Теория и задания по теме "Соединения углерода"

СОЕДИНЕНИЯ УГЛЕРОДА

Оксид углерода(II) – СО

(угарный газ, окись углерода, монооксид углерода)

Физические свойства: бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5—74 % взрывоопасна. 

Получение:

Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO₂). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.

1)     В промышленности (в газогенераторах):

C + O₂ = CO₂↑ 

CO₂ + C = 2CO↑

В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:

С + Н₂О = СО + Н₂                 смесь СО + Н₂ –синтез – газ

2)     В лаборатории - термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H₂SO_4(конц.): 

HCOOH  ^{t˚C, H}₂^SO₄ = H₂O + CO↑­                 H₂C₂O₄ ^t˚C,H₂^SO₄ =  CO↑­ + CO₂↑­ + H₂O

Химические свойства:

При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами, инертен; при нагревании – восстановитель;  несолеобразующий оксид. 

1)     2CO + O₂ ^t˚C =   2CO₂↑

2)     с оксидами металлов:  CO + CuO ^t˚C =  Сu + CO₂↑ 

3)     с хлором (на свету):       CO + Cl₂  ^свет = COCl₂ (фосген – ядовитый газ)

4)*     реагирует с расплавами щелочей (под давлением):

CO + NaOH  =  HCOONa (формиат натрия)

Влияние угарного газа на живые организмы:

Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, вследствие чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечнососудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течение трех минут.

Применение оксида углерода:

Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд.

Закрепление:

1. Закончите уравнения реакций:

CO₂ + C = 

C + H₂O =

СO + O₂ =

CO + Al₂O₃ =

Оксид углерода (IV) СO₂ – углекислый газ

Физические свойства:  газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде - в 1V H₂O растворяется 0,9V CO₂ (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO₂ называется "сухой лёд"); не поддерживает горение.

Получение:

1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности: 

CaCO₃  ^t=1200˚C = CaO + CO_2­↑

2. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –  в лаборатории: 

CaCO_{3 (мрамор)} + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂­↑      

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂↑

3. Сгорание углеродсодержащих веществ:       СН₄ + 2О₂ = 2H₂O + CO₂↑­

4. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение).

­Способы собирания:           

вытеснением воздуха

Почему?

Как распознают углекислый газ? (тлеющая лучинка тухнет)          

Химические свойства:

!!!Кислотный оксид

1) с водой даёт непрочную угольную кислоту:           СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃

2) реагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты:               

Na₂O + CO₂ = Na₂CO₃

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

NaOH + CO_{2(избыток)} = NaHCO₃

3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы:             СO₂ + 2Mg  ^t˚C = 2MgO + C

Качественная реакция на углекислый газ:

Помутнение известковой воды Ca(OH)₂ за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли  CaCO3:              Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O

Применение углекислого газа:

Угольная кислота H₂CO₃ и её соли      

Химические свойства:

!!!Для угольной кислоты характерны все свойства кислот.

1) Диссоциация – двухосновная кислота, диссоциирует слабо в две ступени, индикатор - лакмус краснеет в водном растворе:

H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^-(гидрокарбонат-ион)        HCO₃^- ↔ H⁺ + CO₃^2- (карбонат-ион)

2) с активными металлами:           H₂CO₃ + Ca = CaCO₃ + H₂↑

3) с основными оксидами:               H₂CO₃ + CaO = CaCO₃ + H₂O

4) с основаниями:

H₂CO_3(изб) + NaOH = NaHCO₃ + H₂O

H₂CO₃ + 2NaOH = Na₂CO₃ + 2H₂O

5) Очень непрочная кислота – разлагается.

Физические свойства солей угольной кислоты:

Все карбонаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство из них в воде не растворяются. Гидрокарбонаты растворяются в воде.

Химические свойства солей угольной кислоты:

1) Вступают в реакции обмена с другими растворимыми солями:                  

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃↓ + 2NaCl

2) Разложение гидрокарбонатов при нагревании:

NaHCO₃ ^t˚C = Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑

3) Разложение нерастворимых карбонатов при нагревании:

CaCO₃ ^t˚C = CaO+ CO₂↑

4) Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:

гидрокарбонаты в карбонаты:

Me(HCO₃)_n + Me(OH)_n → MeCO₃+H₂O    Me(HCO₃)_n ^t˚C → MeCO₃↓+H₂O+CO₂↑

карбонаты в гидрокарбонаты:

MeCO₃ + H₂O + CO₂ = Me(HCO₃)_n

5) Качественная реакция на CO₃^2-  карбонат – ион "вскипание" при действии сильной кислоты:    Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO_2­↑

Закрепление:

1.  Закончите уравнения осуществимых химических реакций:

CO₂ + KOH = …

CO + Al = …

H₂CO₃ + K₂SO₄ = …

CO_{2(изб )} + NaOH = …

СO₂ + Na₂O = …

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = …

CO₂ + Ca(OH)₂ = …

CO + CaO = …

CO₂ + H₂SO₄ = …

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂= …

H₂CO₃+ NaCl = …

C + ZnO = ..

2. Осуществите превращения по схеме:

1) Al₄C₃→ CH₄→ CO₂→ CaCO₃→ Ca(HCO₃)₂→ CaCO₃

2) Ca → CaC₂→ Ca (OH)₂→ CaCO₃→ CO₂→ C

3) CO₂ → H₂CO₃ → Na₂CO₃ → CO₂

4) CaCO₃ → CO₂ → NaHCO₃ → Na₂CO₃
3. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель для каждой реакции:

С + О_2(изб) =

С + О_{2(недост)} =

С + H₂ =

C + Ca =

C + Al =

4. Составьте уравнения реакций, протекающих при нагревании угля со следующими оксидами: оксидом железа (III) и оксидом олова (IV).