Номер 2, страница 346 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 48. Углерод и его соединения - номер 2, страница 346.

Условие.

2. Сравните свойства, получение и применение оксидов углерода (II) и (IV).

Решение.

Решение 2.

Свойства

Оксид углерода (II), угарный газ ($\text{CO}$)

• Физические свойства: газ без цвета, вкуса и запаха. Немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Крайне токсичен, так как прочно связывается с гемоглобином крови, блокируя перенос кислорода.
• Химический характер: несолеобразующий оксид. Не реагирует с водой, кислотами и щелочами в обычных условиях.
• Химическая активность: углерод в степени окисления +2 является сильным восстановителем.
  • Горит в кислороде синим пламенем: $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$.
  • Восстанавливает многие металлы из их оксидов: $CuO + CO \xrightarrow{t} Cu + CO_2$.
  • Вступает в реакции присоединения, например, с хлором на свету образует фосген: $CO + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} COCl_2$.
  • С расплавом щелочи под давлением образует формиат натрия: $CO + NaOH \xrightarrow{p, t} HCOONa$.

Оксид углерода (IV), углекислый газ ($CO_2$)

• Физические свойства: газ без цвета, с легким кисловатым запахом и вкусом. Примерно в 1.5 раза тяжелее воздуха, ограниченно растворим в воде. Нетоксичен, но в высоких концентрациях вызывает удушье. В твердом состоянии известен как «сухой лед».
• Химический характер: кислотный оксид.
• Химическая активность: углерод в высшей степени окисления +4, поэтому $CO_2$ проявляет окислительные свойства.
  • Обратимо реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$.
  • Реагирует с основаниями, образуя карбонаты и гидрокарбонаты. Реакция с известковой водой является качественной: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$.
  • Окисляет активные металлы и уголь при высокой температуре: $CO_2 + 2Mg \xrightarrow{t} 2MgO + C$.
  • Участвует в процессе фотосинтеза: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

Ответ: Основное различие в свойствах заключается в том, что $\text{CO}$ является токсичным несолеобразующим оксидом и сильным восстановителем, в то время как $CO_2$ — нетоксичный кислотный оксид, проявляющий окислительные свойства.

Получение

Оксид углерода (II), $\text{CO}$

• В промышленности:
  • При неполном сгорании угля или природного газа: $2C + O_2 \rightarrow 2CO$.
  • Пропусканием паров воды или углекислого газа над раскаленным углем (коксом): $C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$ (синтез-газ) или $C + CO_2 \xrightarrow{t} 2CO$.
• В лаборатории:
  • Нагреванием муравьиной кислоты с концентрированной серной кислотой (водоотнимающее средство): $HCOOH \xrightarrow{H_2SO_4, t} CO\uparrow + H_2O$.

Оксид углерода (IV), $CO_2$

• В промышленности:
  • Как побочный продукт при производстве извести (обжиг известняка): $CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$.
  • При полном сжигании ископаемого топлива (угля, нефти, газа): $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
  • В процессах брожения, например, при производстве спирта: $C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_5OH + 2CO_2$.
• В лаборатории:
  • Действием сильных кислот на карбонаты или гидрокарбонаты: $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$.

Ответ: $\text{CO}$ получают при неполном сгорании углерода или восстановлением $CO_2$ углем, а $CO_2$ — при полном сгорании углеродсодержащих веществ, обжиге известняка или действием кислот на карбонаты.

Применение

Оксид углерода (II), $\text{CO}$

• Металлургия: как восстановитель при выплавке чугуна и стали из руд: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$.
• Химическая промышленность: как сырье для синтеза метанола, искусственного бензина и других органических веществ (в составе синтез-газа).
• Топливо: как компонент горючих газов (генераторный, доменный газ).

Оксид углерода (IV), $CO_2$

• Пищевая промышленность: для газирования напитков, как консервант (Е290) и разрыхлитель теста.
• Холодильная техника: твердый $CO_2$ («сухой лед») используется для охлаждения и заморозки продуктов.
• Пожаротушение: используется в углекислотных огнетушителях, так как не поддерживает горение и тяжелее воздуха.
• Химическая промышленность: для производства соды, мочевины (карбамида), салициловой кислоты.
• Сельское хозяйство: для подкормки растений в теплицах.
• Другое: в качестве защитной среды при сварке, в $CO_2$-лазерах, в пневматическом оружии.

Ответ: $\text{CO}$ в основном применяется в тяжелой промышленности как восстановитель и сырье для химического синтеза. $CO_2$ имеет гораздо более широкое и разнообразное применение, охватывающее пищевую промышленность, пожаротушение, холодильную технику и синтез различных химических продуктов.