Оксид углерода

Характеристики и физические свойства оксида углерода

Углерод образует два чрезвычайно устойчивых оксида (СО и СO₂), три значительно менее устойчивых оксида (С₃O₂, С₅O₂ и С₁₂O₉), ряд неустойчивых или плохо изученных оксидов (С₂O, С₂O₃ и др.) и нестехиометрический оксид графита. Среди перечисленных оксидов особую роль играют СО и СO₂.

Он довольно токсичен из-за его способности образовывать комплекс с гемоглобином, который примерно в 300 раз устойчивее, чем комплекс кислород-гемоглобин.

Масса 1 л CO₂ при нормальных условиях составляет 1,98 г. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20^oС растворяет 0,88 объема CO₂, а при 0^oС – 1,7 объема.

Прямое окисление углерода при недостатке кислорода или воздуха приводит к образованию СО, при достаточном их количестве образуется СO₂. Некоторые свойства этих оксидов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства оксидов углерода.

Получение оксида углерода

Чистый СО может быть получен в лаборатории дегидратированием муравьиной кислоты (НСООН)концентрированной серной кислотой при ~140 °С:

HCOOH = CO + H₂O.

В небольших количествах диоксид углерода можно легко получить действием кислот на карбонаты:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂.

В промышленном масштабе CO₂ получают главным образом как побочный продукт в процессе синтеза аммиака:

CH₄ + 2H₂O = CO₂ + 4H₂;

CO + H₂O = CO₂ + H₂.

Большие количества углекислого газа получают при обжиге известняка:

CaCO₃ = CaO + CO₂.

Химические свойства оксида углерода

Монооксид углерода химически активен при высоких температурах. Он проявляет себя как сильный восстановитель. Реагирует с кислородом, хлором, серой, аммиаком, щелочами, металлами.

CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 – 130^oC, p);

CO + H₂ = CH₄ + H₂O (t = 150 — 200^oC, kat. Ni);

CO + 2H₂ = CH₃OH (t = 250 — 300^oC, kat. CuO/Cr₂O₃);

2CO + O₂ = 2CO₂ (kat. MnO₂/CuO);

CO + Cl₂ = CCl₂O(t = 125 — 150^oC, kat. C);

4CO + Ni = [Ni(CO)₄] (t = 50 — 100^oC);

5CO + Fe = [Fe(CO)₅] (t = 100 — 200^oC, p).

Диоксид углерода проявляет кислотные свойства: реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается активными металлами, водородом, углеродом.

CO₂ + NaOH_dilute = NaHCO₃;

CO₂ + 2NaOH_conc = Na₂CO₃ + H₂O;

CO₂ + Ba(OH)₂ = BaCO₃ + H₂O;

CO₂ + BaCO₃ + H₂O = Ba(HCO₃)₂;

CO₂ + NH₃×H₂O = NH₄HCO₃;

CO₂ + 4H₂ = CH₄ + 2H₂O (t = 200^oC, kat. Cu₂O);

CO₂ + C = 2CO (t > 1000^oC);

CO₂ + 2Mg = C + 2MgO;

2CO₂ + 5Ca = CaC₂ + 4CaO (t = 500^oC);

2CO₂ + 2Na₂O₂ = 2Na₂CO₃ + O₂.

Применение оксида углерода

Монооксид углерода широко используется как топливо в виде генераторного газа или водяного газа и образуется также привыделении многих металлов из их оксидов восстановлением углем. Генераторный газ получают, пропуская воздух черезраскаленный уголь. В его состав входит около 25% СО, 4% _СO2 и 70% N₂ со следами Н₂ и СН₄62.

Применение диоксида углерода чаще всего обусловлено его физическими свойствами. Его используют как охлаждающий агент, для газирования напитков, при получении облегченных(вспененных) пластмасс, а также как газ для создания инертной атмосферы.

Примеры решения задач