Урок посвящен изучению свойств и способов получения некоторых неорганических соединений углерода. В нем рассмотрены такие вещества, как оксид углерода (II) (или угарный газ), оксид углерода (IV) (или углекислый газ), угольная кислота, а также карбонаты и гидрокарбонаты.
I. 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.
Строение молекулы:
Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, образованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):
В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких температурах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.
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.
C + O = CO + 402 кДж
CO + C = 2CO – 175 кДж
С + НО = СО + Н – Q,
смесь СО + Н – называется синтез – газом.
2) В лаборатории - термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии HSO(конц.):
HCOOH t˚C, H2SO4 → HO + CO
HCO t˚C,H2SO4→ CO + CO + HO
Химические свойства:
При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель;
CO - несолеобразующий оксид
1) Взаимодействие с кислородом: 2CO + O t˚C → 2CO↑
2) Взаимодействие с оксидами металлов: CO + MexOy = CO + Me
CO + CuO t˚C → Сu + CO↑
3) Взаимодействие с хлором (на свету)
CO + Cl свет → COCl2 (фосген – ядовитый газ)
4)* Взаимодействие с расплавами щелочей (под давлением)
CO + NaOH P → 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, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые 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 течении трех минут.
Применение оксида углерода:
II. Оксид углерода (IV) СO – углекислый газ
Учебный видео-фильм: “Углекислый газ”
Физические свойства:
Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде - в 1V HO растворяется 0,9V CO2 (при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO называется "сухой лёд"); не поддерживает горение. При обычной температуре и высоком давлении диоксид углерода сжижается. При его испарении поглощается так много теплоты, что часть оксида углерода (IV)превращается в снегообразную массу – «сухой лед» (Рис. 1).
Рис. 1. Сухой лед
Благодаря тому, что оксид углерода (IV) не поддерживает горения, им заполняют огнетушители.
Строение молекулы:
Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы - O=C=O
Все четыре связи ковалентые полярные.
Получение:
1. Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности:
CaCO t=1200˚C→ CaO + CO
2. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –
CaCO3 (мрамор) + 2HCl → CaCl + HO + CO
NaHCO + HCl → NaCl + HO + CO
Способы собирания: вытеснением воздуха
3. Сгорание углеродсодержащих веществ:
СН + 2О → 2HO + CO
4. При медленном окислении в биохимических процессах (дыхание, гниение, брожение)
Химические свойства:
Кислотный оксид:
1) С водой даёт непрочную угольную кислоту:
СО + НО ↔ НСО
2)Рреагирует с основными оксидами и основаниями, образуя соли угольной кислоты:
NaO + CO → NaCO
2NaOH + CO → NaCO + HO
NaOH + CO (избыток) → NaHCO
3) При повышенной температуре может проявлять окислительные свойства – окисляет металлы: -СO2 + Me = MexOy + C
СO + 2Mg t˚C→ 2MgO + C
Качественная реакция на углекислый газ:
Помутнение известковой воды Ca(OH) за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO:
Ca(OH) + CO → CaCO ↓+ HO
III. Угольная кислота и её соли
Химическая формула - HCO
Структурная формула – все связи ковалентные полярные:
Кислота слабая, существует только в водном растворе, очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду:
CO + HO ↔ HCO3
Химические свойства:
Для угольной кислоты характерны все свойства кислот.
1) Диссоциация – двухосновная кислота, диссоциирует слабо в две ступени, индикатор - лакмус краснеет в водном растворе:
HCO ↔ H+ + HCO-(гидрокарбонат-ион)
HCO- ↔ H+ + CO2- (карбонат-ион)
2) с активными металлами
HCO + Ca = CaCO + H↑
3) с основными оксидами
HCO + CaO = CaCO + HO
4) с основаниями
HCO(изб) + NaOH = NaHCO + HO
HCO + 2NaOH = NaCO + 2HO
5) Очень непрочная кислота – разлагается
Соли угольной кислоты – карбонаты и гидрокарбонаты
Угольная кислота образует два ряда солей:
В природе встречаются:
CaCO
Мел Мрамор Известняк
NaHCO – питьевая сода
KCO(поташ, в золе растений)
NaCO – сода, кальцинированная сода
NaCO3 x 10HO – кристаллическая сода
Физические свойства:
Все карбонаты – твёрдые кристаллические вещества. Большинство из них в воде не растворяются. Гидрокарбонаты растворяются в воде.
Химические свойства солей угольной кислоты:
Общие свойства солей:
1) Вступают в реакции обмена с другими растворимыми солями
NaCO + CaCl = CaCO↓ + 2NaCl
2) Разложение гидрокарбонатов при нагревании
NaHCO t˚C → NaCO + HO + CO↑
3) Разложение нерастворимых карбонатов при нагревании
CaCO t˚C → CaO+ CO↑
4) Карбонаты и гидрокарбонаты могут превращаться друг в друга:
гидрокарбонаты в карбонаты
Me(HCO)n + Me(OH)n → MeCO+HO
Me(HCO)n t˚C → MeCO↓+HO+CO↑
карбонаты в гидрокарбонаты
MeCO+HO+CO= Me(HCO)n
Специфические свойства:
1) Качественная реакция на CO2- карбонат – ион "вскипание" при действии сильной кислоты:
NaCO + 2HCl = 2NaCl + HO + CO↑
IV. Задания для закрепления
Задание №1. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс для каждой из реакций, укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель:
CO + C =
C + H 2 O =
С O + O =
CO + AlO =
Задание №2. Вычислите количество энергии, которое необходимо для получения 448 л угарного газа согласно термохимическому уравнению
CO + C = 2CO – 175 кДж
Задание №3. Закончите уравнения осуществимых химических реакций:
CO + KOH =
CO + Al =
HCO+ KSO =
CO( изб ) + NaOH =
С O+ NaO =
CaCO+ CO + HO =
CO+ Ca(OH) =
CO + CaO =
CO+ HSO =
Ca(HCO)+ Ca(OH)=
HCO+ NaCl =
C + ZnO =
Задание №4. Осуществите превращения по схеме:
1) AlC→ CH→ CO→ CaCO→ Ca(HCO)→ CaCO
2) Ca → CaC→ Ca(OH)→ CaCO→ CO→ C
3) CO → HCO3 → NaCO → CO
4) CaCO → CO → NaHCO → NaCO
Задание №5. Решите задачи
1.Какой объём углекислого газа выделится при обжиге карбоната кальция массой 200 г
2. Сколько угольной кислоты можно получить при взаимодействии 2 л углекислого газа (н.у.) с водой, если выход кислоты составил 90% по сравнению с теоретическим.
ЦОРы
Угарный газ – это оксид углерода (СО), образуется при неполном сгорании веществ, содержащих углерод, бесцветный газ без запаха, горит синим пламенем.
Отравление угарным газом является причиной 50% случаев гибели при пожарах. Порой мы читаем в хронике трагических событий: например, сгорел дом в деревне, не проснувшись, погибли люди. Возникает вопрос: ну как так можно крепко спать и не проснуться, когда пламя пожара лижет пятки? Но люди, оказывается, сначала «угорели», погибли от отравления.
Отравления оксидом углерода возможны в закрытых и плохо вентилируемых гаражах, в автомобилях, стоящих с работающими двигателями.
Бытовыми источниками оксида углерода являются обычные печи, неисправная газовая аппаратура, пожары и табачный дым. В табачном дыме его содержится 05-1 %. В кухне при горении 3 горелок в течение 2 часов концентрация СО увеличивается в 11 раз. Бытовые отравления угарным газом занимают ведущее место среди ингаляционных отравлений, а смертельные исходы при них составляют 17,5% от общего количества смертельных отравлений.
Острое отравление оксидом углерода может быть в молниеносным, а может протекать в замедленной форме. Молниеносная форма отравления развивается при очень высоких концентрациях СО: человек моментально теряет сознание и буквально в первые же секунды погибает.
При отравлении в легкой степени тяжести возникают сильная головная боль, головокружение, шум в ушах, сердцебиение, одышка, тошнота, шаткая – как у пьяного – походка, зрачки расширены. В более тяжелых случаях появляется оцепенелость, сонливость, затемнение сознания и весьма характерный признак – резкая мышечная слабость, особенно в нижних конечностях, причем она настолько велика, что отравленный не в состоянии самостоятельно встать и выйти из помещения.
Пострадавшего необходимо быстро вынести из загазованной атмосферы, освободить от одежды, стесняющей дыхание, обеспечить покой, согреть.
Владислав Скориков
Из предложенного перечня типов реакций выберите все, которые характеризуют горение угарного газа в воздухе.
1) реакция замещения
2) окислительно-восстановительная
3) гетерогенная
4) обратимая
5) реакция соединения
Запишите в поле ответа номера выбранных типов реакций.
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