§ 36. Монооксид углерода

Определения и обозначения

Монооксид углерода — соединение углерода с кислородом формулы CO, его также называют угарным газом. В каждой молекуле CO один атом углерода и один атом кислорода. Приставка моно- указывает на один атом кислорода. Это отличает CO от диоксида углерода CO₂, в котором кислородных атомов два.

Неполное сгорание — окисление топлива при недостатке кислорода. В таких условиях углерод не всегда успевает соединиться со всем необходимым кислородом, поэтому может получиться CO, а не только CO₂. Понятие помогает объяснить, откуда берётся угарный газ при работе печей или двигателей. Состав продуктов горения зависит от того, сколько кислорода доступно.

Восстановитель — вещество, которое отнимает кислород у другого вещества. В реакции с оксидом металла CO связывает кислород и превращается в CO₂. Поэтому оксид металла теряет кислород, а металл может выделиться в свободном виде. Этот термин нужен, чтобы описывать роль вещества в реакции, а не просто перечислять исходные вещества и продукты.

Как это устроено

Для горения углеродсодержащего топлива нужен кислород: с ним углерод образует оксид. Если кислорода достаточно, преимущественно получается CO₂, в молекуле которого два атома кислорода. При нехватке кислорода окисление может остановиться на образовании CO. Поэтому один и тот же вид топлива при разных условиях способен давать разные продукты, а плохая вентиляция повышает риск накопления угарного газа.

Монооксид углерода — бесцветный газ без запаха, плохо растворимый в воде и немного легче воздуха. Эти свойства означают, что его нельзя надёжно заметить по внешнему виду или запаху, а растворение в воде не служит простым способом очистить от него воздух. Незначительная разница в плотности с воздухом также не делает газ безопасным. Для обнаружения CO применяют специальные датчики, а не органы чувств.

CO способен дальше окисляться: при горении в кислороде он превращается в диоксид углерода. Уравнение реакции: 2CO + O₂ → 2CO₂. Коэффициент 2 перед CO₂ нужен, чтобы справа было два атома углерода, как и слева; тогда число атомов кислорода тоже совпадает. Горение CO сопровождается выделением энергии.

Взаимодействуя с некоторыми оксидами металлов, монооксид углерода забирает у них кислород. Например, исходные вещества — оксид меди(II) CuO и CO, а продукты — медь Cu и углекислый газ CO₂. Уравнение CuO + CO → Cu + CO₂ уже уравнено: по одному атому меди и углерода, а также по два атома кислорода с каждой стороны. CO здесь восстановитель, потому что связывает кислород, а CuO его отдаёт.

Опасность CO связана с его действием на кровь. Газ связывается с гемоглобином — веществом эритроцитов, которое переносит кислород, — и мешает гемоглобину выполнять эту задачу. В результате органы получают меньше кислорода, необходимого для работы. Отсутствие цвета и запаха затрудняет своевременное обнаружение газа, поэтому при подозрении на его присутствие нельзя полагаться на ощущения.

Монооксид углерода: свойства и превращения

Сначала найди в таблице формулу или условие реакции, затем сравни продукты разных превращений. По уравнениям можно проверить, какие вещества расходуются и образуются. Таблица также помогает не смешивать свойства CO с характеристиками CO₂.

Разбор задач

Задача 1. Запишите формулу монооксида углерода и укажите, сколько атомов каждого элемента входит в его молекулу.

1. Слово монооксид указывает на один атом кислорода, а углерод обозначается символом C.
2. Формула вещества — CO. Если у символа нет нижнего индекса, это означает один атом данного элемента.
3. Следовательно, молекула содержит один атом углерода и один атом кислорода.

Ответ: CO; один атом C и один атом O.

Задача 2. Запишите и уравняйте реакцию горения CO в кислороде.

1. При горении образуется диоксид углерода, поэтому записываем схему CO + O₂ → CO₂.
2. Слева одна частица CO₂ пока не сбалансирована по кислороду: в O₂ два атома O, а в CO один. Ставим коэффициент 2 перед CO и CO₂: 2CO + O₂ → 2CO₂.
3. Проверяем атомы: слева и справа по два атома углерода и четыре атома кислорода.

Ответ: 2CO + O₂ → 2CO₂.

Задача 3. При восстановлении оксида меди(II) угарным газом образуются медь и углекислый газ. Запишите уравнение реакции и укажите восстановитель.

1. Записываем формулы веществ: CuO + CO → Cu + CO₂.
2. Проверяем число атомов: с каждой стороны по одному Cu, одному C и двум O, значит коэффициенты равны 1.
3. CO забирает кислород у CuO и сам превращается в CO₂. Вещество, которое отнимает кислород у другого вещества, называют восстановителем.

Ответ: CuO + CO → Cu + CO₂; восстановитель — CO.

Типичные ошибки

Путать CO и CO₂ — значит считать одинаковыми формулы разных веществ. Это часто происходит потому, что в обоих названиях есть слова углерод и оксид. Проверь индексы: у CO кислород один, у CO₂ — два. По формуле легко увидеть, что состав веществ различается.

Нельзя считать угарный газ заметным по запаху или цвету: он бесцветен и не имеет запаха. Ошибка возникает из-за привычки распознавать вещества по внешним признакам. Чтобы проверить себя, вспомни, можно ли увидеть газ или почувствовать его запах: для CO оба способа ненадёжны. Нужны специальные средства обнаружения.

Неправильно утверждать, что при любом горении образуется только CO₂. Такой вывод не учитывает количество кислорода: его недостаток способствует неполному сгоранию и появлению CO. Сверь условие задачи: если сказано о недостатке кислорода, учитывай возможность образования угарного газа. При достатке кислорода преимущественно образуется CO₂.

В реакции CO с оксидом металла монооксид углерода ошибочно называют окислителем. Так бывает, если забыть проследить, куда переходит кислород. Проверь продукты: CO связывает кислород и превращается в CO₂, значит он действует как восстановитель. Оксид металла, отдающий кислород, восстанавливается до металла.

Связь с другими темами

Чтобы разбирать реакции CO, нужно знать формулы и названия оксидов: например, CuO и CO₂. Также пригодится умение составлять и уравнивать химические уравнения, проверяя число атомов каждого элемента до и после реакции. Эти навыки позволяют проследить, как меняются вещества.

Образование CO связано с горением и окислением углерода, которые изучают при рассмотрении кислорода и углерода. Количество кислорода влияет на то, какой оксид углерода получится. Поэтому знакомые представления о горении помогают объяснить неполное сгорание топлива.

Восстановительные свойства CO связаны с получением металлов из руд. Руды часто содержат металлы в составе оксидов, а восстановитель помогает удалить из них кислород. На примере CuO видно, как в результате реакции оксид превращается в металл.

Что запомнить

• Формула монооксида углерода — CO.
• CO образуется при неполном сгорании углеродсодержащего топлива.
• Монооксид углерода — бесцветный газ без запаха.
• При горении CO в кислороде образуется CO₂.
• В реакциях с некоторыми оксидами металлов CO выступает восстановителем.
• CO ядовит: он мешает гемоглобину переносить кислород.