Окис вуглецю

Відомі два окису вуглецю, в яких він виявляє різні ступені окислення: СО і СО2.
Окис вуглецю (II) СО, або, як її називають, чадний газ, являє собою безбарвний газ, не має запаху. Температура кипіння -191,5º. Вона трохи легше повітря і вкрай отруйна. Отруйність окису вуглецю пояснюється тим, що в поєднанні з гемоглобіном крові, з якою вона вступає в контакт при попаданні в легені, вона утворює карбоксигемоглобін, який є міцним з’єднанням, що не володіє здатністю вступати в реакцію з киснем. Таким чином, гемогло- бін крові виводиться з ладу, і при сильному отруєнні людина може загинути від кисневого голодування. Окис вуглецю може проникнути в приміщення, опалюване печами, в тому випадку, якщо занадто рано закривається димар і не встигла згоріти окис вуглецю потрапляє в житлове приміщення.
Хімічні властивості окису вуглецю вельми різноманітні. Це горючий газ, який легко згоряє блакитним полум’ям в кисні і на повітрі з утворенням двоокису вуглецю:
2СО + О2 = 2СО2
Вуглець в цій реакції окислюється, переходячи з С + 2 в С + 4, т. Е. Проявляє відновні властивості. Отже, окис вуглецю можна застосовувати як відновник. Дійсно, окисом вуглецю можна відновлювати метали з оксидів:
FeO + СО = СО2 + Fe
Слід зазначити також, що окис вуглецю належить до числа несолеобразующіе окислів.
■ 11. Елемент свинець Рb, що відноситься також до головній підгрупі IV групи, може утворювати оксид, в якому виявляє ступінь окислення +2; вуглець також може утворювати оксид, де проявляє таку ж ступінь окислення. Порівняйте хімічні властивості цих двох оксидів і ілюструють їх рівняннями реакцій. (Див. Відповідь)
Горючість окису вуглецю, а також відновні властивості роблять її дуже цінним паливом і відновником в багатьох виробничих процесах, особливо в металургії, тому окис вуглецю спеціально отримують в печах, які називаються газогенераторами (рис. 65).
Газогенератор являє собою піч, в яку зверху засипають кокс. Знизу кокс підпалюють, а для підтримки горіння коксу знизу ж подають повітря. При зіткненні кисню повітря з розпеченим вугіллям останній згорає з утворенням двоокису вуглецю:
С + O2 = СО2
Проходячи через наступні солі вугілля, двоокис вуглецю відновлюється до окису вуглецю: СO2 + С = 2СO
У результаті з газогенератора виходить генераторний газ наступного складу: СО + СO2 + N2 (азот повітря). Цей газ називається повітряним. Повітряний газ містить лише одне горюча речовина СО, а двоокис вуглецю СО2 і азот є баластом. Для того щоб в газі не було баласту, через генератор пропускають перегрітий водяний пар, який, вступаючи в реакцію з вуглецем, утворює водяний газ:
С + Н2О ⇄ СО + Н2
Водяний газ баласту не має, так як окис вуглецю і водень горять і є хорошими відновниками, але при тривалому пропущенні водяної пари через вугілля останній охолоджується і перестає працювати. Для того щоб цього не відбувалося, через газогенератор пропускають поперемінно повітря і водяна пара, отримуючи при цьому змішаний газ.
Генераторні гази широко використовуються в техніці.
■ 12. Який обсяг водяного газу вийде при пропущенні водяної пари через 36 кг вугілля? (Див. Відповідь)
13. Напишіть рівняння реакцій, що відбуваються при відновленні оксиду заліза (III) водяним газом.
14. Як можна розділити гази, що входять до складу повітряного генераторного газу?
15. Повітряний генераторний газ пропустили через розчин гідроокису кальцію. Як змінився склад газової суміші? Підтвердіть рівняннями реакцій.
16. Чим відрізняється змішаний газ від повітряного? Вкажіть склад компонентів змішаного газу. (Див. Відповідь)
Д. І. Менделєєвим в 1888 р був запропонований спосіб підземної газифікації вугілля. Полягає він у наступному. У вугільному пласті (рис. 66) з поверхні вниз пробуривают дві свердловини на відстані 25-30 м одна від одної. За допомогою електронагрівачів вугільний пласт внизу підпалюють. При пропущенні повітря в дуттьовому свердловину між нею і газовідвідної свердловиною прогорає канал, по якому гази йдуть в газовідвідну свердловину і по ній піднімаються на поверхню. У самій нижній частині пласта, як в газогенераторі, відбувається згорання вугілля до двоокису вуглецю. Дещо вище двоокис вуглецю відновлюється до окису вуглецю, а ще вище під дією тепла розігрітого вугільного пласта здійснюється суха перегонка, продукти якої також виводяться через газовідвідну свердловину. Продукти сухої перегонки є дуже цінними. Надалі виходить газ відокремлюють від них, після чого його можна використовувати за призначенням.
Генераторний газ використовують в металургії, у виробництві скла і кераміки, в газових турбінах і двигунах внутрішнього згоряння, у побуті.
Окис вуглецю і водень широко застосовуються в промисловості органічного синтезу – при отриманні аміаку, хлористого водню, штучного палива, миючих засобів і т. Д.
■ 17. Розрахуйте витрата вугілля в газогенераторі, якщо в результаті утворилося 112 л водяного газу. (Див. Відповідь)
Двоокис вуглецю СО2 є вищим вуглецевим окислом, молекулярний вага її 44 у. е. (вона більш ніж у півтора рази важчий за повітря). Температура кипіння (сублімації) -78,5 °.
Двоокис вуглецю при сильному охолодженні перетворюється на тверду снегообразную масу – «сухий лід», який при нормальному тиску в рідина не переходить, а переганяється, що представляє велику зручність при зберіганні швидкопсувних продуктів: по-перше, відсутня волога, а по-друге, атмосфера двоокису вуглецю затримує ріст бактерій і цвілевих грибків. Двоокис вуглецю-типовий кислотний оксид, що володіє всіма характерними властивостями.
■ 18. Напишіть рівняння хімічних реакцій, що характеризують властивості двоокису вуглецю як кислотного оксиду. (Див. Відповідь)
Двоокис вуглецю досить добре розчинна у воді: в одному об’ємі води розчиняється один об’єм СО2. При цьому відбувається взаємодія її з водою з утворенням вельми нестійкою вугільної кислоти: Н2О + СО2 ⇄ Н2СО3
При підвищенні тиску розчинність двоокису вуглецю різко зростає. На цьому засновано застосування СО2 у виготовленні шипучих напоїв.
■ 19. Знаючи закономірності зміщення рівноваги, вкажіть, в якому напрямку можна змістити рівновагу в реакції
СО2 + Н2О ⇄ Н2СО3
а) підвищуючи тиск; б) підвищуючи температуру. (Див. Відповідь)
Двоокис вуглецю не підтримує горіння і дихання і в її атмосфері тварини гинуть немає від отруєння, а від відсутності кисню. Тільки магній, палаючий при дуже високій температурі, може горіти в двоокису вуглецю, розкладаючи її і тим самим відновлюючи вуглець:
2Mg + СО2 = 2MgO + С
У той же час двоокис вуглецю необхідна зеленим рослинам для процесу фотосинтезу. Збагачення атмосфери двоокисом вуглецю в теплицях, парниках посилює утворення органічної речовини рослиною.
У земній атмосфері міститься 0,04% двоокису вуглецю. Невелике вміст двоокису вуглецю в повітрі стимулює діяльність дихального центру.
Зазвичай двоокис вуглецю отримують, впливаючи на солі вугільної кислоти який-небудь більш сильною кислотою:
СаСО3 + 2НСl = СаСl2 + Н2СO3
Цей процес здійснюють у лабораторії в апараті Киппа, заряджаючи його мармуром і соляною кислотою.
Аналогічний спосіб отримання двоокису вуглецю застосовується в так званих пінних вогнегасниках (рис. 67). Такий вогнегасник являє собою сталевий балон, заповнений розчином соди Na2CO3. У цей розчин опущена скляна ампула з сірчаною кислотою. Над ампулою укріплений ударник, яким у разі потреби можна розбити ампулу, і тоді сірчана кислота почне взаємодіяти з содою з рівняння:
Na2CO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2CO3
Виділяється при цьому у великій кількості двоокис вуглецю утворює рясну піну, яка тиском газу викидається через отвір у бічній стінці і, покриваючи палаючий предмет, припиняє доступ до нього кисню повітря.
Для промислових цілей двоокис вуглецю отримують при розкладанні вапняку:
СаСO3 = СаО + СО2
Двоокис вуглецю утворюється при горінні вугілля, а також виділяється при бродінні цукрів і в інших процесах.
■ 20. Чи можна пінний вогнегасник наповнити замість розчину соди розчином іншого карбонату, а сірчану кислоту замінити іншою кислотою. Наведіть приклади. (Див. Відповідь)
21. Через йодну воду пропустили суміш газів, що складається з двоокису вуглецю, сірководню та сірчистого газу. Який склад газової суміші на виході? Що міститься в розчині?
22. Який обсяг двоокису вуглецю вийде при спалюванні 112 л окису вуглецю?
23. Який обсяг окису вуглецю утворюється при окисленні 4 молей вуглецю?
24. Скільки двоокису вуглецю можна отримати при розкладанні 250 г вапняку, що містить 20% домішок, якщо вихід СО2 дорівнює 80% від теоретичного?
25. Скільки важить 1 м3 суміші газів, що складається на 70% з окису вуглецю і 30% з двоокису вуглецю? (Див. Відповідь)

Посилання на основну публікацію