Оксид углерода реферат по химии

Обновлено: 05.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

МОУ «СШ №3 им.Я.И.Чапичева

Подготовила и провела

учитель химии Каючкина Е.В.

Дата: Каючкина Е.В. Химия 9-А кл.

Тема: Оксид углерода ( IV) , углекислый газ, его свойства и применение.

Цель урока: Усвоить знания о физических, химических свойствах оксида углерода ( II ) и оксида углерода ( IV ) . Изучить их биологическую роль и практическую значимость.

Тип урока - урок изучения нового материала

Технология критического мышления

Формы организации учебной деятельности – фронтальная, групповая, индивидуальная.

Методы обучения : проблемный, поисковый

Приемы обучения : самостоятельная /групповая/ работа учащихся при постановке и решении учебных проблем.

Задачи урока: Обучающие: Закрепить знания о видах химической связи в веществах, строении молекул на примере изучения оксида углерода ( II и IV ). Закрепить знания о химических свойствах кислотных оксидов в процессе изучения химических свойств оксида углерода ( II и IV ). Развивающие: развитие познавательного интереса к предмету, памяти, логического мышления, творческих способностей учащихся . Воспитательные: в оспитание у учащихся умения работать в группах, анализировать информационные тексты, критически оценивать уровень своих знаний, воспитание умения самостоятельности при изучении нового материала

Предметные результаты : знать о видах химической связи в веществах, строении молекул на примере изучения оксида углерода ( II и IV ). Закрепить знания о химических свойствах кислотных оксидов в процессе изучения химических свойств оксида углерода ( II и IV ).

Оборудование: Информационные тексты

План проведения урока.

Предварительно класс делится на группы. Учитель готовит информационный текст. Текст должен быть разработан на основе уровня знаний учащихся, с учетом их возрастных особенностей и познавательного интереса. Информационный текст разбивается на смысловые отрывки с целью дальнейшего их взаимоусвоения.

Вторая стадия - стадия осмысления содержания изучаемого материала. На этом этапе урока класс делится на группы и им выдаются информационные тексты, в которых рассказывается о физических, химических свойствах оксида углерода ( II и IV ). Каждая группа работает со своим текстом, выполняя задания к нему, и в процессе работы составляет опорный конспект. По окончании выполнениязадания учащиеся переходят в другие группы – группы экспертов.

Учитель: Для каждой группы учащихся раздаются информационные тексты и задания к ним, на которые необходимо ответить и составить опорный конспект.

1. Мотивация учебной деятельности.

Ребята, сегодняшний урок я хочу начать словами великого ученого, физика, очень интересного человека Нильсона Бора, который сказал, что противоположности - это не противоречия, это дополнение. Я очень надеюсь, что на уроке сегодня мы будем прекрасным дополнением друг друга. Давайте продуктивно поработаем и откроем для себя новые знания.

2.Проверка домашнего задания.

1. Графит – прозрачное кристаллическое вещество, которое является самым твердым веществом из всех природных веществ (нет).

2. Алмаз и графит являются аллотропными модификациями углерода (да).

3. Из алмаза делают электроды, так как он проводит электрический ток (нет).

4. Угарный газ не ядовит (нет).

5. Углерод может иметь степени окисления в соединениях +2,+4 (да).

6. Оксид углерода ( II ) - это продукт неполного сгорания углерода (да).

7. Различие графита и алмаза объясняется различием в строении кристаллической решетки (да).

8. СО – несолеобразующий оксид (да).

9. При фотосинтезе поглощается угарный газ (нет).

10. Углерод с валентностью равной 2 на последнем энергетическом уровне содержит два неспаренных электрона (да).

3. Изучение нового материала.

Информационный текст №1:

ОКСИД УГЛЕРОДА (окись углерода, угарный газ — CO) — газ без цвета и запаха; почти не поглощается активированным углем; горит синим пламенем с образованием CO₂ и выделением тепла; смесь CO:O₂ = 2:1 (по объему) взрывается при зажигании. Угарный газ образуется при сгорании органических видов топлива (древесина, уголь, бумага, масла, бензины, газы, взрывчатые вещества и др.) в условиях недостатка О₂; при взаимодействии CO₂ с раскаленным углем, при конверсии метана в присутствии различных катализаторов.

Углерода оксид - сильный восстановитель. Восстановление оксидов металлов до металлов с помощью оксида углерода ( II ) имеет большое значение в металлургии. При определенных условиях взаимодействует с щелочами с образованием формиата щелочного металла:

СО + NaOH = HCOONa

Углерода оксид - высококалорийное топливо, одно из основных исходных веществ в органическом синтезе (при получении спиртов, альдегидов, кетонов, углеводородов, карбоновых кислот и др.), восстановитель в металлургии (напр., при выплавке чугуна и стали).

Задания для группы №1

1. Запишите электронное строение оксида углерода ( II ).

2. Опишите его физические свойства.

3. Способы получения угарного газа.

4. Запишите уравнения химических реакций, характерных для угарного газа.

Информационный текст №2:

Естественный уровень оксида углерода ( II ) в атмосфере 0,01—0,9 мг/м3 (в северном полушарии в 3 раза выше); 90% атмосферного угарного газа образуется в результате естественных процессов (вулканические и болотные газы, лесные и степные пожары, жизнедеятельность наземной и океанической флоры и фауны, окисление метана в тропосфере). Сотни миллионов тонн оксида углерода ( II ) поступают в атмосферу ежегодно в результате деятельности человека: автотранспорт, железнодорожный и морской транспорт; неисправность газопроводов и газоаппаратуры; металлургия, химическая индустрия (крекинг-процесс, производство формалина, углеводородов, аммиака, соды, фосгена, метилового спирта, муравьиной и щавелевой кислот, метана и др., производство и переработка синтетических волокон), угледобывающая промышленность (добыча угля и углеподающие трассы, поверхностное окисление угля в шахтах, тление терриконов); производство табака, хлеба; светокопирование; переработка отходов; сжигание топлива в быту.

Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаки отравления: головная боль и головокружение; отмечается шум в ушах, одышка, сердцебиение, мерцание перед глазами, покраснение лица, общая слабость, тошнота, иногда рвота; в тяжёлых случаях судороги, потеря сознания, кома.

Угарный газ лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Он связывается с гемоглобином крови прочнее и в 200—300 раз быстрее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость. Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа.

Оксид углерод ( II ) очень слабо поглощается активированным углём обычных фильтрующих противогазов, поэтому для защиты от него применяется специальный фильтрующий элемент (он может также подключаться дополнительно к основному) — гопкалитовый патрон. Гопкалит представляет собой катализатор, способствующий окислению CO в CO₂ при нормальных температурах. Недостатком использования гопкалита является то, что при его применении приходится вдыхать нагретый в результате реакции воздух.

Обычный способ защиты — использование изолирующего дыхательного аппарата.

Задания для группы №2

1. В результате чего образуется атмосферный угарный газ?

2. Какая концентрация угарного газа в воздухе приводит к смерти?

3. Что происходит с оксидом углерода ( II ) при попадании в организм человека?

4. Защита от угарного газа.

Информационный текст №3:

Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде - в 1V H₂O растворяется 0,9V CO₂(при нормальных условиях); тяжелее воздуха; t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO₂ называется "сухой лёд"); не поддерживает горение.

При растворении в воде образует слабую угольную кислоту, окрашивающую лакмусовую бумажку в красный цвет. Угольная кислота улучшает вкусовые качества газированных напитков и предотвращает рост бактерий. Реагируя со гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, а также с аммиаком, СО₂образует карбонаты и бикарбонаты.

Поглощая тепло из окружающей среды, сухой лед переходит в газообразное состояние, минуя жидкую фазу, – сублимирует. Для уменьшения сублимационных потерь его хранят и транспортируют в герметичных контейнерах, достаточно прочных, чтобы выдержать увеличение давления при повышении температуры.

Задания для группы №3

1. Запишите строение углекислого газа.

2. Какими физическими свойствами обладает оксид углерода ( IV )?

3. Запишите уравнения химических реакций, характерные для оксида углерода ( IV ).

Информационный текст №4:

В повседневной практике углекислый газ используется достаточно широко. Например, газированная вода с добавками ароматных эссенций – прекрасный освежающий напиток. В пищевой промышленности диоксид углерода используется и как консервант — он обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Углекислотными огнетушителями пользуются при пожарах. Биохимики нашли, что удобрение. воздуха углекислым газом весьма эффективное средство для увеличения урожайности различных культур. Пожалуй, такое удобрение имеет единственный, но существенный недостаток: применять его можно только в оранжереях. На заводах, производящих диоксид углерода, сжиженный газ расфасовывают в стальные баллоны и отправляют потребителям.

Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой, так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород, который, в свою очередь, и входит во взаимодействие с жидким металлом, окисляя его.

Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

В больших концентрациях углекислый газ токсичен, вызывает гипоксию. Длительное (до нескольких суток) вдыхание его даже при концентрации 1,5—3% вызывает головную боль, головокружение, тошноту. При концентрации выше 6% (так называемый критический уровень) теряется работоспособность, появляются сонливость, ослабление дыхания и сердечной деятельности, возникает опасность для жизни. Первая помощь: вынести пострадавшего на свежий воздух, провести искусственное дыхание. В воздухе жилых и общественных зданий накопление углекислого газа не достигает критических величин; его концентрация — один из санитарно-гигиенических показателей степени чистоты воздушной среды.

Задания для группы №4

1. Применение углекислого газа.

2. Физиологическое действие СО₂.

3. Первая помощь при отравлении углекислым газом.

Задача №1:

Какой объем кислорода (н.у.) необходим для полного сгорания 20 л оксида углерода ( II ), содержащего 5% азота?

Задача №2:

Какой объем (н.у.) оксида углерода ( IV ) можно получить при взаимодействии 60 г мрамора, содержащего 8% некарбонатных примесей с избытком азотной кислоты?

Задача №3:

Какой объем оксида углерода ( IV ) (н.у.) выделится при сжигании 400г угля, содержащего 6% негорючих примесей?

Оксид углерода (IV) СO₂ – углекислый газ

Физические свойства: Углекислый газ, бесцветный, без запаха, растворимость в воде - в 1V H₂O растворяется 0,9V CO₂ (при нормальных условиях); тяжелее воздуха;

t°пл.= -78,5°C (твёрдый CO₂ называется "сухой лёд"); не поддерживает горение.

Строение молекулы: Углекислый газ имеет следующие электронную и структурную формулы -

Все четыре связи ковалентые полярные .

Получение: 1 Термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов). Обжиг известняка – в промышленности: CaCO ₃ t =1200˚ C → CaO + CO ₂

2. Действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты –

NaHCO ₃ + HCl → NaCl + H ₂ O + CO ₂

Способы собирания

Химические свойства (записывают у доски)

СО₂ – кислотный оксид (реагирует со щелочами, основными оксидами и водой).

СО₂ не горит и не поддерживает горение, однако магний Mg горит в СО₂:

СО₂ + 2 Mg = 2 MgO + С (сажа) (разбирают с точки зрения ОВР)

Качественная реакция на углекислый газ:

Помутнение известковой воды Ca ( OH )₂ за счёт образования белого осадка – нерастворимой соли CaCO ₃ :

Видео "Тушение пламени углекислым газом"

На стадии рефлексии учащиеся из группы экспертов защищают презентационный плакат. Весь материал фиксируется в рабочих тетрадях учащихся. После этого учитель проверяет правильность и быстроту решения задач в группах. Подводится итог урока и выставляются отметки.

Угарный газ - оксид углерода, о котором слишком часто приходится слышать, если речь идет об отравлении продуктами горения, несчастных случаях в промышленности или даже в быту. В силу особых ядовитых свойств этого соединения обычная домашняя газовая колонка может стать причиной гибели целой семьи.
Физические свойства:
*бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха,
*горит голубоватым пламенем,
*легче воздуха,

Работа содержит 1 файл

Угарный газ.docx

*бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха,

*горит голубоватым пламенем,

* плохо растворим в воде.

*Концентрация угарного газа в воздухе 12,5— 74 % взрывоопасна.

Образование угарного газа

В быту или промышленности образование угарного газа обычно происходит одним из нескольких достаточно простых способов, что легко объясняет риск случайного синтеза этого вещества с риском для персонала предприятия или жителей дома, где возникла неисправность отопительного оборудования или нарушена техника безопасности. Рассмотрим основные пути образования монооксида углерода:

-горение углерода (угля, кокса) или его соединений (бензина и другого жидкого топлива) в условиях нехватки кислорода. Как нетрудно догадаться, дефицит свежего воздуха, опасный с точки зрения риска синтеза угарного газа, легко возникает в двигателях внутреннего сгорания, бытовых колонках с нарушенной вентиляцией, промышленных и обычных печах;

-взаимодействие обычного углекислого газа с раскаленным углем. Такие процессы происходят в печи постоянно и полностью обратимы, но, при условии уже упомянутой нехватки кислорода, при закрытой заслонке, угарный газ образуется в значительно больших количествах, что представляет смертельную опасность для людей.

Патогенез (механизм развития) отравления

СО связывается с гемоглобином эритроцитов в 200 раз легче чем с кислородом, поэтому вступает в конкуренцию за связывание (присоединяется к гемоглобину вместо кислорода), образуя карбоксигемоглобин вместо оскигемоглобина, за счет чего нарушает передачу кислорода клеткам организма. Это приводит к гипоксии (недостатку кислорода в тканях) так называемого гемического типа. Угарный газ также включается в окислительные реакции, нарушая биохимическое равновесие в тканях. Степень отравления напрямую связана с двумя основными показателями (концентрацией СО в атмосферном воздухе и длительности его вдыхания), что демонстрирует следующая диаграмма:

Симптомы (признаки) отравления

При содержании 0,08 % СО во вдыхаемом воздухе человек чувствует головную боль и удушье. При повышении концентрации СО до 0,32 % возникает паралич и потеря сознания (смерть наступает через 30 минут). При концентрации выше 1,2 % сознание теряется после 2-3 вдохов, человек умирает менее чем через 3 минуты. Выделяют три степени тяжести отравления СО - легкая, средняя и тяжелая.

Симптомы легкого отравления - головная боль, стук в висках, головокружение, боли в груди, сухой кашель, слезотечение, тошнота, рвота, возбуждение, иногда зрительные и слуховые галлюцинации (человек видит и слышит несуществующие предметы, звуки), покраснение кожных покровов, карминнокрасная окраска слизистых оболочек, тахикардия (учащенное сердцебиение), повышение артериального давления.

При отравлении средней тяжести пациент вместо возбуждения ощущает сонливость, возможен двигательный паралич при сохраненном сознании.

При тяжёлом отравлении происходит потеря сознания, коматозное состояние, судороги,

непроизвольное отхождение мочи и кала, нарушение дыхания, которое становится непрерывным, иногда типа Чейна-Стокса (частое поверхностное), расширение зрачков с ослабленной реакцией на свет, резкий цианоз (посинение) слизистых оболочек и кожи лица. Смерть обычно наступает на месте происшествия в результате остановки дыхания и остановки сердечной деятельности.

Угарный газ (CO) - газ без цвета, запаха и вкуса. Легче воздуха. Поражающая концентрация - 1,2 мг/л при экспозиции 3 часа, смертельная - 2 мг/л при экспозиции 1 час и 5 мг/л - при экспозиции 5 минут.

Признаки поражения: головная боль, головокружение, тошнота, рвота, мышечная слабость, повышенное артериальное давление, расширенные зрачки, одышка. В тяжелых случаях наблюдается потеря сознания, расстройство сердечной и дыхательной деятельности, судороги

Первая помощь: пострадавшего вынести на воздух, обеспечить полный покой и тепло. При необходимости сделать искусственное дыхание.

Защита: фильтрующие противогазы марки “МСО” и “М”. Гражданские противогазы ГП-5 и ГП-7 с патроном ДП-1 (голколитовый). При ликвидации аварии используют изолирующие противогазы.

Первая помощь при отравлении угарным газом

Если вы подозреваете у себя или окружающих отравление угарным газом, первая помощь должна быть быстрой.

При легкой форме отравления необходимо самостоятельно покинуть опасную зону, прикрыв рот и нос смоченной в воде тканью. Если вы защищаетесь с пмощью повязки от действия угарного газа, ее необходимо часто менять, так как в волокнах оседают продукты горения.

При головной боли или головокружении нужно выпить горячего кофе или чая. Также полезен раствор пищевой соды из расчета 1 чайная ложка на стакан воды.

Виски, лицо и грудь протирать уксусом. Слабый уксусный раствор можно принять внутрь.

Пострадавшего с тяжелой степенью поражения — нарушенной координацией движений или в бессознательном состоянии, нужно вынести. Рот и нос ему также необходимо защитить смоченной в воде тканью.

Самое главное в этой ситуации - обеспечить приток свежего воздуха. При необходимости нужно сделать пострадавшему искусственное дыхание. Если возможность отравления угарным газом предсказуема, например, при пожаре, желательно подготовить автономные источники кислорода – кислородные баллончики и подушки.

При потере сознания поднести к носу пострадавшего на расстояние не более 1 см вату с нашатырным спиртом. ЭТО ВАЖНО! Если поднести нашатырный спирт слишком близко, от его воздействия может произойти паралич дыхательных путей.

На голову и грудь нужно поместить охлаждающую емкость со льдом или холодной водой, а ступни, наоборот, согреть.

Помните, что при отравлении угарным газом организму требуется значительное время на восстановление. Известны случаи, когда люди гибли через несколько недель после отравления. Вместе с тем, неблагоприятное воздействие полностью обратимо, если своевременно оказать пострадавшему первую помощь.

Оказание первой помощи при отравлении угарным газом.

Существует множество оксидов углерода, но наиболее известны угарный и углекислый газы. Они представляют собой химические соединения одних и тех же элементов, но, несмотря на одинаковые исходные реагенты, характеристики веществ имеют отличия. Например, первый газ известен как крайне опасный яд, образующийся при процессах горения. Второй же часто используется в качестве наполнителя для огнетушителей.

Монооксид углерода

Угарным газом называют оксид углерода с формулой CO. Кроме того, это соединение называют монооксидом и окисью углерода. Он представляет собой бесцветный безвкусный горючий газ без запаха, который легче воздуха. Вещество образуется в случаях, когда топливо сгорает не до конца. Оно плохо растворяется в воде.

У молекулы этого оксида линейное строение. Между атомами его элементов образуется тройная связь. Два неспаренных электрона обоих элементов образуют пару ковалентных связей. Третья же связь возникает, когда электронная пара кислорода размещается на свободной орбитали атома углерода.

У молекулы слабая полярность. Наличие двух неспаренных электронов говорит о том, что в этом соединении углерод проявляет валентность II.

Химические свойства

Оксид углерода (II) не образует солей и является восстановителем. Кроме того, к химическим свойствам угарного газа относятся:

Горение синим пламенем в кислородной атмосфере.
Окисление хлором, если присутствует катализатор или на него воздействует свет. При этом образуется ядовитое газообразное вещество — фосген. Молекулярное уравнение реакции: CO + Cl2 → COCl2.
При повышенном давлении вещество вступает во взаимодействие с водородом. Из этой смеси, называемой синтез-газом, при различных условиях получают углеводороды, например, метан.
При наличии давления оксид углерода (II) вступает в реакцию с щелочами. В результате появляется соль муравьиной кислоты.
Восстановление металлов из оксидов. К примеру, взаимодействие с оксидом железа (III) даёт железо и углекислый газ.
Реакции с сильными окислителями приводят к образованию углекислого газа или карбонатов.

Способы изготовления

Получить монооксид можно как в лабораторных условиях, так и в производственных. В первом случае для образования необходимого вещества используют концентрированную серную и муравьиную или щавелевую кислоты.

В промышленности для получения угарного газа применяют специальные газогенераторы. В них соединение вырабатывается воздухом, проходящим через раскалённый уголь. Ещё одним промышленным методом изготовления газа является паровая конверсия метана или угля. Кроме того, на производстве используют процесс неполного окисления метана.

Угарный газ присутствует и в атмосфере планеты. Он туда поступает тремя способами:

неполное разложение органических веществ без доступа воздуха;
сгорание биологической массы, например, лесные и степные пожары;
выхлопные газы, которые образуются в двигателях внутреннего сгорания.

Использование соединения

Основное применение горючего вещества — изготовление генераторного или воздушного газа, для чего монооксид смешивают с азотом. Кроме того, соединяя его с водородом, получают водяной газ.

В металлургической промышленности из-за химической характеристики угарный газ используется в качестве восстановителя металлов из их руд. Также окись применяют при разложении карбонилов, что позволяет получить высокочастотные металлы.

Влияние на живые организмы

Монооксид крайне токсичен, потому что связывается с находящимся в крови гемоглобином прочнее и во много раз быстрее кислорода. Он блокирует процессы доставки жизненно необходимого вещества.

Если концентрация вещества в атмосфере превышает 0,1%, то живые организмы погибают в течение одного часа. Если же уровень оксида этого типа поднимается до 0,3%, то смерть наступает в течение нескольких минут. По этим причинам угарный газ относится к быстродействующим отравляющим веществам.

Специалистами установлено, что чаще всего люди погибают при пожарах в результате отравления указанным углеродным соединением, поскольку он является неотъемлемым продуктом горения большинства материалов. Кроме того, оксид вырабатывается двигателями автомобилей, что также приводит к гибели неосторожных граждан, например, механиков, которые пренебрегают организацией должной вентиляции в гараже.

Если отравление лёгкой степени, то пострадавшему для восстановления здоровья будет достаточно гипервентиляции лёгких кислородом. Если же отравление тяжёлое, то человеку потребуется серьёзная медицинская помощь.

Углекислый газ

Углекислый газ, двуокись или оксид углерода (IV) представляет собой газообразное бесцветное вещество, не имеющее запаха. Его химическая формула — CO2. Двуокись не горит и в минимальных концентрациях не представляет опасности для организма. Также она является необходимым элементом для нормальной жизнедеятельности растений.

У вещества линейная молекула. Из-за четырёх неспаренных электронов в своих соединениях углерод проявляет валентность, равную IV.

Атом углерода в этом соединении имеет пару двойных связей с кислородными атомами. Полярность четырёх связей делает молекулу двуокиси неполярной. Это хорошо видно в структурной формуле оксида, которая наглядно демонстрирует связь атомов внутри молекулы:

Взаимодействие с другими веществами

В химии углекислота считается солеобразующим оксидом, проявляющим слабые свойства окислителя. Она прекрасно взаимодействует с водой, причём эта реакция является практически полностью обратимой.

Вещество имеет следующие химические свойства:

Вступление в реакцию с основными оксидами и основаниями. Соединение взаимодействует лишь с щелочами и их оксидами. При этом могут образовываться кислые и средние соли. К примеру, гидроксид калия в таком случае образует гидрокарбонат калия, который является кислой солью. Если же щелочи много, то получится карбонат калия — средняя соль.
Взаимодействие с карбонатами с последующим образованием гидрокарбонатов.
Реакции с некоторыми восстановителями, например, с углеродом, магнием и пероксидом натрия.

Методы получения

Углекислый газ получают и в лабораториях, и в промышленности. В лабораторных условиях для его производства применяются следующие методы:

Воздействие сильными кислотными веществами на карбонаты и гидрокарбонаты различных металлов.
Углекислое соединение образуется, когда растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III).
Разложение растворимых гидрокарбонатов и нерастворимых карбонатов при высоких температурах.

На производстве двуокись получают из печных газов, а также из продуктов разложения известняка и доломита. Для этого смесь веществ промывают раствором карбоната калия. Реагент поглощает углекислоту и становится гидрокарбонатом. Получившееся вещество нагревают, что приводит к его разложению и высвобождению оксида углерода. Затем газ закачивают в баллоны.

Применение углекислоты

Химические и физические характеристики соединения позволяют использовать его в самых разных областях. Так, вещество активно применяется в химической промышленности, металлургии и при производстве бумаги.

А также углекислота применяется в следующих сферах деятельности:

сварка;
сельское хозяйство;
медицина;
фармацевтика;
приборы и оборудование;
защита окружающей среды;
пищевая промышленность;
пневматическое оружие.

Очень востребован этот вид оксида углерода в системах пожаротушения. Им наполняют специальные огнетушители. Их принцип действия основан на том, что углекислота не горит и весит больше воздуха. За счёт этого вещество окутывает очаг возгорания и перекрывает для огня источник кислорода, которые необходим для поддержания процесса горения. В таких условия пламя довольно быстро гаснет.

Физиологическое действие

Углекислота — нетоксичное вещество. Но если в воздухе её становится слишком много, то все живые организмы, дышащие кислородом, могут испытывать приступы удушья, способные привести к смерти. По этой причине углекислому газу присвоен четвёртый класс опасности.

Если уровень находящегося в воздухе углеродного соединения составляет от 2 до 4%, то человек чувствует сонливость и слабость. Когда концентрация двуокиси достигает 7—10%, начинают появляться симптомы удушья, похожи на признаки высотной болезни:

головная боль;
головокружение;
слуховые расстройства;
потеря сознания.

Чем выше концентрация газа в атмосфере, тем длительнее проявляются симптомы. При очень высокой концентрации оксида человек или животное быстро погибает от удушья, которое вызывается гипоксией.

Само по себе вдыхание воздуха с высоким содержанием двуокиси неопасно, а потому не влечёт за собой длительных проблем со здоровьем. После того как пострадавший переносится в атмосферу с обычным уровнем углекислоты, его самочувствие приходит в норму.

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:

карбиды металлов (карбид алюминия Al₄C₃)

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.

Например :

Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропин

Например : Mg₂C₃

Например :

Например:

СаС₂+ 2Н₂O →

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):

SiC + 8HNO₃ → 3SiO₂ + 3CO₂ + 8NO + 4H₂O

Оксид углерода (II)

Строение молекулы и физические свойства

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

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:

2М g + CO ₂ → C + 2 MgO

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:

Читайте также: