Углекислый газ

Неотъемлемая часть атмосферы, основное сырье для процесса фотосинтеза зеленых растений, продукт жизнедеятельности живых организмов.

Согласно международной систематической номенклатуре (IUPAC) вещество с формулой CO2 называлось окисью углерода (IV). Тривиальные (общие названия): двуокись углерода или двуокись углерода, двуокись углерода (солеобразующий оксид с кислотными свойствами).

Формула углекислого газа

СО2

Молекула углекислого газа состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода. Структурная формула O=C=O. Валентность углерода равна 4. Степень окисления (+4). Тип связи – ковалентная полярная.

Получение углекислого газа

Природные источники углекислого газа

Углекислый газ образуется при медленном окислении в процессах дыхания, брожения и разложения органических веществ. Он выделяется при разложении природных карбонатов, сжигании топлива, образовании дымовых газов. Содержание в воздухе, минеральных источниках.

Организм человека выделяет 1 кг СО2 в сутки. Воздух содержит 0,03% углекислого газа.

Лабораторные способы получения

В лаборатории газ можно получить путем взаимодействия соляной кислоты с мелом, мрамором и содой. Газ собирается вытеснением воздуха.

CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2,

NaHCO3+ HCl → NaCl + H2O + CO2.

Промышленные способы получения

  1. Обжиг известняка: CaCO3 → CaO + CO2.
  2. Как побочный продукт разделения воздуха при производстве кислорода, азота, аргона.

Свойства углекислого газа

Физические свойства

Вещество нетоксичное, негорючее.

Имущество Описание
Статус добавлен в нет Газ
Цвет Бесцветный
Запах Без запаха
Температура плавления -750°С
Температура кипения -56,50°С
Растворимость воды Частично растворяется. При t +150°С в 1 л воды можно растворить 1,7 л углекислого газа
Плотность 1,977 г/л
Молярная масса 44 г/моль

Вещество в твердом агрегатном состоянии называют «сухим льдом».

Высокую концентрацию углекислого газа можно определить органолептически: во рту появляется кисловатый привкус на языке. Повышенное содержание опасно для организма: вызывает удушье.

Химические свойства

  1. Качественная реакция: При взаимодействии углекислого газа с известковым молоком (гидроксидом кальция) образуется карбонат кальция — белый осадок.

СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓ + Н2О.

  1. CO2, как оксид кислоты, реагирует с водой с образованием угольной кислоты. Эта кислота является нестабильным соединением, которое легко распадается на углекислый газ и воду. Тип реакции – обратимая, комбинированная реакция.

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3.

  1. При нагревании разлагается на окись углерода (II) и воду: 2CO2 = 2CO + O2.

  2. Взаимодействует с основными оксидами, с образованием солей:

СаО + СО2 = СаСО3; Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3.

Тип реакции – реакция соединения.

  1. Взаимодействует со щелочами, с образованием кислых и средних солей:

СО2 + NaOH = NaHCO3;

СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.

Средняя соль образуется при избытке щелочи. Кислая соль образуется при соотношении количеств вещества оксида и щелочи 1:1.

  1. Реагирует с активными металлами при температуре:

СО2 + 2Mg = С + 2MgO

Углекислый газ в первую очередь проявляет восстановительные свойства, но при взаимодействии с активными металлами является окислителем.

  1. Вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами:

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (условия реакции — высокая температура, катализатор Cu2O).

Применение углекислого газа

В пищевой промышленности:

  • используется в производстве минеральной воды и газированных напитков;
  • как пищевая добавка (Е290) увеличивает срок годности продуктов;
  • в качестве разрыхлителя придает легкость и пышность кондитерским изделиям;
  • как хладагент;
  • для удаления кофеина из кофе.

В авиамоделях используется как источник энергии для двигателей; используется в пневматическом оружии; как заправочная станция для углекислотных огнетушителей. Используется в качестве защитной среды при сварке.

Углекислый газ применяют и в медицине: его используют для криодеструкции новообразований, он служит стимулятором глубокого дыхания.

В химической промышленности газ используется при синтезе химических продуктов, производстве солей углекислоты, сушке и очистке полимеров, волокон растительного и животного происхождения. Применяется для очистки сточных вод, повышает электропроводность сверхчистой воды.

Примеры решения задач

Задача 1

Найдите массовую долю углерода в углекислом газе.

Решение

М(СО2) = 12 + 2х16 = 44 г/моль.

Ar(C) = 12 г/моль.

W(C) = 12/44 = 0,27 или 27%

Ответ: Массовая доля углерода в углекислом газе составляет 27%.

Задача 2

Рассчитайте объем углекислого газа, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с мрамором массой 100 г.

Решение

300г-XL

CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2

1 моль — 1 моль

100г/моль — 22,4л/моль

100 г — 22,4 л

х (СО2) = 300х22,4/100 = 67,2 (л).

Ответ: Объем углекислого газа равен 67,2 литра.

Оцените автора
Добавить комментарий