Разница между кислородом и углекислым газом | Сравните разницу между похожими терминами — Наука — 2022

Разница между кислородом и углекислым газом | Сравните разницу между похожими терминами - Наука - 2022 Кислород
Содержание
  1. Что такое углекислый газ?
  2. Что такое кислород?
  3. В чем разница между кислородом и углекислым газом?
  4. Влияние углекислого газа на организм человека
  5. Какой газ легче воздуха
  6. Какой газ тяжелее воздуха
  7. Лабораторные способы получения
  8. Общая характеристика элементов iva группы
  9. Оксид углерода ii — сo
  10. Оксид углерода iv — co2
  11. Получение
  12. Получение углекислого газа
  13. Применение углекислого газа
  14. Природные источники углекислого газа
  15. Природные соединения
  16. Промышленные способы получения
  17. Резюме — кислород против углекислого газа
  18. Свойства углекислого газа
  19. Синдром больного здания
  20. Углекислый газ в атмосфере
  21. Углекислый газ в помещении
  22. Углекислый газ: получение в промышленности
  23. Углекислый газ: хранение и транспортировка
  24. Углерод
  25. Угольная кислота
  26. Физические и химические свойства углекислого газа — интернет энциклопедия для студентов
  27. Физические свойства
  28. Химические свойства

Что такое углекислый газ?

Двуокись углерода — это трехатомная молекула, имеющая один атом углерода и два атома кислорода. Каждый атом кислорода образует двойную связь с углеродом. Следовательно, молекула имеет линейную геометрию. Молекулярная масса углекислого газа 44 г моль.-1.

Разница между кислородом и углекислым газом | Сравните разницу между похожими терминами - Наука - 2022

Однако количество углекислого газа в атмосфере уравновешивает его содержание в атмосфере через углеродный цикл. Источники этого газа, который выбрасывает его в атмосферу, включают некоторые естественные процессы, такие как дыхание, извержение вулкана, а также деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в транспортных средствах и на заводах.

Вмешательство человека (сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов) вызывает дисбаланс в углеродном цикле, увеличивая выбросы CO.2 уровень газа. Следствием этого стали глобальные экологические проблемы, такие как кислотные дожди, парниковый эффект, глобальное потепление.

Что такое кислород?

Газообразный кислород — это двухатомный газ, в котором два атома кислорода связаны друг с другом двойной связью. Эти два атома кислорода связаны друг с другом ковалентной химической связью. Следовательно, молекула кислорода представляет собой молекулярное соединение (или ковалентное соединение). При стандартной температуре и давлении это соединение существует в газообразном состоянии.

Кроме того, наша атмосфера содержит около 21% этого газа. И он не имеет цвета и запаха. Это очень важно для жизни на Земле, потому что мы используем этот газ для клеточного дыхания. Более того, атомы кислорода являются важными компонентами биологических систем, включенных в биомолекулы, такие как углеводы, белки и нуклеиновые кислоты.

Разница между кислородом и углекислым газом | Сравните разницу между похожими терминами - Наука - 2022

С другой стороны, фотосинтез — это важный процесс, в котором растения используют энергию солнечного света для производства углеводов и кислорода из воды и углекислого газа. Аллотроп кислорода, озона, образует слой в верхних слоях атмосферы, который может защитить нас от вредных ультрафиолетовых лучей.

Вкратце, у этого газа есть несколько благоприятных характеристик; он легко растворяется в воде, что облегчает его транспортировку по всему человеческому телу с жидкостями организма. Кроме того, мы можем получить газообразный кислород высокой чистоты путем фракционной перегонки сжиженного воздуха.

В чем разница между кислородом и углекислым газом?

Газообразный кислород представляет собой двухатомный газ, в котором два атома кислорода связаны друг с другом двойной связью, тогда как диоксид углерода представляет собой трехатомную молекулу, имеющую один атом углерода и два атома кислорода. Следовательно, ключевое различие между кислородом и диоксидом углерода заключается в том, что кислород представляет собой двухатомную молекулу, имеющую два атома кислорода, тогда как диоксид углерода представляет собой трехатомную молекулу, имеющую один атом углерода и два атома кислорода. Кроме того, химическая формула газообразного кислорода — O2, а химическая формула газообразного диоксида углерода — CO2.

Кроме того, еще одно важное различие между кислородом и углекислым газом заключается в том, что содержание кислорода в воздухе сравнительно очень высокое (21%), чем содержание углекислого газа (0,03%). В качестве еще одного важного различия между этими двумя газами мы можем взять на себя роль каждого газа в процессе дыхания; мы вдыхаем кислородный газ, выдыхая углекислый газ.

Влияние углекислого газа на организм человека

Углекислый газ наравне с кислородом обеспечивает жизнь организма. Суть его работы сводится к высвобождению связанного гемоглобином кислорода – для питания тканей и отдельных органов. Для углекислоты важен в первую очередь баланс – количественное соотношение молекул СО2 и О2.

Он является для организма вазодилататором – веществом, которое влияет на состояния кровеносных сосудов, расширяя и расслабляя их. Это напрямую связано со снабжением кислородом при физической активности:

  • в спокойном состоянии номинальное поперечное сечение артерии или капилляра находится в оптимальном размере;
  • при необходимости приложения физической силы (спасение жизни, полезная работа) содержание углекислоты в крови несколько повышается – это регулируется вне зависимости от желания человека;
  • стенки сосудов расслабляются и смягчаются из-за специфичного действия газа;
  • происходит увеличение поперечного сечения сосуда, из-за чего мощность кровотока возрастает;
  • как следствие повышается количество доставляемого к тканям ценного кислорода, питающего мускулатуру, что приводит к повышению физического ресурса.

Наблюдается также явление нецелевого повышения содержания углекислоты – при воспалительных процессов, при повреждении организма, проблемах с кровеносной системой вплоть до ишемии. Это чревато атипичным составом газового обмена и нуждается в регуляции силами медицины.

Несмотря на это газ всё же является компонентом «нормального» дыхания. Он переносится кровеносной системой и присутствует в плазме крови, гемоглобине и тканях. Интересно, что находится в организме он при парциальном давлении – во всём доступном пространстве, без скопления в отдельных областях.

Какой газ легче воздуха

Газы, которые легче воздуха, располагаются в начале периодической таблицы Д. И. Менделеева. Например, молекулярная масса водорода равна:

Mr (H2) = 2 * 1 = 2

Гелий также легче воздуха.

Mr (Hе) = 4

Диоксид углерода иногда оседает в нижних слоях атмосферы из-за того, что углекислый газ тяжелее воздуха. Существует эффект «собачьей пещеры», при котором диоксид углерод оседает на высоте полутора метров от поверхности земли. Взрослый человек не почувствует избыток углекислого газа в воздухе, а собаки из-за своего небольшого роста оказываются в слое диоксида углерода и, таким образом, отравляются.

Какой газ тяжелее воздуха

Многие газы в периодической системе Д.И. Менделеева имеют молекулярную массу выше, чем у воздуха. Например, масса кислорода равна:

Mr (O2) = 2 * 16 = 32

Хлор тяжелее воздуха.

Mr (Cl2) = 2 * 35,5 = 71

Лабораторные способы получения

Наиболее устойчивый и эффективный (по сочетанию трудозатрат и количества продукта на выходе) способ искусственного получения – работа с аппаратом Киппа.

Устройство рассчитано на создание контролируемого воздействия жидкой среды на твёрдое. В данном случае – обработка концентрированной соляной кислотой дроблёных кусков и мелкой фракции мрамора. Также будут полезны сода и обычный мел.

Для исследовательских целей быстрее всего взять готовый газ в баллонах – он чище и будет подаваться под необходимым давлением.

Общая характеристика элементов iva группы


От C к Pb (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Из элементов IVа группы углерод и кремний относятся к неметаллам, германий, олово и свинец — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np2:

  • C — 2s22p2
  • Si — 3s23p2
  • Ge — 4s24p2
  • Sn — 5s25p2
  • Pb — 6s26p2

Оксид углерода ii — сo

Оксид углерода II — продукт неполного окисления углерода. Несолеобразующий оксид. Это чрезвычайно опасное вещество часто образуется
при пожарах в замкнутых помещениях, при прогревании машины в гараже.

Получение

В промышленности угарный газ получают восстановлением оксида углерода IV или газификацией угля (t = 1000 °С).

CO2 C → (t) CO


C H2O → (t) CO H2

В лаборатории угарный газ получают при разложении муравьиной кислоты в присутствии серной:

HCOOH → (H2SO4) CO H2O

Химические свойства

Полностью окисляется до углекислого газа в реакции с кислородом, восстанавливает оксиды металлов.

CO O2 → CO2

Fe2O3 CO → Fe CO2


FeO CO → Fe CO2

Образование карбонилов — чрезвычайно токсичных веществ.

Fe CO → (t) Fe(CO)5

Оксид углерода iv — co2


Продукт полного окисления углерода. Относится к кислотным оксидам, соответствует угольной кислоте H2CO3. Бесцветный газ,
без запаха.

Получение

В промышленности углекислый газ получают при разложении известняка, в ходе производства алкоголя, при спиртовом брожении глюкозы.


CaCO3 → (t) CaO CO2↑

C6H12O6 → C2H5OH CO2↑

В лабораторных условиях используют реакцию мела (мрамора) с соляной кислотой.


CaCO3 HCl → CaCl2 H2O CO2↑

Углекислый газ образуется при горении органических веществ:

C3H8 O2 → CO2 H2O

Химические свойства

  • Реакция с водой
  • В результате реакции с водой образуется нестойкая угольная кислота, которая сразу же распадается на воду и углекислый газ.

    CO2 H2O ⇄ H2CO3

  • Реакции с основными оксидами и основаниями
  • В ходе реакций с основаниями и основными оксидами углекислый газ образует соли угольной кислоты: средние — карбонаты (при избытке основания),
    кислые — гидрокарбонаты (при избытке кислотного оксида).

    2KOH CO2 → K2CO3 H2O (соотношение основание — кислотный оксид 2:1)

    KOH CO2 → KHCO3 (соотношение основание — кислотный оксид 1:1)

    Na2O CO2 → Na2CO3

  • Окислительные свойства
  • При нагревании способен окислять металлы до их оксидов.

    Zn CO2 → (t) ZnO CO

Получение

Углерод получают в ходе пиролиза углеводородов (пиролиз — нагревание без доступа кислорода). Также применяется получение углеродистых соединений:
древесины и каменного угля.

C2H6 → (t) C H2 (пиролиз этана)

Получение углекислого газа

Одной из основных проблем современной экологии является повсеместное образование углекислого газа в техногенной сфере: дымовые и топочные газы, продукты разнообразных химических реакций, функционирование транспорта и промышленности, строительная (производство цемента) и пищевая (брожение алкоголя) отрасли отличаются больше других.

Мировая общественность регулярно пишет о снижении выбросов carbon dioxide, но для науки и техники газ имеет значительное практичное значение.

Это может быть полезно — Poxipol — инструкция по применению

Применение углекислого газа

Что такое углекислота с практической точки зрения? Это – газовая защита от окружающего воздуха и вызываемых им процессов:

  • перевозка и хранение различных пищевых продуктов (полуфабрикаты, мясо, рыба), при этом наблюдается отсутствие появления плесени и гнили органики;
  • внесение в напитки для придания им полезных свойств – отмечается благоприятное действие на организм газированной минеральной или сладкой воды;
  • создание пищевых добавок для повышения сроков и условий хранения пищевых продуктов (к примеру, разрыхлитель Е290);
  • изготовление кофе без кофеина (участвует в технологическом процессе удаления растворенного вещества);
  • организация целебных ванн с углекислотой для поддержания и восстановления здоровья сердечно-сосудистой системы;
  • целый спектр специализированных задач в медицине – к примеру, работа с образованиями в тканях, стимуляция дыхания;
  • проверка морозоустойчивости резинотехнических изделий (в частности – автомобильные покрышки, которые испытываются с сухим льдом);
  • испытания различного оборудования, механизмов и инструментов на предмет пониженных температур;
  • изготовление и перезаправка углекислотных огнетушителей (наиболее эффективное средство тушения огня на электрооборудовании и горючих жидкостях);
  • рабочая среда в пневматическом оружии;
  • применение в качестве реагента для химических реакций с целью синтеза и производства солей, полимеров и различных волокон;
  • очистка сточных вод от загрязнений;
  • защита расплавленного металла сварочной ванны.

Также интересно использование для авиационного и судостроительного моделирования как вид источника энергии для двигателей с различным объёмом (до десятков см3).

Полезная статья — Как варить нержавейку электродом

Природные источники углекислого газа

В естественных условиях источниками углекислоты являются:

  • дыхательные газообменные процессы у растений и животных: если с бактериями и млекопитающими всё понятно, то даже зелёные организмы выделяют этот газ;
  • распад органических веществ на более простые продукты: в ходе химического (так называемое «естественное разложение») и термического (сгорание) преобразования образуется много СО2, и особенно много – при пожарах в лесах;
  • выбросы вулканов, подземных и подводных источников: углекислый газ является компонентом выброса таких газов в большой концентрации.

Сюда также можно отнести содержание газа в различных углеродных ископаемых – от известняка до нефти. Помимо этого, его значительное количество оказалось растворённым в водах океанов и морей.

Природные соединения

В природе углерод встречается в виде следующих соединений:

  • Аллотропных модификаций — графит, алмаз, фуллерен
  • MgCO3 — магнезит
  • CaCO3 — кальцит (мел, мрамор)
  • CaCO3*MgCO3 — доломит

Промышленные способы получения

«Сырьё» для генерирования и сбора углекислого газа дают промышленные процессы и различные химические реакции при обработке ископаемых. Углекислоту возможно получать целым спектром способов:

  • термическая обработка известняка: при обжиге сырьё распадается на углекислый газ и оксид кальция;
  • физическое воздействие на дымовые газы: улавливаемые смеси пропускают через карбонатный раствор калия или моноэтаноламина, в результате чего образуется гидрокарбонат – при его нагреве или понижении давления воздуха вокруг него высвобождается СО2;
  • пиролиз атмосферного воздуха: разделение с помощью нагрева и электрического тока на углекислоту, чистые кислород, азот, аргон и другие компоненты;
  • пиролиз газовых продуктов брожения спиртов;

Об этих и некоторых других процессах снято множество видео.

Резюме — кислород против углекислого газа

Кислород и углекислый газ — это газообразные компоненты в воздухе атмосферы. Ключевое различие между кислородом и диоксидом углерода заключается в том, что кислород представляет собой двухатомную молекулу, имеющую два атома кислорода, тогда как диоксид углерода представляет собой трехатомную молекулу, имеющую один атом углерода и два атома кислорода.

Свойства углекислого газа

Свойства углекислого газа

При большой концентрации углекислоты во вдыхаемом воздухе может наступить отравление. Признаками негативного воздействия СО2 на организм человека являются:

  • Шум и гул в ушах.
  • Обильный холодный пот.
  • Потеря сознания.

Учитывая тот факт, что углекислый газ тяжелее воздуха, его концентрация в нижней части помещения будет более значительной. По этой причине, первую очередь симптомы отравления могут наблюдаться у животных и детей, а также у взрослых очень маленького роста.

Синдром больного здания

Этот феномен касается тех, кто продолжительное время находится в помещении. Проявляется он в неприятном самочувствии, вялости, тяжести в голове и даже заложенности носа. Интересно, что всё это очень быстро пропадает после выхода на улицу.

Суть проблемы – в повышенном содержании углекислого газа. Незаметная сложность любого здания в отношении здоровья – концентрация СО2, резко отличающаяся от нормы. Допустимые 600-800 ppm превращаются здесь в 1000-2000 ppm – это оказывает негативное и тормозящее воздействие на человека.

Решение – в вентиляции. При низком поступлении свежего воздуха содержание углекислого газа постоянно повышается – его необходимо «вымывать» проветриванием.

Углекислый газ в атмосфере

Углекислый газ в атмосфере находится в количестве до 0,045% — или порядка 800 миллиардов тонн только в виде газа. В воде и почве его ещё больше.

Сегодня это составляет порядка 400 ppm (400 миллионных частей). Для сравнения: 300-350 лет назад, до начала Великой индустриальной революции, когда в 17 веке был начато кардинальное преобразование мировой экономики в сторону индустриализации, этот параметр составлял около 250 ppm.

Интересно, что в черте города показатель доходит до 450-470 ppm, а в публичных заведениях по типу школы – 1000-1200 и более. Это говорит о негативном влиянии транспорта и скопления людей.

Несмотря на своё крошечное количество СО2 играет значительную роль для биосферы и экологии. Основная форма влияния – воздействие в качестве парникового газа:

  • газ препятствует выходу инфракрасного излучения с планеты в окружающее пространство;
  • температура атмосферы год за годом увеличивается;
  • происходят изменения природных явлений и климата;
  • текущий формат этих преобразований – ускоренное таяние ледниковых «шапок», повышение уровня Мирового океана и изменения в составе биосферы.

Учёные рассчитали, что без присутствия этого эффекта среднегодовая температура на поверхности планеты находилась бы ниже на 25-30°С.

Углекислый газ в помещении

В помещении основным источником образования СО2 являются люди. Ежечасно взрослый человек выдыхает до 20 литров (0,5 кубометров) газа в спокойном состоянии и до 35-40 литров при значительной физической активности.

В зависимости от характера комнаты диоксид углерода может дополнительно образовываться от действия газового котла и плиты.

Средняя допустимая плотность углекислого газа для помещения – от 600 ppm, в связи с чем необходимо регулярно проветривать все жилые и технические помещения, включать соответствующие системы вентиляции или просто ненадолго открывать окна.

Углекислый газ тяжелее чистого воздуха примерно в полтора раза, поэтому он скапливается в помещениях подвального и цокольного расположения.

Полезная статья — Как варить вертикальный шов электросваркой

Углекислый газ: получение в промышленности

Существует большое количество способов промышленного получения углекислоты. Наиболее рентабельными являются варианты добычи газа, основанные на получении СО2, который образовывается на химических производствах в виде отходов.

Газообразный оксид углерода (IV) получают из промышленного дыма способом адсорбции моноэтаноламина.  Частицы этого вещества подаются в трубу с отходами и вбирают в себя углекислоту. После прохождение через смесь CO2 моноэтаноламины направляются на очистку в специальные резервуары, в которых, при определённых показателях температуры и давления, происходит высвобождение углекислого газа.

Углекислый газ высокого качества получается в результате брожения сырья при изготовлении спиртных напитков. На таких производствах газообразный СО2 обрабатывают водородом, перманганатом калия и углем. В результате реакции получают жидкую форму углекислоты.

Твёрдое состояние СО2 или «сухой лёд» также получают из отходов пивоваренных заводов и ликероводочных производств. Это агрегатное состояние вещества в промышленных масштабах образуется в такой последовательности:

  • Из резервуара, где происходит брожение, газ подаётся в ёмкость для промывки.
  • Углекислота направляется в газгольдер, в котором подвергается воздействию повышенного давления.
  • В специальных холодильниках СО2 охлаждается до определённой температуры.
  • Образовавшаяся жидкость фильтруется через слой угля.
  • Углекислота снова направляется в холодильник, где производится дополнительное охлаждение вещества с последующим прессованием.

Таким образом получается высококачественный «сухой лёд», который может использоваться в пищевой промышленности, растениеводстве или в быту.

Углекислый газ: хранение и транспортировка

Хранение СО осуществляется в баллонах чёрного цвета, на корпусе которых обязательно должна быть надпись «Углекислота».

Кроме этого, на ёмкости наносится маркировка, по которой можно получить информацию о производителе баллона, весе пустой ёмкости, а также узнать дату последнего освидетельствования. Нельзя использовать углекислотные баллоны, у которых:

  • Истёк срок освидетельствования.
  • Имеются повреждения.
  • Неисправны вентили.

Транспортировка наполненных газом баллонов должна осуществляться по следующим правилам:

  • Транспортировать ёмкости только в горизонтальном положении. Вертикальное размещение допускается только в том случае, если имеются специальные ограждения, которые препятствуют падению баллона во время перевозки.
  • Для безопасного перемещения на баллонах должны быть резиновые кольца.
  • Не допускать механических воздействий, а также чрезмерного нагрева.
  • Запрещается перевозка углекислотных баллонов в торговых аппаратах.

Кроме этого, техникой безопасности запрещается переносить баллоны вручную или перекатывать их по земле.

Хранение баллонов с углекислотой может осуществляться как в специально оборудованных помещениях, так и под открытым небом. В зданиях ёмкости следует размещать на расстоянии не менее 1 метра от отопительных приборов. При хранении на улице необходимо оградить ёмкости от воздействия прямых солнечных лучей и осадков, поэтому размещать резервуары таким способом рекомендуется под навесом.

Углерод

Углерод — неметаллический элемент IV группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, является важнейшей частью всех органических
веществ в природе.

Угольная кислота

Слабая двухосновная кислота, существующая только в растворах, разлагается на воду и углекислый газ.

Химические свойства

  • Качественная реакция
  • Определить наличие карбонат-иона можно с помощью кислоты: такая реакция сопровождается «закипанием» — появлением пузырьков бесцветного
    газа без запаха.

    MgCO3 HCl → MgCl2 CO2↑ H2O

    Я не раз встречал описание реакций, связанных с этой кислотой, которое заслуживает нашего внимания. В задании было сказано, что
    при добавлении к раствору гидроксида кальция углекислого газа осадок появлялся, при дальнейшем пропускании углекислого газа —
    помутнение исчезало.

    Это можно легко объяснить, вспомнив про способность угольной кислоты образовывать кислые соли, которые растворимы.

    Ca(OH)2 CO2 → CaCO3 (осадок выпадает)

    CaCO3 H2O CO2 → Ca(HCO3)2 (осадок растворяется)

  • Средние и кислые соли
  • Чтобы сделать из средней соли (карбоната) — кислую соль (гидрокарбонат) нужно добавить угольную кислоту. Однако написать ее формулу
    H2CO3 — ошибка. Ее следует записать в виде воды и углекислого газа.

    Li2CO3 CO2 H2O → LiHCO3 (средняя соль кислота = кислая соль)

    Чтобы вернуть среднюю соль, следует добавить к кислой соли щелочь.

    LiHCO3 LiOH → Li2CO3 H2O

  • Нагревание солей угольной кислоты
  • При нагревании карбонаты распадаются на соответствующий оксид металла и углекислый газ, гидрокарбонаты — на карбонат металла, углекислый газ и воду.

    MgCO3 → (t) MgO CO2

    KHCO3 → (t) K2CO3 CO2↑ H2O

Физические и химические свойства углекислого газа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Углекислый газ (двуокись углерода, угольный ангидрид, диоксид углерода) – оксид углерода (IV).

Формула – (
mathrm{CO}_{2}
). Молярная масса – 44 г/моль.

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

(
mathrm{CO}_{2} mathrm{H}_{2} mathrm{O} leftrightarrow mathrm{CO}_{2} times mathrm{H}_{2} mathrm{O}(text { solution }) leftrightarrow mathrm{H}_{2} mathrm{CO}_{3}
).

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

(
2 mathrm{CO}_{2}=2 mathrm{CO} mathrm{O}_{2}
)

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

(
mathrm{CaO} mathrm{CO}_{2}=mathrm{CaCO}_{3}
);

(
mathrm{Al}_{2} mathrm{O}_{3} 3 mathrm{CO}_{2}=mathrm{Al}_{2}left(mathrm{CO}_{3}right)_{3}
);

(
mathrm{CO}_{2} mathrm{NaOH}_{(text { dilute })}=mathrm{NaHCO}_{3}
);

(
mathrm{CO}_{2} 2 mathrm{NaOH}_{(mathrm{conc})}=mathrm{Na}_{2} mathrm{CO}_{3} mathrm{H}_{2} mathrm{O}
).

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

(
mathrm{CO}_{2} 2 mathrm{Mg}=mathrm{C} 2 mathrm{MgO}left(mathrm{t}^{circ}right)
);

(
mathrm{CO}_{2} 2 mathrm{Ca}=mathrm{C} 2 mathrm{CaO}left(mathrm{t}^{circ}right)
).

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

(
mathrm{CO}_{2} 4 mathrm{H}_{2}=mathrm{CH}_{4} 2 mathrm{H}_{2} mathrm{O}left(mathrm{t}^{circ}, mathrm{kat}=mathrm{Cu}_{2} mathrm{O}right)
);

(
mathrm{CO}_{2} mathrm{C}=2 mathrm{CO}left(mathrm{t}^{circ}right)
).

При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

(
2 mathrm{CO}_{2} 2 mathrm{Na}_{2} mathrm{O}_{2}=2 mathrm{Na}_{2} mathrm{CO}_{3} mathrm{O}_{2} uparrow
).

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

(
mathrm{CO}_{2} mathrm{Ca}(mathrm{OH})_{2}=mathrm{CaCO}_{3 downarrow} mathrm{H}_{2} mathrm{O}
).

Физические свойства углекислого газа
Углекислый газ – газообразное вещество без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом агрегатном состоянии носит название «сухой лед» и легко возгоняется при комнатной температуре. Углекислый газ плохо растворим в воде, частично реагирует с ней. Плотность – 1,977 г/л.

Получение и применение углекислого газа
Выделяют промышленные и лабораторные способы получения углекислого газа. Так, в промышленности его получают обжигом известняка (1), а в лаборатории – действием сильных кислот на соли угольной кислоты (2):

(
mathrm{CaCO}_{3}=mathrm{CaO} mathrm{CO}_{2}left(mathrm{t}^{circ}right)(1)
);

(
mathrm{CaCO}_{3} 2 mathrm{HCl}=mathrm{CaCl}_{2} mathrm{CO}_{2} uparrow mathrm{H}_{2} mathrm{O}(2)
).

Углекислый газ используется в пищевой (газирование лимонада), химической (регулировка температур при производстве синтетических волокон), металлургической (защита окружающей среды, например, осаждение бурого газа) и других отраслях промышленности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Какой объем углекислого газа выделится при действии 200 г 10%-го раствора азотной кислоты на 90 г карбоната кальция, содержащего 8% примесей, нерастворимых в кислоте?
Решение Молярные массы азотной кислоты и карбоната кальция, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 63 и 100 г/моль, соответственно.
Запишем уравнение растворения известняка в азотной кислоте:

(
mathrm{CaCO}_{3} 2 mathrm{HNO}_{3} rightarrow mathrm{Ca}left(mathrm{NO}_{3}right)_{2} mathrm{CO}_{2} uparrow mathrm{H}_{2} mathrm{O}
).

Содержание чистого (без примесей) карбоната кальция в известняке:

(
omegaleft(mathrm{CaCO}_{3}right)_{mathrm{cl}}=100 %-omega_{text { admixture }}=100 %-8 %=92 %=0,92
).

Тогда, масса чистого карбоната кальция:

(
mleft(mathrm{CaCO}_{3}right)_{mathrm{cl}}=mathrm{m}_{text { limestone }} times omegaleft(mathrm{CaCO}_{3}right)_{mathrm{cl}} / 100 %
);

(
mathrm{m}left(mathrm{CaCO}_{3}right)_{mathrm{cl}}=90 times 92 / 100 %=82,8 mathrm{г}
).

Количество вещества карбоната кальция равно:

(
nleft(C a C O_{3}right)=mleft(C a C O_{3}right)_{C l} / Mleft(C a C O_{3}right)
);

(
nleft(mathrm{CaCO}_{3}right)=82,8 / 100=0,83 mathrm{моль}
)

Масса азотной кислоты в растворе будет равна:

(
mathrm{m}left(mathrm{HNO}_{3}right)=mathrm{m}left(mathrm{HNO}_{3}right)_{text { solution }} times omegaleft(mathrm{HNO}_{3}right) / 100 %
);

(
mathrm{m}left(mathrm{HNO}_{3}right)=200 times 10 / 100 %=20 mathrm{г}
)

Количество вещества азотной кислоты кальция равно:

(
mathrm{n}left(mathrm{HNO}_{3}right)=mathrm{m}left(mathrm{HNO}_{3}right) / mathrm{M}left(mathrm{HNO}_{3}right)
)

(
nleft(H N O_{3}right)=20 / 63=0,32
) моль

Сравнивая количества веществ, вступивших в реакцию, определяем, что азотная кислота находится в недостатке, следовательно дальнейшие расчеты производим по азотной кислоте. Согласно уравнению реакции (
n(H N O 3) : n(C O 2)=2 : 1
), следовательно n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 моль. Тогда, объем углекислого газа будет равен:

V(CO2) = n(CO2)×Vm ;

V(CO2) = 0,16×22,4 = 3,58 г.

Ответ Объем углекислого газа — 3,58 г.

ПРИМЕР 2

Задание Найдите объем углекислого газа массой 35 г.

Решение Масса вещества и его объем связаны между собой через количество вещества. Запишем формулы для вычисления количества вещества с помощью его массы и объема:

(
mathrm{n}=mathrm{m} / mathrm{M}
);

(
mathrm{n}=mathrm{V} / mathrm{V}_{mathrm{m}}
).

Приравняет выражения, записанные справа и выразим объем:

(
mathrm{m} / mathrm{M}=mathrm{V} / mathrm{V}_{mathrm{m}}
);

(
mathrm{V}=mathrm{m} times mathrm{V}_{mathrm{m}} / mathrm{M}
).

Вычислим по выведенной формуле объем углекислого газа. Молярная масса углекислого газа, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 44 г/моль.

(
Vleft(C O_{2}right)=35 times 22,4 / 44=17,82
) л.

Ответ Объем углекислого газа — 17,82 л.

Физические свойства

Основные свойства у углекислого газа следующие:

  • превалирующее природное агрегатное состояние: газообразное;
  • возможное изменение: переход в твёрдое кристаллообразное состояние (так называемый «сухой лёд») при охлаждении до минус 78°С или жидкое состояние при давлении около 60 атмосфер;
  • особые признаки по вкусу и запаху в нормальном состоянии: отсутствуют;
  • восприимчивость к электричеству: проводником не является, при образовании тлеющего разряда излучает светло-зелёное свечение;
  • плотность: около 1,97 грамм на литр;
  • растворимость в органических веществах: частичная;
  • способность к горению: отсутствует, в его окружении горят редкоземельные и щелочные металлы.

Теплопроводностью почти не обладает.

Полезная статья — Сварка силумина

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами
  • При нагревании углерод реагирует со многими неметаллами: водородом, кислородом, фтором.

    C H2 → (t) CH4 (метан)

    2С O2 → (t) 2CO (угарный газ — продукт неполного окисления углерода, образуется при недостатке кислорода)

    С O2 → (t) CO2 (углекислый газ — продукт полного окисления углерода, образуется при достаточном количестве кислорода)

    С F2 → (t) CF4

  • Реакции с металлами
  • При нагревании углерод реагирует с металлами, проявляя свои окислительные свойства. Напомню, что металлы могут принимать только положительные
    степени окисления.

    Ca C → CaC2 (карбид кальция, СО углерода = -1)

    Al C → Al4C3 (карбид алюминий, СО углерода -4)

    Очевидно, что степень окисления углерода в соединении с различными металлами может отличаться.

  • Восстановительные свойства
  • Углерод — хороший восстановитель. С помощью него металлургическая промышленность справляется с задачей получения чистых металлов из их
    оксидов:

    Fe2O3 C → Fe CO2

    ZnO C → Zn CO

    FeO C → Fe CO

    Углерод восстанавливает не только металлы из их оксидов, но и неметаллы подобным образом:

    SiO2 C → (t) Si CO

    Может восстановить и собственный оксид:

    CO2 C → CO

  • Реакция с водой
  • Известная реакция взаимодействия угля с водяным паром, называемая также газификацией угля, торфа, сланца — крайне важна в промышленности:

    C H2O → CO↑ H2

  • Реакции с кислотами
  • В реакциях с кислотами углерод проявляет себя как восстановитель:

    C HNO3(конц.) → (t) CO2 NO2 H2O

    C HNO3 → CO2 NO H2O

    C H2SO4(конц.) → CO2 SO2 H2O

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий