Номер 3, страница 120 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 6. Углерод и кремний. Параграф 33. Оксид углерода(II) - угарный газ. Подумай, ответь, выполни... - номер 3, страница 120.

Условие.

3. На конкретных примерах охарактеризуйте химические свойства СО.

Решение.

Решение 2.

Оксид углерода(II) ($CO$), известный также как угарный газ, — это несолеобразующий оксид. В обычных условиях он не взаимодействует с водой, кислотами и большинством оснований. Химические свойства $CO$ определяются промежуточной степенью окисления углерода $+2$ и наличием неподелённой электронной пары у атома углерода, что обуславливает его двойственное поведение: он может быть как восстановителем, так и лигандом в комплексных соединениях.

Основные химические свойства оксида углерода(II) можно охарактеризовать следующими примерами:

1. Восстановительные свойства

Это наиболее характерная черта угарного газа. Атом углерода в степени окисления $+2$ легко окисляется до более устойчивой степени окисления $+4$. Это свойство находит широкое применение, в частности, в металлургии для получения металлов из руд.

• Горение в кислороде:

  Угарный газ горит на воздухе или в кислороде характерным синим пламенем, образуя диоксид углерода ($CO_2$). Реакция экзотермическая.

  $2\stackrel{+2}{C}O + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2\stackrel{+4}{C}O_2$

• Восстановление металлов из их оксидов:

  При высоких температурах $CO$ является эффективным восстановителем для многих металлов, стоящих в ряду активности после алюминия. Этот процесс лежит в основе доменного производства чугуна.

  Пример восстановления меди из оксида меди(II):

  $CuO + CO \xrightarrow{t^\circ} Cu + CO_2$

  Пример восстановления железа из оксида железа(III) (одна из стадий в доменной печи):

  $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3CO_2$

2. Реакции присоединения и комплексообразования

Молекула $CO$ способна выступать в роли лиганда, предоставляя свою неподелённую электронную пару для образования донорно-акцепторной связи.

• Взаимодействие с неметаллами:

  С хлором на свету или в присутствии катализатора (активированный уголь) $CO$ образует фосген ($COCl_2$) — чрезвычайно токсичное вещество.

  $CO + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или кат.}} COCl_2$

• Взаимодействие со щелочами:

  Хотя $CO$ является несолеобразующим оксидом, в жёстких условиях (высокая температура и давление) он реагирует с расплавами или концентрированными растворами щелочей, образуя соли муравьиной кислоты — формиаты.

  $CO + NaOH \xrightarrow{150-200^\circ C, p} HCOONa \text{ (формиат натрия)}$

• Образование карбонилов металлов:

  $CO$ реагирует со многими переходными металлами (никель, железо, кобальт, хром) с образованием летучих, ковалентных соединений — карбонилов. Эта реакция используется в промышленности для получения металлов высокой чистоты (процесс Монда для никеля).

  Получение тетракарбонила никеля:

  $Ni + 4CO \xrightarrow{50-60^\circ C} [Ni(CO)_4]$

  Получение пентакарбонила железа:

  $Fe + 5CO \xrightarrow{150-200^\circ C, p} [Fe(CO)_5]$

3. Биохимическая активность (токсичность)

Высокая токсичность угарного газа также является следствием его химических свойств. Он обратимо связывается с атомом железа в гемоглобине ($Hb$) крови, образуя прочный комплекс — карбоксигемоглобин ($HbCO$).

$Hb \cdot O_2 + CO \rightleftharpoons Hb \cdot CO + O_2$

Сродство гемоглобина к $CO$ примерно в 200-300 раз выше, чем к кислороду ($O_2$), поэтому даже при низких концентрациях угарного газа в воздухе он эффективно блокирует способность крови переносить кислород, вызывая кислородное голодание (гипоксию) тканей.

Ответ: Оксид углерода(II) ($CO$) проявляет двойственность химических свойств: он является сильным восстановителем, окисляясь до $CO_2$ (например, при горении или восстановлении металлов из оксидов: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$), а также вступает в реакции присоединения благодаря наличию неподелённой электронной пары, образуя фосген ($CO + Cl_2 \rightarrow COCl_2$), формиаты ($CO + NaOH \rightarrow HCOONa$) и карбонилы металлов ($Ni + 4CO \rightarrow [Ni(CO)_4]$). Его высокая токсичность обусловлена образованием прочного комплекса с гемоглобином крови, что блокирует транспорт кислорода.