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!

Углерод и его характеристики

Общая характеристика углерода

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Углерод – шестой элемент Периодической таблицы. Обозначение – С от латинского «carboneum». Расположен во втором периоде, IVА группе. Относится к неметаллам. Заряд ядра равен 6.

Углерод находится в природе как в свободном состоянии, так и в виде многочисленных соединений. Свободный углерод встречается в виде алмаза и графита. Кроме ископаемого угля, в недрах Земли находятся большие скопления нефти. В земной коре встречаются в огромных количествах соли угольной кислоты, особенно карбонат кальция. В воздухе всегда имеется диоксид углерода. Наконец, растительные и животные организмы состоят из веществ, в образовании которых участие принимает углерод. Таким образом, этот элемент – один из распространенных на Земле, хотя общее его содержание в земной коре составляет всего около 0,1% (масс.).

Атомная и молекулярная масса углерода

Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии углерод существует в виде одноатомных молекул С, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 12,0064.

Аллотропия и аллотропные модификации углерода

В свободном состоянии углерод существует в виде алмаза, кристаллизующегося в кубической и гексагональной (лонсдейлит) системе, и графита, принадлежащего к гексагональной системе (рис. 1). Такие формы углерода, как древесный уголь, кокс или сажа имеют неупорядоченную структуру. Также есть аллотропные модификации, полученные синтетическим путем – это карбин и поликумулен – разновидности углерода, построенные из линейных цепных полимеров типа -C= C- или = C = C= .

Аллотропные модификации углерода

Рис. 1. Аллотропные модификации углерода.

Известны также аллотропные модификации углерода, имеющие следующие названия: графен, фуллерен, нанотрубки, нановолокна, астрален, стеклоуглерож, колоссальные нанотрубки; аморфный углерод, углеродные нанопочки и углеродная нанопена.

Изотопы углерода

В природе углерод существует в виде двух стабильных изотопов 12С (98,98%) и 13С (1,07%). Их массовые числа равны 12 и 13 соответственно. Ядро атома изотопа углерода 12С содержит шесть протонов и шесть нейтронов, а изотопа 13С – такое же количество протонов и пять нейтронов.

Существует один искусственный (радиоактивный) изотоп углерода 14Сс периодом полураспада равным 5730 лет.

Ионы углерода

На внешнем энергетическом уровне атома углерода имеется четыре электрона, которые являются валентными:

1s22s22p2.

В результате химического взаимодействия углерод может терять свои валентные электроны, т.е. являться их донором, и превращаться в положительно заряженные ионы или принимать электроны другого атома, т.е. являться их акцептором, и превращаться в отрицательно заряженные ионы:

С0 –2e → С2+;

С0-4e → С4+;

С0+4e → С4-.

Молекула и атом углерода

В свободном состоянии углерод существует в виде одноатомных молекул С. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу углерода:

Энергия ионизации атома, эВ

11,25

Относительная электроотрицательность

2,55

Радиус атома, нм

0,077

Сплавы углерода

Наиболее известные сплавы углерода во всем мире – это сталь и чугун. Сталь – это сплав железа с углеродом, содержание углерода в котором не превышает 2%. В чугуне (тоже сплав железа с углеродом) содержание углерода выше – от 2-х до 4%.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1
Задание Какой объем оксида углерода (IV) выделится (н.у.) при обжиге 500 г известняка, содержащего 0,1 массовую долю примесей.
Решение Запишем уравнение реакции обжига известняка:

CaCO3 = CaO + CO2­.

Найдем массу чистого известняка. Для этого сначала определим его массовую долю без примесей:

wclear(CaCO3) = 1 — wimpurity = 1 – 0,1 = 0,9.

mclear(CaCO3) = m(CaCO3) ×wclear(CaCO3);

mclear(CaCO3) = 500 ×0,9 = 450 г.

Рассчитаем количество вещества известняка:

M(CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3×Ar(O);

M(CaCO3) = 40 + 12 + 3×16 = 52 + 48 = 100 г/моль.

n(CaCO3) = mclear(CaCO3) / M(CaCO3);

n(CaCO3) = 450 / 100 = 4,5 моль.

Согласно уравнению реакции n(CaCO3) :n(CO2) = 1:1, значит

n(CaCO3) = n(CO2) = 4,5 моль.

Тогда, объем выделившегося оксида углерода (IV) будет равен:

V(CO2) = n(CO2) ×Vm;

V(CO2) = 4,5 × 22,4 = 100,8 л.

Ответ 100,8 л
ПРИМЕР 2
Задание Сколько потребуется раствора, содержащего 0,05 массовых долей, или 5% хлороводорода, для нейтрализации 11,2 г карбоната кальция?
Решение Запишем уравнение реакции нейтрализации карбоната кальция хлороводородом:

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2­.

Найдем количество вещества карбоната кальция:

M(CaCO3) = Ar(Ca) + Ar(C) + 3×Ar(O);

M(CaCO3) = 40 + 12 + 3×16 = 52 + 48 = 100 г/моль.

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

n(CaCO3) = 11,2 / 100 = 0,112 моль.

Согласно уравнению реакции n(CaCO3) :n(HCl) = 1:2, значит

n(HCl) = 2 ×n(CaCO3) = 2 ×0,224 моль.

Определим массу вещества хлороводорода, содержащуюся в растворе:

M(HCl) = Ar(H) + Ar(Cl) = 1 + 35,5 = 36,5 г/моль.

m(HCl) = n(HCl) ×M(HCl) = 0,224 × 36,5 = 8,176 г.

Рассчитаем массу раствора хлороводорода:

msolution(HCl) = m(HCl)× 100 / w(HCl);

msolution(HCl) = 8,176 × 100 / 5 = 163,52 г.

Ответ 163,52 г
Нужна помощь с
решением задач?
Более 500 авторов онлайн и готовы помочь тебе прямо сейчас! Цена от 20 рублей за задачу. Сейчас у нас проходит акция, мы дарим 100 руб на первый заказ.