Изучаем свойства углекислого газа, способы его получения и применение!
Физические свойства
Оксид углерода (IV), также известный как диоксид углерода или углекислый газ, представляет собой негорючий газ без цвета и запаха, малорастворимый в воде.
При комнатной температуре сжижается под давлением, а при понижении температуры превращается в твёрдую снегообразную массу, известную как «сухой лёд».
Химические свойства
CO₂ — кислотный оксид, ангидрид угольной кислоты.
Обладает общими свойствами кислотных оксидов и может выступать в качестве окислителя в реакциях с сильными восстановителями.
1. Взаимодействие с водой с образованием неустойчивой слабой угольной кислоты:
CO₂ + H₂O ↔ Н₂CO₃
Когда углекислый газ растворяется в воде, лишь небольшая часть его молекул — менее 1% — вступает в реакцию с молекулами воды, образуя очень слабую угольную кислоту!
2. Взаимодействие с основными оксидами активных металлов приводит к образованию солей — карбонатов:
CO₂ + CaO = CaCO₃
CO₂ + К₂O = К₂CO₃
3. Реагирует со щелочами с образованием соответствующих солей и воды.
- При этом в избытке щёлочи образуются средние соли — карбонаты:
CO₂ + 2NaOH (изб.) = Na₂CO₃ + H₂O
СO₂ + Ca(OH)₂ (изб.) = CaСO₃↓ + H₂O
СO₂ + Вa(OH)₂ (изб.) = ВaСO₃↓ + H₂O
- А в избытке углекислого газа образуются кислые соли — гидрокарбонаты:
CO₂ (изб.) + NaOH = NaHCO₃
2СO₂ (изб.) + Ca(OH)₂ = Ca(НСO₃)₂
2CO₂ (изб.) + Вa(OH)₂ = Вa(HCO₃)₂
4. Взаимодействие с водным раствором аммиака.
- Образование кислой соли гидрокарбоната аммония в избытке углекислого газа:
CO₂ + NH₃ + H₂O = NH₄HCO₃
- Образование средней соли карбоната аммония при недостатке углекислого газа:
CO₂ + 2NH₃ + H₂O = (NH₄)₂CO₃
5. Взаимодействие с карбонатами в водном растворе приводит к образованию кислых солей – гидрокарбонатов:
CO₂ + H₂O + CaCO₃ = Ca(НCO₃)₂
CO₂ + H₂O + Na₂CO₃ = 2NaHCO₃
6. Взаимодействие с растворимыми солями, образованными очень слабыми кислотами (слабее угольной).
- Взаимодействие с растворимыми солями-силикатами приводит к образованию желеобразного осадка кремниевой кислоты:
2CO₂ + 2H₂O + Na₂SiO₃ = 2NaHCO₃ + H₂SiO₃↓
- Взаимодействие с растворимыми солями фенола (фенолятами) приводит к образованию фенола:
CO₂ + H₂O + С₆Н₅ОК = КНCO₃ + С₆Н₅ОН
фенол
7. Взаимодействие с комплексными солями с разрушением комплекса.
- В избытке CO₂ образуются кислая соль и белый осадок амфотерного гидроксида:
CO₂ + Na[Al(OH)₄] = Al(OH)₃↓ + NaHCO₃
CO₂ + К[Al(OH)₄] = Al(OH)₃↓ + KHCO₃
2CO₂ + К₂[Zn(OH)₄] = Zn(OH)₂↓ + 2KHCO₃
- В недостатке CO₂ образуются средняя соль, амфотерный гидроксид и вода:
CO₂ + 2Na[Al(OH)₄] = 2Al(OH)₃↓ + Na₂CO₃ + H₂O
CO₂ + К₂[Zn(OH)₄] = Zn(OH)₂↓ + К₂CO₃ + H₂O
8. Горение активных металлов в углекислом газе:
CO₂ + 2Mg = 2MgO + C
3CO₂ + 4Аl = 2Al₂O₃ + 3C
CO₂ + 2Zn = 2ZnO + C
9. Образование токсичного угарного газа при нагревании:
CO₂ + C = 2CO
10. При взаимодействии с водородом в определённых условиях, таких как температура, давление и наличие катализатора, можно получить разнообразные углеродсодержащие вещества.
- Образование газа метана:
СО₂ + 4Н₂ ↔ СН₄ + 2Н₂О
- Образование метилового спирта:
СО₂ + 3Н₂ ↔ СН₃ОН + Н₂О
11. Участвует в процессе фотосинтеза у зелёных растений, в результате чего образуются глюкоза и кислород:
6СО₂ + 6Н₂О = 6О₂↑ + С₆Н₁₂О₆
12. Синтезы с участием углекислого газа.
- Синтез мочевины (карбамида):
СО₂ + 2NH₃ = СО(NH₂)₂ + Н₂О
Мочевина широко используется в сельском хозяйстве в качестве азотного удобрения.
- Получение питьевой (пищевой) соды по методу Сольвэ:
СО₂ + Н₂О + NH₃ + NaCl = NaHCO₃ + NH₄Cl
13. Реакции углекислого газа с пероксидами и супероксидами находят применение в регенерации воздуха на подводных лодках, космических кораблях и изолирующих противогазах.
- Реакция с супероксидом калия:
2СО₂ + 4КО₂ = 2К₂CO₃ + 3О₂↑
- Реакция с пероксидом натрия:
2СО₂ + 2Na₂O₂ = 2Na₂CO₃ + О₂↑
Качественная реакция на углекислый газ
Качественная реакция на углекислый газ заключается в помутнении известковой или баритовой воды — насыщенных прозрачных растворов гидроксидов кальция (Са(ОН)₂) или бария (Ва(ОН)₂):
СO₂ + Ca(OH)₂ = CaСO₃↓ + H₂O
СO₂ + Вa(OH)₂ = ВaСO₃↓ + H₂O
Причиной помутнения является образование нерастворимых белых осадков карбоната кальция или бария!
При пропускании углекислого газа через эти растворы сначала появляется помутнение, которое исчезает при избытке углекислого газа.
Это происходит из-за образования растворимой кислой соли — гидрокарбоната кальция или бария.
2СO₂ + Ca(OH)₂ = Ca(НСO₃)₂
2CO₂ + Вa(OH)₂ = Вa(HCO₃)₂
Способы получения
1. Сжигание угля и других видов топлива.
- Горение углерода в избытке кислорода:
С + O₂ = СO₂
- Горение газа метана:
СH₄ + 2O₂ = СО₂↑ + 2Н₂О
2. Разложение карбонатов и гидрокарбонатов при нагревании:
CaCO₃ = CaO + CO₂↑
2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
3. Взаимодействие карбонатов и гидрокарбонатов с сильными кислотами:
CaCO₃ + H₂SO₄ = CaSO₄ + CO₂↑ + H₂O
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + Н₂O
NaHCO₃ + HCl = NaCl + CO₂↑ + H₂O
2NaHCO₃ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + CO₂↑ + H₂O
4. Спиртовое брожение глюкозы с образованием этилового спирта (этанола):
С₆Н₁₂О₆ = 2CO₂↑ + 2С₂Н₅ОН
Применение
Диоксид углерода используется в производстве газированных напитков, соды и сахара.
Также он содержится в огнетушителях, применяется для хранения скоропортящихся продуктов в виде «сухого льда».
Кроме того, углекислый газ участвует в процессе фотосинтеза и используется для получения угарного газа
CO₂ не реагирует
- с кислотами
- с кислородом
- с амфотерными гидроксидами
- со средне- и малоактивными металлами
- с солями, кроме карбонатов и силикатов
- а также с другими веществами, не упомянутыми в этой статье!
Учите химию и будьте внимательны!
Спасибо за внимание!
Обещаю, будет много полезной информации и, конечно же, море практики!
Если моя статья была интересна для Вас, прошу ставить ❤
Подписывайтесь на канал, я рада каждому из Вас! ХИМИЯ без лишних слов!