"Химия", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. (изд. Астрель)
Углекислый газ CO₂ — бесцветный газ без запаха, который образуется, например, при горении и при действии кислоты на мел. В лаборатории его получают из карбоната кальция и собирают вытеснением воздуха: CO₂ тяжелее воздуха и растворяется в воде. Газ не поддерживает обычное горение, а его присутствие обнаруживают известковой водой — она мутнеет из-за появления осадка. Эти свойства помогают получать углекислый газ и распознавать его.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Углекислый газ, или оксид углерода(IV), — соединение углерода с кислородом, формула которого CO₂. Индекс 2 показывает, что в каждой молекуле два атома кислорода и один атом углерода. Число IV в названии связано с валентностью углерода в этом соединении. Формула помогает отличать углекислый газ от угарного газа CO.
Оксиды — это соединения двух элементов, одним из которых является кислород. В CO₂ кислород соединён с углеродом, который относится к неметаллам, поэтому CO₂ называют оксидом неметалла. Это название показывает состав вещества и помогает связать его с другими оксидами. По формуле можно также составить уравнения реакций с участием газа.
Известковая вода — прозрачный водный раствор гидроксида кальция Ca(OH)₂. Слово «известковая» связано с известью, из которой получают это вещество. Раствор применяют, чтобы обнаруживать углекислый газ: при его пропускании появляется белая муть. Поэтому известковая вода служит удобным реактивом для простой проверки газа.
Качественная реакция на углекислый газ — взаимодействие CO₂ с известковой водой, при котором образуется осадок карбоната кальция CaCO₃. Качественной её называют потому, что заметный признак позволяет установить наличие определённого вещества. В данном случае признак — помутнение раствора. Такая проверка особенно полезна, когда газ нельзя уверенно распознать только по внешнему виду.
Получение углекислого газа в лаборатории — выделение CO₂ при реакции карбоната кальция с кислотой. Карбонат кальция содержится, например, в меле и мраморе. Кислота разрушает карбонат, и одна из наблюдаемых частей реакции — выделяющиеся пузырьки газа. Этот способ позволяет получить небольшое количество CO₂ для опытов.
Формула CO₂ показывает, что кислород связан с углеродом, а не просто смешан с ним. Два атома кислорода приходятся на один атом углерода; поэтому углерод в соединении имеет степень окисления +4. Поскольку кислород — один из двух элементов соединения, CO₂ относится к оксидам. Указание «углерода(IV)» отличает его от оксида углерода(II), формула которого CO.
Карбонаты при действии кислот выделяют углекислый газ: частица карбоната реагирует с кислотой, и образуется CO₂. Например, мел и мрамор содержат карбонат кальция. При взаимодействии мела с соляной кислотой получается хлорид кальция, вода и газ: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Стрелка вверх указывает на выделение газа, а коэффициент 2 перед HCl нужен, чтобы уравнять число атомов в обеих частях.
Для собирания газа учитывают сразу два свойства. CO₂ тяжелее воздуха, поэтому его можно направлять в сосуд, стоящий горлышком вверх: газ опускается и постепенно вытесняет воздух вверх. В воде он растворяется, поэтому собирать его над водой неудобно — часть газа перейдёт в раствор. Сосуд при таком способе держат вертикально и подают газ к его нижней части.
Углекислый газ бесцветен и не имеет запаха, поэтому по виду и запаху его надёжно не определить. Он тяжелее воздуха и растворяется в воде, что помогает выбрать способ собирания. CO₂ не поддерживает горение обычных веществ: горящая лучинка в нём гаснет. Для уверенного распознавания используют химическую проверку, а не только эти физические признаки.
При пропускании CO₂ через известковую воду раствор мутнеет не от самого пузырька газа, а из-за нового вещества. Углекислый газ взаимодействует с гидроксидом кальция и образует нерастворимый карбонат кальция: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O. Стрелка вниз обозначает осадок, который делает раствор мутным. Если продолжать пропускать избыток CO₂, осадок может перейти в растворимый гидрокарбонат кальция.
| Характеристика | Сведения об углекислом газе |
|---|---|
| Формула и название | CO₂, оксид углерода(IV) |
| Цвет и запах | Бесцветный, без запаха |
| Относительная плотность по сравнению с воздухом | Больше 1: CO₂ тяжелее воздуха |
| Растворимость в воде | Растворяется |
| Отношение к горению | Не поддерживает горение обычных веществ |
| Получение в лаборатории | Действие кислоты на карбонат, например CaCO₃ |
| Реактив для обнаружения | Известковая вода, Ca(OH)₂ |
| Признак качественной реакции | Помутнение из-за осадка CaCO₃ |
Таблица связывает способ получения газа с его свойствами и проверкой. При решении задачи сначала найдите нужную характеристику, а затем объясните, как она связана с наблюдением или выбором оборудования. Помните, что каждый признак имеет свои ограничения: например, бесцветность не позволяет отличить CO₂ от многих других газов.
Условие. Запишите уравнение получения углекислого газа при взаимодействии карбоната кальция с соляной кислотой. Нужно определить продукты реакции и расставить коэффициенты. Карбонат кальция можно считать основным веществом мела или мрамора.
Ответ. CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑. Стрелка вверх показывает, что углекислый газ выделяется из смеси.
Условие. Через известковую воду пропустили углекислый газ. Опишите наблюдение и запишите уравнение реакции. Важно объяснить, какое вещество вызывает видимое изменение раствора.
Ответ. Наблюдается помутнение, образуется осадок CaCO₃. Уравнение: CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O.
Условие. В сосуде собрали газ, полученный действием кислоты на мел. Объясните, почему подходит вытеснение воздуха, и укажите проверку, которая подтвердит, что это CO₂. Нужно использовать и свойство газа, и характерную реакцию.
Ответ. Газ собирают вытеснением воздуха, так как он тяжелее воздуха; CO₂ распознают по помутнению известковой воды.
Не путай углекислый газ CO₂ с угарным газом CO. Похожее название и одинаковые элементы в составе могут сбивать с толку, но формулы и свойства веществ различаются. Проверь число атомов кислорода в формуле и не переноси свойства одного газа на другой.
Неверно считать, что углекислый газ совсем не растворяется в воде. Иногда так думают, потому что его собирают в сосуд, но растворимость у CO₂ есть и она мешает собирать его над водой. Для самопроверки спроси себя, может ли раствориться часть газа при контакте с водой.
Помутнение известковой воды объясняют не простым растворением газа, а образованием нового вещества. Ошибку легко допустить, если заметить только, что CO₂ пропускают через жидкость. Запиши реакцию: появление нерастворимого CaCO₃ объясняет и мутность, и осадок.
Для реакции мела с кислотой не стоит бездумно выбирать серную кислоту. Малорастворимый сульфат кальция может покрыть поверхность карбоната и затруднить дальнейшее взаимодействие реагентов. В лабораторном примере используют соляную кислоту; проверяй не только возможность реакции, но и растворимость образующейся соли.
Для этой темы нужны знания о формулах оксидов, кислот и солей, а также правила составления уравнений реакций. По ним можно понять, какие продукты образуются при взаимодействии кислоты с карбонатом и как уравнять запись. Тема продолжает изучение карбонатов и качественных реакций, где вещество узнают по характерному наблюдению. Свойства CO₂ пригодятся при изучении круговорота углерода, горения и лабораторного получения газов.
Почему углекислый газ называют оксидом углерода(IV)?
Молекула CO₂ состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода, поэтому это соединение двух элементов, один из которых — кислород, то есть оксид. Углерод в CO₂ имеет степень окисления +4, поэтому вещество называют оксидом углерода(IV).
Как в лаборатории получают углекислый газ?
На карбонат кальция, например мел или мрамор, действуют кислотой, обычно разбавленной соляной. При реакции выделяется CO₂, а также образуются соль и вода. Уравнение с соляной кислотой: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑.
Почему углекислый газ собирают вытеснением воздуха, а не над водой?
CO₂ тяжелее воздуха, поэтому в сосуде его можно накопить, вытесняя воздух вверх. В воде газ растворяется, поэтому при собирании над водой часть углекислого газа терялась бы.
Как доказать, что полученный газ — углекислый?
Пропустите газ через прозрачную известковую воду — раствор гидроксида кальция. Если это CO₂, появится белая муть: образуется нерастворимый карбонат кальция CaCO₃.
Почему известковая вода сначала мутнеет, а при длительном пропускании избытка CO₂ может снова стать прозрачной?
Сначала CO₂ образует с гидроксидом кальция нерастворимый карбонат кальция, поэтому появляется осадок и раствор мутнеет. При избытке газа осадок реагирует с CO₂ и водой с образованием растворимого гидрокарбоната кальция, поэтому муть исчезает.
§ 26. Углекислый газ и его получение
