Jellegzetes reakciók co 2-re. Szén-dioxid. A szén-dioxid kémiai tulajdonságai
Szén-dioxid, szén-monoxid, szén-dioxid – ezek mind egy olyan anyag elnevezései, amelyet szén-dioxidként ismerünk. Tehát milyen tulajdonságai vannak ennek a gáznak, és melyek az alkalmazási területei?
A szén-dioxid és fizikai tulajdonságai
A szén-dioxid szénből és oxigénből áll. A szén-dioxid képlete így néz ki: CO₂. A természetben szerves anyagok égése vagy bomlása során keletkezik. A levegő és az ásványforrások gáztartalma is meglehetősen magas. Emellett az emberek és az állatok is szén-dioxidot bocsátanak ki kilégzéskor.
Rizs. 1. Szén-dioxid molekula.
A szén-dioxid teljesen színtelen gáz, nem látható. Szintén nincs szaga. Magas koncentráció esetén azonban az emberben hypercapnia, azaz fulladás alakulhat ki. A szén-dioxid hiánya egészségügyi problémákat is okozhat. Ennek a gáznak a hiánya következtében a fulladás ellentétes állapota - hipokapnia - alakulhat ki.
Ha a szén-dioxidot alacsony hőmérsékleten helyezzük el, akkor -72 fokon kikristályosodik, és olyan lesz, mint a hó. Ezért a szilárd állapotú szén-dioxidot „száraz hónak” nevezik.
Rizs. 2. Száraz hó – szén-dioxid.
A szén-dioxid 1,5-szer sűrűbb, mint a levegő. Sűrűsége 1,98 kg/m³ A szén-dioxid molekulában lévő kémiai kötés poláris kovalens. Poláris, mivel az oxigénnek magasabb az elektronegativitása.
Az anyagok tanulmányozásában fontos fogalom a molekula- és moláris tömeg. A szén-dioxid moláris tömege 44. Ez a szám a molekulát alkotó atomok relatív atomtömegének összegéből adódik. A relatív atomtömegek értékei a D.I. táblázatból származnak. Mengyelejev és egész számokra kerekítve. Ennek megfelelően a CO₂ moláris tömege = 12+2*16.
A szén-dioxidban lévő elemek tömeghányadának kiszámításához követni kell az anyagban lévő egyes kémiai elemek tömeghányadainak kiszámítására szolgáló képletet.
n– az atomok vagy molekulák száma.
A r– egy kémiai elem relatív atomtömege.
úr– az anyag relatív molekulatömege.
Számítsuk ki a szén-dioxid relatív molekulatömegét!
Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 vagy 27% Mivel a szén-dioxid képlete két oxigénatomot tartalmaz, akkor n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 vagy 73%
Válasz: w(C) = 0,27 vagy 27%; w(O) = 0,73 vagy 73%
A szén-dioxid kémiai és biológiai tulajdonságai
A szén-dioxid savas tulajdonságokkal rendelkezik, mivel savas oxid, és vízben oldva szénsavat képez:
CO2+H2O=H2CO3
Reagál lúgokkal, karbonátok és bikarbonátok képződését eredményezve. Ez a gáz nem ég. Csak bizonyos aktív fémek, például magnézium égnek benne.
Melegítéskor a szén-dioxid szén-monoxidra és oxigénre bomlik:
2CO3=2CO+O3.
Más savas oxidokhoz hasonlóan ez a gáz is könnyen reagál más oxidokkal:
СaO+Co3=CaCO3.
A szén-dioxid minden szerves anyag része. Ennek a gáznak a keringtetése a természetben termelők, fogyasztók és lebontók közreműködésével történik. Az életfolyamat során egy ember körülbelül 1 kg szén-dioxidot termel naponta. Belégzéskor oxigént kapunk, de ebben a pillanatban szén-dioxid képződik az alveolusokban. Ebben a pillanatban csere történik: az oxigén belép a vérbe, és a szén-dioxid távozik.
Az alkoholgyártás során szén-dioxid keletkezik. Ez a gáz a nitrogén-, oxigén- és argongyártás mellékterméke is. A szén-dioxid felhasználása az élelmiszeriparban szükséges, ahol a szén-dioxid tartósítószerként működik, a folyékony szén-dioxid pedig a tűzoltó készülékekben található.
Ennek a vegyületnek a képződésének leggyakoribb folyamata az állati és növényi maradványok rothadása, a különféle típusú tüzelőanyagok elégetése, valamint az állatok és növények légzése. Például egy ember naponta körülbelül egy kilogramm szén-dioxidot bocsát ki a légkörbe. Szén-monoxid és -dioxid az élettelen természetben is képződhet. A vulkáni tevékenység során szén-dioxid szabadul fel, és ásványvízforrásokból is előállítható. A szén-dioxid kis mennyiségben megtalálható a Föld légkörében.
Ennek a vegyületnek a kémiai szerkezetének sajátosságai lehetővé teszik számos kémiai reakcióban való részvételt, amelyek alapja a szén-dioxid.
Képlet
Ennek az anyagnak a vegyületében a négyértékű szénatom lineáris kötést képez két oxigénmolekulával. Egy ilyen molekula megjelenése a következőképpen ábrázolható:
A hibridizációs elmélet a szén-dioxid molekula szerkezetét a következőképpen magyarázza: a két létező szigma kötés a szénatomok sp pályái és az oxigén két 2p pályája között jön létre; A szén p-pályái, amelyek nem vesznek részt a hibridizációban, hasonló oxigénpályákkal kapcsolódnak össze. A kémiai reakciókban a szén-dioxidot a következőképpen írják fel: CO 2.
Fizikai tulajdonságok
Normál körülmények között a szén-dioxid színtelen, szagtalan gáz. A levegőnél nehezebb, ezért a szén-dioxid folyadékként viselkedhet. Például egyik tartályból a másikba önthető. Ez az anyag vízben gyengén oldódik - körülbelül 0,88 liter CO 2 oldódik fel egy liter vízben 20 ⁰C-on. A hőmérséklet enyhe csökkenése gyökeresen megváltoztatja a helyzetet - 1,7 liter CO 2 tud feloldódni ugyanabban a liter vízben 17 °C-on. Erős hűtéssel ez az anyag hópelyhek formájában kicsapódik - úgynevezett „szárazjég” keletkezik. Ez az elnevezés onnan származik, hogy normál nyomáson az anyag a folyékony fázist megkerülve azonnal gázzá alakul. A folyékony szén-dioxid valamivel 0,6 MPa feletti nyomáson és szobahőmérsékleten képződik.
Kémiai tulajdonságok
Ha erős oxidálószerekkel lép kölcsönhatásba, a 4-szén-dioxid oxidáló tulajdonságokat mutat. Ennek a kölcsönhatásnak a tipikus reakciója:
C + CO 2 = 2CO.
Így a szén segítségével a szén-dioxid kétértékű módosulatává - szén-monoxid - redukálódik.
Normál körülmények között a szén-dioxid inert. Néhány aktív fém azonban éghet benne, eltávolítva az oxigént a vegyületből, és széngázt szabadít fel. Tipikus reakció a magnézium elégetése:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
A reakció során magnézium-oxid és szabad szén képződik.
A kémiai vegyületekben a CO 2 gyakran egy tipikus savas oxid tulajdonságait mutatja. Például reagál bázisokkal és bázikus oxidokkal. A reakció eredményeként szénsavsók keletkeznek.
Például a nátrium-oxid vegyület és a szén-dioxid reakciója a következőképpen ábrázolható:
Na 2O + CO 2 = Na 2CO 3;
2NaOH + CO 2 = Na 2CO 3 + H 2 O;
NaOH + CO 2 = NaHCO 3.
Szénsav és CO 2 oldat
A vízben lévő szén-dioxid kis fokú disszociációjú oldatot képez. Ezt a szén-dioxid-oldatot szénsavnak nevezik. Színtelen, gyengén kifejezett, savanyú ízű.
Kémiai reakció rögzítése:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.
Az egyensúly meglehetősen erősen balra tolódik el - a kezdeti szén-dioxidnak csak körülbelül 1%-a alakul át szénsavvá. Minél magasabb a hőmérséklet, annál kevesebb szénsavmolekula van az oldatban. Amikor a vegyület felforr, teljesen eltűnik, és az oldat szén-dioxidra és vízre bomlik. A szénsav szerkezeti képlete az alábbiakban látható.
A szénsav tulajdonságai
A szénsav nagyon gyenge. Oldatokban H + hidrogénionokra és HCO 3 - vegyületekre bomlik. A CO 3 - ionok nagyon kis mennyiségben képződnek.
A szénsav kétbázisú, így az általa képződött sók lehetnek közepesek és savasak. Az orosz kémiai hagyományban a közepes sókat karbonátoknak, az erős sókat bikarbonátoknak nevezik.
Minőségi reakció
A szén-dioxid kimutatásának egyik lehetséges módja a mészhabarcs tisztaságának megváltoztatása.
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Ezt a tapasztalatot egy iskolai kémiatanfolyamról ismerjük. A reakció elején kis mennyiségű fehér csapadék képződik, amely később eltűnik, amikor a szén-dioxidot vízen vezetik át. Az átlátszóság változása azért következik be, mert a kölcsönhatás során egy oldhatatlan vegyület - kalcium-karbonát - oldható anyaggá - kalcium-hidrogén-karbonáttá - alakul. A reakció ezen az úton halad:
CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO 3) 2.
Szén-dioxid előállítása
Ha kis mennyiségű CO2-t kell bejuttatnia, elindíthatja a sósav reakcióját kalcium-karbonáttal (márvány). Ennek a kölcsönhatásnak a kémiai jelölése így néz ki:
CaCO 3 + HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.
Erre a célra széntartalmú anyagok, például acetilén égési reakcióit is használják:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2 -.
A keletkező gáznemű anyag összegyűjtésére és tárolására Kipp-készüléket használnak.
Az ipar és a mezőgazdaság szükségleteihez a szén-dioxid-termelés mértékének nagynak kell lennie. Ennek a nagy léptékű reakciónak egy népszerű módszere a mészkő elégetése, amely szén-dioxidot termel. A reakció képlete az alábbiakban látható:
CaCO 3 = CaO + CO 2.
A szén-dioxid alkalmazásai
Az élelmiszeripar a „szárazjég” nagyüzemi előállítása után az élelmiszerek tárolásának alapvetően új módszerére tért át. Nélkülözhetetlen a szénsavas italok és ásványvíz előállításához. Az italok CO 2 tartalma frissességet ad, és jelentősen megnöveli az eltarthatóságukat. Az ásványvizek karbidizálása pedig lehetővé teszi a kopottság és a kellemetlen íz elkerülését.
A főzés során gyakran használják a citromsav ecettel történő oltásának módszerét. A folyamat során felszabaduló szén-dioxid pelyhességet és könnyedséget kölcsönöz az édesipari termékeknek.
Ezt a vegyületet gyakran használják élelmiszer-adalékanyagként az élelmiszerek eltarthatóságának növelésére. A termékekben található kémiai adalékanyagok osztályozására vonatkozó nemzetközi szabványok szerint az E 290 kódolású,
A por alakú szén-dioxid a tűzoltó keverékek egyik legnépszerűbb anyaga. Ez az anyag a tűzoltó habban is megtalálható.
A szén-dioxidot a legjobb fémpalackokban szállítani és tárolni. 31 °C feletti hőmérsékleten a hengerben lévő nyomás elérheti a kritikus értéket, és a folyékony CO 2 szuperkritikus állapotba kerül, és az üzemi nyomás hirtelen 7,35 MPa-ra emelkedik. A fémhenger akár 22 MPa belső nyomást is kibír, így a harminc fok feletti hőmérsékleti nyomástartomány biztonságosnak tekinthető.
Szén
A szén 6 C elem a 2. periódusban, a IV. PS csoport fő alcsoportjában található.
A szén vegyértékképességét az atomja külső elektronrétegének szerkezete határozza meg a talajban és a gerjesztett állapotokban:
Alapállapotban egy szénatom két kovalens kötést tud kialakítani a cseremechanizmus segítségével és egy donor-akceptor kötést egy szabad pálya segítségével. A legtöbb vegyületben azonban a szénatomok gerjesztett állapotban vannak, és IV vegyértéket mutatnak.
A szén legjellemzőbb oxidációs állapotai: több elektronegatív elemet tartalmazó vegyületekben +4 (ritkábban +2); kevesebb elektronegatív elemet tartalmazó vegyületekben -4.
A természetben lenni
A földkéreg széntartalma 0,48 tömegszázalék. A szabad szén gyémánt és grafit formájában található. A szén nagy része természetes karbonátok formájában, valamint fosszilis tüzelőanyagokban található meg: tőzeg, szén, olaj, földgáz (metán és legközelebbi homológjainak keveréke). A légkörben és a hidroszférában a szén szén-dioxid CO 2 formájában található (levegőben 0,046 tömeg%).
CaCO 3 – mészkő, kréta, márvány, izlandi spar
CaCO 3 ∙MgCO 3 – dolomit
SiC – karborundum
CuCO 3 ∙Cu(OH) 2 – malachit
Fizikai tulajdonságok
gyémánt atomi kristályrácsa van, az atomok tetraéderes elrendezésű a térben (a kötési szög 109°), nagyon kemény, tűzálló, dielektromos, színtelen, átlátszó, rosszul vezeti a hőt.
Grafit atomkristályrácsos, atomjai szabályos hatszögek csúcsaiban rétegesen helyezkednek el (kötési szög 120°), sötétszürke, átlátszatlan, fémes fényű, puha, tapintásra zsíros, hőt és elektromos áramot vezet, mint a gyémánt nagyon magas olvadáspontja (3700 °C) és forráspontja (4500 °C). A szén-szén kötés hossza a gyémántban (0,537 nm) hosszabb, mint a grafitban (0,142 nm). A gyémánt sűrűsége nagyobb, mint a grafité.
Carbin – lineáris polimer, kétféle láncból áll: –C≡C–C≡C– vagy =C=C=C=C=, kötési szög 180°, fekete por, félvezető.
Fullerének– fekete színű, fémes fényű kristályos anyagok, C 60, C 70 stb. összetételű (molekuláris szerkezetű) üreges gömb alakú molekulákból állnak. A molekulák felületén lévő szénatomok szabályos ötszögekbe és hatszögekbe kapcsolódnak össze.
Gyémánt grafit fullerének
Kémiai tulajdonságok
A szén inaktív, és csak hidegben reagál a fluorral; kémiai aktivitás magas hőmérsékleten megy végbe.
Szén-oxidok
A szén nem sóképző oxidot (CO) és sóképző oxidot (CO 2) hoz létre.
Szén-monoxid (II) CO, szén-monoxid, szén-monoxid– színtelen és szagtalan gáz, vízben gyengén oldódik, mérgező. A molekulában lévő kötés hármas és nagyon erős. A szén-monoxidot redukáló tulajdonságok jellemzik egyszerű és összetett anyagokkal való reakciókban.
CuO + CO = Cu + CO 2
Fe 2 O 3 + 3CO = 2FeO + 3CO 3
2CO + O 2 = 2CO 2
CO + Cl 2 = COCl 2
CO + H 2 O = H 2 + CO 2
A szén-monoxid (II) reagál H2-vel, NaOH-val és metanollal:
CO + 2H 2 = CH 3OH
CO + NaOH = HCOONa
CO + CH 3 OH = CH 3 COOH
Szén-monoxid előállítása
1) Az iparban (gázgenerátorokban):
C + O 2 = CO 2 + 402 kJ, majd CO 2 + C = 2CO – 175 kJ
C + H 2 O = CO + H 2 – Q,
2) A laboratóriumban- hangya- vagy oxálsav hőbomlása H 2 SO4 (tömény) jelenlétében:
HCOOH → H2O + CO
H 2 C 2 O 4 → CO + CO 2 + H2O
Szén-monoxid (IV) CO 2, szén-dioxid, szén-dioxid- színtelen, szagtalan és íztelen, vízben oldódó gáz, nagy mennyiségben fulladást okoz, nyomás alatt fehér szilárd masszává alakul - „szárazjég”, amelyet a romlandó élelmiszerek hűtésére használnak.
A CO 2 molekula nem poláris és lineáris szerkezetű O=C=O.
Nyugta
1. A szénsavsók (karbonátok) hőbomlása. Mészkőégetés – az iparban:
CaCO 3 → CaO + CO 2
2. Erős savak hatása karbonátokra és bikarbonátokra - laboratóriumban:
CaCO 3 (márvány) + 2HCl → CaCl 2 + H 2 O + CO 2
NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2
Begyűjtési módszerek
légkiszorítás
3. Széntartalmú anyagok égetése:
CH 4 + 2O 2 → 2H 2 O + CO 2
4. Lassú oxidációval biokémiai folyamatokban (légzés, rothadás, fermentáció)
Kémiai tulajdonságok
1) Vízzel gyenge szénsavat ad:
CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3
2) Reagál bázikus oxidokkal és bázisokkal, szénsavsókat képezve
Na 2 O + CO 2 → Na 2 CO 3
2NaOH + CO 2 → Na 2 CO 3 + H 2 O
NaOH + CO 2 (felesleg) → NaHCO 3
3) Magasabb hőmérsékleten oxidáló tulajdonságokat mutathat - oxidálja a fémeket
CO 2 + 2Mg → 2MgO + C
4) Reagál peroxidokkal és szuperoxidokkal:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
4KO 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + 2O 2
Minőségi reakció szén-dioxidra
A mészvíz Ca(OH) 2 zavarossága fehér csapadék képződése miatt - oldhatatlan CaCO 3 só:
Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O
Szénsav
A H 2 CO 3 csak oldatokban létezik, instabil, gyenge, kétbázisú, fokozatosan disszociál, közepes (karbonátok) és savas (szénkarbonátok) sókat képez, a CO 2 vizes oldata a lakmuszt nem vörösre, hanem rózsaszínre varázsolja.
Kémiai tulajdonságok
1) aktív fémekkel
H 2 CO 3 + Ca = CaCO 3 + H 2
2) bázikus oxidokkal
H 2 CO 3 + CaO = CaCO 3 + H 2 O
3) alapokkal
H 2 CO 3 (g) + NaOH = NaHCO 3 + H 2 O
H 2 CO 3 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + 2H 2 O
4) Nagyon gyenge sav - lebomlik
H 2 CO 3 = H 2 O + CO 2
A szénsavsókat CO 2 felhasználásával állítják elő:
CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O
CO 2 + KOH = KHCO 3
vagy cserereakcióval:
K 2 CO 3 + BaCl 2 = 2KCl + BaCO 3
Amikor vizes oldatban kölcsönhatásba lépnek CO 2 -vel, a karbonátok bikarbonátokká alakulnak:
Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2NaHCO 3
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
Éppen ellenkezőleg, hevítéskor (vagy lúgok hatására) a bikarbonátok bikarbonátokká alakulnak:
2NaHCO 3 = Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O
KHCO 3 + KOH = K 2 CO 3 + H 2 O
Az alkálifém-karbonátok (a lítium kivételével) ellenállnak a melegítésnek, más fémek karbonátjai hevítéskor lebomlanak:
MgCO = MgO + CO 2
A szénsav ammóniumsói különösen könnyen bomlanak le:
(NH 4) 2 CO 3 = 2NH 3 + CO 2 + H 2 O
NH 4 HCO 3 = NH 3 + CO 2 + H 2 O
Alkalmazás
Szén korom, koksz, fémek ércekből való kinyerésére, kenőanyagok, gyógyászatban, gázelnyelőként, fúróhegyek (gyémánt) gyártásához.
Na 2 CO 3 ∙10H 2 O – kristályos szóda (szóda); szappan, üveg, színezékek, nátriumvegyületek előállítására használják;
NaHCO 3 – szódabikarbóna; élelmiszeriparban használják;
A CaCO 3-at az építőiparban CO 2, CaO előállítására használják;
K 2 CO 3 – hamuzsír;üveg, szappan, műtrágyák előállítására használják;
CO – redukálószerként, üzemanyag;
CO 2 – élelmiszer tárolására, szénsavas víz, szóda, cukor előállítására.
Folytatás. Lásd: 21, 22, 23, 24, 25-26, 27-28, 2003/29
6. Szén alcsoport
Tud: a szén allotróp módosulatai, tulajdonságaik függése a kristályrács szerkezetétől; a szén, szén-oxidok, szénsav, karbonátok, szilícium, szilícium-oxidok, kovasav legfontosabb tulajdonságai és felhasználási területei; építőanyagok - üveg, cement, beton, kerámia - összetétele és gyártása, ésszerű tárolásuk és felhasználásuk feltételei; minőségi reakció karbonátionra; módszerek a szén-dioxid kimutatására.
Képesnek lenni: jellemezze az elemek egy alcsoportját az atomok szerkezete és az elemek periódusos rendszerbeli helyzete alapján; reakcióegyenletekkel írja le a vizsgált anyagok kémiai tulajdonságait; a gyakorlatban meghatározza a karbonátiont és a szén-dioxidot; kombinált problémák megoldása.
Alapfogalmak: adszorpció, deszorpció, adszorbens, mészvíz, mésztej, karbidok, szilicidek, szilícium-anhidrid, kerámiák.
Ellenőrző kérdések
1. Mekkora a szén vegyértéke a vegyületekben? Miért?
2. Milyen allotróp formákat hoz létre a szén?
3. Mi a különbség a grafit és a gyémánt tulajdonságai között? Miért eltérőek ezeknek az anyagoknak a tulajdonságai?
4. Miért képes az aktív szén adszorpcióra?
5. Mit nevezünk adszorpciónak? Hol használják ezt az ingatlant?
6. Milyen reakciókon mehet keresztül a szén? Írd fel a reakcióegyenleteket!
7. Milyen oxidokat képez a szén?
8. Hogyan épül fel a szén-monoxid molekula, milyen típusú kémiai kötései vannak?
9. Hogyan nyerhető a szén(II)-monoxid? Adja meg a kémiai reakció egyenletét!
10. Milyen fizikai tulajdonságai vannak a szén-monoxidnak?
11. Milyen reakciókon mehet keresztül a szén-monoxid? Adja meg a kémiai reakciók egyenleteit!
12. Hol használják a szén(II)-monoxidot?
13. Hogyan hat a szén-monoxid az élő szervezetre? Hogyan védekezhetsz vele a mérgezés ellen?
14. Hogyan épül fel a szén-dioxid molekula, milyen típusú kémiai kötései vannak?
15. Hogyan juthat CO 2 -hoz? Írd fel a reakció egyenletét!
16. Melyek a szén-dioxid fizikai tulajdonságai?
17. Milyen reakciók lehetségesek a szén-dioxiddal? Adja meg a megfelelő reakcióegyenleteket!
18. Hogyan keletkeznek közepes és savas sók a CO 2 lúgokkal való reakciójában? Írd fel a reakcióegyenleteket!
19. Hogyan lehet felismerni a szén-dioxidot? Írja fel a CO 2 -re adott kvalitatív reakció egyenletét!
20. Miért nem támogatja a CO 2 az égést és a légzést?
21. Milyen az atomok elrendezése egy szénsavmolekulában?
22. Milyen típusú kémiai kötések vannak az atomok között egy szénsavmolekulában?
23. Hogyan lehet szénsavat szerezni? Adja meg a reakcióegyenletet!
24. Hogyan disszociál a szénsav? Erős elektrolit?
25. Hogyan hidrolizál a nátrium-karbonát oldatban? Írd fel a reakcióegyenletet!
26. Milyen színű a lakmusz szénsavoldatban? Miért?
27. Milyen sókat képezhet a szénsav? Adjon példákat az anyagok képleteire!
28. Milyen szénsavsók találhatók a természetben és mi a neve?
29. Milyen karbonátokat állítanak elő az iparban?
30. Milyen fizikai tulajdonságai vannak a szénsavsóknak?
31. Hogyan viselkednek a karbonátok hevítéskor? Írd fel a reakcióegyenleteket!
32. Mi történik a bikarbonátokkal hevítéskor?
33. Milyen egyéb reakciók (a bomláson kívül) lehetségesek a karbonátok esetében?
34. Mi a minőségi reakció a karbonátokra? Írd fel a reakcióegyenletet!
35. Ismertesse a szilícium atom szerkezetét!
36. Milyen oxidációs állapotai lehetnek a szilíciumnak vegyületeiben?
37. Mik a szilícium fizikai tulajdonságai?
38. Hogyan juthat tiszta szilíciumhoz? Írd fel a reakció egyenletét!
39. Milyen reakciók lehetségesek a szilícium esetében? Írd fel a reakcióegyenleteket!
40. Hogyan lép kölcsönhatásba a szilícium a lúgokkal? Írd fel a reakció egyenletét!
41. Hol használják a szilíciumot?
42. Milyen oxid képződik a szilíciumból? Milyen formában fordul elő a szilícium-oxid a természetben?
43. Miért kemény és tűzálló a szilícium-dioxid?
44. Milyen kémiai tulajdonságai vannak a szilícium-dioxidnak? Írd fel a reakcióegyenleteket!
45. Hol használják a szilícium-dioxidot?
46. Mi a kovasav legegyszerűbb képlete?
47. Hogyan lehet kovasavat szerezni? Adja meg a reakcióegyenletet!
48. Milyen fizikai tulajdonságai vannak a kovasavnak?
49. Hogyan nyerik a szilikátokat? Írd fel a reakcióegyenleteket!
50. Melyek a szilikátok kémiai tulajdonságai? Írd le a reakcióegyenleteket!
51. Hol használják a kovasavat?
52. Hol használják a szilikátokat?
53. Milyen anyagokat állít elő a szilikátipar?
54. Mi az üveggyártás alapanyaga?
55. Hogyan változtathatod meg az üveg tulajdonságait?
56. Hol használják az üveget?
57. Hol használják a kerámiatermékeket?
58. Mi a cementgyártás alapanyaga?
59. Hol használják a cementet?
60. Milyen elemek alkotják a széncsaládot?
61. Hogyan változnak a szén alcsoport elemeinek tulajdonságai az atommag töltésének növekedésével? Miért?
62. Hol használják a széncsalád elemeit?
6.1. Problémák megoldása a „Szén alcsoport” témában
1. feladat. Ha 3,8 g nátrium-karbonát és nátrium-hidrogén-karbonát keverékét sósavval kezeljük, 896 ml gáz keletkezik.
(Jól.). Mekkora térfogatú sósavat (tömeghányad - 20%, sűrűség - 1,1 g/cm3) fogyasztottunk el, és milyen volt a kiindulási keverék összetétele?
Megoldás
1. Az anyag mennyiségének kiszámítása:
(CO 2) = 0,896 (l)/22,4 (l/mol) = 0,04 mol.
Jelöljük azzal x a Na 2 CO 3 sósavval való reakciójában felszabaduló CO 2 gáz mennyisége. Akkor
A NaHCO 3 és a HCl reakciója során felszabaduló (CO 2) egyenlő (0,04 - x) anyajegy. Írjuk fel a reakcióegyenleteket:
2. Készítsünk feljegyzést a keverék mennyiségi összetételének meghatározásához:
106x + 84 (0,04 – x) = 3,8, innen x= 0,02 mol;
m(Na 2 CO 3) = 0,02 106 = 2,12 g,
m(NaHC03) = 0,02 84 = 1,68 g.
3. Számítsa ki a sav térfogatát! A Na 2 CO 3-mal végzett reakció 0,04 mól HCl-t, a NaHCO 3-mal pedig 0,02 mól HCl-t fogyaszt.
Válasz. 9,95 ml sósav; 2,12 g Na 2 CO 3 és 1,68 g NaHCO 3.
2. feladat. Mekkora térfogatú szén-dioxidot kell (sz.) átengedni egy 80 g tömegű, 5%-ban oldott bárium-hidroxid tömeghányadú oldaton, hogy bárium-hidrogén-karbonátot kapjunk?
Megoldás
1. Készítsük el a reakcióegyenletet:
2. Számítsuk ki az eredeti vegyületek reakcióba lépő anyagainak mennyiségét:
m(Ba(OH)2) = 80 ± 0,05 = 4 g,
(Ba(OH)2) = 4/171 = 0,0234 mol;
(CO 2) = 2 (Ba(OH) 2) = 2 0,0234 = 0,0468 mol.
3. Számítsa ki a gáz térfogatát:
V(CO 2) = 0,0468 22,4 = 1,05 l.
Válasz. 1,05 l CO 2.
3. feladat. 1 liter (II) és (IV) szén-oxid keveréket mészvízen engedünk át. A képződött csapadékot leszűrjük és szárítjuk, a csapadék tömege 2,45 g.. Határozzuk meg a kiindulási keverék gáztartalmát térfogatszázalékban
(Jól.).
Megoldás
1. Írjuk fel a reakcióegyenleteket:
2. Számítsa ki a CO 2 anyag mennyiségét:
(CO 2) = (CaCO 3) = 2,45/100 = 0,0245 mol.
3. Számítsa ki a keverékben lévő gázok térfogatát és térfogatrészét ()!
V(CO 2) = 22,4 0,0245 = 0,5488 l, (CO 2) = 54,88%;
V(SD) = 1 – 0,5488 = 0,4512 l, (SD) = 45,12%.
Válasz. Térfogatfrakciók (CO 2) = 54,88%; (SD) = 45,12%.
Önkontroll feladatok
1. Milyen anyagokkal lép reakcióba a szén(IV)-monoxid: nátrium-hidroxid, víz, magnézium-karbonát, nátrium-klorid, kalcium-oxid, réz(II)-hidroxid, szén, mészvíz? Írjon egyenleteket a lehetséges reakciókra!
2. Az egyik kémcső nátrium-karbonát oldatot, a másik pedig nátrium-szulfátot tartalmaz. Minden kémcsőbe bárium-klorid oldatot adtunk, és mindkét esetben fehér csapadék képződik. Hogyan állapítható meg, hogy melyik kémcsőben van karbonát? Írjon fel molekuláris és ionos reakcióegyenleteket!
3. Magyarázza el a redox folyamatokat, az elektronátmenetek bemutatásával elektronegyensúly módszerrel!
4. Írja fel a reakcióegyenleteket a következő transzformációkhoz:
5. Egy 50 g tömegű dolomit MgCO 3 CaCO 3 mintán feleslegben lévő sósav hatásának kitéve 11,2 liter (n.e.) szén-dioxid szabadul fel. Határozza meg a szennyeződések tömeghányadát ebben a dolomitmintában.
Válasz. 8%.
6. Ismeretes, hogy szén égetésekor 402 kJ/mol, mészkő égetésekor 180 kJ/mol hő nyelődik el. Ezen adatok felhasználásával határozza meg a szén tömegét (amely 0,98 tömegrész szenet tartalmaz), amely 1 kg 5% szennyeződést tartalmazó mészkő lebontásához szükséges.
Válasz. „52
7. 1,68 l szén(II)- és (IV)-oxid keveréket szobahőmérsékleten 50 ml 2 mol/l koncentrációjú nátrium-hidroxid oldaton átengedünk, majd az oldat lúgtartalmát felére csökkentjük. Határozza meg a kezdeti gázkeverék összetételét tömeg- és térfogatszázalékban!
Válasz. (SD) = 33,3%, (SD) = 24,1%;
(CO 2) = 66,7%, (CO 2) = 75,9%.
8. 16 g vas(III)-oxid szén-monoxiddal történő teljes redukciójából nyert gázt 98,2 ml 15%-os kálium-hidroxid oldaton (sűrűség - 1,14 kg/dm3) engedjük át. Hány liter szén-monoxidot (II) fogyasztottunk el?
(Jól.)? Milyen összetételű és tömegű a képződött só?
Válasz. 6,72 l CO, 30 g KHS03.
7. A fémek általános tulajdonságai
Tud: D. I. Mengyelejev a fémek helyzete a kémiai elemek periódusos rendszerében; fémek szerkezete és fizikai tulajdonságai; fémek előfordulása a természetben; a fémek általános kémiai tulajdonságai; a korrózió típusai és az ellene való védekezés módjai; elektrolízis, mint redox folyamat és alkalmazása; ötvözetek osztályozása, egyes ötvözetek összetétele, tulajdonságai és alkalmazásaik; a fémfeszültségek elektrokémiai sorozatának lényege és jelentősége.
Képesnek lenni: fémek jellemzése az elemek periódusos rendszerbeli helyzete és az atomok szerkezete alapján; jellemezze a fémek fizikai tulajdonságait; a fémek általános tulajdonságait tükröző reakcióegyenleteket készíteni; diagramokat és egyenleteket készít sók és lúgok olvadékainak és oldatainak elektrolízisére; standard és kombinált problémák megoldása.
Alapfogalmak: fémkötés, fémkristályrács, galvánelem, elektrokémiai cella, korrózió, elektrolízis, elektroextrakció, fémek elektrolitikus finomítása, galvanizálás, galvanizálás, ötvözetek.
Fémek reakciói savakkal
Az aktív fémek savakkal reagálva hidrogént szabadítanak fel (szubsztitúciós reakciók).
Az alacsony aktivitású fémek nem szorítják ki a hidrogént a savakból.
Ellenőrző kérdések
1. Mi a fémek jelentősége az emberi életben?
2. Melyek a fématomok szerkezeti jellemzői?
3. Hol találhatók a fémek D. I. Mengyelejev kémiai elemek periódusos rendszerében?
4. Hány külső elektronja van a fő és a másodlagos alcsoport fématomjainak?
5. Milyen formában fordulhatnak elő a fémek a természetben?
6. Hogyan nyerhetők vegyületeikből fémek?
7. Hogyan épül fel a fémek kristályrácsa?
8. Melyek a fémek fizikai tulajdonságai?
9. Hogyan viselkednek a fématomok kémiai reakciókban és miért?
10. Milyen tulajdonságokat - oxidálószerek vagy redukálószerek - mutatnak a fémek a kémiai reakciókban?
11. Meséljen a fémek elektrokémiai feszültségsorairól!
12. Sorolja fel azokat a reakciókat, amelyeken a fémek keresztülmenhetnek!
13. Hogyan függ össze a fématomok és a fémionok kémiai aktivitása?
14. Gőz s Melyik fém halálos? Ismertesse a mérgezés jeleit!
15. Mi a fémkorrózió, és hogyan védjük meg a fémet tőle?
16. Sorolja fel az alkálifémeket! Miért hívják így?
17. Milyen szerkezeti jellemzői vannak az alkálifém atomoknak?
18. Hogyan nyerhetők alkálifémek?
19. Melyek az alkálifémek fizikai tulajdonságai?
20. Milyen oxidok és peroxidok keletkeznek alkálifémek oxidációjából?
21. Milyen az alkálifém oxidációs állapota a vegyületben? Miért?
22. Hogyan keletkezik az alkálifém-hidrid? Milyen a benne lévő hidrogén oxidációs állapota?
23. Hogyan lép reakcióba az alkálifém a sóoldattal?
24. Hogyan színezik a lángot az alkálifém atomok és ionok?
25. Milyen reakciók jellemzőek az alkálifémekre?
26. Milyen kémiai kötéseket képeznek az alkálifémek nemfémekkel?
27. Hogyan lép kölcsönhatásba a nátrium-peroxid a szén-dioxiddal?
28. Hol használják az alkálifémeket?
29. Melyik alkálifém a legaktívabb és miért?
30. Hogyan lép kölcsönhatásba a CO 2 szuperoxid és a CO 2? Írd fel a reakcióegyenletet!
7.1. Olvadékok elektrolízise
Katód
– redukálószer, azon megy végbe az elektronok fémkationok általi felvétele.
Anód
– oxidálószer, amelyen a savas maradékok vagy hidroxidionok anionjai által elektrondonáció megy végbe.
Az OH – ionok oxidációja esetén diagramot készítünk:
4OH – – 4e = 2H 2 O + O 2.
Olvadt sók elektrolízise.
(30. algoritmus.)
1. Feladat. Készítsen vázlatot az olvadt nátrium-bromid elektrolízisére!
2. feladat. Készítsen sémát az olvadt nátrium-szulfát elektrolízisére.
Alkáli olvadékok elektrolízise.
(31. algoritmus.)
1. Feladat. Készítsen vázlatot az olvadt nátrium-hidroxid elektrolízisére!
7.2. Oldatok elektrolízise
Az elektrolízis az a redox folyamat, amely az elektródákon megy végbe, amikor elektromos áram halad át az elektroliton. Az elektrolízis során a katód redukálószer, mert elektronokat ad le, az anód pedig oxidálószer, mert elektronokat fogad el az anionoktól.
Az oldatok inert (oldhatatlan) anóddal (például grafit, szén, platina, irídium) történő elektrolízise során a katódon és az anódon a legvalószínűbb folyamat kiválasztásához használja a következőket. szabályokat.
1. Az anódon a következők keletkeznek:
a) F-anionokat tartalmazó oldatok elektrolízise során, –
, , , OH – , – O 2 ;
b) a Cl –, Br –, I – – Cl 2, Br 2, I 2 anionok oxidációja során.
2. A katódon a következők keletkeznek:
a) Al 3+ -tól balra lévő feszültségsorokban elhelyezkedő ionokat tartalmazó oldatok elektrolízise során – H 2;
b) ha az ionok a hidrogéntől jobbra lévő feszültségsorban helyezkednek el - fémek;
c) ha az ionok az Al 3+ és a H + közötti feszültségtartományban helyezkednek el, akkor a katódon egymással versengő folyamatok léphetnek fel - mind a fémek, mind a hidrogén redukciója;
d) ha egy vizes oldat különböző fémek kationjait tartalmazza, akkor ezek csökkenése a standard elektródpotenciál értékének csökkenésének sorrendjében történik (a fémfeszültségek sorozata mentén jobbról balra).
Aktív (oldható) anód (rézből, ezüstből, cinkből, nikkelből, kadmiumból) alkalmazása esetén maga az anód oxidálódik (oldódik), a katódon pedig a fémkationok, sók és hidrogénionok mellett fém az anód feloldásával kapott kationok redukálódnak.
A fémek redukciós tulajdonságait célszerű összehasonlítani az elektrokémiai feszültségsorral, amely magában foglalja a hidrogént is. Ebben a sorozatban az elemek redukáló képessége balról jobbra csökken, és a megfelelő kationok oxidáló képessége ugyanabban az irányban nő.
Vizes sóoldat elektrolízise.
(32. algoritmus.)
1. Feladat. Készítsen vázlatot nátrium-klorid vizes oldatának inert elektródákkal történő elektrolízisére.
2. feladat. Készítsen sémát réz(II)-szulfát vizes oldatának inert elektródákkal történő elektrolízisére!
Vizes lúgoldat elektrolízise.
(33. algoritmus.)
1. Feladat. Készítsen vázlatot nátrium-hidroxid vizes oldatának elektrolízisére!
Önkontroll feladatok
1. Készítsen elektrolízis sémákat:
a) kalcium-klorid, kálium-hidroxid, lítium-szulfát olvadékai;
b) magnézium-klorid, kálium-szulfát, higany(II)-nitrát vizes oldatai.
2. Milyen reakciók lehetségesek a gyakorlatban:
a) Cu + HCl...;
b) Mg + H2S04 (hígítva) ...;
c) Zn + Pb(NO3)2...;
d) Cu + ZnCl2...;
e) Ca + H20...;
e) Fe + Cl 2 ... ?
3. Az acélburkolaton egy rézszegecs található. Mi fog először eltörni - a burkolat vagy a szegecs? Miért?
4. Van egy vastermék, amelyet ón védőfóliával borítanak (ónozott vas). Mi történik, ha egy ilyen terméket levegőn melegítenek? Írd fel a bekövetkező reakciók egyenleteit!
5. Mekkora térfogatú hidrogén (n.u.) szabadul fel, ha 20 g nátrium, kálium és réz 1:1:2 tömegarányú ötvözetéből készült terméket vízbe merítünk?
Válasz. 3,86 l.
6. Számítsa ki egy 9,8%-os kénsavoldat tömegét, amelyre négy cinkgranulátum feloldásához lesz szükség, ha az egyes szemcsék tömege 0,2 g!
Válasz. 12,3 g.
7. Számítsa ki, mekkora lesz a kálium-hidroxid tömeghányada az oldatban, ha 3,9 g tömegű fémkáliumot feloldunk 80 ml vízben!
Válasz. 6,68%.
8. Egy bizonyos fém-szulfát elektrolízise során az anódon 176 ml oxigén (n.o.), a katódon pedig 1 g fém szabadult fel ugyanakkor. Milyen fém-szulfátot vettek be?
Válasz. CuSO4.
9. Egy 18 g tömegű vaslemezt réz(II)-szulfát oldatba merítünk. Rézzel bevonva a tömege 18,2 g lett Mekkora tömegű vas ment oldatba?
Válasz. 1,4 g.
10. Egy 5 g tömegű vaslemezt egy időre 50 ml 15%-os réz(II)-szulfát oldatba merítünk, amelynek sűrűsége 1,12 g/cm 3 . A lemez eltávolítása után a tömege 5,16 g volt Mekkora a réz(II)-szulfát tömege a maradék oldatban?
Válasz. 5,2 g.
Válaszok az önkontrollhoz szükséges feladatokra
6.1. Problémák megoldása a „Szén alcsoport” témában
Mielőtt megvizsgálnánk a szén-dioxid kémiai tulajdonságait, ismerjük meg ennek a vegyületnek néhány jellemzőjét.
Általános információ
Ez a szénsavas víz legfontosabb összetevője. Ez adja az italok frissességét és csillogó minőségét. Ez a vegyület savas, sóképző oxid. szén-dioxid 44 g/mol. Ez a gáz nehezebb a levegőnél, ezért a szoba alsó részében halmozódik fel. Ez a vegyület vízben rosszul oldódik.
Kémiai tulajdonságok
Tekintsük röviden a szén-dioxid kémiai tulajdonságait. Vízzel való kölcsönhatás során gyenge szénsav képződik. A képződés után szinte azonnal hidrogénkationokká és karbonát- vagy bikarbonát-anionokká disszociál. A kapott vegyület reakcióba lép aktív fémekkel, oxidokkal és lúgokkal is.
Melyek a szén-dioxid alapvető kémiai tulajdonságai? A reakcióegyenletek megerősítik ennek a vegyületnek a savas természetét. (4) képes bázikus oxidokkal karbonátokat képezni.
Fizikai tulajdonságok
Normál körülmények között ez a vegyület gáz halmazállapotú. A nyomás növekedésével folyékony halmazállapotúvá alakítható. Ez a gáz színtelen, szagtalan és enyhén savanyú ízű. A cseppfolyósított szén-dioxid színtelen, átlátszó, erősen mozgékony sav, külső paramétereiben hasonló az éterhez vagy az alkoholhoz.
A szén-dioxid relatív molekulatömege 44 g/mol. Ez majdnem 1,5-szer több, mint a levegő.
Ha a hőmérséklet -78,5 Celsius-fokra csökken, képződés lép fel, keménysége hasonló a krétához. Amikor ez az anyag elpárolog, szén-monoxid gáz képződik (4).
Minőségi reakció
A szén-dioxid kémiai tulajdonságainak mérlegelésekor ki kell emelni annak minőségi reakcióját. Amikor ez a vegyszer kölcsönhatásba lép a mészvízzel, zavaros kalcium-karbonát csapadék képződik.
Cavendish képes volt felfedezni a szén-monoxid olyan jellegzetes fizikai tulajdonságait (4), mint a vízben való oldhatóság, valamint a nagy fajsúly.
Lavoisier végzett egy tanulmányt, amelyben megpróbálta elkülöníteni a tiszta fémet az ólom-oxidtól.
Az ilyen vizsgálatok eredményeként feltárt szén-dioxid kémiai tulajdonságai igazolták e vegyület redukáló tulajdonságait. Lavoisiernek sikerült fémet nyernie ólom-oxid szén-monoxiddal való kalcinálása révén (4). Hogy megbizonyosodjon arról, hogy a második anyag szén-monoxid (4), mészvizet engedett át a gázon.
A szén-dioxid összes kémiai tulajdonsága megerősíti ennek a vegyületnek a savas természetét. Ez a vegyület elegendő mennyiségben található a Föld légkörében. Ennek a vegyületnek a Föld légkörében való szisztematikus növekedésével súlyos éghajlatváltozás (globális felmelegedés) lehetséges.
A szén-dioxid az élő természetben fontos szerepet játszik, mivel ez a vegyi anyag aktívan részt vesz az élő sejtek anyagcseréjében. Ez a kémiai vegyület az élő szervezetek légzésével kapcsolatos különféle oxidatív folyamatok eredménye.
A Föld légkörében található szén-dioxid az élő növények fő szénforrása. A fotoszintézis folyamatában (fényben) a fotoszintézis folyamata megy végbe, amely glükóz képződésével és oxigén légkörbe való felszabadulásával jár.
A szén-dioxid nem mérgező és nem támogatja a légzést. Ennek az anyagnak a légkörben való megnövekedett koncentrációjával az ember lélegzetvisszatartást és súlyos fejfájást tapasztal. Az élő szervezetekben a szén-dioxidnak fontos élettani jelentősége van, például az értónus szabályozásához szükséges.
A fogadás jellemzői
Ipari méretekben a szén-dioxid leválasztható a füstgáztól. Ezenkívül a CO2 a dolomit és a mészkő bomlásának mellékterméke. A szén-dioxid előállítására szolgáló modern berendezésekben etánamin vizes oldatát alkalmazzák, amely adszorbeálja a füstgázban lévő gázt.
A laboratóriumban szén-dioxid szabadul fel karbonátok vagy bikarbonátok savakkal való reakciójával.
A szén-dioxid alkalmazása
Ezt a savas oxidot az iparban élesztőként vagy tartósítószerként használják. A termék csomagolásán ez a vegyület E290 jelzéssel van ellátva. Folyékony formában a szén-dioxidot tűzoltó készülékekben használják tüzek oltására. A szén-monoxidot (4) szénsavas víz és limonádé italok előállításához használják.