Уравнение пропускания углекислого газа через известковую воду

Практическая работа 6. Получение оксида углерода (IV) и изучение его свойств. Распознавание карбонатов.

Получение оксида углерода (IV) и изучение его свойств.

1) Поместите в пробирку несколько кусочков мела или мрамора и прилейте немного разбавленной соляной кислоты. Пробирку быстро за кройте пробкой с газоотводной трубкой. Коней трубки поместите в другую пробирку, в которой находится 2-3 мл известковой воды. Несколько минут пропускайте выделяющийся газ через известковую воду.

Что происходит, если на мел (мрамор) действуют соляной кислотой?

Почему при пропускании образующегося газа через раствор известковой воды сначала происходит помутнение, а затем взвесь растворяется?

2) Конец газоотводной трубки выньте из раствора и сполосните в дистиллированной воде. Поместите трубку в пробирку с 2-3 мл дистиллированной воды и пропустите через неё выделяющийся газ. Через не сколько минут выньте трубку из раствора и добавьте к нему несколько капель синего лакмуса. Что наблюдаете?

3) В пробирку налейте 2-3 мл разбавленного раствора гидроксида натрия, добавьте к нему несколько капель фенолфталеина и затем через раствор пропустите выделяющийся газ. Что наблюдаете?

Напишите уравнения всех проведённых реакций в молекулярном, ионном и сокращённом ионном виде.

Распознавание карбонатов.

В трёх пробирках даны кристаллические вещества: сульфат натрия, хлорид цинка, карбонат калия. Определите, какое вещество находится в каждой пробирке.

Сделайте вывод, что является качественной реакцией на карбонат-ионы. Напишите соответствующее уравнение реакции.

Получение оксида углерода (IV) и изучение его свойств.

При взаимодействии мела с соляной кислотой наблюдается выделение газа:
CaCO₃ + 2HCl ⟶ CaCl₂ + H₂O + CO₂↑
CaCO₃ + 2H + + 2Cl — ⟶ Ca 2+ + 2Cl — + H₂O + CO₂↑
CaCO₃ + 2H + ⟶ Ca 2+ + H₂O + CO₂↑

При пропускании выделяющегося газа через известковую воду, наблюдается помутнение раствора:
Ca(OH)₂ + CO₂ ⟶ CaCO₃↓ + H₂O
Ca 2+ + 2OH — + CO₂ ⟶ CaCO₃↓ + H₂O

При дальнейшем пропускании выделяющегося газа мутный раствор становится прозрачным. Это связано с тем, что нерастворимый карбонат кальция, при взаимодействии с углекислым газом, превращается в растворимый гидрокарбонат кальция:
CaCO₃ + H₂O + CO₂ ⟶ Ca(HCO₃)₂
CaCO₃ + H₂O + CO₂ ⟶ Ca 2+ + 2HCO₃ —

При добавлении лакмуса в дистиллированную воду, через которую пропускали углекислый газ, наблюдается окрашивание в красный цвет. Это объясняется тем, что углекислый газ реагирует с водой с образованием слабой угольной кислоты:
H₂O + CO₂ ⇄ H₂CO₃

При добавлении фенолфталеина раствор гидроксида натрия, наблюдается окрашивание раствора в малиновый цвет. При пропускании углекислого газа через этот раствор, происходит его обесцвечивание. Это связано с тем, что гидроксид натрия вступает в реакцию с углекислым газом:
2NaOH + CO₂ ⟶ Na₂CO₃ + H₂O
2Na + + 2OH — + CO₂ ⟶ 2Na + + CO₃ 2- + H₂O
2OH — + CO₂ ⟶ CO₃ 2- + H₂O

Распознавание карбонатов.

В начале добавить соляной кислоты, в пробирке с карбонатом калия выделится газ: K₂CO₃ + 2HCl ⟶ 2KCl + H₂O + CO₂↑

В оставшиеся две пробирки добавить хлорид бария, в пробирке с сульфатом натрия образуется осадок белого цвета: Na₂SO₄ + BaCl₂ ⟶ 2NaCl + BaSO₄↓

В последнюю пробирку добавить гидроксид натрия, если там находится хлорид цинка, то выпадет белый осадок:
ZnCl₂ + 2NaOH ⟶ 2NaCl + Zn(OH)₂↓

Качественной реакцией на карбонат-ионы, является взаимодействие с кислотой, в результате реакции образовывается углекислый газ.

Источник

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Cм. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19, 21/2008;
1, 3, 10, 11, 16, 21/2009;

10-й класс (первый год обучения)

Углерод и его соединения

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.

2. Краткая история открытия и происхождение названия.

3. Физические свойства. Аллотропные модификации углерода.

4. Химические свойства.

5. Нахождение в природе.

6. Основные методы получения.

7. Важнейшие соединения углерода (угарный газ, углекислый газ, угольная кислота и ее соли).

Углерод находится в главной подгруппе IV группы периодической системы химических элементов. Электронная формула атома углерода имеет вид 1s 2 2s 2 p 2 , это р-элемент, проявляющий неметаллические свойства. В невозбужденном состоянии углерод проявляет валентность II, при переходе в возбужденное состояние – IV. Характерные степени окисления в соединениях –4, +2, +4, например: .

С: 1s 2 2s 2 2p 2 (валентность II),

С*: 1s 2 2s 1 2p 3 (валентность IV).

Характерной особенностью углерода является его способность к образованию углерод-углеродных цепей, что обуславливает существование органических молекул. Для органических соединений понятие степени окисления является очень условным, например:

Русское название углерода означает “рождающий уголь”. Латинское название carboneum также означает “уголь”.

Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а

Химический элемент углерод в виде простого вещества образует несколько аллотропных модификаций.

Алмаз – аллотропная модификация углерода, существующая в природе и полученная искусственным путем. По внешнему виду это прозрачные кристаллы высокой твердости. После обработки природных алмазов получают драгоценный камень – бриллиант. Кристаллическая решетка алмаза имеет тетраэдрическое строение, расстояние между всеми атомами углерода одинаковое, что обусловлено их sp 3 -гибридизацией. В кристаллической решетке алмаза отсутствуют свободные электроны, поэтому алмаз не проводит электрического тока. Химическая активность алмаза ниже активности другой аллотропной модификации углерода – графита.

Графит – мягкое темно-серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь. Графит легко измельчается (порошок графита называется сажей). Кристаллическая решетка графита имеет слоистое строение и состоит из слоев правильных шестиугольников, конденсированных по всем сторонам. Атомы углерода в графите находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. В образовании химических связей участвуют три электрона атома углерода, а четвертый электрон остается относительно свободным, что обеспечивает высокую электропроводность графита.

Карбин – аллотропная модификация углерода, очень редко встречающаяся в природе. Это полимер, состоящий из линейных макромолекул, атомы углерода находятся в состоянии sp-гибридизации. Карбин – прозрачное и бесцветное вещество, полупроводник. В химическом отношении менее активен, чем графит. Широкого применения не имеет.

Фуллерен – порошок темного цвета (после очистки перекристаллизацией – желтые кристаллы), полупроводник. В природе эта аллотропная модификация углерода не встречается, получена искусственным путем, в настоящее время изучаются свойства фуллерена. Состоит из молекул состава С₆₀ или С₇₀, атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. Объемная молекула фуллерена имеет полициклическое строение, по внешнему виду напоминает футбольный мяч.

Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а

В химическом отношении углерод при обычных условиях малоактивен, но при нагревании реагирует со многими простыми и сложными веществами. В реакциях углерод может быть как восстановителем, так и окислителем.

C + 2H₂ CH₄.

C + O₂ CO₂,

2C + O₂ 2CO.

4Al + 3C Al₄C₃,

2C + Ca CaC₂,

Ag, Au, Pt + реакция не идет.

С + 2S CS₂,

C + 2F₂ CF₄.

С + Н₂О (г. ) CO + H₂.

2PbO + C 2Pb + CO₂,

CaO + C Ca + CO,

CaO + 3C (кокс) CaC₂ + CO.

С + 2H₂SO₄ (конц.) = CO₂ + 2SO₂ + 2H₂O,

С + 4HNO₃ (конц.) = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O,

3С + 4HNO₃ (разб.) = 3CO₂ + 4NO + 2H₂O.

В природе углерод встречается как в виде простого вещества (см. аллотропные модификации), так и в виде соединений, важнейшими из которых являются: мел, мрамор, известняк (CaCO₃), доломит (CaCO₃•MgCO₃) и др. В атмосфере углерод содержится в виде угарного и углекислого газов. Соединения углерода – основные компоненты природного топлива. Кроме того, все органические соединения являются соединениями углерода.

В а ж н е й ш и е с о е д и н е н и я у г л е р о д а

Оксид углерода(II), или угарный газ (СО). Газ без цвета, вкуса и запаха, легче воздуха, плохо растворим в воде, токсичен. Термически устойчив. Атомы в молекуле угарного газа связаны двумя видами ковалентной связи: ковалентной полярной и донорно-акцепторной (кислород является донором, углерод – акцептором):

По химическим свойствам угарный газ является несолеобразующим оксидом, химически достаточно пассивен. При повышенной температуре оксид углерода(II) взаимодействует с кислородом и оксидами металлов, являясь сильным восстановителем, например:

2CO + O₂ 2CO₂,

CO + MgO Mg + CO₂.

При пропускании смеси угарного газа и хлора через слой активированного угля можно получить ядовитый газ фосген (химическое оружие, вызывает паралич дыхательных путей):

CO + Cl₂ COCl₂.

При нагревании монооксида углерода с водородом в присутствии катализатора при повышенном давлении образуется метиловый спирт:

CO + 2H₂ CH₃OH.

При пропускании угарного газа через расплав щелочи при высоком давлении образуется соль муравьиной кислоты, поэтому формально монооксид углерода можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты:

CO + KOH (расплав) HCOOK.

Лабораторный метод получения угарного газа – разложение муравьиной кислоты при нагревании в присутствии дегидратирующего агента:

HCOOH CO + H₂O.

Кроме того, угарный газ можно получить неполным сжиганием кокса или восстановлением углекислого газа раскаленным коксом (t > 1000 °С):

2C + O₂ 2CO,

CO₂ + С 2CO.

Оксид углерода(IV), или углекислый газ (СО₂). Газ без цвета, вкуса и запаха, тяжелее воздуха, растворим в воде (88 объемов углекислого газа в 100 объемах воды), не поддерживает горения и дыхания (правда, в атмосфере углекислого газа могут гореть некоторые активные металлы, отнимая кислород, например магний):

CO₂ + 2Mg 2MgO + C.

В молекуле CO₂ атом углерода образует две -связи c атомами кислорода. В образовании -связей принимают участие две гибридные sp-орбитали. Поэтому молекула углекислого газа имеет линейное строение, неполярна:

В химическом отношении диоксид углерода проявляет все свойства кислотного оксида:

CO₂ + H₂O H₂CO₃,

CO₂ + CaO CaCO₃,

Качественная реакция на углекислый газ – пропускание его через известковую или баритовую воду:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O,

аналогично протекает реакция с Ba(OH)₂.

Углекислый газ можно получить разложением известняка:

CaCO₃ CaO + CO₂,

действием на карбонаты металлов растворами сильных минеральных кислот:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂,

при полном сжигании кокса:

C + O₂ CO₂.

Угольная кислота (H₂CO₃) и ее соли. Угольная кислота – слабая двухосновная кислота, в свободном виде не получена, существует только в растворе. Молекула имеет полярное строение, атомы углерода в sp 2 -гибридизации. Термически неустойчива, проявляет все свойства, характерные для слабых кислот (даже органические кислоты вытесняют угольную из ее солей):

H₂CO₃ H₂O + CO₂,

H₂CO₃ + Zn = ZnCO₃ + H₂,

Угольная кислота, как двухосновная, образует два типа солей: карбонаты и гидрокарбонаты:

Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, разлагаются при нагревании, например:

MgCO₃ MgO + CO₂,

но Na₂CO₃ .

Качественной реакцией на карбонаты и гидрокарбонаты является их взаимодействие с растворами сильных минеральных кислот, например:

Na₂CO₃ + 2HCl = NaCl + H₂O + CO₂,

NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂.

Тест по теме “Углерод и его соединения”

1. Углерод восстанавливает концентрированную азотную кислоту до соединения:

б) оксид азота(II);

в) оксид азота(IV);

2. При насыщении известковой воды углекислым газом вначале выпадает осадок массой 20 г, который затем полностью растворяется. Минимальный объем (в л) газа при н.у., который необходим для этого, равен:

а) 4,48; б) 22,4; в) 11,2; г) 8,96.

3. Углерод может необратимо взаимодействовать с:

а) кальцием; б) оксидом кальция;

в) водородом; г) серой.

4. Сколько электронов участвует в образовании химических связей в молекуле углекислого газа?

а) 8; б) 6; в) 4; г) 2.

5. Какие газы тяжелее воздуха?

а) Угарный газ; б) углекислый газ;

в) фосген; г) метан.

6. Сумма коэффициентов в уравнении реакции взаимодействия углерода с концентрированной серной кислотой равна:

а) 6; б) 8; в) 5; г) реакция невозможна.

7. Какие кислоты способны вытеснить угольную кислоту из раствора ее соли?

а) Соляная; б) уксусная;

в) дихромовая; г) кремниевая.

8. Образец газа массой 112 г при н.у. занимает объем 89,6 л. Определите газ.

а) Кислород; б) азот;

в) углекислый газ; г) угарный газ.

9. В молекуле угольной кислоты число -связей равно:

а) 1; б) 3; в) 5; г) 6.

10. В результате реакции

поглотилось 5,1 кДж теплоты. Объем (в л) выделившегося углекислого газа (н.у.) равен:

а) 11,2; б) 1,12; в) 2,24; г) 22,4.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
в	г	а, б, г	а	б, в	б	а, б, в	б, г	в	б

Задачи и упражнения на углерод и его соединения

Ц е п о ч к и п р е в р а щ е н и й

1. Углерод —> метан —> угарный газ —> углекислый газ —> карбонат кальция —> гидрокарбонат кальция —> углекислый газ —> угарный газ.

2. Оксид кальция —> карбид кальция —> гидроксид кальция —> гидрокарбонат кальция —> карбонат кальция —> оксид кальция.

3. Угольная кислота —> углекислый газ —> угарный газ (+ оксид железа(II)) —> А (+ вода, + карбонат бария) —> В —> углекислый газ.

У р о в е н ь А

1. Рассчитайте среднюю молярную массу и плотность по диоксиду углерода смеси газов, содержащей по объему 38 % фосгена и 62 % углекислого газа (н.у.).

2. После прокаливания смеси карбонатов магния и кальция масса выделившегося газа оказалась в 1,1 раза меньше массы твердого остатка. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Ответ. (MgCO₃) = 43,3 %;
(CaCO₃) = 56,7 %.

3. Через известковую воду пропустили 1,344 л (н.у.) смеси оксидов углерода. Выпавший осадок отфильтровали и прокалили. Масса полученного вещества составила 1,4 г. Определите массу исходной газовой смеси и ее относительную плотность по воздуху.

При пропускании смеси СО и СО₂ через раствор Са(ОН)₂

СО не реагирует с Са(ОН)₂:

При прокаливании СаСО₃ образуется СаО:

Количество вещества в смеси СО и СО₂:

(смеси) = V/V_M = 1,344 / 22,4 = 0,06 моль;

(СaO) = m(CaO) / M(CaO) = 1,4 / 56 = 0,025 моль.

Из уравнений (2) и (3) следует:

(СaO) = (СaCO₃) = (СO₂).

Количество взятого СO₂ (реакция 2) составляет:

(СO₂) = 0,025 моль, тогда

(СO) = 0,06 – 0,025 = 0,035 моль.

m(CO₂) = M(CO₂) • (СO₂) = 44?0,025 = 1,1 г,

m(CO) = M(CO) • (СO) = 28?0,035 = 0,98 г,

m(смеси СО и CO₂) = 1,1 + 0,98 = 2,08 г.

M_ср = m(смеси) / • (смеси) = 2,08 / 0,06 = 34,7 г/моль.

4. Углекислый газ, полученный при полном сгорании 4,48 л метана (н.у.), полностью поглотили 200 г 7%-го раствора гидроксида натрия. Определите состав полученного раствора.

5. 400 г смеси карбоната и гидрокарбоната натрия прокалили при 300 °С до постоянной массы, равной 276 г. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

6. Вычислите объем углекислого газа, который добавили к 5,6 л угарного газа, если известно, что число электронов в полученной смеси стало в 14,5 раз больше числа Авогадро. Объемы газов измерены при н.у.

7. При разложении смеси карбонатов магния и кальция массой 14,2 г выделилось 3,36 л (н.у.) углекислого газа. Определите массовые доли карбонатов в исходной смеси.

1. Растворение образца карбоната кальция в соляной кислоте при 18 °С заканчивается через 90 с, а при 38 °С такой же образец соли растворяется за 10 с. За какое время данный образец карбоната кальция растворится при 48 °С?

2. Углекислый газ, образовавшийся при сжигании 15 г угля, содержащего 20 % негорючих примесей, пропущен через 480 г 10%-го раствора гидроксида натрия. Рассчитайте массовые доли образовавшихся в растворе солей.

3. Для полного осаждения карбоната кальция к 100 г 10,6%-го раствора карбоната натрия добавили 22,2%-й раствор хлорида кальция. Какую массу воды необходимо удалить из фильтрата, чтобы получить 20%-й раствор хлорида натрия?

Уравнение протекающей реакции:

Na₂CO₃ + CaCl₂ = CaCO₃ + 2NaCl.

Определим количество вещества исходного Na₂CO₃:

(Na₂CO₃) = m(р-ра Na₂CO₃)•(Na₂CO₃) / M(Na₂CO₃) = 100•0,106/106 = 0,1 моль.

Из уравнения реакции:

(CaCl₂) = (Na₂CO₃) = 0,1 моль,

(CaCO₃) = 0,1 моль, (NaCl) = 0,2 моль.

m(СaCl₂) = (CaCl₂)•M(CaCl₂) = 0,1•111 = 11,1 г.

Найдем массу добавленного раствора CaCl₂:

m(р-ра CaCl₂) = m(CaCl₂) / (CaCl₂) = 11,1 / 0,222 = 50 г.

m(NaCl) = (NaCl)•M(NaCl) = 0,2•58,5 = 11,7 г.

По условию задачи в полученном растворе:

(NaCl) = 0,2 = m(NaCl) / m(р-ра),

m(р-ра) = 11,7 / 0,2 = 58,5 г.

m(CaCO₃) = (CaCO₃)•M(CaCO₃) = 0,1•100 = 10 г.

Определяем массу удаленной воды:

Ответ. 81,5 г воды.

4. Найдите массу раствора с массовой долей карбоната натрия 5 % и массу декагидрата карбоната натрия, которые потребуются для приготовления 200 г 10%-го раствора карбоната натрия.

5. Плотности по воздуху паров хлорида и бромида одного и того же элемента равны соответственно 5,31 и 11,45. Какой элемент входит в указанные галогениды?

6. При длительном прокаливании некоторой массы гидрокарбоната двухвалентного металла выделилось 17,92 л газа (н.у.), а масса оставшегося вещества составила 31,8 г. Определите состав и массу исходного гидрокарбоната.

К а ч е с т в е н н ы е з а д а ч и

1. С какими из перечисленных ниже соединений будет реагировать углекислый газ: негашеная известь, гашеная известь, каустическая сода, кристаллическая сода, магний, серная кислота, серный ангидрид. Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

Ответ. Уравнения реакций:

CaO + CO₂ СaCO₃;

Mg + CO₂ MgO + CO;

H₂SO₄ + CO₂ . ;

SO₃ + CO₂ .

2. Вещество А, входящее в состав одного из самых распространенных в земной коре минералов, разлагается при высокой температуре на два оксида, один из которых В всегда образуется в процессе жизнедеятельности. При взаимодействии вещества В с графитом при нагревании получается токсичный для теплокровных животных газ С, без цвета и запаха, горючий. Идентифицируйте вещества, составьте уравнения реакций.

Ответ. Вещества: А – СaCO₃, В – СО₂, C – CO.

СaCO₃ CaO + CO₂,

CO₂ + C 2CO.

3. При пропускании бесцветного газа А без запаха над простым веществом В при высокой температуре образуется только одно вещество С, которое восстанавливает оксид D черного цвета до красного металла Е. Идентифицируйте вещества, составьте уравнения реакций.

Ответ. Вещества: А – CO₂, В – С,

C – CO, D – CuO, E – Cu.

CO₂ + C 2CO,

CuO + CO Сu + CO₂.

4. При нагревании соли А, используемой в пищевой отрасли промышленности, образуется соль В и бесцветный газ без запаха С. При действии на соль В соляной кислоты выделяется газ С. Идентифицируйте вещества, составьте уравнения реакций.

2NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂,

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaСl + H₂O + CO₂.

* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.

Источник