Obsah článku

OXID UHLIČITÝ(oxid uhoľnatý, anhydrid uhličitý, oxid uhličitý) CO 2 , dobre známa bublinková prísada do sýtených nealkoholických nápojov. O liečivých vlastnostiach „perlivej vody“ z prírodných zdrojov vedel človek už od nepamäti, ale až v 19. storočí. Naučil som sa to dostať sám. Zároveň bola identifikovaná látka, vďaka ktorej voda šumí – oxid uhličitý. Prvýkrát pre účely karbonizácie sa tento plyn získal v roku 1887 pri reakcii medzi drveným mramorom a kyselinou sírovou; bol izolovaný aj z prírodných zdrojov. Neskôr sa CO 2 začal vyrábať v priemyselnom meradle spaľovaním koksu, pálením vápenca a kvasením alkoholu. Viac ako štvrťstoročie sa oxid uhličitý skladoval v tlakových oceľových fľašiach a používal sa takmer výlučne na sýtenie nápojov. V roku 1923 sa začal vyrábať pevný CO 2 (suchý ľad) ako komerčný produkt a okolo roku 1940 sa začal vyrábať tekutý CO 2, ktorý sa pod vysokým tlakom sypal do špeciálnych uzavretých nádrží.

Fyzikálne vlastnosti.

Oxid uhličitý je za normálnych teplôt a tlaku bezfarebný plyn mierne kyslej chuti a zápachu. Je o 50% ťažší ako vzduch, takže ho možno prelievať z jednej nádoby do druhej. CO 2 je produktom väčšiny spaľovacích procesov a v dostatočne veľkom množstve dokáže uhasiť plamene vytlačením kyslíka zo vzduchu. Pri zvýšení koncentrácie CO 2 v zle vetranej miestnosti sa obsah kyslíka vo vzduchu zníži natoľko, že sa človek môže udusiť. CO 2 sa rozpúšťa v mnohých kvapalinách; rozpustnosť závisí od vlastností kvapaliny, teploty a tlaku pár CO 2 . Schopnosť oxidu uhličitého rozpúšťať sa vo vode určuje jeho široké využitie pri výrobe nealkoholických nápojov. CO 2 je vysoko rozpustný v organických rozpúšťadlách, ako je alkohol, acetón a benzén.

So zvyšujúcim sa tlakom a ochladzovaním oxid uhličitý ľahko skvapalňuje a je v kvapalnom stave pri teplotách od +31 do –57 °C (v závislosti od tlaku). Pod –57°C prechádza do pevného skupenstva (suchý ľad). Tlak potrebný na skvapalnenie závisí od teploty: pri +21°C je to 60 atm a pri –18°C len 20 atm. Kvapalný CO 2 sa skladuje v uzavretých nádobách pod vhodným tlakom. Keď sa dostane do atmosféry, časť sa zmení na plyn a časť na „uhlíkový sneh“, pričom jeho teplota klesne na –84 °C.

Suchý ľad absorbuje teplo z prostredia a prechádza do plynného skupenstva, pričom obchádza kvapalnú fázu - sublimuje. Na zníženie sublimačných strát sa skladuje a prepravuje v zapečatených nádobách, ktoré sú dostatočne pevné, aby odolali zvýšeniu tlaku pri stúpajúcej teplote.

Chemické vlastnosti.

C02 je zlúčenina s nízkou aktivitou. Po rozpustení vo vode tvorí slabú kyselinu uhličitú, ktorá lakmusový papierik sfarbí do červena. Kyselina uhličitá zlepšuje chuť sýtených nápojov a zabraňuje množeniu baktérií. Pri reakcii s alkalickými kovmi a kovmi alkalických zemín, ako aj s amoniakom, CO2 vytvára uhličitany a hydrogénuhličitany.

Prevalencia v prírode a produkcii.

CO 2 vzniká pri spaľovaní látok s obsahom uhlíka, alkoholovom kvasení a hnilobe rastlinných a živočíšnych zvyškov; uvoľňuje sa pri dýchaní zvierat a uvoľňujú ho rastliny v tme. Na svetle naopak rastliny absorbujú CO 2 a uvoľňujú kyslík, čím sa udržiava prirodzená rovnováha kyslíka a oxidu uhličitého vo vzduchu, ktorý dýchame. Obsah CO 2 v ňom nepresahuje 0,03 % (obj.).

Existuje päť hlavných spôsobov výroby CO 2: spaľovanie látok obsahujúcich uhlík (koks, zemný plyn, kvapalné palivo); tvorba ako vedľajší produkt počas syntézy amoniaku; kalcinácia vápenca; fermentácia; čerpanie zo studní. V posledných dvoch prípadoch sa získava takmer čistý oxid uhličitý a pri spaľovaní látok s obsahom uhlíka alebo kalcinácii vápenca vzniká zmes CO 2 s dusíkom a stopami iných plynov. Táto zmes prechádza cez roztok, ktorý absorbuje iba CO 2 . Potom sa roztok zahreje a získa sa takmer čistý C02, ktorý sa oddelí od zvyšných nečistôt. Vodná para sa odstraňuje zmrazením a chemickým sušením.

Vyčistený CO 2 sa ochladením pri vysokom tlaku skvapalňuje a skladuje vo veľkých nádobách. Na výrobu suchého ľadu sa kvapalný CO 2 privádza do uzavretej komory hydraulického lisu, kde sa tlak zníži na atmosférický tlak. Pri prudkom poklese tlaku vzniká z CO 2 sypký sneh a veľmi studený plyn. Sneh sa stlačí a získa sa suchý ľad. Plynný CO 2 sa odčerpáva, skvapalňuje a vracia do zásobníka.

APLIKÁCIA

Príjem nízkych teplôt.

V kvapalnej a tuhej forme sa CO 2 používa hlavne ako chladivo. Suchý ľad je kompaktný materiál, ľahko sa s ním manipuluje a umožňuje vytvárať rôzne teplotné podmienky. Pri rovnakej hmotnosti je viac ako dvakrát chladnejší ako obyčajný ľad, pričom zaberá polovicu objemu. Suchý ľad sa používa pri skladovaní potravín. Používa sa na chladenie šampanského, nealkoholických nápojov a zmrzliny. Široko sa používa pri „studenom mletí“ materiálov citlivých na teplo (mäsové výrobky, živice, polyméry, farbivá, insekticídy, farby, koreniny); pri omieľaní (čistení od otrepov) lisovaných gumových a plastových výrobkov; pri nízkoteplotnom testovaní lietadiel a elektronických zariadení v špeciálnych komorách; na „studené miešanie“ polotovarov muffinov a koláčov, aby zostali počas pečenia homogénne; na rýchle ochladenie nádob s prepravovanými výrobkami ich vyfukovaním prúdom drveného suchého ľadu; pri kalení zliatinových a nerezových ocelí, hliníka a pod. na zlepšenie ich fyzikálnych vlastností; na tesné uloženie častí stroja pri ich montáži; na chladenie fréz pri spracovaní obrobkov z vysokopevnostnej ocele.

Karbonizácia.

Hlavnou aplikáciou plynu CO 2 je sýtenie vody a nealkoholických nápojov. Najprv sa zmieša voda a sirup v požadovaných pomeroch a potom sa zmes nasýti plynným CO 2 pod tlakom. Sýtenie oxidom uhličitým v pivách a vínach sa zvyčajne vyskytuje v dôsledku chemických reakcií, ktoré v nich prebiehajú.

Aplikácie založené na zotrvačnosti.

CO 2 sa používa ako antioxidant pri dlhodobom skladovaní mnohých potravinárskych výrobkov: syry, mäso, sušené mlieko, orechy, instantný čaj, káva, kakao atď. Ako prostriedok na potlačenie horenia sa CO 2 používa pri skladovaní a preprave horľavých materiálov, ako sú raketové palivo, oleje, benzín, farby, laky a rozpúšťadlá. Používa sa ako ochranné médium pri elektrickom zváraní uhlíkových ocelí s cieľom získať rovnomerný pevný zvar, pričom zváracie práce sú lacnejšie ako pri použití inertných plynov.

CO 2 je jedným z najúčinnejších prostriedkov na hasenie požiarov, ktoré vznikajú pri vznietení horľavých kvapalín a elektrických poruchách. Vyrábajú sa rôzne hasiace prístroje s oxidom uhličitým: od prenosných s objemom do 2 kg až po stacionárne automatické zásobovacie jednotky s celkovým objemom valcov do 45 kg alebo nízkotlakové plynové nádrže s objemom do 60 ton CO 2. Kvapalný CO 2, ktorý je v takýchto hasiacich prístrojoch pod tlakom, po uvoľnení tvorí zmes snehu a studeného plynu; ten má vyššiu hustotu ako vzduch a vytláča ho zo spaľovacej zóny. Účinok zosilňuje aj chladiaci účinok snehu, ktorý sa odparovaním mení na plynný CO 2 .

Chemické aspekty.

Oxid uhličitý sa používa pri výrobe aspirínu, bieleho olova, močoviny, perboritanov a chemicky čistých uhličitanov. Kyselina uhličitá, ktorá vzniká, keď sa CO2 rozpustí vo vode, je lacným činidlom na neutralizáciu alkálií. V zlievarňach sa oxid uhličitý používa na vytvrdzovanie pieskových foriem reakciou CO 2 s kremičitanom sodným zmiešaným s pieskom. To vám umožní získať odliatky vyššej kvality. Žiaruvzdorné tehly používané na obloženie pecí na tavenie ocele, skla a hliníka sa po úprave oxidom uhličitým stávajú odolnejšími. CO 2 sa používa aj v mestských systémoch na zmäkčovanie vody s použitím sodného vápna.

Vytvorenie zvýšeného tlaku.

CO 2 sa používa na tlakové skúšky a skúšky tesnosti rôznych nádob, ako aj na kalibráciu tlakomerov, ventilov a zapaľovacích sviečok. Používa sa na plnenie prenosných nádob na nafukovanie záchranných pásov a nafukovacích člnov. Na tlakovanie aerosólových plechoviek sa už dlho používa zmes oxidu uhličitého a oxidu dusného. CO 2 sa vstrekuje pod tlakom do utesnených nádob s éterom (v zariadeniach na rýchle štartovanie motora), rozpúšťadlami, farbami, insekticídmi na následné rozprašovanie týchto látok.

Aplikácia v medicíne.

CO 2 sa v malých množstvách pridáva do kyslíka (na stimuláciu dýchania) a počas anestézie. Vo vysokých koncentráciách sa používa na humánne zabíjanie zvierat.

Predtým, ako zvážime chemické vlastnosti oxidu uhličitého, zistime niektoré vlastnosti tejto zlúčeniny.

Všeobecné informácie

Je najdôležitejšou zložkou perlivej vody. Práve to dodáva nápojom sviežosť a iskrivú kvalitu. Táto zlúčenina je kyslý oxid tvoriaci soľ. oxidu uhličitého je 44 g/mol. Tento plyn je ťažší ako vzduch, preto sa hromadí v spodnej časti miestnosti. Táto zlúčenina je slabo rozpustná vo vode.

Chemické vlastnosti

Stručne zvážime chemické vlastnosti oxidu uhličitého. Pri interakcii s vodou vzniká slabá kyselina uhličitá. Takmer okamžite po vzniku sa disociuje na vodíkové katióny a uhličitanové alebo hydrogénuhličitanové anióny. Výsledná zlúčenina interaguje s aktívnymi kovmi, oxidmi, ako aj alkáliami.

Aké sú základné chemické vlastnosti oxidu uhličitého? Reakčné rovnice potvrdzujú kyslú povahu tejto zlúčeniny. (4) schopné tvoriť uhličitany so zásaditými oxidmi.

Fyzikálne vlastnosti

Za normálnych podmienok je táto zlúčenina v plynnom stave. Keď sa tlak zvýši, môže sa premeniť na kvapalné skupenstvo. Tento plyn je bezfarebný, bez zápachu a má mierne kyslú chuť. Skvapalnený oxid uhličitý je bezfarebná, priehľadná, vysoko pohyblivá kyselina, podobná svojimi vonkajšími parametrami éteru alebo alkoholu.

Relatívna molekulová hmotnosť oxidu uhličitého je 44 g/mol. To je takmer 1,5-krát viac ako vzduch.

Ak teplota klesne na -78,5 stupňa Celzia, dochádza k tvorbe Tvrdosťou je podobná kriede. Keď sa táto látka odparí, vytvorí sa plynný oxid uhoľnatý (4).

Kvalitatívna reakcia

Pri zvažovaní chemických vlastností oxidu uhličitého je potrebné vyzdvihnúť jeho kvalitatívnu reakciu. Keď táto chemikália interaguje s vápennou vodou, vytvorí sa zakalená zrazenina uhličitanu vápenatého.

Cavendish bol schopný objaviť také charakteristické fyzikálne vlastnosti oxidu uhoľnatého (4), ako je rozpustnosť vo vode, ako aj vysoká špecifická hmotnosť.

Lavoisier uskutočnil štúdiu, v ktorej sa pokúsil izolovať čistý kov od oxidu olovnatého.

Chemické vlastnosti oxidu uhličitého odhalené v dôsledku takýchto štúdií sa stali potvrdením redukčných vlastností tejto zlúčeniny. Lavoisierovi sa podarilo získať kov kalcináciou oxidu olovnatého oxidom uhoľnatým (4). Aby sa uistil, že druhou látkou je oxid uhoľnatý (4), nechal prejsť plynom vápennú vodu.

Všetky chemické vlastnosti oxidu uhličitého potvrdzujú kyslú povahu tejto zlúčeniny. Táto zlúčenina sa nachádza v dostatočnom množstve v zemskej atmosfére. So systematickým rastom tejto zlúčeniny v zemskej atmosfére je možná vážna zmena klímy (globálne otepľovanie).

Práve oxid uhličitý zohráva v živej prírode významnú úlohu, pretože táto chemikália sa aktívne podieľa na metabolizme živých buniek. Práve táto chemická zlúčenina je výsledkom rôznych oxidačných procesov spojených s dýchaním živých organizmov.

Oxid uhličitý obsiahnutý v zemskej atmosfére je hlavným zdrojom uhlíka pre živé rastliny. V procese fotosyntézy (vo svetle) dochádza k procesu fotosyntézy, ktorý je sprevádzaný tvorbou glukózy a uvoľňovaním kyslíka do atmosféry.

Oxid uhličitý nie je toxický a nepodporuje dýchanie. Pri zvýšenej koncentrácii tejto látky v atmosfére človek pociťuje zadržiavanie dychu a silné bolesti hlavy. V živých organizmoch má oxid uhličitý dôležitý fyziologický význam, napríklad je potrebný na reguláciu cievneho tonusu.

Vlastnosti prijímania

V priemyselnom meradle možno oxid uhličitý oddeliť od spalín. Okrem toho je CO2 vedľajším produktom rozkladu dolomitu a vápenca. Moderné zariadenia na výrobu oxidu uhličitého zahŕňajú použitie vodného roztoku etánamínu, ktorý adsorbuje plyn obsiahnutý v spalinách.

V laboratóriu sa oxid uhličitý uvoľňuje reakciou uhličitanov alebo hydrogénuhličitanov s kyselinami.

Aplikácia oxidu uhličitého

Tento kyslý oxid sa používa v priemysle ako kypriaci prostriedok alebo konzervačný prostriedok. Na obale výrobku je táto zlúčenina označená ako E290. V kvapalnej forme sa oxid uhličitý používa v hasiacich prístrojoch na hasenie požiarov. Oxid uhoľnatý (4) sa používa na výrobu sýtenej vody a limonádových nápojov.

(IV), oxid uhličitý alebo oxid uhličitý. Nazýva sa tiež anhydrid kyseliny uhličitej. Je to úplne bezfarebný plyn bez zápachu s kyslou chuťou. Oxid uhličitý je ťažší ako vzduch a je slabo rozpustný vo vode. Pri teplotách pod - 78 stupňov Celzia kryštalizuje a stáva sa ako sneh.

Táto látka prechádza z plynného stavu do pevného, ​​pretože nemôže existovať v kvapalnom stave pri atmosférickom tlaku. Hustota oxidu uhličitého za normálnych podmienok je 1,97 kg/m3 - 1,5-krát vyššia oxid uhličitý v pevnej forme sa nazýva „suchý ľad“. Stáva sa kvapalným stavom, v ktorom môže byť skladovaný po dlhú dobu, keď sa zvýši tlak. Pozrime sa bližšie na túto látku a jej chemickú štruktúru.

Oxid uhličitý, ktorého vzorec je CO2, pozostáva z uhlíka a kyslíka a vzniká ako výsledok spaľovania alebo rozkladu organických látok. Oxid uhoľnatý sa nachádza vo vzduchu a podzemných minerálnych prameňoch. Ľudia a zvieratá tiež vypúšťajú oxid uhličitý pri výdychu. Rastliny bez svetla ho pri fotosyntéze uvoľňujú a intenzívne absorbujú. Vďaka metabolickému procesu buniek všetkých živých bytostí je oxid uhoľnatý jednou z hlavných zložiek okolitej prírody.

Tento plyn nie je toxický, ale ak sa nahromadí vo vysokých koncentráciách, môže začať dusenie (hyperkapnia) a pri jeho nedostatku vzniká opačný stav – hypokapnia. Oxid uhličitý prenáša a odráža infračervené žiarenie. Tá priamo ovplyvňuje globálne otepľovanie. Je to spôsobené tým, že hladina jeho obsahu v atmosfére sa neustále zvyšuje, čo vedie k skleníkovému efektu.

Oxid uhličitý sa priemyselne vyrába z dymových alebo pecných plynov, prípadne rozkladom dolomitových a vápencových uhličitanov. Zmes týchto plynov sa dôkladne premyje špeciálnym roztokom pozostávajúcim z uhličitanu draselného. Ďalej sa mení na hydrogénuhličitan a pri zahrievaní sa rozkladá, čo vedie k uvoľňovaniu oxidu uhličitého. Oxid uhličitý (H2CO3) vzniká z oxidu uhličitého rozpusteného vo vode, no v moderných podmienkach sa získava aj inými, pokročilejšími metódami. Po vyčistení sa oxid uhličitý stlačí, ochladí a prečerpá do valcov.

V priemysle je táto látka široko a univerzálne používaná. Potravinári ho používajú ako kypriaci prostriedok (napríklad na prípravu cesta) alebo ako konzervačný prostriedok (E290). Pomocou oxidu uhličitého sa vyrábajú rôzne tonické nápoje a sódovky, ktoré tak milujú nielen deti, ale aj dospelí. Oxid uhličitý sa používa pri výrobe jedlej sódy, piva, cukru a šumivých vín.

Oxid uhličitý sa používa aj pri výrobe účinných hasiacich prístrojov. Pomocou oxidu uhličitého sa vytvára aktívne médium, ktoré je potrebné pri vysokých teplotách zváracieho oblúka, oxid uhličitý sa rozkladá na kyslík a oxid uhoľnatý. Kyslík interaguje s tekutým kovom a oxiduje ho. Oxid uhličitý v plechovkách sa používa vo vzduchových zbraniach a pištoliach.

Leteckí modelári používajú túto látku ako palivo pre svoje modely. Pomocou oxidu uhličitého môžete výrazne zvýšiť úrodu plodín pestovaných v skleníku. Je tiež široko používaný v priemysle, v ktorom sa potravinárske výrobky uchovávajú oveľa lepšie. Používa sa ako chladivo v chladničkách, mrazničkách, elektrických generátoroch a iných tepelných elektrárňach.

Fyzikálne a chemické vlastnosti oxidu uhličitého

DEFINÍCIA

Oxid uhličitý (oxid uhličitý, anhydrid uhličitý, oxid uhličitý) je oxid uhoľnatý (IV).

Vzorec je \(\ \mathrm(CO)_(2) \). Molová hmotnosť – 44 g/mol.

Chemické vlastnosti oxidu uhličitého

Oxid uhličitý patrí do triedy kyslých oxidov, t.j. Pri interakcii s vodou vytvára kyselinu nazývanú kyselina uhličitá. Kyselina uhličitá je chemicky nestabilná a v momente vzniku sa okamžite rozkladá na svoje zložky, t.j. Reakcia medzi oxidom uhličitým a vodou je reverzibilná:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \šípka vľavo\mathrm(CO)_(2) \times \mathrm(H)_(2) \ mathrm(O)(\text ( riešenie )) \vľavo doprava \mathrm(H)_(2) \mathrm(CO)_(3) \).

Pri zahrievaní sa oxid uhličitý rozkladá na oxid uhoľnatý a kyslík:

\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)=2 \mathrm(CO)+\mathrm(O)_(2) \)

Ako všetky kyslé oxidy, oxid uhličitý je charakterizovaný reakciami interakcie so zásaditými oxidmi (tvorenými iba aktívnymi kovmi) a zásadami:

\(\ \mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)=\mathrm(CaCO)_(3) \);

\(\ \mathrm(Al)_(2) \mathrm(O)_(3)+3 \mathrm(CO)_(2)=\mathrm(Al)_(2)\left(\mathrm(CO) _(3)\vpravo)_(3)\);

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(NaOH)_((\text (riediť)))=\mathrm(NaHCO)_(3) \);

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(NaOH)_((\mathrm(konc)))=\mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_(3)+\ mathrm(H)_(2) \mathrm(O)\).

Oxid uhličitý nepodporuje spaľovanie; horia v ňom iba aktívne kovy:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Mg)=\mathrm(C)+2 \mathrm(MgO)\vľavo(\mathrm(t)^(\circ)\vpravo) \) ;

\(\ \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Ca)=\mathrm(C)+2 \mathrm(CaO)\vľavo(\mathrm(t)^(\circ)\vpravo) \) .

Oxid uhličitý reaguje s jednoduchými látkami, ako je vodík a uhlík:

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

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(C)=2 \mathrm(CO)\vľavo(\mathrm(t)^(\circ)\vpravo) \).

Keď oxid uhličitý reaguje s peroxidmi aktívnych kovov, vytvárajú sa uhličitany a uvoľňuje sa kyslík:

\(\ 2 \mathrm(CO)_(2)+2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(O)_(2)=2 \mathrm(Na)_(2) \mathrm(CO)_ (3)+\mathrm(O)_(2) \hore \).

Kvalitatívna reakcia na oxid uhličitý je reakcia jeho interakcie s vápennou vodou (mliekom), t.j. s hydroxidom vápenatým, v ktorom vzniká biela zrazenina - uhličitan vápenatý:

\(\ \mathrm(CO)_(2)+\mathrm(Ca)(\mathrm(OH))_(2)=\mathrm(CaCO)_(3 \downarrow)+\mathrm(H)_(2 ) \mathrm(O) \).

Fyzikálne vlastnosti oxidu uhličitého Oxid uhličitý je plynná látka bez farby a zápachu. Ťažšie ako vzduch. Tepelne stabilný. Po stlačení a ochladení sa ľahko premení na kvapalné a pevné skupenstvo. Oxid uhličitý v pevnom stave agregátu sa nazýva „suchý ľad“ a ľahko sublimuje pri izbovej teplote. Oxid uhličitý je slabo rozpustný vo vode a čiastočne s ňou reaguje. Hustota – 1,977 g/l.

Výroba a použitie oxidu uhličitého Na výrobu oxidu uhličitého existujú priemyselné a laboratórne metódy. V priemysle sa teda získava spaľovaním vápenca (1) a v laboratóriu pôsobením silných kyselín na soli kyseliny uhličitej (2):

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)=\mathrm(CaO)+\mathrm(CO)_(2)\vľavo(\mathrm(t)^(\circ)\vpravo)(1) \);

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HCl)=\mathrm(CaCl)_(2)+\mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O)(2)\).

Oxid uhličitý sa používa v potravinárskom (sýtená limonáda), chemickom (kontrola teploty pri výrobe syntetických vlákien), hutníckom (ochrana životného prostredia, napr. zrážanie hnedých plynov) a iných odvetviach.

Príklady riešenia problémov

Úloha Aký objem oxidu uhličitého sa uvoľní pôsobením 200 g 10 % roztoku kyseliny dusičnej na 90 g uhličitanu vápenatého s obsahom 8 % nečistôt nerozpustných v kyseline? Riešenie Molové hmotnosti kyseliny dusičnej a uhličitanu vápenatého vypočítané pomocou tabuľky chemických prvkov D.I. Mendeleev - 63 a 100 g / mol. Napíšme rovnicu pre rozpúšťanie vápenca v kyseline dusičnej:

\(\ \mathrm(CaCO)_(3)+2 \mathrm(HNO)_(3) \šípka vpravo \mathrm(Ca)\vľavo(\mathrm(NO)_(3)\vpravo)_(2)+ \mathrm(CO)_(2) \uparrow+\mathrm(H)_(2) \mathrm(O) \).

\(\ \omega\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=100 \%-\omega_(\text ( prímes ))=100 \%-8 \% =92\%=0,92\).

Potom je hmotnosť čistého uhličitanu vápenatého:

\(\ m\left(\mathrm(CaCO)_(3)\right)_(\mathrm(cl))=\mathrm(m)_(\text ( vápenec )) \times \omega\left(\mathrm (CaCO)_(3)\vpravo)_(\mathrm(cl)) / 100 \% \);

\(\ \mathrm(m)\vľavo(\mathrm(CaCO)_(3)\vpravo)_(\mathrm(cl))=90 \krát 92 / 100 \%=82,8 \mathrm(g) \ ).

Množstvo látky uhličitanu vápenatého sa rovná:

\(\n\vľavo(C a C O_(3)\vpravo)=m\vľavo(Ca C O_(3)\vpravo)_(C l) / M\vľavo(C a C O_(3)\ správny) \);

\(\n\vľavo(\mathrm(CaCO)_(3)\vpravo)=82,8 / 100=0,83 \mathrm(mol)\)

Hmotnosť kyseliny dusičnej v roztoku sa bude rovnať:

\(\ \mathrm(m)\vľavo(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo)=\mathrm(m)\vľavo(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo)_(\text ( riešenie )) \times \omega\left(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo) / 100 \% \);

\(\ \mathrm(m)\vľavo(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo)=200 \krát 10 / 100 \%=20 \mathrm(g) \)

Množstvo kyseliny vápenatej dusičnej sa rovná:

\(\ \mathrm(n)\vľavo(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo)=\mathrm(m)\vľavo(\mathrm(HNO)_(3)\vpravo) / \mathrm(M) \left(\mathrm(HNO)_(3)\right) \)

\(\n\vľavo(HNO_(3)\vpravo)=20 / 63=0,32 \) mol

Porovnaním množstiev látok, ktoré zreagovali, určíme, že kyseliny dusičnej je nedostatok, preto sa ďalšie výpočty robia s použitím kyseliny dusičnej. Podľa reakčnej rovnice \(\n(HN O 3) : n(C O 2)=2: 1\) teda n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 mol. Potom sa objem oxidu uhličitého bude rovnať:

V(C02) = n(C02) x Vm;

V(C02) = 0,16 x 22,4 = 3,58 g.

Odpoveď Objem oxidu uhličitého je 3,58 g.

Úloha Nájdite objem oxidu uhličitého s hmotnosťou 35 g.

Riešenie Hmotnosť látky a jej objem sú vo vzájomnom vzťahu prostredníctvom množstva látky. Napíšme vzorce na výpočet množstva látky pomocou jej hmotnosti a objemu:

\(\ \mathrm(n)=\mathrm(m) / \mathrm(M) \);

\(\ \mathrm(n)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \).

Prirovnajte výrazy napísané vpravo a vyjadrite objem:

\(\ \mathrm(m) / \mathrm(M)=\mathrm(V) / \mathrm(V)_(\mathrm(m)) \);

\(\ \mathrm(V)=\mathrm(m) \krát \mathrm(V)_(\mathrm(m)) / \mathrm(M) \).

Vypočítajme objem oxidu uhličitého pomocou odvodeného vzorca. Molová hmotnosť oxidu uhličitého vypočítaná pomocou tabuľky chemických prvkov od D.I. Mendelejev – 44 g/mol.

\(\V\vľavo(C O_(2)\vpravo)=35 \krát 22,4 / 44=17,82 \) l.

Odpoveď Objem oxidu uhličitého je 17,82 litra.

Najbežnejšími procesmi vzniku tejto zlúčeniny sú hnitie zvyškov zvierat a rastlín, spaľovanie rôznych druhov palív a dýchanie zvierat a rastlín. Napríklad jeden človek vypustí do atmosféry asi kilogram oxidu uhličitého za deň. Oxid uhoľnatý a oxid uhoľnatý môžu vznikať aj v neživej prírode. Oxid uhličitý sa uvoľňuje pri sopečnej činnosti a môže sa vyrábať aj zo zdrojov minerálnej vody. Oxid uhličitý sa v malých množstvách nachádza v zemskej atmosfére.

Zvláštnosti chemickej štruktúry tejto zlúčeniny jej umožňujú zúčastniť sa mnohých chemických reakcií, ktorých základom je oxid uhličitý.

Vzorec

V zlúčenine tejto látky tvorí štvormocný atóm uhlíka lineárnu väzbu s dvoma molekulami kyslíka. Vzhľad takejto molekuly možno znázorniť takto:

Hybridizačná teória vysvetľuje štruktúru molekuly oxidu uhličitého nasledovne: dve existujúce sigma väzby sú vytvorené medzi sp orbitálmi atómov uhlíka a dvomi 2p orbitálmi kyslíka; P-orbitály uhlíka, ktoré sa nezúčastňujú hybridizácie, sú viazané v spojení s podobnými orbitálmi kyslíka. Pri chemických reakciách sa oxid uhličitý zapisuje ako: CO2.

Fyzikálne vlastnosti

Za normálnych podmienok je oxid uhličitý bezfarebný plyn bez zápachu. Je ťažší ako vzduch, a preto sa oxid uhličitý môže správať ako kvapalina. Môže sa napríklad prelievať z jednej nádoby do druhej. Táto látka je málo rozpustná vo vode – v jednom litri vody pri 20 ⁰C sa rozpustí asi 0,88 litra CO 2 . Mierny pokles teploty radikálne mení situáciu – v rovnakom litri vody pri 17⁰C sa môže rozpustiť 1,7 litra CO 2 . Pri silnom ochladzovaní sa táto látka vyzráža vo forme snehových vločiek - vytvára sa takzvaný „suchý ľad“. Tento názov pochádza zo skutočnosti, že pri normálnom tlaku sa látka, ktorá obchádza kvapalnú fázu, okamžite mení na plyn. Kvapalný oxid uhličitý vzniká pri tlaku tesne nad 0,6 MPa a pri izbovej teplote.

Chemické vlastnosti

Pri interakcii so silnými oxidačnými činidlami vykazuje 4-oxid uhličitý oxidačné vlastnosti. Typická reakcia tejto interakcie je:

C + C02 = 2CO.

Pomocou uhlia sa teda oxid uhličitý redukuje na jeho dvojmocnú modifikáciu – oxid uhoľnatý.

Za normálnych podmienok je oxid uhličitý inertný. Ale niektoré aktívne kovy v ňom môžu horieť, čím sa odstraňuje kyslík zo zlúčeniny a uvoľňuje sa uhlíkový plyn. Typickou reakciou je spaľovanie horčíka:

2Mg + C02 = 2MgO + C.

Počas reakcie vzniká oxid horečnatý a voľný uhlík.

V chemických zlúčeninách CO 2 často vykazuje vlastnosti typického kyslého oxidu. Napríklad reaguje so zásadami a zásaditými oxidmi. Výsledkom reakcie sú soli kyseliny uhličitej.

Napríklad reakciu zlúčeniny oxidu sodného s oxidom uhličitým možno znázorniť takto:

Na20 + C02 = Na2C03;

2NaOH + C02 = Na2C03 + H20;

NaOH + C02 = NaHC03.

Roztok kyseliny uhličitej a CO2

Oxid uhličitý vo vode tvorí roztok s malým stupňom disociácie. Tento roztok oxidu uhličitého sa nazýva kyselina uhličitá. Je bezfarebný, slabo vyjadrený a má kyslú chuť.

Záznam chemickej reakcie:

CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3.

Rovnováha je posunutá dosť silno doľava – len asi 1 % počiatočného oxidu uhličitého sa premení na kyselinu uhličitú. Čím vyššia je teplota, tým menej molekúl kyseliny uhličitej je v roztoku. Keď zlúčenina vrie, úplne zmizne a roztok sa rozpadne na oxid uhličitý a vodu. Štruktúrny vzorec kyseliny uhličitej je uvedený nižšie.

Vlastnosti kyseliny uhličitej

Kyselina uhličitá je veľmi slabá. V roztokoch sa rozkladá na vodíkové ióny H + a zlúčeniny HCO 3 -. Ióny CO 3 - sa tvoria vo veľmi malých množstvách.

Kyselina uhličitá je dvojsýtna, takže soli, ktoré tvorí, môžu byť stredné a kyslé. V ruskej chemickej tradícii sa stredné soli nazývajú uhličitany a silné soli sa nazývajú hydrogenuhličitany.

Kvalitatívna reakcia

Jedným z možných spôsobov detekcie plynného oxidu uhličitého je zmena čírosti vápennej malty.

Ca(OH)2 + C02 = CaC03↓ + H20.

Táto skúsenosť je známa zo školského kurzu chémie. Na začiatku reakcie sa vytvorí malé množstvo bielej zrazeniny, ktorá následne zmizne pri prechode oxidu uhličitého cez vodu. K zmene priehľadnosti dochádza preto, že počas procesu interakcie sa nerozpustná zlúčenina – uhličitan vápenatý – mení na rozpustnú látku – hydrogénuhličitan vápenatý. Reakcia prebieha týmto spôsobom:

CaC03 + H20 + C02 = Ca(HC03)2.

Výroba oxidu uhličitého

Ak potrebujete získať malé množstvo CO2, môžete spustiť reakciu kyseliny chlorovodíkovej s uhličitanom vápenatým (mramorom). Chemický zápis tejto interakcie vyzerá takto:

CaC03 + HCl = CaCl2 + H20 + C02.

Na tento účel sa používajú aj spaľovacie reakcie látok obsahujúcich uhlík, napríklad acetylénu:

CH4 + 202 -> 2H20 + C02-.

Na zber a skladovanie výslednej plynnej látky sa používa Kippov prístroj.

Pre potreby priemyslu a poľnohospodárstva musí byť rozsah produkcie oxidu uhličitého veľký. Obľúbenou metódou tejto rozsiahlej reakcie je spaľovanie vápenca, pri ktorom vzniká oxid uhličitý. Vzorec reakcie je uvedený nižšie:

CaC03 = CaO + C02.

Aplikácie oxidu uhličitého

Potravinársky priemysel po veľkovýrobe „suchého ľadu“ prešiel na zásadne nový spôsob skladovania potravín. Je nepostrádateľný pri výrobe sýtených nápojov a minerálnych vôd. Obsah CO 2 v nápojoch im dodáva sviežosť a výrazne zvyšuje ich trvanlivosť. A karbidizácia minerálnych vôd vám umožňuje vyhnúť sa zatuchnutiu a nepríjemnej chuti.

Pri varení sa často používa metóda hasenia kyseliny citrónovej octom. Uvoľnený oxid uhličitý dodáva cukrárskym výrobkom nadýchanosť a ľahkosť.

Táto zlúčenina sa často používa ako potravinárska prídavná látka na zvýšenie trvanlivosti potravinárskych výrobkov. Podľa medzinárodných noriem na klasifikáciu chemických prísad obsiahnutých vo výrobkoch má kód E 290,

Práškový oxid uhličitý je jednou z najobľúbenejších látok obsiahnutých v hasiacich zmesiach. Táto látka sa nachádza aj v pene hasiacich prístrojov.

Oxid uhličitý je najlepšie prepravovať a skladovať v kovových fľašiach. Pri teplotách nad 31⁰C môže tlak vo valci dosiahnuť kritickú hodnotu a kvapalný CO 2 prejde do superkritického stavu s prudkým nárastom prevádzkového tlaku na 7,35 MPa. Kovový valec odolá vnútornému tlaku do 22 MPa, takže rozsah tlaku pri teplotách nad tridsať stupňov sa považuje za bezpečný.