Взаимодействие со2 с известковой водой

Интересный опыт с помутнением известковой воды

Сегодня хочу предложить простой, но очень познавательный опыт, который не займет у вас много времени. Это опыт с известковой водой.

Не знаю, какого возраста вы, мой читатель, и застали ли вы еще то время, когда стены и потолки обрабатывали исключительно известью. Не было никаких водоэмульсионок, алинексов и прочих разных веществ, которые сейчас очень распространены, именно благодаря науке химии (помните, мы уже разговаривали про хемофобию?).

Для стен и потолка использовали только известь. Наши родители и бабушки-дедушки брали железную емкость, сыпали в нее негашеную известь и заливали ее водой. Раствор сразу же нагревался (вот поэтому не стеклянная емкость и не пластиковая) и шипел. Этот процесс назывался гашение извести. Дома во время ремонта это был целый ритуал – в нужных пропорциях добавить воду и погасить известь. После остывания полученный раствор был готов к использованию. Он белый, отсюда и пошли слова «белить» и «побелка».

Давайте рассмотрим подробнее, что происходит с известью при гашении.

Итак, негашеная известь – это оксид кальция. При добавлении воды он реагирует с ней и превращается в гидроксид кальция с большим выделением тепла.

Когда вы берете этот раствор щеткой и наносите его на потолок, гидроксид кальция реагирует с углекислым газом, находящимся в воздухе, и превращается в твердый белый карбонат кальция. Именно поэтому после побелки кажется, что воздух стал чище и свежее – за счет уменьшения содержания в нем углекислого газа.

Давайте проведем этот опыт сами и увидим, какими свойствами обладает известь – оксид кальция. Нет, белить я вам не предлагаю, не пугайтесь, мы просто смоделируем этот процесс так же, как когда-то моделировали процесс курения.

• небольшой кусок негашеной извести
• вода
• стаканчик (поскольку извести мы возьмем немного, то можно и стеклянный)
• тонкая длинная трубочка, например, коктейльная

Берем небольшой кусок негашеной извести и измельчаем его. Это довольно твердое вещество, поэтому можно сделать так – положить кусок извести в полиэтиленовый мешочек и постучать по нему молотком.

Ссыпаем полученные мелкие кусочки в банку и приливаем немного воды. Будьте осторожны! В зависимости от того, насколько мало примесей содержит известь и насколько она чистая, может начаться активное бурление и разбрызгивание. Не наклоняйтесь над банкой!

Дадим полученному раствору немного постоять. Смотрите, раствор над осадком стал светлым. Сольем его в две отдельные баночки. Аккуратно, чтобы не взболтать осадок на дне. Этот светлый раствор называется известковая вода.

Опыты с ней можно сделать разные. Например, вы можете взять трубочку и аккуратно подуть через нее в раствор. Будьте осторожны, чтобы на вас не попали брызги и чтобы ни в коем случае раствор не попал вам в рот!

Видите, что получается? Происходит помутнение известковой воды за счет углекислого газа, который вы выдуваете. И образуется тот самый карбонат кальция, про который мы говорили в начале статьи.

Со второй порцией известковой воды сделаем следующий опыт. Нальем в стакан немного воды и опустим в него небольшой кусочек мыла или мыльной стружки. Дадим немного постоять, чтобы получился насыщенный мыльный раствор.

Теперь аккуратно перельем прозрачный раствор в другую емкость и добавим к ней известковую воду из второго стакана. Раствор сразу же мутнеет.

Это связано с тем, что кальций, входящий в состав известковой воды, реагирует со стеариновой кислотой, образующейся при растворении мыла в воде. При этом получается малорастворимый стеарат кальция. Чем насыщеннее был мыльный раствор, тем мутнее он будет при приливании к нему известковой воды.

О содержании кальция в воде и его влиянии на мыло и другие моющие средства я расскажу в следующей статье, а пока хочу поделиться с вами новостью о выставке творческих работ, которая проходила у нас на работе, и про которую я уже писала.

Увы, никакого места я не заняла, но не очень расстроилась из-за этого. Главное для меня – это полученный опыт. Я посмотрела на работы других людей, получила огромные впечатления, увидела, к чему надо стремиться. Ну и, конечно, загорелась очередными идеями вышивки.

А вышитые кривульки – бискорню, берлинго, зигугу и пендибуль – нашли себе новых хозяев – моих коллег по работе.

Каждая кривулька вышивалась для конкретного человека с самыми добрыми пожеланиями и от чистого сердца.

Удачи всем и до встречи в следующей статье.

Наталья Брянцева

KidsChemistry теперь есть и в социальных сетях. Присоединяйтесь прямо сейчас! В контакте , Одноклассники , Facebook

Источник

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

Углерод. Химия углерода и его соединений

Углерод

Положение в периодической системе химических элементов

Углерод расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение углерода

Электронная конфигурация углерода в основном состоянии :

+6С 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2s 2p

Электронная конфигурация углерода в возбужденном состоянии :

+6С * 1s 2 2s 1 2p 3 1s 2s 2p

Атом углерода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.

Степени окисления атома углерода — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.

Физические свойства

Углерод в природе существует в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.

Алмаз — это модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество, прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp 3 -гибридизации.

Графит — это аллотропная модификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, как пчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Это наиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.

Графит — мягкое вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводит электрический ток. Жирный на ощупь.

Карбин — вещество, в составе которого атомы углерода находятся в sp-гибридизации. Состоит из цепочек и циклов, в которых атомы углерода соединены двойными и тройными связями. Карбин — мелкокристаллический порошок серого цвета.

[=C=C=C=C=C=C=]_n или [–C≡C–C≡C–C≡C–]_n

Фуллерен — это искусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклые многогранники С₆₀, С₇₀ и др. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.

Фуллерены — черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников.

В природе углерод встречается как в виде простых веществ (алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).

Качественные реакции

Качественная реакция на карбонат-ионы CO₃ 2- — взаимодействие солей-карбонатов с сильными кислотами . Более сильные кислоты вытесняют угольную кислоту из солей. При этом выделяется бесцветный газ, не поддерживающий горение – углекислый газ.

Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:

Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

Качественная реакция на углекислый газ CO₂ – помутнение известковой воды при пропускании через нее углекислого газа:

При дальнейшем пропускании углекислого газа осадок растворяется, т.к. карбонат кальция под действием избытка углекислого газа переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:

Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом (качественная реакция на углекислый газ) можно посмотреть здесь.

Углекислый газ СО₂ не поддерживает горение . Угарный газ CO горит голубым пламенем.

Соединения углерода

Основные степени окисления углерода — +4, +2, 0, -1 и -4.

Наиболее типичные соединения углерода:

Степень окисления	Типичные соединения
+4	оксид углерода (IV) CO2 гидрокарбонаты MeHCO3
+2	оксид углерода (II) СО муравьиная кислота HCOOH
-4	метан CH4 карбиды металлов (карбид алюминия Al4C3) бинарные соединения с неметаллами (карбид кремния SiC)

Химические свойства

При нормальных условиях углерод существует, как правило, в виде атомных кристаллов (алмаз, графит), поэтому химическая активность углерода — невысокая.

1. Углерод проявляет свойства окислителя (с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому углерод реагирует и с металлами , и с неметаллами .

1.1. Из галогенов углерод при комнатной температуре реагирует с фтором с образованием фторида углерода:

1.2. При сильном нагревании углерод реагирует с серой и кремнием с образованием бинарного соединения сероуглерода и карбида кремния соответственно:

C + 2S → CS₂

C + Si → SiC

1.3. Углерод не взаимодействует с фосфором .

При взаимодействии углерода с водородом образуется метан. Реакция идет в присутствии катализатора (никель) и при нагревании:

1.4. С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя дициан:

2С + N₂ → N≡C–C≡N

1.5. В реакциях с активными металлами углерод проявляет свойства окислителя. При этом образуются карбиды:

2C + Ca → CaC₂

1.6. При нагревании с избытком воздуха графит горит , образуя оксид углерода (IV):

при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:

2C + O₂ → 2CO

Алмаз горит при высоких температурах:

Горение алмаза в жидком кислороде:

Графит также горит:

Графит также горит, например, в жидком кислороде:

Графитовые стержни под напряжением:

2. Углерод взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Раскаленный уголь взаимодействует с водяным паром с образованием угарного газа и водорода:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

2.2. Углерод восстанавливает многие металлы из основных и амфотерных оксидов . При этом образуются металл и угарный газ. Получение металлов из оксидов с помощью углерода и его соединений называют пирометаллургией.

Например , углерод взаимодействует с оксидом цинка с образованием металлического цинка и угарного газа:

ZnO + C → Zn + CO

Также углерод восстанавливает железо из железной окалины:

4С + Fe₃O₄ → 3Fe + 4CO

При взаимодействии с оксидами активных металлов углерод образует карбиды.

Например , углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции:

3С + СаО → СаС₂ + СО

2.3. Концентрированная серная кислота окисляет углерод при нагревании. При этом образуются оксид серы (IV), оксид углерода (IV) и вода:

2.4. Концентрированная азотная кислотой окисляет углерод также при нагревании. При этом образуются оксид азота (IV), оксид углерода (IV) и вода:

2.5. Углерод проявляет свойства восстановителя и при сплавлении с некоторыми солями , в которых содержатся неметаллы с высокой степенью окисления.

Например , углерод восстанавливает сульфат натрия до сульфида натрия:

Карбиды

Карбиды – это соединения элементов с углеродом . Карбиды разделяют на ковалентные и ионные в зависимости от типа химической связи между атомами.

Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропин

Например : Mg₂C₃

Пропиниды разлагаются водой или кислотами с образованием пропина и гидроксида или соли

Например:

Все карбиды проявляют свойства восстановителей и могут быть окислены сильными окислителями .

Например , карбид кремния окисляется концентрированной азотной кислотой при нагревании до углекислого газа, оксида кремния (IV) и оксида азота (II):

Оксид углерода (II)

Строение молекулы и физические свойства

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:

Способы получения

В лаборатории угарный газ можно получить действием концентрированной серной кислоты на муравьиную или щавелевую кислоты:

НСООН → CO + H₂O

В промышленности угарный газ получают в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь:

CO₂ + 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:

Также возможна паровая конверсия угля:

C 0 + H₂ + O → C +2 O + H₂ 0

Угарный газ в промышленности также можно получать неполным окислением метана:

Химические свойства

Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид . За счет углерода со степенью окисления +2 проявляет восстановительные свойства.

1. Угарный газ горит в атмосфере кислорода . Пламя окрашено в синий цвет:

2. Оксид углерода (II) окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием фосгена. Фосген – ядовитый газ.

3. Угарный газ взаимодействует с водородом при повышенном давлении . Смесь угарного газа и водорода называется синтез-газ. В зависимости от условий из синтез-газа можно получить метанол, метан, или другие углеводороды.

Например , под давлением больше 20 атмосфер, при температуре 350°C и под действием катализатора угарный газ реагирует с водородом с образованием метанола:

4. Под давлением оксид углерода (II) реагирует с щелочами. При этом образуется формиат – соль муравьиной кислоты.

Например , угарный газ реагирует с гидроксидом натрия с образованием формиата натрия:

CO + NaOH → HCOONa

5. Оксид углерода (II) восстанавливает металлы из оксидов .

Например , оксид углерода (II) реагирует с оксидом железа (III) с образованием железа и углекислого газа:

Оксиды меди (II) и никеля (II) также восстанавливаются угарным газом:

СО + CuO → Cu + CO₂

СО + NiO → Ni + CO₂

6. Угарный газ окисляется и другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов.

Например , пероксидом натрия:

Оксид углерода (IV)

Строение молекулы и физические свойства

Оксид углерода (IV) (углекислый газ) — газ без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Замороженный углекислый газ называют также «сухой лед». Сухой лед легко подвергается сублимации — переходит из твердого состояния в газообразное.

Смешивая сухой лед и различные вещества, можно получить интересные эффекты. Например, сухой лед в пиве:

Углекислый газ не горит, поэтому его применяют при пожаротушении.

Молекула углекислого газа линейная , атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации, образует две двойных связи с атомами кислорода:

Обратите внимание! Молекула углекислого газа не полярна. Каждая химическая связь С=О по отдельности полярна, а вся молекула не будет полярна. Объяснить это очень легко. Обозначим направление смещения электронной плотности в полярных связях стрелочками (векторами):

Теперь давайте сложим эти векторы. Сделать это очень легко. Представьте, что атом углерода — это покупатель в магазине. А атомы кислорода — это консультанты, которые тянут его в разные стороны. В данном опыте консультанты одинаковые, и тянут покупателя в разные стороны с одинаковыми силами. Несложно увидеть, что покупатель двигаться не будет ни влево, ни вправо. Следовательно, сумма этих векторов равна нулю. Следовательно, полярность молекулы углекислого газа равна нулю.

Способы получения

В лаборатории углекислый газ можно получить разными способами:

1. Углекислый газ образуется при действии сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты металлов. При этом взаимодействуют с кислотами и нерастворимые карбонаты, и растворимые.

Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:

Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.

Еще один пример : гидрокарбонат натрия реагирует с бромоводородной кислотой:

2. Растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III) . Карбонаты трехвалентных металлов необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например: хлорид алюминия реагирует с карбонатом калия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется хлорид калия:

3. Углекислый газ также образуется при термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов.

Например , карбонат кальция разлагается при нагревании на оксид кальция и углекислый газ:

Химические свойства

Углекислый газ — типичный кислотный оксид . За счет углерода со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства .

1. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с водой . Реакция очень сильно обратима, поэтому мы считаем, что в реакциях угольная кислота распадается почти полностью при образовании.

2. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с основными оксидами и основаниями . При этом углекислый газ реагирует только с сильными основаниями (щелочами) и их оксидами . При взаимодействии углекислого газа с щелочами возможно образование как кислых, так и средних солей.

Например , гидроксид калия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат калия:

При избытке щелочи образуется средняя соль, карбонат калия:

Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ:

Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция (известковая вода) с углекислым газом можно посмотреть здесь.

3. Углекислый газ взаимодействует с карбонатами . При пропускании СО₂ через раствор карбонатов образуются гидрокарбонаты.

Например , карбонат натрия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат натрия:

4. Как слабый окислитель, углекислый газ взаимодействует с некоторыми восстановителями .

Например , углекислый газ взаимодействует с углеродом с образованием угарного газа:

CO₂ + C → 2CO

Магний горит в атмосфере углекислого газа:

Видеоопыт взаимодействия магния с углекислым газом можно посмотреть здесь.

Поэтому углекислый газ нельзя применять для пожаротушения горящего магния.

Углекислый газ взаимодействует с пероксидом натрия. При этом пероксид натрия диспропорционирует:

Карбонаты и гидрокарбонаты

При нагревании карбонаты (все, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV).

Карбонат аммония при нагревании разлагается на аммиак, воду и углекислый газ:

Гидрокарбонаты при нагревании переходят в карбонаты:

Качественной реакцией на ионы СО₃ 2─ и НСО₃ − является их взаимодействие с более сильными кислотами , последние вытесняют угольную кислоту из солей, а та разлагается с выделением СО₂.

Например , карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой:

Гидрокарбонат натрия также взаимодействует с соляной кислотой:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + CO₂ ↑ + H₂O

Гидролиз карбонатов и гидрокарбонатов

Растворимые карбонаты и гидрокарбонаты гидролизуются по аниону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:

Однако карбонаты и гидрокарбонаты алюминия, хрома (III) и железа (III) гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

Источник

Ковалентные карбиды	Ионные карбиды
	Метаниды	Ацетилениды	Пропиниды
Это соединения углерода с неметаллами Например : SiC, B4C	Это соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -4 Например : Al4C3, Be2C	Это соединения с металлами, в которых с.о. углерода равна -1 Например : Na2C2, CaC2
Частицы связаны ковалентными связями и образуют атомные кристаллы. Поэтому ковалентные карбиды химически стойкие. Окисляются только сильными окислителями	Метаниды разлагаются водой или кислотами с образованием метана и гидроксида или соли: Например : Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3 + 3CH4	Ацетилениды разлагаются водой или кислотами с образованием ацетилена и гидроксида или соли: Например: СаС2+ 2Н2O → Са(OH)2 + С2Н2