Номер 2, страница 123 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 6. Углерод и кремний. Параграф 34. Оксид углерода(IV) - углекислый газ. Подумай, ответь, выполни... - номер 2, страница 123.

Условие.

2. Работая в парах, расскажите друг другу об оксидах углерода, характеризуя их по плану: состав → строение → получение → свойства → применение.

Решение.

Решение 2.

Оксид углерода(II) — CO (Угарный газ)

состав

Молекула оксида углерода(II) состоит из одного атома углерода (C) и одного атома кислорода (O). Химическая формула — $CO$. Валентность углерода в этом соединении равна II. Это несолеобразующий оксид, то есть он не взаимодействует с кислотами и основаниями с образованием соли и воды.

строение

Атомы в молекуле $CO$ соединены прочной тройной связью: две ковалентные связи образованы по обменному механизму, а третья — по донорно-акцепторному (донор электронной пары — атом кислорода, акцептор — атом углерода). Структурная формула: $C \equiv O$. Молекула имеет линейное строение, связи полярны, но из-за особенностей электронного строения дипольный момент молекулы очень мал.

получение

• В промышленности:
  • Пропускание воздуха или водяного пара через раскаленный уголь (кокс): $2C + O_2 \xrightarrow{t} 2CO$ (недостаток кислорода) $C + H_2O \rightleftharpoons CO + H_2$ (образуется синтез-газ)
  • Конверсия метана: $2CH_4 + O_2 \xrightarrow{t, кат.} 2CO + 4H_2$ $CH_4 + H_2O \xrightarrow{t, Ni} CO + 3H_2$
• В лаборатории:
  • Разложение муравьиной кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой (водоотнимающее средство): $HCOOH \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t} CO\uparrow + H_2O$
  • Разложение щавелевой кислоты при нагревании с концентрированной серной кислотой: $H_2C_2O_4 \xrightarrow{H_2SO_4(конц.), t} CO\uparrow + CO_2\uparrow + H_2O$

свойства

• Физические: бесцветный газ без вкуса и запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Очень токсичен, связывается с гемоглобином крови, блокируя перенос кислорода.
• Химические:
  • Является сильным восстановителем. Горит на воздухе синим пламенем: $2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2$
  • Восстанавливает многие металлы из их оксидов при нагревании: $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$
  • Реагирует с хлором на свету с образованием фосгена (боевое отравляющее вещество): $CO + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} COCl_2$
  • Вступает в реакцию с расплавами щелочей под давлением, образуя формиаты: $CO + NaOH \xrightarrow{120-150^{\circ}C, p} HCOONa$

применение

• В металлургии как восстановитель при выплавке чугуна и стали из руд.
• Как компонент горючих газовых смесей (генераторный газ, синтез-газ).
• В органическом синтезе для получения метанола, муравьиной кислоты, синтетических топлив.

Ответ: Оксид углерода(II) ($CO$) — несолеобразующий оксид, молекула которого состоит из атома углерода и атома кислорода, соединенных тройной связью. Его получают при неполном сгорании углерода или конверсии метана. Это бесцветный, чрезвычайно ядовитый газ, являющийся сильным восстановителем. Основные области применения — металлургия и органический синтез.

Оксид углерода(IV) — CO₂ (Углекислый газ)

состав

Молекула оксида углерода(IV) состоит из одного атома углерода (C) и двух атомов кислорода (O). Химическая формула — $CO_2$. Валентность углерода равна IV. Это кислотный оксид, ему соответствует слабая угольная кислота $H_2CO_3$.

строение

Атом углерода находится в состоянии $sp$-гибридизации. Молекула $CO_2$ имеет линейное строение. Атом углерода связан с каждым из двух атомов кислорода двойной ковалентной полярной связью. Структурная формула: $O=C=O$. Из-за симметричного строения молекула в целом неполярна.

получение

• В промышленности:
  • Обжиг известняка (карбоната кальция): $CaCO_3 \xrightarrow{900-1200^{\circ}C} CaO + CO_2\uparrow$
  • Как побочный продукт спиртового брожения глюкозы: $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2\uparrow$
  • При полном сжигании ископаемого топлива.
• В лаборатории:
  • Действием сильных кислот на карбонаты или гидрокарбонаты (в аппарате Киппа): $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$
  • Термическое разложение некоторых солей, например, гидрокарбоната натрия: $2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + CO_2\uparrow$

свойства

• Физические: бесцветный газ с легким кисловатым запахом и вкусом. Примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха. Растворим в воде. Не поддерживает горение (кроме горения активных металлов). При охлаждении и повышении давления сжижается, а затем переходит в твердое состояние — «сухой лед», который при атмосферном давлении сублимирует (переходит из твердого в газообразное состояние, минуя жидкое).
• Химические:
  • Является кислотным оксидом. Реагирует с водой, образуя непрочную угольную кислоту: $CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$
  • Реагирует с основными и амфотерными оксидами: $CO_2 + CaO \rightarrow CaCO_3$
  • Реагирует со щелочами, образуя карбонаты (при избытке щелочи) или гидрокарбонаты (при избытке $CO_2$): $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$ $CO_2 + NaOH \rightarrow NaHCO_3$
  • Проявляет окислительные свойства при высоких температурах, реагируя с активными восстановителями (например, магнием или углем): $CO_2 + 2Mg \xrightarrow{t} 2MgO + C$ $CO_2 + C \xrightarrow{t} 2CO$
  • Участвует в процессе фотосинтеза в зеленых растениях на свету: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{h\nu, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

применение

• В пищевой промышленности для газирования напитков и как разрыхлитель теста (пищевая добавка E290).
• В огнетушителях (углекислотных).
• Твердый $CO_2$ («сухой лед») используется как хладагент для хранения и перевозки продуктов.
• В химической промышленности для производства соды, мочевины, салициловой кислоты.
• В металлургии для создания инертной атмосферы при сварке.
• В теплицах для подкормки растений с целью повышения урожайности.

Ответ: Оксид углерода(IV) ($CO_2$) — кислотный оксид, молекула которого имеет линейное строение $O=C=O$. В промышленности его получают обжигом известняка, в лаборатории — действием кислот на карбонаты. Это бесцветный газ, тяжелее воздуха, который не поддерживает горение. Широко используется в производстве газированных напитков, в огнетушителях, как хладагент («сухой лед») и в химической промышленности.