Оксиды углерода

СО (Ι Ι) (угарный газ) – бесцветный газ без запаха, мало растворим в воде, очень ядовит. Угарным газом называется потому, что образует с железом гемоглобина крови прочное комплексное соединение, препятствующее переносу кислорода.

Получают при неполном окислении углерода:

1. 2С + О₂ = 2СО

2. из муравьиной кислоты, используя водоотнимающие вещества

HCOOH → CO + H₂O

3. восстановлением диоксида углерода

СО₂ + С = 2СО

4. восстановлением водяного пара раскалённым коксом

С + H₂O = СО + H₂

Молекула СО имеет строение:

: С = О:

Третья связь образована по донорно-акцепторному механизму (кислород – донор электронной пары, углерод – акцептор).

СО обладает свойствами сильного восстановителя. При высоких температурах СО восстанавливает оксиды металлов:

Cu + СО = CuО + СО₂

С некоторыми окислителями СО взаимодействует при небольшом нагревании:

СО + Cl₂ = COCl фосген – ядовит

СО + S = COS тиооксид углерода

В присутствии катализатора при высоких температурах и давлении СО взаимодействует с H₂:

СО + 2H₂ = СH₃OH метанол

С NH₃ с образованием циановодорода:

СО + NH₃ = HCN + H₂O

При высоких температурах и давлениях СО взаимодействует с d-элементами, например, железом и никелем с образованием комплексных соединений, которые называются карбонилами:

5СО + Fe = [Fe(CO)₅] - пентакарбонил железа

4СО + Ni = [Ni(CO)₄] - тетракарбонил никеля

Это бесцветные легко испаряющиеся жидкости, ядовиты. При термическом разложении карбонилов получаются особо чистые металлы.

СО₂ (Ι V) (углекислый газ) – бесцветный газ со слабым кислым вкусом и запахом, в 1, 5 раза тяжелее воздуха.

(Опыты: «переливание» из сосуда в сосуд; тушение пламени)

При 20⁰С под давлением 5МПа (≈ 50 атм.) СО₂ сжижается. Испарение жидкого СО₂ приводит к охлаждению и образованию твёрдого диоксида углерода снегоподобной массы («сухой лёд»).

Получают в лабораторных условиях:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + СО₂ + H₂O

В промышленности: обжиг известняка:

CaCO₃ = СО₂ + CaO

Спиртовое брожение:

C₆H₁₂O₆ = 2C₆H₅OH + 2СО₂

глюкоза

СО₂ проявляет слабые окислительные свойства, взаимодействует только с очень сильными восстановителями:

СО₂ + 2Mg = 2MgO + C (опыт)

СО₂ – кислотообразующий оксид:

СО₂ + 2NH₃ = CO(NH₂)₂ + H₂O, t=150-200⁰C, р=100-200МПа

мочевина

СО₂ используется в огнетушителях, для приготовления газированных напитков, как охлаждающий агент («сухой лёд» и его смеси).

Угольная кислота H₂CO₃

СО₂ мало растворим в воде. В водном растворе имеет место равновесие:

СО₂ + H₂O ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃ ↔ 2H⁺ + CO₃^2-

Диссоциация в основном идёт по Ι ступени.

Равновесие сильно смещено влево. Кислота слабая, являясь двухосновной, образует два ряда солей: гидрокарбонаты и карбонаты.

Соли H₂CO₃ получаются при взаимодействии СО₂ со щелочами:

2NaOH + СО₂ = Na₂CO₃ + H₂O

При избытке СО₂ – гидрокарбонат:

NaOH + СО₂ = NaHCO₃

C оксидами:

CaO + СО₂ = CaCO₃

Карбонаты и гидрокарбонаты щелочных металлов и аммония растворимы, остальные – нерастворимы. Карбонаты могут растворяться при взаимодействии с диоксидом углерода:

CaCO₃ + СО₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Гидрокарбонаты и карбонаты термически неустойчивы:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + СО₂ + H₂O

MgСО₃ = MgO + СО₂