ДОБУВАННЯ КАРБОН (ІV) ОКСИДУ ТА ВИВЧЕННЯ

ЙОГО ВЛАСТИВОСТЕЙ. ВЗАЄМОПЕРЕТВОРННЯ КАРБОНАТІВ ТА ГІДРОГЕНКАРБОНАТІВ

ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Вуглекислий газ або діоксид вуглецю чи карбон (ІV) оксид СО₂ – кристалічна речовина без кольору. Він в півтора рази тяжчий за повітря, тому його можна переливати з посудини в посудину. Під тиском у 69 атмосфер за кімнатної температури він зріджується.

Вуглекислий газ є ангідридом карбонатної (вугільної) кислоти і має всі властивості кислотного оксиду.

В лабораторних умовах вуглекислий газ добувають взаємодією кальцій карбонату та хлоридної кислоти:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O.

При розчиненні вуглекислого газу у воді утворюється карбонатна кислота:

CO₂ + H₂O ⇄ H₂СО₃.

Карбонатна кислота дуже слабка і нестійка. Вона може існувати лише в розведених розчинах. При нагріванні вона частково розкладається, а при кип’ятінні розкладається повністю. Карбонатна кислота – двохосновна і при взаємодії з лугами утворює кислі та середні солі, які називають відповідно гідрокарбонатами та карбонатами:

H₂CO₃ + NaOH = NaHCO₃ + H₂O,

H₂CO₃ +2NaOH = Na₂CO₃ + 2H₂O.

З середніх солей карбонатної кислоти – карбонатів – у воді розчинні лише карбонати лужних металів та амонію, а кислі солі – гідрокарбонати – багатьох металів добре розчинні у воді. Якщо через водну суспензію, що містить карбонат кальцію, пропускати вуглекислий газ, то осад перейде в розчин, оскільки утвориться кисла сіль:

СaCO₃ + H₂O + CO₂ ⇄ Сa(HCO₃)₂.

Якщо ж розчин, що містить кальцій гідрокарбонат, прокип’ятити, то випадає осад карбонату кальцію, тобто реакція відбувається в зворотньому напрямі.

При нагріванні натрій гідрокарбонату утворюється натрію карбонат або кальцинована сода, а сам процес носить назву кальцинування:

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O.

Велике промислове значення натрій карбонату або соди, оскільки його використовують в скляній, целюлозно-паперовій, нафтовій, миловарній, текстильній та інших галузях промисловості. Натрій карбонат служить сировиною для добування їдкого натру NaOH. Кисла сіль натрій гідрокарбонат застосовується в харчовій промисловості та в медицині під назвою питної соди.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1. Як добувають вуглекислий газ в лабораторії та в промисловості? Відповідь підтвердіть рівняннями реакцій.

2. Розкажіть про застосування вуглекислого газу, виходячи з його властивостей.

3. Порівняйте властивості оксидів карбону. Поясніть причини відмінності.

4. Розкажіть про фізіологічну дію чадного газу. На чому вона ґрунтується?

5. Які з зазначених речовин можна використати для осушення вуглекислого газу: фосфор (У) оксид, вапняна вода, баритова вода, розчин сульфатної кислоти, розчин натрій гідроксиду. Для речовин, які неможливо використати, напишіть відповідні рівняння реакцій.

6. Карбонати лужних металів, а також амонію та талію розчинні у воді і їх розчини мають лужну реакцію. Поясніть причину.

7. Напишіть рівняння реакцій за схемою:

а) барій карбонат → барій хлорид → барій нітрат → барій сульфат,

б) вуглець → карбон (ІІ) оксид → карбон (ІУ) оксид → кальцій карбонат ↔ кальцій гідрокарбонат.

ЛІТЕРАТУРА

Сухан В.В., Табенська Т.В. та ін. Хімія: Посібник для вступників до вузів. Київ: Либідь, 1996 рік – стор. 265 - 268.

ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ДОСЛІД 1.ДОБУВАННЯ КАРБОН (ІV) ОКСИДУ ТА КАРБОНАТНОЇ КИСЛОТИ.

В пробірку з газовідвідною трубкою покладіть шматочки мармуру, до яких долийте хлоридної кислоти. Спостерігайте виділення газу.

Напишіть рівняння реакції в молекулярній, йонно-молекулярній та йонній формі.

Пропускайте вуглекислий газ над зволоженим синім лакмусовим папірцем. Які хімічні явища відбуваються в процесі розчинення карбон (ІУ) оксиду у воді? Як змінився колір лакмусу? Чому?

Напишіть рівняння відповідної реакції.

Розпишіть постадійні та сумарне рівняння дисоціації карбонатної кислоти.

ВИСНОВОК: У висновку зазначте, як у лабораторії можна одержати карбон (ІV) оксид, виявити вуглекислий газ та добути карбонатну кислоту.

ДОСЛІД 2. ВЛАСТИВОСТІ КАРБОН (ІV) ОКСИДУ.

а) Одержаний газ пропустіть через розчин вапняної води. Спостерігайте утворення осаду у вигляді помутніння.

Напишіть рівняння реакції в молекулярній, йонно-молекулярній та йонній формі.

б) Продовжуйте пропускати вуглекислий газ через вапняну воду. Спостерігайте зникнення осаду. Напишіть рівняння реакції в молекулярній, йонно-молекулярній та йонній формі.

ВИСНОВОК: Зазначте, які властивості проявляє карбон(ІV) оксид у реакції з вапняною водою.

ДОСЛІД 3. ТЕРМІЧНИЙ РОЗКЛАД ГІДРОКАРБОНАТІВ.

В пробірку з газовідвідною трубкою покладіть 1-2 г кристалічного натрій гідрокарбонату. Вміст пробірки нагрійте. Одержаний газ пропустіть через вапняну воду. Які зміни вапняної води спостерігаєте? Напишіть рівняння відповідної реакції.

ВИСНОВОК: Зазначте, як взаємоперетворюються карбонати та гідрокарбонати.

ДОСЛІД 4. ЯКІСНА РЕАКЦІЯ НА КАРБОНАТ-ЙОН.

В дві пробірки налийте по 1 мл розчинів а) натрій карбонату, б) натрій гідрокарбонату. До кожної пробірки додайте по декілька крапель хлоридної кислоти. Спостерігайте бурхливе виділення газу. Напишіть рівняння реакції в молекулярній, йонно-молекулярній та йонній формі.

ВИСНОВОК: Зазначте, що є якісним реактивом на карбонат-йон та які ознаки супроводжують ці реакції.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

ВИЗНАЧЕННЯ СПОЛУК НЕМЕТАЛІВ

МЕТА: Закріпити знання про неметали. Дати уявлення про якісні реакції, аналітичний ефект, реагенти. Вчити розв’язувати якісні завдання, ілюструвати свої міркування відповідними рівняннями реакцій.