Углерод и его химические свойства

В обычных условиях углерод довольно инертен, но при нагревании он вступает в реакцию со многими веществами, проявляя как восстановительные, так и окислительные свойства.

Реакции с окислителями (С — восстановитель)

С⁰ - 2е⁻ = С⁺² или С⁰ - 4е⁻ = С⁺⁴

1. Взаимодействие с более активными неметаллами.

• Взаимодействие с кислородом:

С + O₂ = СO₂ при избытке кислорода

2С + O₂ = 2СO при недостатке кислорода

Углерод, сгорая, образует два вида газов: углекислый газ при избытке кислорода и угарный газ при его недостатке.

• Взаимодействие с серой с образованием сероуглерода:

С + 2S = СS₂

• Взаимодействие со фтором c образованием тетрафторида углерода:

С + 2F₂ = СF₄

2. Взаимодействие с оксидами металлов.

• Взаимодействие с оксидами щелочных и щелочноземельных металлов приводит к образованию карбидов и угарного газа:

3С + СаO = СаС₂ + СO↑

• При сплавлении с Al₂O₃ образует также карбид и угарный газ:

9C + 2AI₂O₃ = Al₄С₃ + 6CO↑

• Взаимодействием с оксидами менее активных металлов можно получить сами металлы — простые вещества:

С + ZnO = Zn + СO↑

С + FeO = Fe + СO↑

3С + Fe₂O₃ = 2Fe + 3СO↑

С + CuO = Cu + СO↑

3. Взаимодействие с оксидами неметаллов.

• Взаимодействие с оксидом кремния (IV):

2С + SiO₂ = Si + 2CO↑

При избытке углерода образуется карбид кремния (карборунд) – SiC:

3С + SiO₂ = SiС + 2CO↑

• Взаимодействие с оксидом фосфора (V):

10С + 2P₂O₅ = 4P + 10CO↑

• Взаимодействие с оксидом углерода (IV) с образованием угарного газа:

С + СO₂ = 2СO

• Взаимодействие с оксидом азота (IV):

2С + 2NO₂ = 2СO₂↑ + N₂↑

• Взаимодействие с оксидом серы (IV):

2С + SO₂ = 2СO₂↑ + S

4. Взаимодействие с раскалёнными парами воды, в результате чего образуется так называемый «синтез-газ» — смесь двух газов: угарного и водорода:

C + H₂O = CO↑ + H₂↑

5. Взаимодействие с сильными кислотами-окислителями.

• Взаимодействие с концентрированной серной кислотой:

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

• Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой при нагревании:

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

• Взаимодействие с разбавленной азотной кислотой при нагревании:

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

6. Взаимодействие с солями-окислителями.

• Взаимодействие с нитратами щелочных металлов в расплаве:

С + 2КNO₃ = CO₂↑ + 2КNO₂

или

5С + 4КNO₃ = 2К₂CO₃ + 3СO₂↑ + 2N₂↑

• Взаимодействие с дихроматами щелочных металлов в расплаве:

3С + 2К₂Сr₂O₇ = 3СO₂↑ + 4KCrO₂

или

3С + 2К₂Сr₂O₇ = СO₂↑ + 2K₂CO₃ + 2Сr₂O₃

7. Производство фосфора путём восстановления фосфатов с использованием угля в электрических печах:

5C + 3SiO₂ + Ca₃(PO₄)₂ = 3CaSiO₃ + 2P + 5CO↑

Реакции с восстановителями (C — окислитель)

Чаще всего протекают по схеме: С⁰ + 4е⁻ = С⁻⁴

Но возможны и промежуточные отрицательные степени окисления у углерода.

1. Взаимодействие с активными металлами с образованием карбидов:

3С + 4Al = Al₄C₃⁻⁴

2С + Ca = CaC₂⁻¹

2. Взаимодействие с менее активными неметаллами.

• Реакция с водородом при высокой температуре и давлении в присутствии никелевого катализатора с образованием газа метана:

С + 2Н₂ ⇔ СН₄

• Взаимодействие с кремнием с образованием карборунда:

С + Si = SiС

Внимание!

Углерод НЕ реагирует:

• с гидроксидами металлов, в том числе и с щелочами
• с обычными солями-неокислителями
• с кислотами-неокислителями

Спасибо за внимание! Продолжение следует!

Обещаю, будет много полезной информации и, конечно же, море практики!

Учите химию и будьте внимательны!

Если моя статья была интересна для Вас, прошу ставить ❤

Подписывайтесь на канал, я рада каждому из Вас! ХИМИЯ без лишних слов!