Уравнение реакции угля с водой

«Уголь плюс вода»

Вещества, о которых дальше пойдет речь, по своему составу являются как бы соединением угля с водой, за что они и были названы углеводами. (Заметим, что с 1844 г., когда этот термин был предложен, стало известно много углеводов, не отвечающих этой формуле, но название осталось; другое общепринятое название этого класса соединений — сахара.) Состав подавляющего большинства таких соединений можно выразить общей формулой С_n(Н₂0)_m.

Но как же объединяются в одной молекуле атомы углерода и молекулы воды? Рассмотрим этот вопрос на примере одного из самых распространенных углеводов — глюкозы.

Итак, попробуем «установить» строение молекулы глюкозы. Ее формула С₆Н₁₂О₆. Если действовать на глюкозу уксусным ангидридом, то в реакцию вступает пять молекул ангидрида на одну молекулу глюкозы и образуется сложный эфир. Отсюда вывод — в молекуле глюкозы содержатся пять гидроксильных групп, т. е. это пяти атомный спирт.

Будем далее исследовать глюкозу. Глюкоза является восстановителем, дает реакцию серебряного зеркала (восстанавливает соли серебра), а сама при осторожном окислении образует одноосновную глюконовую кислоту. Отсюда второй вывод — в молекуле глюкозы присутствует альдегидная группа.

Если подействовать на глюкозу йодистым водородом, то получается 2-йодгексан. Третий вывод — в молекуле глюкозы нормальный, т. е. не разветвленный углеводородный скелет. Этих данных достаточно, чтобы построить структурную формулу глюкозы. Это пяти атомный альдегидоспирт:

Реакции, подтверждающие строение глюкозы (D — формы)

Однако продолжим наши эксперименты. Попробуем выполнить другие реакции, характерные для альдегидной группы. Так, альдегиды образуют соединения с бисульфитом NaHSO₃, дают окрашивание с фуксинсернистой кислотой. Глюкоза таких реакций не дает. Нагреем глюкозу с метиловым спиртом в присутствии сухого хлористого водорода. Образуется простой эфир, но в реакции участвует лишь один гидроксил из пяти. Значит, этот гидроксил чем-то отличается от остальных.

Все эти непонятные, казалось бы, особенности можно объяснить таким образом. Глюкоза существует в виде двух форм: альдегидной и циклической. В первой форме в явном виде присутствует альдегидная группа, она и восстанавливает серебро, она и окисляется в карбоксильную группу. Однако доля этой формы в растворе невелика, и поэтому не идет реакция ни с бисульфитом, ни с фуксинсернистой кислотой. В то же время в циклической форме один из гидроксилов имеет особое, привилегированное положение — он присоединен к атому углерода, который связан еще с одним атомом кислорода. Именно этот гидроксил и образует производное с метиловым спиртом. Этот гидроксил имеет и еще одну интересную особенность — он может находиться внизу или вверху от шестичленного кольца (считаем, что кольцо располагается всегда так, что кислород, входящий в кольцо, находится в дальнем от нас правом углу). Первая форма обозначается буквой α, вторая — β.

Источник

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 ns 2 np 2 :

C — 2s 2 2p 2
Si — 3s 2 3p 2
Ge — 4s 2 4p 2
Sn — 5s 2 5p 2
Pb — 6s 2 6p 2

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.

Химические свойства

При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

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)

Реакции с металлами

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

Ca + C → CaC₂ (карбид кальция, СО углерода = -1)

Al + C → Al₄C₃ (карбид алюминий, СО углерода -4)

Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их оксидов:

Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

SiO₂ + C → (t) Si + CO

Может восстановить и собственный оксид:

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

Реакции с кислотами

В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

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.

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

FeO + CO → Fe + CO₂

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Оксид углерода IV — CO₂

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

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

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

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)

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.

Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного газа без запаха.

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.

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.

Нагревание солей угольной кислоты

При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Реакции, взаимодействие углерода. Уравнения реакции углерода с веществами

Реакции, взаимодействие углерода. Уравнения реакции углерода с веществами.

Углерод реагирует, взаимодействует с неметаллами, металлами, полуметаллами, оксидами, кислотами, солями, гидридами и пр. веществами.

Реакции, взаимодействие углерода с неметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия углерода и кислорода:

Реакция взаимодействия углерода и кислорода происходит с образованием оксида углерода (IV). Реакция представляет собой сжигание кокса на воздухе .

2C + O₂ → 2CO (t > 1000 °C).

Реакция взаимодействия углерода и кислорода происходит с образованием оксида углерода (II).

2. Реакция взаимодействия бора и углерода:

4B + C → B₄C (t > 2000 °C).

Реакция взаимодействия бора и углерода ( графит ) происходит с образованием карбида бора. Образуется также примесь B₁₃C₂.

3. Реакция взаимодействия углерода и серы:

C + 2S ⇄ CS₂ (t = 750-1000 °C).

Реакция взаимодействия углерода и серы происходит с образованием сероуглерода.

4. Реакция взаимодействия углерода и водорода:

Реакция взаимодействия углерода и водорода происходит с образованием ацетилена .

Реакция взаимодействия углерода и водорода происходит с образованием метана . Реакция протекает самовольно при обычных условиях. В сторону образования метана равновесие сдвигается при наличии измельченного никелевого или платинового катализатора и высоких давлений.

5. Реакция взаимодействия аморфного углерода и фтора:

Реакция взаимодействия углерода и фтора происходит с образованием тетрафторида углерода .

6. Реакция взаимодействия углерода и кремния:

C + Si → SiC (t = 1200-1300 °C).

Реакция взаимодействия углерода и кремния происходит с образованием карбида кремния . Реакция протекает медленно.

Реакции, взаимодействие углерода с металлами и полуметаллами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия углерода и бериллия:

2Be + C → Be₂C (t = 1700-1900 °C).

Реакция взаимодействия бериллия и углерода ( графит ) происходит с образованием карбида бериллия. Реакция протекает в вакууме .

2. Реакция взаимодействия углерода (угля) и марганца:

3Mn + C → Mn₃C (t = 1600 °C).

Реакция взаимодействия марганца и углерода ( угля ) происходит с образованием карбида марганца. Реакция протекает в вакууме.

3. Реакция взаимодействия углерода и железа:

Реакция взаимодействия железа и углерода происходит с образованием карбида железа.

4. Реакция взаимодействия углерода и гафния:

Hf + C → HfC (t = 1800-2000 °C).

Реакция взаимодействия гафния и углерода происходит с образованием карбида гафния .

5. Реакция взаимодействия углерода и циркония:

Zr + C → ZrC (t = 1800-2400 °C).

Реакция взаимодействия циркония и углерода происходит с образованием карбида циркония.

6. Реакция взаимодействия углерода и титана:

Ti + C → TiC (t = 1800-2400 °C).

Реакция взаимодействия титана и углерода происходит с образованием карбида титана .

7. Реакция взаимодействия углерода и вольфрама:

W + C → WC (t = 1430-1630 °C).

Реакция взаимодействия вольфрама и углерода происходит с образованием монокарбида вольфрама. Реакция протекает в атмосфере водорода.

8. Реакция взаимодействия углерода и алюминия:

Реакция взаимодействия алюминия и углерода происходит с образованием карбида алюминия .

9. Реакция взаимодействия углерода и натрия:

Реакция взаимодействия натрия и углерода происходит с образованием ацетиленида натрия.

Реакции, взаимодействие углерода с оксидами. Уравнения реакции:

1. Реакция взаимодействия углерода и оксида углерода (IV):

CO₂ + C ⇄ 2CO (t = 700-1000 °C).

Реакция взаимодействия оксида углерода (IV) и углерода происходит с образованием оксида углерода (II). Реакция представляет собой взаимодействие углекислого газа с раскаленными углями.

2. Реакция взаимодействия углерода и оксида магния:

MgO + C → Mg + CO (t > 2000 °C).

Реакция взаимодействия оксида магния и углерода происходит с образованием магния и оксида углерода (II).

3. Реакция взаимодействия углерода и воды:

Реакция взаимодействия воды и углерода происходит с образованием оксида углерода (II) и водорода . Реакция представляет собой восстановление воды углеродом. Водяной пар при температуре свыше 1000°C взаимодействует с раскаленным коксом с образованием водяного газа (смеси водорода и оксида углерода (II)).

Реакция взаимодействия углерода и воды происходит с образованием оксида углерода (IV) и водорода.

4. Реакция взаимодействия углерода и оксида железа:

FeO + C → Fe + CO (t > 1000 °C).

Реакция взаимодействия оксида железа и углерода происходит с образованием железа и оксида углерода (II).

5. Реакция взаимодействия углерода и оксида меди:

C + CuO → Cu + CO (t = 1200 °C).

Реакция взаимодействия углерода и оксида меди происходит с образованием меди и оксида углерода (II).

6. Реакция взаимодействия углерода и оксида германия:

GeO₂ + C → Ge + CO₂ (t = 500-600 °C).

Реакция взаимодействия оксида германия и углерода происходит с образованием германия и оксида углерода (IV). Реакция протекает в атмосфере водорода.

7. Реакция взаимодействия углерода и оксида азота:

Реакция взаимодействия оксида азота (II) и углерода происходит с образованием азота и оксида углерода (IV).

8. Реакция взаимодействия углерода и оксида теллура:

TeO₂ + C → Te + CO₂ (t = 600-700 °C).

Реакция взаимодействия оксида теллура и углерода происходит с образованием теллура и оксида углерода (IV).

9. Реакция взаимодействия углерода и оксида цинка:

ZnO + C → Zn + CO (t = 1200-1300 °C).

Реакция взаимодействия оксида цинка и углерода происходит с образованием цинка и оксида углерода (II).

10. Реакция взаимодействия углерода и оксида серы:

Реакция взаимодействия оксида серы и углерода происходит с образованием серы и оксида углерода (IV).

11. Реакция взаимодействия углерода и оксида никеля:

NiO + C → Ni + CO (t = 300-400 °C).

Реакция взаимодействия оксида никеля и углерода происходит с образованием никеля и оксида углерода (II).

12. Реакция взаимодействия углерода и оксида марганца:

MnO₂ + C → Mn + CO₂ (t = 600-700 °C).

Реакция взаимодействия оксида марганца и углерода происходит с образованием марганца и оксида углерода (IV).

13. Реакция взаимодействия углерода и оксида свинца:

2PbO + C → 2Pb + CO₂ (t = 600 °C).

Реакция взаимодействия оксида свинца и углерода происходит с образованием свинца и оксида углерода (IV).

14. Реакция взаимодействия углерода и оксида кремния (IV) :

SiO₂ + C → SiO + CO (t = 1300 °C).

Реакция взаимодействия оксида кремния (IV) и углерода происходит с образованием оксида кремния (II) и оксида углерода (II). Реакция протекает в вакууме. Образуются примеси: кремний Si, карбид кремния SiC.

15. Реакция взаимодействия углерода, оксида магния и хлора:

MgO + Cl₂ + C → MgCl₂ + CO (t = 800-1000 °C).

Реакция взаимодействия оксида магния, хлора и углерода происходит с образованием хлорида магния и оксида углерода (II).

16. Реакция взаимодействия углерода, оксида кальция и хлора:

CaO + C + Cl₂ → CaCl₂ + CO (t = 1000 °C).

Реакция взаимодействия оксида кальция , углерода и хлора происходит с образованием хлорида кальция и оксида углерода (II).

17. Реакция взаимодействия углерода, оксида бериллия и хлора:

BeO + Cl₂ + C → BeCl₂ + CO (t = 700-900 °C).

Реакция взаимодействия оксида бериллия, хлора и углерода (графит) происходит с образованием хлорида бериллия и оксида углерода (II).

18. Реакция взаимодействия углерода, оксида титана и водорода:

Реакция взаимодействия оксида титана , углерода и водорода происходит с образованием карбида титана и воды.

19. Реакция взаимодействия углерода, оксида гафния и брома:

Реакция взаимодействия оксида гафния, углерода и брома происходит с образованием бромида гафния и оксида углерода (IV).

20. Реакция взаимодействия оксида углерода, циркония и брома:

Реакция взаимодействия оксида циркония, углерода и брома происходит с образованием бромида циркония и оксида углерода (IV).

Источник

Уравнение реакции угля с водой