Номер 3, страница 114 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Охарактеризуйте получение, свойства и применение оксида углерода(IV). Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.

Получение

Оксид углерода(IV), или углекислый газ ($CO_2$), можно получить различными способами как в промышленности, так и в лаборатории.

В промышленности:

• Сжигание ископаемого топлива, такого как уголь (углерод) и природный газ (метан). Это основной источник $CO_2$ в атмосфере.

  $C + O_2 \rightarrow CO_2$

  $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

• Термическое разложение карбоната кальция (известняка) при производстве негашеной извести ($CaO$).

  $CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2\uparrow$

• Как побочный продукт спиртового брожения в пивоварении и виноделии.

  $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$

В лаборатории:

• Действие сильных кислот (например, соляной кислоты) на карбонаты или гидрокарбонаты (например, мрамор или соду).

  $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$

• Термическое разложение малоустойчивых карбонатов и гидрокарбонатов.

  $2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

Ответ: В промышленности оксид углерода(IV) получают сжиганием топлива и обжигом известняка; в лаборатории — действием кислот на карбонаты.

Свойства

Физические свойства:

Оксид углерода(IV) — это бесцветный газ без запаха, примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха. Он не поддерживает горение (за исключением активных металлов). При нормальных условиях малорастворим в воде. При повышенном давлении и охлаждении сжижается, а при дальнейшем охлаждении переходит в твёрдое состояние, называемое "сухим льдом", который при атмосферном давлении сублимирует (переходит из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу) при температуре -78,5 °C.

Химические свойства:

$CO_2$ является типичным кислотным оксидом.

• Взаимодействует с водой, образуя слабую и нестабильную угольную кислоту:

  $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$

• Реагирует с основаниями (щелочами) с образованием солей — карбонатов и гидрокарбонатов. Реакция с известковой водой ($Ca(OH)_2$) является качественной реакцией на углекислый газ (выпадает белый осадок карбоната кальция):

  $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

  При избытке $CO_2$ осадок растворяется, образуя растворимый гидрокарбонат:

  $CaCO_3 + H_2O + CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

• Взаимодействует с основными оксидами:

  $CO_2 + Na_2O \rightarrow Na_2CO_3$

• Может быть восстановлен активными металлами или углеродом при высокой температуре. Например, магний горит в атмосфере $CO_2$:

  $CO_2 + 2Mg \xrightarrow{t} 2MgO + C$

• Участвует в процессе фотосинтеза у растений:

  $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

Ответ: Оксид углерода(IV) — бесцветный газ тяжелее воздуха, являющийся кислотным оксидом. Он реагирует с водой, основаниями и основными оксидами, участвует в фотосинтезе и может быть восстановлен активными восстановителями.

Применение

Области применения оксида углерода(IV) очень разнообразны:

• Пищевая промышленность: для газирования напитков, в качестве консерванта (пищевая добавка E290) и разрыхлителя теста (в составе пекарских порошков).

• Охлаждение: твёрдый $CO_2$ ("сухой лед") используется как хладагент для перевозки и хранения замороженных продуктов, медицинских препаратов и в научных исследованиях.

• Пожаротушение: углекислотные огнетушители применяются для тушения пожаров, особенно на электроустановках, так как $CO_2$ не проводит электрический ток, не оставляет следов и, будучи тяжелее воздуха, вытесняет кислород из зоны горения.

• Химическая промышленность: используется в синтезе мочевины (карбамида) — важного азотного удобрения, а также в производстве соды.

  $CO_2 + 2NH_3 \xrightarrow{p, t} (NH_2)_2CO + H_2O$

• Сельское хозяйство: для подкормки растений в теплицах с целью повышения урожайности.

• Другие области: в качестве защитной среды при сварке металлов, в $CO_2$-лазерах, для создания сценических эффектов (дым).

Ответ: Оксид углерода(IV) применяется в пищевой промышленности (газирование, консервант), в качестве хладагента ("сухой лед"), в огнетушителях, в химическом синтезе (производство мочевины) и для повышения урожайности в теплицах.