Реакция оксида углерода (ii) и кислорода
Условия: комнатная температура, катализатор MnO2 или CuO или сжигание на воздухе
В результате реакции оксида углерода (ii) (CO) и кислорода (O) образуется оксид углерода (iv) (CO)
Оксид углерода (II)
1. Строение молекулы и физические свойства
2. Способы получения
3. Химические свойства
3.1. Взаимодействие с кислородом
3.2. Взаимодействие с хлором
3.3. Взаимодействие с водородом
3.4. Взаимодействие с щелочами
3.5. Взаимодействие с оксидами металлов
3.6. Взаимодействие с прочими окислителями
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:
В лаборатории угарный газ можно получить действием концентрированной серной кислоты на муравьиную или щавелевую кислоты:
НСООН → CO + HO
HCO → CO + CO + HO
В промышленностиуголь:
C + O → CO
CO + 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:
СН + НO → СО + 3Н
Также возможна паровая конверсия угля:
C + H+O → CO + H
Угарный газ в промышленности также можно получать неполным окислением метана:
2СН+О → 2СО + 4Н
2СO + O → 2CO
CO + Cl → COCl
Например, под давлением больше 20 атмосфер, при температуре 350°C и под действием катализатора угарный газ реагирует с водородом с образованием метанола:
СО + 2Н → СНОН
Например, угарный газ реагирует с гидроксидом натрия с образованием формиата натрия:
CO + NaOH → HCOONa
Например, оксид углерода (II) реагирует с оксидом железа (III) с образованием железа и углекислого газа:
3CO + FeO → 2Fe + 3CO
Оксиды меди (II) и никеля (II) также восстанавливаются угарным газом:
СО + CuO → Cu + CO
СО + NiO → Ni + CO
Например, пероксидом натрия:
CO + NaO → NaCO
CO (g) + O (g) CO (g)
Это окислительно-восстановительная (редокс) реакция:
CII - e- CIV (окисление)
O + e- O-II (восстановле́ние)
CO является восстановителем, O является окислителем
Реактанты:
• CO
• Названия: Монооксид углерода , Окись углерода , Оксид углерода (II) ... показать большеУгарный газ , Моноксид углерода , Равновесие Будуара , Углерода окись , Carbon monoxide , CO , Оксид углерода(II) , УГАРНЫЙ ГАЗ показать меньше
• Внешность (состояние): Бесцветный газ ; Не имеющий запаха не имеющий вкуса бесцветный сжатый газ
• O
• Названия: Молекулярный кислород , Кислород , Кислород (жидкий) , Дикислород
• Внешность (состояние): Не имеющий запаха сжатый газ ; Сжиженный газ. от бесцветной до синего цвета особая холодная жидкость
Продукты:
• CO – Диоксид углерода
• Другие названия: Углекислый газ , Углекислота , Двуокись углерода ... показать большеСухой лёд (в твёрдом состоянии) , Оксид углерода(IV) , Угольный ангидрид показать меньше
• Внешность (состояние): Бесцветный газ ; Не имеющий запаха бесцветный сжатый сжиженный газ
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 nsnp:
• C - 2s2p
• Si - 3s3p
• Ge - 4s4p
• Sn - 5s5p
• Pb - 6s6p
Природные соединения
В природе углерод встречается в виде следующих соединений:
• Аллотропных модификаций - графит, алмаз, фуллерен
• MgCO - магнезит
• CaCO - кальцит (мел, мрамор)
• CaCO*MgCO - доломит
Получение
Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз - нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений: древесины и каменного угля.
CH → (t) C + H (пиролиз этана)
Химические свойства
• Реакции с неметаллами
При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.
C + H → (t) CH (метан)
2С + O → (t) 2CO (угарный газ - продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)
С + O → (t) CO (углекислый газ - продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)
С + F → (t) CF
• Реакции с металлами
При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные степени окисления.
Ca + C → CaC (карбид кальция, СО углерода = -1)
Al + C → AlC (карбид алюминий, СО углерода -4)
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:
FeO + C → Fe + CO
ZnO + C → Zn + CO
FeO + C → Fe + CO
Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:
SiO + C → (t) Si + CO
Может восстановить и собственный оксид:
CO + C → CO
• Реакция с водой
Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца - крайне важна в промышленности:
C + HO → CO↑ + H↑
• Реакции с кислотами
В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:
C + HNO3(конц.) → (t) CO + NO + HO
C + HNO → CO + NO + HO
C + HSO4(конц.) → CO + SO + HO
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
CO + C → (t) CO
C + HO → (t) CO + H
В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:
HCOOH → (HSO) CO + HO
Химические свойства
Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.
CO + O → CO
FeO + CO → Fe + CO
FeO + CO → Fe + CO
Образование карбонилов - чрезвычайно токсичных веществ.
Fe + CO → (t) Fe(CO)
Оксид углерода IV - CO
Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте HCO. Бесцветный газ, без запаха.
Получение
В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.
CaCO → (t) CaO + CO↑
CHO → CHOH + CO↑
В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.
CaCO + HCl → CaCl + HO + CO↑
Углекислый газ образуется при горении органических веществ:
CH + O → CO + HO
Химические свойства
• Реакция с водой
В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.
CO + HO ⇄ HCO
• 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 + CO → KCO + HO (соотношение основание - кислотный оксид 2:1)
KOH + CO → KHCO (соотношение основание - кислотный оксид 1:1)
NaO + CO → NaCO
• Окислительные свойства
При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.
Zn + CO → (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.
MgCO + HCl → MgCl + CO↑ + HO
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.
Ca(OH) + CO → CaCO (осадок выпадает)
CaCO + HO + CO → Ca(HCO) (осадок растворяется)
• Средние и кислые соли
Чтобы сделать из средней соли (карбоната) - кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу HCO - ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.
LiCO + CO + HO → LiHCO (средняя соль + кислота = кислая соль)
Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.
LiHCO + LiOH → LiCO + HO
• Нагревание солей угольной кислоты
При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты - на карбонат металла, углекислый газ и воду.
MgCO → (t) MgO + CO
KHCO → (t) KCO + CO↑ + HO
Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Беллевичу Юрию
Уравнение реакции взаимодействия оксида углерода (II) и кислорода:
2CO + O → 2CO (kat = MnO, CuO).
В ходе реакции при стандартных условиях выделяется тепловая энергия (теплота) 1132 кДж.
Термохимическое уравнение этой реакции имеет следующий вид:
2CO + O = 2CO + 1132 кДж, ΔH = -566 кДж/моль.
Найти что-нибудь еще?
Коэффициент востребованности
Угарный газ и кислород вступают в реакцию взаимодействия при комнатной температуре, катализатором может выступать диоксид марганца или оксид меди (II). Уравнение реакции имеет вид:
. Полярные адсорбенты ( на поверхности в присутствия воды переходят в силанольные , при этом изменяются свойства поверхности и результаты становится невоспроизводимыми.
Для ВЭЖХ применяют полярные сорбенты с привитыми полярными группами (амины, диолы и др.), что позволяет менять селективностъ, подбирая подходящий элюент. Неполярные адсорбенты (графитированная сажа, кизельгур, диатомит) не проявляют селективности к полярным молекулам. Используют также сорбенты с привитыми неполярными фазами, например силикагель с алкилсилильными группами от до
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+O+C+O=tCu+C+O.
Оксид углерода(\(II\)) горит на воздухе голубым пламенем:
2C+O+O=t2C+O−.
В реакции выделяется большое количество тепла.
Оксид углерода(\(IV\)), или углекислый газ
Оксид углерода(\(IV\)) CO — 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 CO). 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:
CO+HO⇄HCO.
В реакциях с основными оксидами и щелочами образуются карбонаты:
CO+CaO=CaCO,
CO+2NaOH=NaCO+HO.
При взаимодействии щёлочи с избытком углекислого газа образуются гидрокарбонаты:
CO+NaOH=NaHCO.
В углекислом газе степень окисления углерода максимальная, поэтому он может проявлять окислительные свойства. Так, магний горит в атмосфере углекислого газа:
C+O+Mg=tMg+O+C.
Получение:
• в лаборатории углекислый газ получают действием кислот на карбонаты:
CaCO+2HCl=CaCl+HO+CO.
• В промышленности для его получения используют обжиг известняка:
CaCO=tCaO+CO.
В природе углекислый газ образуется при дыхании и сгорании топлива, при гниении и тлении органических веществ, а поглощается растениями в процессе фотосинтеза.
Применение
Угарный газ используется:
• в качестве топлива;
• как восстановитель в производстве чугуна;
• для получения метанола.
Углекислый газ применяется:
Источники:
Рис. 1. Сухой лёд ЯКласс