2.2. Химические свойства углерода.

Углерод во всех формах при обычной температуре малоактивен. При высокой температуре легко соединяется с кислородом, при очень высоких температурах реагирует с водородом, серой, кремнием, бором и со многими металлами.

1. Все аллотропные (15.1) формы углерода могут вступать в химические реакции при высоких температурах. Уголь легко окисляется в соответствии с уравнениями реакций:

С + О₂ = СО₂

2С + О₂ = 2СО (угарный газ)

Оксид углерода (П) относится к несолеобразующим оксидам.

2. Он также является хорошим восстановителем (10.4): выплавка металлов из руд – процесс восстановления (10.5) оксидов металлов углем или СО. Например:

CuO + C = Cu + CO₂

3. Углерод может выступать в качестве окислителя (10.6) при взаимодействии с металлами, образуя карбиды металлов:

4Al + 3C = Al₄C₃ – карбид алюминия

Карбиды (15.5)– соединения углерода с металлами, кремнием и бором.

Карбиды имеют большую твердость и тугоплавкость.

НЕОБХОДИМО ЗАПОМНИТЬ!!! Карбид кальция используют в качестве сырья при получении ацетилена, который применяют для ацетиленовой сварки.

В промышленности карбид кальция (CaC₂) получают по уравнению:

CaO + 3C = CO + CaC₂

СаС₂ + 2Н₂О = Са(ОН)₂ + С₂Н₂ – ацетилен

4. С водородом углерод при нагревании образует метан – основную часть естественных горючих газов:

C + 2Н₂ = СН₄

2.3. Основные соединения углерода.

1. Соединения с кислородом:

• CO – оксид углерода (II).

Оксид углерода (II) получается в процессе сгорания угля при недостатке кислорода. В промышленности его получают при пропускании углекислого газа CO₂ над раскаленным углем при высокой температуре:

СО₂ + С = 2СО

На воздухе оксид углерода (II) горит синим пламенем с выделением большого количества теплоты:

2СО + О₂ = 2СО₂ - 572 кДж

Если через раскаленный уголь в специальных печах продувать воздух, получается смесь газов, которая называется генераторным газом, а с водяным паром – водяной газ.

Генераторный газ — это смесь газов СО, N₂ и CO₂ в количествах: (25%), (70%), (4%) соответственно и небольшие примеси других газов.

Водяной газ — смесь газов СО, H₂, CO₂, N₂ в количествах: (44%), (45%), (5%), и (6%)), который используют в органическом синтезе.

• CO₂ - оксид углерода (IV).

Оксид углерода (IV) в 1,5 раза тяжелее воздуха. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20°С растворяет 0,88 объема СО₂. Его используют при производстве соды, пористых строительных материалов, при гашении пожаров.

Под давлением около 0,6 МПа диоксид углерода при комнатной температуре превращается в жидкость. Жидкий СО₂ хранят в стальных баллонах. Твердый СО₂ («сухой лед») применяется в случаях, когда требуется получение низкой температуры.

Раствор СО₂ в воде имеет кисловатый вкус и обладает слабокислой реакцией, обусловленной присутствием в растворе небольших количеств угольной кислоты Н₂СО₃, образующейся в результате обратимой реакции:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃

Равновесие реакции сильно сдвинуто влево.

2. Н₂СО₃ - угольная кислота. Н₂СО₃ может существовать только в водном растворе.

Н₂СО₃ – слабый электролит. Диссоциация (7.2) угольной кислоты происходит по двум ступеням:

I ступень: Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^- К₁= 4,3•10^-7

II ступень: НСО₃^- ↔Н⁺ + СО₃^2- К₂ = 5,6•10^-11

Отсюда следует, что угольная кислота диссоциирует главным образом по первой ступени, в ее растворе присутствуют ионы Н⁺ и НСО₃^-, в ничтожном количестве - ионы СО₃^2-.

Н₂СО₃ образует соли:

• средние – карбонаты (Na₂CO₃, K₂CO₃)

• кислые – гидрокарбонаты (NaНCO₃, Mg(HCO₃)₂)