Главная страница / Неорганическая химия / Подгруппа углерода и кремния / Кислородные соединения / Оксид углерода (IV), Угольная кислота и ее солиКарта сайта | Контакты

Оксид углерода (IV), Угольная кислота и ее соли

Оксид углерода (IV) (диоксид углерода, углекислый газ) — газ без цвета и запаха, не поддерживающий дыхания и горения, тяжелее воздуха. Он растворим в воде (88 объемов СО2 в 100 объемах Н2О при 20°С). При обычных давлениях твердый диоксид углерода перехо­дит в газообразное состояние (сублимируется), минуя жидкое со­стояние. При обычной температуре под давлением 60 атм пере­ходит в жидкость.

При большой концентрации оксида углерода (IV) люди и жи­вотные задыхаются. При его концентрации в воздухе до 3% у че­ловека наблюдается учащенное дыхание, более 10% — потеря сознания и даже смерть.

Оксид углерода (IV) является ангидридом угольной кислоты Н2СО3 и обладает всеми свойствами кислотных оксидов.

При растворении СО2 в воде частично образуется угольная кислота, при этом в растворе существует следующее равновесие:

Существование равновесия объясняется тем, что угольная кислота является очень слабой кислотой (K1 = 4∙10-7, К2 = 5∙10-11 при 25 °С). Даже такая слабая кислота, как уксусная, намного сильнее угольной. В свободном виде угольная кислота неизвестна, так как она неустойчива и легко разлагается. Как двухосновная кислота она образует средние соли — карбонаты и кислые — гидрокарбонаты. Качественная реакция на эти соли — действие на них сильных кислот, при котором кислота вытесняется и разлагается с выделением СО2:

СО32-+ 2Н+ Н2СО3 Н2О + СО2↑,

НСО3 + Н+ Н2СО3 Н2О + СО2↑.

При пропускании выделяющегося СО2 в известковую воду выпадает белый нерастворимый осадок; этой реакцией пользуются также для обнаружения оксида углерода (IV):

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3↓ + Н2О.

Из всех карбонатов в воде растворимы карбонаты только ще­лочных металлов и аммония. Гидрокарбонаты большинства ме­таллов хорошо растворимы в воде.

Под действием избытка оксида углерода (IV) нерастворимые в воде карбонаты превращаются в растворимые гидрокарбонаты:

СаСО3
+
H2O
+
CO2
= Са(НСО3)2
взвесь в воде избыток

Гидрокарбонаты при нагревании распадаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

2NаНСО3 = Nа2СО3 + Н2О + СО2↑.

Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, при нагревании разлагаются на оксид металла и диоксид углерода:

МgСО3 = МgО + СО2↑.

Из солей угольной кислоты наибольшее практическое значе­ние имеет сода; известны различные кристаллогидраты соды Nа2СО3∙10Н2О, Nа2СО3.2О или Na2СО3.Н2О; наиболее устойчивым кристаллогидратом является Nа2СО3.10Н2О, кото­рый обычно называют кристаллической содой. При прокалива­нии получают безводную, или кальцинированную соду Nа2СО3. Широко используется также питьевая сода NаНСО3. Из других солей важное значение имеют К2СО3 и СаСО3.

Основные количества соды получают получают по аммиач­ному способу, часто его называют также методом Сольвэ.

Суть метода заключается в насыщении концентрированного раствора поваренной соли (точнее, насыщенного раствора NаСl) аммиаком при охлаждении и последующем пропускании через этот раствор СО2 под давлением. При этом идут следующие ре­акции:

NН3 + СО2 + Н2О = NН4НСО3,

NН4НСО3 + NаСl = NаНСО3↓ + NН4Сl.

Питьевая сода NaНСО3 — нерастворима в холодном насы­щенном растворе и ее отделяют фильтрованием. При прокалива­нии NаНСО3 получают кальцинированную соду; выделяющийся при этом СО2 вновь используют в производстве:

2NаНСО3 = Na2СО3 + СО3 + Н2О.

Нагревая раствор, содержащий хлорид аммония с известью, вы­деляют обратно аммиак:

2NН4Сl + Са(ОН)2 = 2NН3 + СаСl2 + 2Н2О.

Таким образом, при аммиачном способе получения соды един­ственным «отходом» является хлорид кальция, остающийся в рас­творе и имеющий ограниченное применение.

Поташ К2СО3 нельзя получить по методу Сольвэ, так как он основан на малой растворимости кислой соли NаНСO3 в насы­щенном растворе, тогда как КНСО3 (в отличие от NаНСО3) хо­рошо растворим в таких растворах. Реакция

КСl + NН4НСО3 КНСО3 + NН4Сl

будет полностью обратимой (ни один из продуктов не удается выделить из сферы реакции в индивидуальном виде). Поэтому карбонат калия получают действием СО2 на раствор едкого калия:

КОН + СО2 = КНСО3,

КНСО3 + КОН = К2СО3 + Н2О.

Производство соды является одним из крупнейших среди про­изводств неорганических веществ; в настоящее время ее мировое производство составляет десятки млн. тонн.