Оксиды углерода

9 заданий

Угарный газ

Молекула CO — тройная связь, как у \(\ce{N2}\) (изоэлектронны: 10 валентных электронов). Небольшой дипольный момент направлен «от кислорода к углероду»: углерод несёт частичный отрицательный заряд и неподелённую пару — поэтому CO связывается с металлами через углерод (\(\ce{Fe(CO)5}\), \(\ce{Ni(CO)4}\)).

errorТихий убийца

CO не имеет цвета и запаха. Он связывается с железом гемоглобина в 200–250 раз прочнее кислорода, и кровь перестаёт переносить \(\ce{O2}\). Концентрация 0,1 % смертельна за час. Отравления случаются при неисправных печах, в закрытых гаражах, при пожарах. Датчик угарного газа в доме с газовой колонкой — не роскошь.

scienceУгарный газ в реакциях

\(\ce{HCOOH ->[H2SO4 (конц), t] CO ^ + H2O}\) — лабораторный способ.
\(\ce{Fe2O3 + 3CO ->[t] 2Fe + 3CO2}\) — главный восстановитель доменной печи.
\(\ce{CO + Cl2 ->[h\nu] COCl2}\) — фосген (сырьё для поликарбонатов и полиуретанов; боевое ОВ Первой мировой).
\(\ce{CO + 2H2 ->[Cu/ZnO] CH3OH}\) — метанол (урок 60).
\(\ce{Ni + 4CO -> Ni(CO)4}\) — процесс Монда: летучий карбонил разлагается при 200 °C, давая чистейший никель.
\(\ce{CO + NaOH ->[t, p] HCOONa}\) — «несолеобразующий» оксид всё же реагирует в жёстких условиях.

Углекислый газ

\(\ce{CO2}\) — линейная молекула O=C=O (неполярная, хотя связи полярны). При −78,5 °C твёрдый \(\ce{CO2}\) («сухой лёд») возгоняется, минуя жидкость: при атмосферном давлении жидкого \(\ce{CO2}\) не бывает (тройная точка — 5,1 атм).

auto_awesomeСверхкритический CO₂

Выше 31 °C и 73 атм \(\ce{CO2}\) становится сверхкритическим флюидом — «жидким газом», хорошо растворяющим органические вещества. Им извлекают кофеин из кофейных зёрен (декофеинизация), эфирные масла, и после снятия давления растворитель просто улетает, не оставляя следов.

scienceУглекислый газ в реакциях

\(\ce{CaCO3 + 2HCl -> CaCl2 + CO2 ^ + H2O}\) — аппарат Киппа.
\(\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + H2O}\) — известковая вода мутнеет (качественная реакция).
\(\ce{2Mg + CO2 ->[t] 2MgO + C}\) — горящий магний не гасится углекислотным огнетушителем.
\(\ce{CO2 + 2NH3 -> (NH2)2CO + H2O}\) — синтез карбамида.
\(\ce{6CO2 + 6H2O ->[h\nu] C6H12O6 + 6O2}\) — фотосинтез.

errorОзеро-убийца

В 1986 году из камерунского озера Ниос внезапно вырвалось облако углекислого газа, растворённого в глубинных водах (вулканического происхождения). Тяжёлый газ стёк в долины и задушил около 1700 человек. Сейчас из озера отводят газ по трубам, чтобы трагедия не повторилась.

Равновесие Будуара

\[\ce{C + CO2 <=> 2CO}\qquad\Delta H^\circ = +172\ \text{кДж}\]

Реакция эндотермична и идёт с увеличением числа молей газа — при нагревании равновесие сдвигается вправо. Ниже 400 °C почти весь газ — \(\ce{CO2}\), выше 1000 °C — почти только CO.

boltЧто это значит для металлургии

В горне доменной печи (выше 1500 °C) кокс сгорает сначала до \(\ce{CO2}\), который тут же превращается в CO на раскалённом коксе. Поэтому главный восстановитель в печи — CO. А в верхней, холодной части печи CO частично диспропорционирует (\(\ce{2CO -> C + CO2}\)), откладывая сажу.

scienceГазовые равновесия углерода

\(\ce{C + CO2 <=> 2CO}\) — Будуар (1901).
\(\ce{CO + H2O <=> CO2 + H2}\) — конверсия (урок 57).
\(\ce{C + H2O <=> CO + H2}\) — водяной газ.
\(\ce{FeO + CO <=> Fe + CO2}\) — восстановление в домне (урок 56).

auto_awesomeУгарный газ в печи

Когда в печи дрова прогорели до углей, их «закрывают» рано: уголь с недостатком воздуха тлеет, и по Будуару образуется CO. Отсюда старинное «угорели» — отравление угарным газом от рано закрытой печной заслонки.

push_pinГлавное

CO — тройная связь (изоэлектронна \(\ce{N2}\)), несолеобразующий оксид, сильный восстановитель при нагревании (\(\ce{Fe2O3 + 3CO -> 2Fe + 3CO2}\)), лиганд (\(\ce{Ni(CO)4}\)); ядовит — связывается с гемоглобином в 200–250 раз прочнее кислорода. \(\ce{CO2}\) — линейная молекула, кислотный оксид, с водой даёт угольную кислоту, возгоняется при −78,5 °C («сухой лёд»), сверхкритический \(\ce{CO2}\) — растворитель. Равновесие Будуара \(\ce{C + CO2 <=> 2CO}\) сдвигается вправо при нагревании. Магний горит в \(\ce{CO2}\).

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.