Оксиды углерода

Осознание содержания этого пункта позволяет:

характеризовать физические и химические свойства, способы получения и применения оксидов углерода;

составлять уравнения, схемы электронного баланса соответствующих химических реакций;

высказывать суждения о влиянии оксидов углерода на окружающую среду.

Карбон согласно с характерными для него ступенями окисления +2 и +4 образует два оксиды — СО и СО2, которые имеют несколько названий:

СО — карбон (II) оксид, карбон монооксид, угарный газ;

СО2 — карбон (IV) оксид, карбон диоксид, углекислый газ. Карбон (II) оксид относится к несолетворних оксидов, карбон (IV) оксид — к кислотным.

Карбон (II) оксид, или угарный газ СО. Физические свойства. При стандартных условиях — бесцветный, ядовитый газ, без запаха и вкуса, немного легче воздуха. Молекула линейная и малополярны (рис. 77), подобная молекулы азота. Термически устойчивый, мало растворим в воде, плавится и кипеть при низких температурах.

— Подумайте, где будет накапливаться угарный газ при образовании в помещении.

Физиологическое действие. Угарный газ токсичен ! Попадает в атмосферу в результате сжигания топлива, работы автомобильного транспорта. Концентрация СО в воздухе 1 г/м3 опасна для жизни человека. Поскольку др. не имеет запаха, человек не может его обнаружить. Попадание карбон (II) оксида в организм прежде пагубно влияет на мозг. Он образует стойкое соединение с гемоглобином крови, вследствие чего прекращается перенос кислорода от легких к тканям, и наступает кислородное голодание. У человека появляется сильная головная боль, она теряет сознание и даже может умереть. Хроническое отравление угарным газом, связанное с профессиональной деятельностью или табачным дымом, приводит к разрушению кровеносных сосудов. Угарный газ пагубно влияет на ребенка в утробе матери, потому что они имеют общую кровеносную систему. После однократного и повторного отравления беременных женщин угарным газом еще нерожденный ребенок может умереть, а младенцы, подвергшихся воздействию СО, рождаются с физическими недостатками или задержкой психомоторного развития. Первая помощь при отравлении угарным газом — свежий воздух, искусственное дыхание, при тяжелом отравлении — переливание крови.

Добыча карбон (II) оксида в промышленности осуществляют в специальных печах — газогенераторах. В таких печах происходят две реакции: горение кокса с образованием углекислого газа и восстановления углекислого газа коксом в угарного газа (см. § 46):

С + О2 = СО2; С + СО2 = 2СО

Газовая смесь, выходящая из печи, содержит угарный газ, остатки углекислого газа и азот. Эту смесь называют генераторным газом.

— Сравните состав генераторного и водяного газов (см. § 47).

Таким образом, в газогенераторе происходит превращение твердого топлива (кокса) на газувате. Этот процесс, как и образование водяного газа называют газификацией твердого топлива.

Химические свойства. Карбон монооксид, как и азот, химически инертное вещество. Будучи несолетворним оксидом, не реагирует с водой, щелочами и кислотами, но вступает в окислительно — восстановительные реакции. Поскольку степень окисления углерода в оксиде составляет +2, а характерным для углерода является +4, то карбон (II) оксид является активным восстановителем. Реакции с его участием происходят при повышенных температурах и давлении.

Горение угарного газа в кислороде сопровождается синим пламенем и выделением большого количества теплоты, хотя в начале реакции смесь нагревают до 700 ° С:

2СО + О2 = 2СО2, ДН = -566 кДж Горение карбон (II) оксида можно наблюдать, зажег спичку. Синяя окраска нижней части пламени обусловлено горением угарного газа, который образуется при неполном сгорании древесины спички.

Взаимодействие с оксидами металлических элементов. СО восстанавливает большинство металлических элементов из их оксидов:

3СО + Fe2O3 = 2Fe + 3CO2

— Для рассматриваемых реакций составьте схемы электронного баланса. Применение. Угарный газ в составе генераторного и водяного газов используется как топливо и сырье в синтезе аммиака, спиртов, для получения водорода. Благодаря восстановительным свойствам применяют в металлургии при выплавке чугуна, добыча металлов из руд.

Карбон (IV) оксид, или углекислый газ СО2. Физические свойства. При стандартных условиях газ бесцветный, без запаха, со слабым кислым вкусом, не поддерживает дыхания и горения, в 1,5 раза тяжелее воздуха.

Молекула линейного строения, неполярна (рис. 78, а). Карбон (IV) оксид термически устойчив. Температуры плавления и кипения низкие, но выше, чем в угарного газа. При испарении жидкого углекислого газа происходит его сильное охлаждение и часть газа превращается в снегообразную массу — «сухой лед». С повышением температуры сухой лед не плавится, а снова переходит в газообразные состояние (рис. 78, б). Напомним, что это явление называется сублимацией.

— Объясните, какие особенности строения йода и углекислого газа обусловливают их способность к сублимации.

Обратите внимание, что углекислый газ лучше, чем угарный, растворяется в воде, хотя его молекула, в отличие от молекулы воды, неполярна. Объясняется это тем, что углекислый газ взаимодействует с водой, образуя карбонатную кислоту.

Растворимость углекислого газа с повышением давления возрастает, а с повышением температуры наоборот — снижается. Его растворы в воде общеизвестны — это газированные напитки.

Физиологическое действие. Токсическое воздействие углекислого газа на организм человека проявляется в раздражении кожи и слизистых оболочек. В относительно малых количествах углекислый газ возбуждает дыхательный центр мозга, а в очень больших — угнетает. Высокое содержание углекислого газа в воздухе (более 0,25 % по объему) в сочетании с пониженным содержанием кислорода вызывает смерть. Профилактика отравления углекислым газом в быту и на производстве предусматривает интенсивное проветривание мест накопления газа.

В масштабах Земли углекислый газ связан с «парниковым эффектом». Об этом явлении будет дальше.

Добыча. В промышленности углекислый газ добывают обжигом известняка, а в лаборатории — действием на него соляной кислоты. Однако углекислый газ является продуктом многих химических процессов, происходящих в промышленности, лаборатории и в природе (табл. 15).

— Сравните две реакции добычи карбон (IV) оксида из известняка. Объясните, почему одну из них используют в лаборатории, а другую — в промышленности.

Карбон образует два оксиды — несолетворний карбон (II) оксид (угарный газ) и кислотный карбон (IV) оксид (углекислый газ). Физические свойства оксидов: бесцветные газы, без запаха, имеют низкие температуры плавления и кипения. Угарный газ ядовит, легче воздуха, не растворяется в воде. Углекислый газ тяжелее воздуха, растворяется в воде в результате взаимодействия с ним, его температуры кипения и плавления выше, чем в угарного газа. При испарении этот газ переходит в твердое состояние, минуя жидкое, и образует «сухой лед» (явление сублимации). Химические свойства угарного газа связаны с его восстановительной способностью, а карбон (IV) оксида — с принадлежностью к классу кислотных оксидов и окислительно способностью. Добывают угарный газ в газогенераторах в составе генераторного газа. Углекислый газ является побочным продуктом в производстве негашеной извести из известняка, а в лаборатории его добывают взаимодействием кальцита с соляной кислотой.

Загрузка...
Мы в Google+