Онлайн калькуляторы

На нашем сайте собрано более 100 бесплатных онлайн калькуляторов по математике, геометрии и физике.

Справочник

Основные формулы, таблицы и теоремы для учащихся. Все что нужно, чтобы сделать домашнее задание!

Заказать решение

Не можете решить контрольную?!
Мы поможем! Более 20 000 авторов выполнят вашу работу от 100 руб!

Физические и химические свойства углекислого газа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Углекислый газ (двуокись углерода, угольный ангидрид, диоксид углерода) – оксид углерода (IV).

Формула – СО2. Молярная масса – 44 г/моль.

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ относится к классу кислотных оксидов, т.е. при взаимодействии с водой он образует кислоту, которая называется угольная. Угольная кислота химически неустойчива и в момент образования сразу же распадается на составляющие, т.е. реакция взаимодействия углекислого газа с водой носит обратимый характер:

CO2 + H2O ↔ CO2×H2O(solution) ↔ H2CO3.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

2CO2 = 2CO + O2.

Как и для всех кислотных оксидов, для углекислого газа характерны реакции взаимодействия с основными оксидами (образованными только активными металлами) и основаниями:

CaO + CO2 = CaCO3;

Al2O3 + 3CO2 = Al2(CO3)3;

CO2 + NaOH(dilute) = NaHCO3;

CO2 + 2NaOH(conc) = Na2CO3 + H2O.

Углекислый газ не поддерживает горения, в нем горят только активные металлы:

CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t^{\circ});

CO2 + 2Ca = C + 2CaO (t^{\circ}).

Углекислый газ вступает в реакции взаимодействия с простыми веществами, такими как водород и углерод:

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O (t^{\circ}, kat = Cu2O);

CO2 + C = 2CO (t^{\circ}).

При взаимодействии углекислого газа с пероксидами активных металлов образуются карбонаты и выделяется кислород:

2CO2 + 2Na2O2 = 2Na2CO3 + O2↑.

Качественной реакцией на углекислый газ является реакция его взаимодействия с известковой водой (молоком), т.е. с гидроксидом кальция, в которой образуется осадок белого цвета – карбонат кальция:

CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O.

Физические свойства углекислого газа

Углекислый газ – газообразное вещество без цвета и запаха. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния. Углекислый газ в твердом агрегатном состоянии носит название «сухой лед» и легко возгоняется при комнатной температуре. Углекислый газ плохо растворим в воде, частично реагирует с ней. Плотность – 1,977 г/л.

Получение и применение углекислого газа

Выделяют промышленные и лабораторные способы получения углекислого газа. Так, в промышленности его получают обжигом известняка (1), а в лаборатории – действием сильных кислот на соли угольной кислоты (2):

CaCO3 = CaO + CO2 (t^{\circ}) (1);

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2↑ + H2O (2).

Углекислый газ используется в пищевой (газирование лимонада), химической (регулировка температур при производстве синтетических волокон), металлургической (защита окружающей среды, например, осаждение бурого газа) и других отраслях промышленности.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Какой объем углекислого газа выделится при действии 200 г 10%-го раствора азотной кислоты на 90 г карбоната кальция, содержащего 8% примесей, нерастворимых в кислоте?
Решение Молярные массы азотной кислоты и карбоната кальция, рассчитанные с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 63 и 100 г/моль, соответственно.

Запишем уравнение растворения известняка в азотной кислоте:

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O.

Содержание чистого (без примесей) карбоната кальция в известняке:

ω(CaCO3)cl = 100% — ωadmixture = 100% — 8% = 92% = 0,92.

Тогда, масса чистого карбоната кальция:

m(CaCO3)cl = mlimestone × ω(CaCO3)cl / 100%;

m(CaCO3)cl = 90 × 92 / 100% = 82,8 г.

Количество вещества карбоната кальция равно:

n(CaCO3) = m(CaCO3)cl / M(CaCO3);

n(CaCO3) = 82,8 / 100 = 0,83 моль.

Масса азотной кислоты в растворе будет равна:

m(HNO3) = m(HNO3)solution × ω(HNO3) / 100%;

m(HNO3) = 200 × 10 / 100% = 20 г.

Количество вещества азотной кислоты кальция равно:

n(HNO3) = m(HNO3) / M(HNO3);

n(HNO3) = 20 / 63 = 0,32 моль.

Сравнивая количества веществ, вступивших в реакцию, определяем, что азотная кислота находится в недостатке, следовательно дальнейшие расчеты производим по азотной кислоте. Согласно уравнению реакции n(HNO3): n(CO2) = 2:1, следовательно n(CO2) = 1/2×n(HNO3) = 0,16 моль. Тогда, объем углекислого газа будет равен:

V(CO2) = n(CO2)×Vm ;

V(CO2) = 0,16×22,4 = 3,58 г.

Ответ Объем углекислого газа — 3,58 г.
ПРИМЕР 2
Задание Найдите объем углекислого газа массой 35 г.
Решение Масса вещества и его объем связаны между собой через количество вещества. Запишем формулы для вычисления количества вещества с помощью его массы и объема:

n = m / M;

n = V / Vm.

Приравняет выражения, записанные справа и выразим объем:

m / M = V / Vm;

V = m×Vm / M.

Вычислим по выведенной формуле объем углекислого газа. Молярная масса углекислого газа, рассчитанная с использованием таблицы химических элементов Д.И. Менделеева – 44 г/моль.

V (CO2) = 35×22,4 / 44 = 17,82 л.

Ответ Объем углекислого газа — 17,82 л.