§32. Кислородные соединения углерода

Лабораторный опыт №37

Получение угольной кислоты и изучение её свойств
Соберите прибор для получения газов. Проверьте его на герметичность. Поместите в пробирку кусочек мрамора и прилейте в неё 2 мл соляной кислоты. Что наблюдаете? Пропустите газ через воду в другой пробирке, предварительно добавив в неё немного лакмуса. Что наблюдаете? Оставьте окрашенный раствор в открытой пробирке на некоторое время. Что наблюдаете? Почему красная окраска вновь сменилась на фиолетовую? Как данный опыт характеризует угольную кислоту? Запишите уравнения проделанных реакций.

Ответ:

Получение угольной кислоты и изучение её свойств
Собрали прибор для получения газов. Проверили его на герметичность. Поместили в пробирку кусочек мрамора и прилили в неё 2 мл соляной кислоты. Наблюдаем выделение газа.
$CaCO_{3} + 2HCl ⟶ CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}$↑
Пропустили газ через воду в другой пробирке, предварительно добавив в неё немного лакмуса. Наблюдаем окрашивание лакмусовой бумажки в красный цвет.
Оставили окрашенный раствор в открытой пробирке на некоторое время.
Наблюдаем изменение окраски обратно на фиолетовую, так как процесс образования угольной кислоты является обратимым. Можно сделать вывод, что угольная кислота − нестабильная.

Лабораторный опыт №38

Переход карбонатов в гидрокарбонаты
Пропустите углекислый газ через прозрачный раствор известковой воды. Что наблюдаете? Продолжайте пропускать углекислый газ через образовавшуюся взвесь. Что наблюдаете? Почему? Как отличаются по растворимости карбонат и гидрокарбонат кальция? Запишите уравнения проделанных реакций.

Ответ:

Переход карбонатов в гидрокарбонаты
Пропустили углекислый газ через прозрачный раствор известковой воды. Наблюдаем выпадение осадка:
$CO_{2} + Ca(OH)_{2} = CaCO_{3}↓ + H_{2}O$
Продолжали пропускать углекислый газ через образовавшуюся взвесь. Наблюдаем растворение осадка, так как гидрокарбонат кальция − растворимая соль, а вот карбонат кальция − нерастворимая.
$CO_{2} + H_{2}O + CaCO_{3} = Ca(HCO_{3})_{2}$

Лабораторный опыт №39

Разложение гидрокарбоната натрия
Поместите немного пекарского порошка, в состав которого входит гидрокарбонат натрия, в пробирку прибора для получения газов. Закройте её пробкой с газоотводной трубкой и закрепите в лапке штатива. Кончик газоотводной трубки опустите в колбу (50 мл). Нагревайте содержимое пробирки 2−3 мин. Подожгите лучинку и внесите её в колбу. Что наблюдаете? О каком свойстве углекислого газа свидетельствует последняя часть опыта? Запишите уравнение проделанной реакции.

Ответ:

Разложение гидрокарбоната натрия
Поместили немного пекарского порошка, в состав которого входит гидрокарбонат натрия, в пробирку прибора для получения газов. Закрыли её пробкой с газоотводной трубкой и закрепили в лапке штатива. Кончик газоотводной трубки опустили в колбу (50 мл). Нагревали содержимое пробирки 2−3 мин. Подожгли лучинку и внесли её в колбу. Наблюдаем то, что лучинка потухла, так как углекислый газ не поддерживает горение.
$2NaHCO_{3} ⟶ Na_{2}CO_{3} + H_{2}O + CO_{2}↑$

i

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

Ответ:

Электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных:
1) Сайт "Cyber leninka".
2) Сайт "Science journals".
3) Сайт "Science for you".

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Ответ:

Получение, свойства и применение углекислого газа
Оксид углерода (IV) − бесцветный, не имеющий запаха газ, широко известный под названием углекислый газ. Он примерно в полтора раза тяжелее воздуха.
При обычных условиях в одном объёме воды растворяется один объём углекислого газа.
При давлении примерно 60 атм углекислый газ превращается в бесцветную жидкость. При испарении жидкого углекислого газа часть его превращается в твёрдую снегообразную массу, которую в промышленности прессуют, − это «сухой лёд», который применяют для хранения пищевых продуктов. Твёрдый углекислый газ имеет молекулярную решётку и способен к возгонке.
Углекислый газ $CO_{2}$, как типичный кислотный оксид, взаимодействует с щелочами, с основными оксидами и водой. Он не горит и не поддерживает горения и потому применяется для тушения пожаров.
Однако магний продолжает гореть в углекислом газе с образованием оксида и выделением углерода в виде сажи:
$CO_{2} + 2Mg = 2MgO + C$.
Углекислый газ получают, действуя на соли угольной кислоты − карбонаты − растворами соляной, азотной и даже уксусной кислот. В лаборатории углекислый газ получают при действии соляной кислоты на мел или мрамор:
$CaCO_{3} + 2HCl = CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}$.
В промышленности углекислый газ получают обжигом известняка:
$CaCO_{2} = CaO + CO_{2}$.
Углекислый таз используют также для изготовления шипучих напитков и получения соды.

?

1. Рассмотрите реакцию восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) как окислительно−восстановительный процесс.

Ответ:

Уравнение реакции восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II):
$Fe_{2}O_{3} + 3CO ⟶ 2Fe + 3CO_{2}$
$Fe^{+3} + 3ē ⟶ Fe^{0}$ − окислитель
$C^{+2} - 2ē ⟶ C^{+4}$ − восстановитель

2. Какие несолеобразующие оксиды вам ещё известны, кроме оксида углерода (II)? Верно ли с химической точки зрения другое синонимическое название их – безразличные, или индифферентные, оксиды?

Ответ:

Несолеобразующие оксиды: оксид азота (I) $N_{2}O$, оксид азота (II) NO, оксид кремния (II) SiO.
С химической точки зрения другое синонимическое название их – безразличные, или индифферентные, оксиды неверно, так как такие оксиды безразличны к щелочам и кислотам, но они могут реагировать с другими веществами.

3. Напишите уравнения реакций, характеризующие свойства оксида углерода (IV). Рассмотрите взаимодействие оксида углерода (IV) с магнием как окислительно−восстановительный процесс.

Ответ:

Уравнение реакции взаимодействия оксида углерода (IV) с магнием:
$CO_{2} + 2Mg = 2MgO + C$
$C^{+4} + 4ē ⟶ C^{0}$ − окислитель
$Mg^{0} - 2ē ⟶ Mg^{+2}$ − восстановитель
Оксид углерода (IV) взаимодействует с основными оксидами:
$CO_{2} + CaO = CaCO_{3}$
Оксид углерода (IV) реагирует с водой:
$CO_{2} + H_{2}O ⇄ H_{2}CO_{3}$
Оксид углерода (IV) реагирует со щёлочами:
$CO_{2} + 2NaOH = Na_{2}CO_{3} + H_{2}O$

4. Почему раствор углекислого газа окрашивает лакмус в красный цвет? Почему при длительном хранении этого раствора лакмус снова приобретает фиолетовую окраску?

Ответ:

Раствор углекислого газа окрашивает лакмус в красный цвет, так как имеет кислую среду.
При длительном хранении этого раствора лакмус снова приобретает фиолетовую окраску, так как образование угольной кислоты − обратимый процесс.

5. Напишите формулы следующих солей: карбоната меди (II), гидрокарбоната меди (II), гидроксокарбоната меди (II). К какой группе солей относится каждая соль? Как ещё называют последнюю соль?

Ответ:

$CuCO_{3}$ − карбонат меди (II) − средняя соль.
$Cu(HCO_{3})_ {2}$ − гидрокарбонат меди (II) − кислая соль.
$(CuOH)_{2}CO_{3}$ − гидроксокарбонат меди (II), малахит − основная соль.

6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
а) $CaCO_{3}$ $\overset{1}{⟶}$ CaO $\overset{2}{⟶}$ $Ca(OH)_{2}$ $\overset{3}{⟶}$ $CaCO_{3}$ $\overset{4}{⟶}$ $Ca(HCO_{3})_{2}$ $\overset{5}{⟶}$ $CaCO_{3}$;
б) C $\overset{1}{⟶}$ $CO_{2}$ $\overset{2}{⟶}$ CO $\overset{3}{⟶}$ $CO_{2}$ $\overset{4}{⟶}$ C.
Рассмотрите процессы окисления−восстановления.

Ответ:

а) $CaCO_{3}$ $\overset{1}{⟶}$ CaO $\overset{2}{⟶}$ $Ca(OH)_{2}$ $\overset{3}{⟶}$ $CaCO_{3}$ $\overset{4}{⟶}$ $Ca(HCO_{3})_{2}$ $\overset{5}{⟶}$ $CaCO_{3}$
1) $CaCO_{3} = CaO + CO_{2}↑$
2) $CaO + H_{2}O = Ca(OH)_{2}$
3) $Ca(OH)_{2} + CO_{2} = CaCO_{3}↓ + H_{2}O$
4) $CaCO_{3} + H_{2}O + CO_{2} = Ca(HCO_{3})_{2}$
5) $Ca(HCO_{3})_{2} = CaCO_{3} + H_{2}O + CO_{2}↑$

б) C $\overset{1}{⟶}$ $CO_{2}$ $\overset{2}{⟶}$ CO $\overset{3}{⟶}$ $CO_{2}$ $\overset{4}{⟶}$ C
1) $C + O_{2} = CO_{2}$
$O_{2}^{0} + 4ē ⟶ 2O^{-2}$ − окислитель
$C^{0} - 4ē ⟶ C^{+4}$ − восстановитель
2) $CO_{2} + C = 2CO$
$C^{+4} + 2ē ⟶ C^{+2}$ − окислитель
$C^{0} - 2ē ⟶ C^{+2}$ − восстановитель
3) $Fe_{2}O_{3} + 3CO = 2Fe + 3CO_{2}$
$Fe^{+3} + 3ē ⟶ Fe^{0}$ − окислитель
$C^{+2} - 2ē ⟶ C^{+4}$ − восстановитель
4) $CO_{2} + 2Mg = 2MgO + C$
$C^{+4} + 4ē ⟶ C^{0}$ − окислитель
$Mg^{0} - 2ē ⟶ Mg^{+2}$ − восстановитель

7. В 1060 г 2%−го раствора карбоната натрия растворили 14,3 г кристаллической соды ($Na_{2}CO_{3} * 10H_{2}O$). Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. Вычислите объем углекислого газа (н. у.), который образуется при взаимодействии полученного раствора с избытком соляной кислоты.

Ответ:

Дано:
$m_{р-ра}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = 1060 г
$ω_{1}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = 0,02
m ($Na_{2}CO_{3} * 10H_{2}O$) = 14,3 г
Найти:
$ω_{2}$ ($Na_{2}CO_{3}$) − ?
V ($CO_{2}$) − ?
Решение:
m ($Na_{2}CO_{3}$) = $ω_{1}$ ($Na_{2}CO_{3}$) * $m_{р-ра}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = 0,02 * 1060 = 21,2 г
m ($Na_{2}CO_{3}$) = m ($Na_{2}CO_{3} * 10H_{2}O$) * M ($Na_{2}CO_{3}$) : M ($Na_{2}CO_{3} * 10H_{2}O$) = 14,3 · 106 : 286 = 5,3 г
$ω_{2}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = m : m (р−ра) * 100% = (5,3 + 21,2) : (1060 + 14,3) * 100% = 26,5 : 1074,3 * 100% = 2,46 %
$m_{общ}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = 5,3 + 21,2 = 26,5 г
$Na_{2}CO_{3} + 2HCl = 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}↑$
Составим пропорцию и решим ее:
26,5 г $Na_{2}CO_{3}$ − x л $CO_{2}$
106 г/моль $Na_{2}CO_{3}$ − 22,4 л/моль $CO_{2}$
V ($CO_{2}$) = x = 26,5 · 22,4 : 106 = 5,6 л
Ответ: $ω_{2}$ ($Na_{2}CO_{3}$) = 2,46%; V (CO2) = 5,6 л.