 2СО + 2Н2

• горение углерода в недостатке кислорода (неполное окисление углерода):

2C + O2 → 2CO

• неполное окисление метана:

2СН4 + О2 → 2СО + 4Н2

В лаборатории угарный газ можно получить:

• Нагреванием муравьиной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

НСООН → CO + H2O

•  Нагреванием щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

• H2C2O4 → CO + CO2 + H2O
• Химические свойства угарного газа
• СО – несолеобразующий оксид

• Формально СО
  можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты, т.к. он образуется при
  дегидратации муравьиной кислоты:

1. НСООН → CO + H2O
2. А также
   образование формиата натрия в реакции с гидроксидом натрия при высоком
   давлении:
3. CO + NaOH → HCOONa
4. Однако при обычных условиях он не вступает в реакции с
   водой, кислотами и щелочами, поэтому относится к типу несолеобразующих оксидов.
5. Является сильным восстановителем, поэтому реагирует с окислителями:

• Горит синим пламенем в атмосфере кислорода:

2СO + O2→ 2CO2

• Окисляется
  хлором в присутствии катализатора или под
  действием света с образованием ядовитого газа фосгена:

CO + Cl2 → COCl2

• Окисляется другими сильными окислителями до углекислого газа или
  карбонатов:

CO + Na2O2→ Na2CO3

• Восстанавливает
  металлы из оксидов (при Т~300 — 1500ºС):

• СО + CuO → Cu + CO2
• СО + NiO → Ni + CO2
• 4CO + Fe3O4→ 3Fe + 4CO2

• Восстановление
  водорода из воды в присутствии катализатора Fe, Cr при температуре 400-500 ºС:

СО + Н2О= CO2 + Н2

• Восстановление некоторых благородных металлов из солей:

СО + PdCl2 + Н2О→ Pd + CO2 + 2HCl

• 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:

1. СО + 2Н2 → СН3ОН
2. СО + 3Н2 → СН4 +
   Н2О
3. nСО + (2n+1)Н2 → СnН2n+2 + nН2О

• Образование
  карбонилов металлов при
  нагревании:

4СO + Ni = [Ni(СO)4]

4СO + Fe = [Fe(СO)5]

• Образование
  карбоксигемоглобина при
  связывании угарного газа с гемоглобином крови подобно кислороду:

HbO2 + CO = HbCO + O2

Этим свойством СО и объясняется его
высокая токсичность для организма человека.

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:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

NaHCO3 + HBr → NaBr +H2O +CO2

• При взаимодействии растворимых карбонатов с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III), которые необратимо гидролизуются в водном растворе:

2AlCl3 + 3K2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + CO2↑ + 6KCl

• При
  термическом разложении нерастворимых
  карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов:

CaCO3 → CaO + CO2

2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O +CO2

• При сжигании всех видов топлив:

СxHy + O2 = H2O + CO2

• При
  спиртовом брожении глюкозы под действием ферментов:

• С6H12O6 → 2CO2 + 2C2H5OH
• Химические свойства углекислого газа
• Углекислый
  газ — типичный кислотный
  оксид. Проявляет слабые окислительные
  свойства

• Качественная реакция на углекислый газ — помутнение известковой воды:

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

• Взаимодействует с водой, но реакция сильно обратима, и с водой соединяется лишь 1% молекул угольной кислоты:

CO2 + H2O ↔ H2CO3

• С основными оксидами и сильными основаниями (щелочами), с образованием карбонатов или гидрокарбонатов. При этом возможно образование как кислых, так и средних солей:

1. Na2O + CO2 → 2Na2CO3
2. KOH + CO2  → KHCO3
3. 2KOH + CO2 → K2CO3+ H2O

• С карбонатами, с образованиемгидрокарбонатов:

Na2CO3 + CO2+ H2O → 2NaHCO3

• С водными растворами солей, образованными кислотами, слабее угольной (очень слабые кислоты):

Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3 + Na2CO3

C6H5OK + CO2+ H2O → C6H5OH + KHCO3

• С
  некоторыми восстановителями:

• CO2 + 3H2 → 2CН3OН + H2O
• CO2 + C → 2CO
• 2Мg +
  CO2→C
  + 2MgO

Внимание! Магнийгорит в атмосфере углекислого газа, поэтому горящий магний нельзя тушить углекислотными огнетушителями.

• В листьях растений на свету из CO2 и H2O образуются углеводы и кислород:

                                 nCO2 + mH2O = Cn(H2O)m + nO2

• С пероксидом натрия, с образованием карбоната натрия:

2CO2 + 2Na2O2 → 2Na2CO3 + O2

• Синтез карбамида (мочевины):

CO2 + 2NH3 = CO(NH2)2 + H2O

• Получение питьевой соды по методу Сольвэ:

NaCl + CO2 + NH3 + H2O= NaHCO3 + NH4Cl

Угольная кислота и карбонаты

1. Химические свойства угольной кислоты и карбонатов
2. Угольная
   кислота – слабая двухосновная
   кислота
3. 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 ↔ H+ + НCO3—
• НCO3— ↔ H+ + CO32-
• 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) ~ 11,7:

Na2CO3 + H2O = NaOH + NaHCO3

CO32-+ H2O = OH— + HCO3—

• Все
  карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония при нагревании (более
  900ºС) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV):

1. CaCO3 → CaO + CO2
2. Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе:
3. (NH4)2CO3 → 2NH3 + 2H2O + CO2

• Качественной реакцией является взаимодействие с кислотами является на ионы СО32─ и НСО3− в результате которой происходит выделение СО2:

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl +
CO2 ↑ + H2O

• 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:

• NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 ↑ + H2O
• CO2 + Сa(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
• При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным,
  помутнение исчезает:
• CaCO3 + CO2 + H2O = Сa(НCO3)2

• Переход в гидрокарбонаты при пропускании CO2 через растворы карбонатов или постепенном добавлении кислот:

Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaНCO3 

Na2CO3 + HCl → NaНCO3 + NaCl

• Гидрокарбонаты все, кроме NaНCO3 легко растворяются в воде. Водные растворы также имеют щелочную реакцию вследствие гидролиза:

НCO3—+ H2O = OH— + H2CO3

• при нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты или гидроксиды:

2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 ↑+ H2O

Mg(HCO3)2 = Mg(OH)2↓ + 2CO2↑+ H2O

Химические свойства оксидов для ЕГЭ 2022

добавить в закладки

Классификация оксидов:

1 группа — несолеобразующие — N2O, NO, CO, SiO.

2 группа — солеобразующие:

1. Основные — это такие оксиды, которым соответствуют основания. Оксиды металлов, степень окисления которых +1, +2 : Na2O, CaO, CuO, FeO, CrO. Реагируют с избытком кислоты с образованием соли и воды. Основным оксидам соответствуют основания: 1) щелочные металлы; 2) щелочноземельные металлы; 3) некоторые — CrO, MnO, FeO. Типичные реакции основных оксидов:
   • Основный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена).
   • Основный оксид + кислотный оксид → соль (реакция соединения)
   • Основный оксид + вода → щелочь (реакция соединения).
2. Кислотные —— это такие оксиды, которым соответствуют кислоты.Оксиды неметаллов. Оксиды металлов, степень окисления которых > +5: SO2, SO3, P2O5, CrO3, Mn2O7. Реагируют с избытком щелочи с образованием соли и воды. Типичные реакции кислотных оксидов:
   • Кислотный оксид + основание → соль + вода (реакция обмена).
   • Кислотный оксид + основный оксид → соль (реакция соединения).
   • Кислотный оксид + вода → кислота (реакция соединения)
3. Амфотерные — это оксиды, которые в зависимости от условий проявляют основные или кислотные свойства. Оксиды металлов, степень окисления которых +2, +3, +4: BeO, ZnO, Al2O3, Cr2O3, MnO2. Взаимодействуют как с кислотами так и с основаниями. Реагируют с основными и кислотными оксидами. Амфотерные оксиды с водой непосредственно не соединяются. Типичные реакции амфотерных оксидов:
   • Амфотерный оксид + кислота → соль + вода (реакция обмена).
   • Амфотерный оксид + основание → соль + вода или комплексное соединение.

Оксид углерода 2 и 4

Оксид углерода(II) в химическом отношении – инертное вещество. Не реагирует с водой, однако при нагревании с расплавленными щелочами образует соли муравьиной кислоты: CO + NaOH = HCOONa.

• Взаимодействие с кислородом
• При нагревании в кислороде сгорает красивым синим пламенем: 2СО + О2 = 2СО2.
• Взаимодействие с водородом: СО + Н2 = С + Н2О.

Взаимодействие с другими неметаллами. При облучении и в присутствии катализатора взаимодействует с галогенами: СО + Cl2 = COCl2 (фосген). и серой СО + S = COS (карбонилсульфид).

1. Восстановительные свойства
2. СО – энергичный восстановитель. Восстанавливает многие металлы из их оксидов:
3. C+2O + CuO = Сu + C+4O2.
4. Взаимодействие с переходными металлами
5. С переходными металлами образует карбонилы:

• Ni + 4CO = Ni(CO)4;
• Fe + 5CO = Fe(CO)5.

Оксид углерода (IV) (углекислый газ, диоксид углерода, двуокись углерода,угольный ангидрид) — CO2, бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, со слегка кисловатым вкусом. Химически оксид углерода (IV) инертен.

Окислительные свойства

С сильными восстановителями при высоких температурах проявляет окислительные свойства. Углем восстанавливается до угарного газа: С + СО2 = 2СО.

• Магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфере углекислого газа: 2Mg + CO2 = 2MgO + C.
• Свойства кислотного оксида
• Типичный кислотный оксид. Реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты:

• Na2O + CO2 = Na2CO3,
• 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O,
• NaOH + CO2 = NaHCO3.

Качественна реакция — для обнаружения углекислого газа является помутнение известковой воды:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O.

В начале реакции образуется белый осадок, который исчезает при длительном пропускании CO2 через известковую воду, т.к. нерастворимый карбонат кальция переходит в растворимый гидрокарбонат: CaCO3 + H2O + CO2 = Сa(HCO3)2.

Изучай химические свойства

• кислот,
• металлов и неметаллов,
• солей,
• оснований и амфотерных гидроксидов.

Решай с ответами:

• задание 5 по химии
• задание 7 по химии
• задание 10 по химии