Неотъемлемая часть атмосферы, основное сырье для процесса фотосинтеза зеленых растений, продукт жизнедеятельности живых организмов.
Согласно международной систематической номенклатуре (IUPAC) вещество с формулой CO2 называлось окисью углерода (IV). Тривиальные (общие названия): двуокись углерода или двуокись углерода, двуокись углерода (солеобразующий оксид с кислотными свойствами).
Формула углекислого газа
СО2
Молекула углекислого газа состоит из двух атомов кислорода и одного атома углерода. Структурная формула O=C=O. Валентность углерода равна 4. Степень окисления (+4). Тип связи – ковалентная полярная.
Получение углекислого газа
Природные источники углекислого газа
Углекислый газ образуется при медленном окислении в процессах дыхания, брожения и разложения органических веществ. Он выделяется при разложении природных карбонатов, сжигании топлива, образовании дымовых газов. Содержание в воздухе, минеральных источниках.
Организм человека выделяет 1 кг СО2 в сутки. Воздух содержит 0,03% углекислого газа.
Лабораторные способы получения
В лаборатории газ можно получить путем взаимодействия соляной кислоты с мелом, мрамором и содой. Газ собирается вытеснением воздуха.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2,
NaHCO3+ HCl → NaCl + H2O + CO2.
Промышленные способы получения
- Обжиг известняка: CaCO3 → CaO + CO2.
- Как побочный продукт разделения воздуха при производстве кислорода, азота, аргона.
Свойства углекислого газа
Физические свойства
Вещество нетоксичное, негорючее.
Имущество | Описание |
---|---|
Статус добавлен в нет | Газ |
Цвет | Бесцветный |
Запах | Без запаха |
Температура плавления | -750°С |
Температура кипения | -56,50°С |
Растворимость воды | Частично растворяется. При t +150°С в 1 л воды можно растворить 1,7 л углекислого газа |
Плотность | 1,977 г/л |
Молярная масса | 44 г/моль |
Вещество в твердом агрегатном состоянии называют «сухим льдом».
Высокую концентрацию углекислого газа можно определить органолептически: во рту появляется кисловатый привкус на языке. Повышенное содержание опасно для организма: вызывает удушье.
Химические свойства
- Качественная реакция: При взаимодействии углекислого газа с известковым молоком (гидроксидом кальция) образуется карбонат кальция — белый осадок.
СО2 + Са(ОН)2 = СаСО3↓ + Н2О.
- CO2, как оксид кислоты, реагирует с водой с образованием угольной кислоты. Эта кислота является нестабильным соединением, которое легко распадается на углекислый газ и воду. Тип реакции – обратимая, комбинированная реакция.
СО2 + Н2О ↔ Н2СО3.
-
При нагревании разлагается на окись углерода (II) и воду: 2CO2 = 2CO + O2.
-
Взаимодействует с основными оксидами, с образованием солей:
СаО + СО2 = СаСО3; Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3.
Тип реакции – реакция соединения.
- Взаимодействует со щелочами, с образованием кислых и средних солей:
СО2 + NaOH = NaHCO3;
СО2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O.
Средняя соль образуется при избытке щелочи. Кислая соль образуется при соотношении количеств вещества оксида и щелочи 1:1.
- Реагирует с активными металлами при температуре:
СО2 + 2Mg = С + 2MgO
Углекислый газ в первую очередь проявляет восстановительные свойства, но при взаимодействии с активными металлами является окислителем.
- Вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами:
CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (условия реакции — высокая температура, катализатор Cu2O).
Применение углекислого газа
В пищевой промышленности:
- используется в производстве минеральной воды и газированных напитков;
- как пищевая добавка (Е290) увеличивает срок годности продуктов;
- в качестве разрыхлителя придает легкость и пышность кондитерским изделиям;
- как хладагент;
- для удаления кофеина из кофе.
В авиамоделях используется как источник энергии для двигателей; используется в пневматическом оружии; как заправочная станция для углекислотных огнетушителей. Используется в качестве защитной среды при сварке.
Углекислый газ применяют и в медицине: его используют для криодеструкции новообразований, он служит стимулятором глубокого дыхания.
В химической промышленности газ используется при синтезе химических продуктов, производстве солей углекислоты, сушке и очистке полимеров, волокон растительного и животного происхождения. Применяется для очистки сточных вод, повышает электропроводность сверхчистой воды.
Примеры решения задач
Задача 1
Найдите массовую долю углерода в углекислом газе.
Решение
М(СО2) = 12 + 2х16 = 44 г/моль.
Ar(C) = 12 г/моль.
W(C) = 12/44 = 0,27 или 27%
Ответ: Массовая доля углерода в углекислом газе составляет 27%.
Задача 2
Рассчитайте объем углекислого газа, выделившегося при взаимодействии соляной кислоты с мрамором массой 100 г.
Решение
300г-XL
CaCO3 + 2HCl → CaCl2+ H2O + CO2
1 моль — 1 моль
100г/моль — 22,4л/моль
100 г — 22,4 л
х (СО2) = 300х22,4/100 = 67,2 (л).
Ответ: Объем углекислого газа равен 67,2 литра.