Karbon monoksida (IV), asid karbonik dan garamnya

Tujuan komprehensif modul: mengetahui kaedah untuk menghasilkan karbon (IV) oksida dan hidroksida; menerangkan sifat fizikal mereka; mengetahui ciri-ciri sifat asid-bes; mencirikan sifat redoks.

Semua unsur subkumpulan karbon membentuk oksida dengan formula am EO 2. CO 2 dan SiO 2 mempamerkan sifat berasid, GeO 2 , SnO 2 , PbO 2 mempamerkan sifat amfoterik dengan dominasi sifat berasid, dan dalam subkumpulan dari atas ke bawah sifat berasid melemah.

Keadaan pengoksidaan (+4) untuk karbon dan silikon adalah sangat stabil, jadi sifat pengoksidaan sebatian adalah sangat sukar untuk dipamerkan. Dalam subkumpulan germanium, sifat pengoksidaan sebatian (+4) dipertingkatkan kerana ketidakstabilan keadaan pengoksidaan tertinggi.

Karbon monoksida (IV), asid karbonik dan garamnya

Karbon dioksida CO 2 (karbon dioksida) - dalam keadaan biasa ia adalah gas tidak berwarna dan tidak berbau, rasa sedikit masam, kira-kira 1.5 kali lebih berat daripada udara, larut dalam air, cair dengan agak mudah - pada suhu bilik ia boleh bertukar menjadi cecair di bawah tekanan kira-kira 60 10 5 Pa. Apabila disejukkan kepada 56.2°C, karbon dioksida cecair menjadi pejal dan bertukar menjadi jisim seperti salji.

Dalam semua keadaan pengagregatan ia terdiri daripada molekul linear bukan kutub. Struktur kimia CO 2 ditentukan oleh sp-hibridisasi atom karbon pusat dan pembentukan ikatan p-p tambahan: O = C = O

Sebahagian daripada CO 2 yang terlarut dalam akan berinteraksi dengannya untuk membentuk asid karbonik

CO 2 + H 2 O - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3.

Karbon dioksida sangat mudah diserap oleh larutan alkali untuk membentuk karbonat dan bikarbonat:

CO 2 + 2NaOH = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + NaOH = NaHCO 3.

Molekul CO 2 sangat stabil dari segi terma; penguraian bermula hanya pada suhu 2000°C. Oleh itu, karbon dioksida tidak terbakar dan tidak menyokong pembakaran bahan api konvensional. Tetapi dalam atmosferanya beberapa bahan mudah terbakar, atom yang menunjukkan pertalian tinggi untuk oksigen, contohnya, magnesium, apabila dipanaskan, menyala dalam atmosfera CO 2.

Asid karbonik dan garamnya

Asid karbonik H 2 CO 3 ialah sebatian lemah dan hanya wujud dalam larutan akueus. Kebanyakan karbon dioksida yang terlarut dalam air adalah dalam bentuk molekul CO 2 terhidrat, bahagian yang lebih kecil membentuk asid karbonik.

Larutan akueus dalam keseimbangan dengan CO2 atmosfera adalah berasid: = 0.04 M dan pH? 4.

Asid karbonik adalah dibasic, tergolong dalam elektrolit lemah, berdisosiasi secara berperingkat (K1 = 4.4 10?7; K2 = 4.8 10?11). Apabila CO 2 dilarutkan dalam air, keseimbangan dinamik berikut diwujudkan:

H 2 O + CO 2 - CO 2 H 2 O - H 2 CO 3 - H + + HCO 3 ?

Apabila larutan akueus karbon dioksida dipanaskan, keterlarutan gas berkurangan, CO 2 dibebaskan daripada larutan, dan keseimbangan beralih ke kiri.

Garam asid karbonik

Sebagai dibasic, asid karbonik membentuk dua siri garam: garam sederhana (karbonat) dan garam berasid (bikarbonat). Kebanyakan garam asid karbonik tidak berwarna. Daripada karbonat, hanya logam alkali dan garam ammonium yang larut dalam air.

Di dalam air, karbonat mengalami hidrolisis, dan oleh itu penyelesaiannya mempunyai tindak balas alkali:

Na 2 CO 3 + H 2 O - NaHCO 3 + NaOH.

Hidrolisis selanjutnya dengan pembentukan asid karbonik secara praktikalnya tidak berlaku dalam keadaan normal.

Pembubaran hidrokarbonat dalam air juga disertai oleh hidrolisis, tetapi pada tahap yang lebih rendah, dan persekitaran dicipta sedikit beralkali (pH 8).

Ammonium karbonat (NH 4) 2 CO 3 sangat meruap pada suhu tinggi dan juga normal, terutamanya dengan kehadiran wap air, yang menyebabkan hidrolisis teruk

Asid kuat dan juga asid asetik lemah menggantikan asid karbonik daripada karbonat:

K 2 CO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + H 2 O + CO 2 ^.

Tidak seperti kebanyakan karbonat, semua bikarbonat larut dalam air. Mereka kurang stabil daripada karbonat logam yang sama dan, apabila dipanaskan, mudah terurai, bertukar menjadi karbonat yang sepadan:

2KHCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2 ^;

Ca(HCO 3) 2 = CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ^.

Hidrokarbonat terurai dengan asid kuat, seperti karbonat:

KHCO 3 + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O + CO 2

Daripada garam asid karbonik, yang paling penting ialah: natrium karbonat (soda), kalium karbonat (potash), kalsium karbonat (kapur, marmar, batu kapur), natrium bikarbonat (soda penaik) dan kuprum karbonat asas (CuOH) 2 CO 3 (malachite).

Garam asas asid karbonik boleh dikatakan tidak larut dalam air dan mudah terurai apabila dipanaskan:

(CuOH) 2 CO 3 = 2CuO + CO 2 + H 2 O.

Secara amnya, kestabilan haba karbonat bergantung kepada sifat polarisasi ion-ion yang membentuk karbonat. Semakin terpolarisasi kation pada ion karbonat, semakin rendah suhu penguraian garam. Sekiranya kation mudah berubah bentuk, maka ion karbonat itu sendiri juga akan mempunyai kesan polarisasi pada kation, yang akan menyebabkan penurunan mendadak dalam suhu penguraian garam.

Natrium dan kalium karbonat cair tanpa penguraian, dan kebanyakan karbonat lain terurai menjadi oksida logam dan karbon dioksida apabila dipanaskan.

Oksida karbon (II) dan (IV)

Pelajaran bersepadu dalam kimia dan biologi

Tugasan: mengkaji dan menyusun pengetahuan tentang karbon oksida (II) dan (IV); mendedahkan hubungan antara hidupan dan alam semula jadi; menyatukan pengetahuan tentang kesan karbon oksida pada tubuh manusia;

mengukuhkan kemahiran anda dalam bekerja dengan peralatan makmal. peralatan:

Larutan HCl, litmus, Ca(OH) 2, CaCO 3, rod kaca, meja buatan sendiri, papan mudah alih, model bola dan kayu.

KEMAJUAN PELAJARAN cikgu biologi

menyampaikan topik dan objektif pelajaran. cikgu kimia.

Berdasarkan doktrin ikatan kovalen, karang formula elektronik dan struktur karbon oksida (II) dan (IV).

Formula kimia karbon monoksida (II) ialah CO, atom karbon berada dalam keadaan normal.

Disebabkan oleh pasangan elektron yang tidak berpasangan, dua ikatan kovalen polar terbentuk, dan ikatan kovalen ketiga dibentuk oleh mekanisme penerima-penderma. Penderma adalah atom oksigen, kerana ia menyediakan sepasang elektron percuma; penerima ialah atom karbon, kerana menyediakan orbital kosong. Dalam industri, karbon (II) monoksida dihasilkan dengan menghantar CO 2 ke atas arang panas pada suhu tinggi. Ia juga terbentuk semasa pembakaran arang batu dengan kekurangan oksigen. ()

Seorang pelajar menulis persamaan tindak balas di papan tulis Di dalam makmal, CO dihasilkan oleh tindakan H 2 SO 4 pekat pada asid formik. (.)

Guru menulis persamaan tindak balas cikgu biologi.

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? pelajar.

menyampaikan topik dan objektif pelajaran. Ia adalah gas tidak berwarna, beracun, tidak berbau, lebih ringan daripada udara, tidak larut dalam air, takat didih –191.5 °C, memejal pada –205 °C.

Guru menulis persamaan tindak balas Apakah kesan karbon monoksida pada tubuh manusia?

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? Karbon monoksida sangat toksik kepada manusia - ini dijelaskan oleh fakta bahawa ia membentuk carboxyhemoglobin.

Guru menulis persamaan tindak balas Carboxyhemoglobin adalah sebatian yang sangat kuat.

Akibat pembentukannya, hemoglobin darah tidak berinteraksi dengan oksigen, dan dalam kes keracunan teruk, seseorang boleh mati akibat kebuluran oksigen. Apakah pertolongan cemas yang perlu diterima oleh seseorang untuk keracunan karbon monoksida?

menyampaikan topik dan objektif pelajaran. pelajar.

Ia adalah perlu untuk memanggil ambulans, mangsa mesti dibawa ke luar, pernafasan buatan mesti dilakukan, dan bilik mesti mempunyai pengudaraan yang baik.
Tulis formula kimia karbon monoksida (IV) dan, menggunakan model bola dan kayu, bina strukturnya.
(Atom karbon berada dalam keadaan teruja. Keempat-empat ikatan kovalen polar terbentuk melalui pasangan elektron yang tidak berpasangan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh struktur linearnya, molekulnya secara keseluruhan adalah bukan kutub..)

Dalam industri, CO 2 diperoleh daripada penguraian kalsium karbonat dalam penghasilan kapur.
(Seorang pelajar menulis persamaan tindak balas)

Guru menulis persamaan tindak balas Di makmal, CO 2 diperoleh dengan bertindak balas asid dengan kapur atau marmar.

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? Pelajar melakukan eksperimen makmal.

(Apakah proses yang mengakibatkan pembentukan karbon dioksida dalam badan?)

Karbon dioksida terbentuk dalam badan hasil daripada tindak balas pengoksidaan bahan organik yang membentuk sel.

Guru menulis persamaan tindak balas Pelajar melakukan eksperimen makmal.

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? Lesung limau menjadi keruh kerana kalsium karbonat terbentuk. Sebagai tambahan kepada proses pernafasan, CO2 dibebaskan hasil daripada penapaian dan pereputan.

menyampaikan topik dan objektif pelajaran. Adakah aktiviti fizikal menjejaskan proses pernafasan?

Guru menulis persamaan tindak balas Dengan tekanan fizikal (otot) yang berlebihan, otot menggunakan oksigen lebih cepat daripada darah boleh menghantarnya, dan kemudian mereka mensintesis ATP yang diperlukan untuk kerja mereka melalui penapaian. Asid laktik C 3 H 6 O 3 terbentuk dalam otot, yang memasuki darah. Pengumpulan sejumlah besar asid laktik berbahaya kepada badan. Selepas aktiviti fizikal yang berat, kami terus bernafas dengan berat untuk beberapa lama - kami membayar "hutang oksigen".

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? Metana adalah komponen gas asli. Apabila ia terbakar, kandungan karbon dioksida dalam udara meningkat dan kandungan oksigen berkurangan. ( Bekerja dengan Jadual Kandungan CO 2 di udara".)
Apabila udara mengandungi 0.3% CO 2, seseorang mengalami pernafasan yang cepat; pada 10% - kehilangan kesedaran, pada 20% - lumpuh serta-merta dan kematian cepat. Seorang kanak-kanak terutamanya memerlukan udara bersih, kerana penggunaan oksigen tisu badan yang semakin meningkat adalah lebih besar daripada orang dewasa. Oleh itu, adalah perlu untuk kerap mengudarakan bilik. Sekiranya terdapat lebihan CO 2 dalam darah, keseronokan pusat pernafasan meningkat dan pernafasan menjadi lebih kerap dan lebih dalam.

Guru menulis persamaan tindak balas Mari kita pertimbangkan peranan karbon monoksida (IV) dalam kehidupan tumbuhan.

Jadi, anda telah membiasakan diri dengan penghasilan karbon monoksida (II). Apakah sifat fizikal yang ada pada karbon monoksida (II)? Dalam tumbuhan, pembentukan bahan organik berlaku daripada CO 2 dan H 2 O dalam cahaya sebagai tambahan kepada bahan organik, oksigen terbentuk.

Fotosintesis mengawal jumlah karbon dioksida di atmosfera, yang menghalang suhu planet daripada meningkat. Setiap tahun, tumbuhan menyerap 300 bilion tan karbon dioksida dari atmosfera. Proses fotosintesis membebaskan 200 bilion tan oksigen ke atmosfera setiap tahun. Ozon terbentuk daripada oksigen semasa ribut petir.

menyampaikan topik dan objektif pelajaran. Mari kita pertimbangkan sifat kimia karbon monoksida (IV).

Guru menulis persamaan tindak balas Apakah kepentingan asid karbonik dalam tubuh manusia semasa pernafasan? ( Serpihan jalur filem.)
Enzim dalam darah menukar karbon dioksida kepada asid karbonik, yang terurai menjadi ion hidrogen dan bikarbonat.
Jika darah mengandungi lebihan ion H +, i.e. jika keasidan darah meningkat, maka beberapa ion H + bergabung dengan ion bikarbonat, membentuk asid karbonik dan dengan itu membebaskan darah daripada ion H + yang berlebihan.

Sekiranya terdapat terlalu sedikit ion H + dalam darah, maka asid karbonik akan terurai dan kepekatan ion H + dalam darah meningkat. Pada suhu 37 °C, pH darah ialah 7.36.

Di dalam badan, karbon dioksida diangkut oleh darah dalam bentuk sebatian kimia - natrium dan kalium bikarbonat.

Membetulkan bahan

Ujian
Daripada proses pertukaran gas yang dicadangkan dalam paru-paru dan tisu, mereka yang melengkapkan pilihan pertama mesti memilih kod jawapan yang betul di sebelah kiri, dan yang kedua - di sebelah kanan.
(1) Peralihan O 2 dari paru-paru ke darah. (13)
(2) Pemindahan O 2 daripada darah ke tisu. (14)
(3) Peralihan CO 2 daripada tisu kepada darah. (15)
(4) Peralihan CO 2 daripada darah ke paru-paru. (16)
(5) Penyerapan O2 oleh sel darah merah. (17)
(6) Pembebasan O 2 daripada sel darah merah. (18)
(9) Memutuskan ikatan kimia O 2 dengan hemoglobin. (21)
(10) Pengikatan kimia O 2 kepada hemoglobin.
(22)
(11) Kapilari dalam tisu. (23)

(12) Kapilari pulmonari. (24)

Soalan pilihan pertama
1. Proses pertukaran gas dalam tisu.

2. Proses fizikal semasa pertukaran gas.

1. Soalan pilihan kedua
Proses pertukaran gas di dalam paru-paru.

2. Proses kimia semasa pertukaran gas

Tugasan

• Tentukan isipadu karbon monoksida (IV) yang dibebaskan semasa penguraian 50 g kalsium karbonat.
• Jawatan - C (Karbon);
• Tempoh - II;
• Kumpulan - 14 (IVa);
• Jisim atom - 12.011;
• Nombor atom - 6;
• Jejari atom = 77 malam;
• Jejari kovalen = 77 malam;
• Taburan elektron - 1s 2 2s 2 2p 2 ;
• suhu lebur = 3550°C;
• takat didih = 4827°C;
• Keelektronegatifan (mengikut Pauling/menurut Alpred dan Rochow) = 2.55/2.50;
• Keadaan pengoksidaan: +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4;
• Ketumpatan (no.) = 2.25 g/cm 3 (grafit);

Isipadu molar = 5.3 cm 3 /mol.

Sebatian karbon:

Karbon dalam bentuk arang telah diketahui manusia sejak dahulu lagi, oleh itu, tidak masuk akal untuk bercakap tentang tarikh penemuannya. Sebenarnya, "karbon" menerima namanya pada tahun 1787, apabila buku "Method of Chemical Nomenclature" diterbitkan, di mana istilah "karbon" (karbon) muncul dan bukannya nama Perancis "arang batu tulen" (charbone pur).

Karbon mempunyai keupayaan unik untuk membentuk rantai polimer dengan panjang yang tidak terhad, dengan itu menimbulkan kelas sebatian yang besar, kajian yang dijalankan oleh cabang kimia yang berasingan - kimia organik. Sebatian karbon organik mendasari kehidupan di bumi, oleh itu, tidak masuk akal untuk bercakap tentang kepentingan karbon sebagai unsur kimia - ia adalah asas kehidupan di Bumi.

Sekarang mari kita lihat karbon dari sudut pandangan kimia tak organik..

nasi. Struktur atom karbon

Konfigurasi elektronik karbon ialah 1s 2 2s 2 2p 2 (lihat struktur elektronik atom). Pada tahap tenaga luar, karbon mempunyai 4 elektron: 2 berpasangan dalam subperingkat s + 2 tidak berpasangan dalam orbital p. Apabila atom karbon beralih kepada keadaan teruja (memerlukan perbelanjaan tenaga), satu elektron daripada subperingkat s "meninggalkan" pasangannya dan bergerak ke subperingkat p, di mana terdapat satu orbital bebas. Oleh itu, dalam keadaan teruja, konfigurasi elektronik atom karbon mengambil bentuk berikut: 1s 2 2s 1 2p 3.

"castling" ini dengan ketara mengembangkan keupayaan valens atom karbon, yang boleh mengambil keadaan pengoksidaan daripada +4 (dalam sebatian dengan bukan logam aktif) kepada -4 (dalam sebatian dengan logam).

Dalam keadaan tidak teruja, atom karbon dalam sebatian mempunyai valens 2, contohnya, CO(II), dan dalam keadaan teruja ia mempunyai valens 4: CO 2 (IV).

"Keunikan" atom karbon terletak pada fakta bahawa pada tahap tenaga luarnya terdapat 4 elektron, oleh itu, untuk melengkapkan tahap (yang, sebenarnya, atom mana-mana unsur kimia berusaha untuk), ia boleh, dengan sama “kejayaan,” kedua-duanya memberi dan menambah elektron untuk membentuk ikatan kovalen (lihat ikatan kovalen).

Karbon sebagai bahan ringkas

Sebagai bahan ringkas, karbon boleh didapati dalam bentuk beberapa pengubahsuaian alotropik:

• Berlian
• grafit
• Fullerene
• karbin

Berlian

nasi. Kekisi kristal berlian.

Sifat berlian:

• bahan kristal tidak berwarna;
• bahan paling keras dalam alam semula jadi;
• mempunyai kesan biasan yang kuat;
• mengalirkan haba dan elektrik dengan baik.

nasi. Tetrahedron berlian.

Kekerasan berlian yang luar biasa dijelaskan oleh struktur kekisi kristalnya, yang mempunyai bentuk tetrahedron - di tengah tetrahedron terdapat atom karbon, yang disambungkan oleh ikatan yang sama kuat dengan empat atom jiran yang membentuk bucu daripada tetrahedron (lihat rajah di atas). "Pembinaan" ini, seterusnya, disambungkan kepada tetrahedron yang berdekatan.

grafit

nasi. Kekisi kristal grafit.

Sifat-sifat grafit:

• bahan kristal lembut berwarna kelabu dengan struktur berlapis;
• mempunyai kilauan logam;
• mengalirkan elektrik dengan baik.

Dalam grafit, atom karbon membentuk heksagon sekata yang terletak pada satah yang sama, tersusun ke dalam lapisan yang tidak berkesudahan.

Dalam grafit, ikatan kimia antara atom karbon bersebelahan dibentuk oleh tiga elektron valensi setiap atom (ditunjukkan dalam warna biru dalam rajah di bawah), dengan elektron keempat (ditunjukkan dalam warna merah) setiap atom karbon terletak dalam orbital p yang terletak berserenjang. kepada satah lapisan grafit, tidak mengambil bahagian dalam pembentukan ikatan kovalen dalam satah lapisan. "Tujuan"nya berbeza - berinteraksi dengan "saudaranya" yang terletak di lapisan bersebelahan, ia menyediakan sambungan antara lapisan grafit, dan mobiliti p-elektron yang tinggi menentukan kekonduksian elektrik grafit yang baik.

nasi. Taburan orbital atom karbon dalam grafit.

Fullerene

nasi. Kekisi kristal fullerene.

Sifat fullerene:

• molekul fullerene ialah himpunan atom karbon yang ditutup dalam sfera berongga seperti bola sepak;
• ia adalah bahan hablur halus berwarna kuning-oren;
• takat lebur = 500-600°C;
• semikonduktor;
• adalah sebahagian daripada mineral shungite.

karbin

Sifat Carbyne:

• bahan lengai hitam;
• terdiri daripada molekul linear polimer di mana atom disambungkan dengan berselang seli ikatan tunggal dan rangkap tiga;
• semikonduktor.

Sifat kimia karbon

Dalam keadaan biasa, karbon adalah bahan lengai, tetapi apabila dipanaskan ia boleh bertindak balas dengan pelbagai bahan mudah dan kompleks.

Telah dikatakan di atas bahawa pada tahap tenaga luaran karbon terdapat 4 elektron (tidak ada di sini atau di sana), oleh itu karbon boleh melepaskan elektron dan menerimanya, menunjukkan sifat pengurangan dalam beberapa sebatian, dan sifat pengoksidaan pada yang lain.

Karbon adalah agen pengurangan dalam tindak balas dengan oksigen dan unsur lain yang mempunyai keelektronegatifan yang lebih tinggi (lihat jadual keelektronegatifan unsur):

• apabila dipanaskan di udara ia terbakar (dengan lebihan oksigen dengan pembentukan karbon dioksida; dengan kekurangannya - karbon monoksida (II)):
  C + O 2 = CO 2;
  2C + O 2 = 2CO.
• bertindak balas pada suhu tinggi dengan wap sulfur, mudah berinteraksi dengan klorin, fluorin:
  C + 2S = CS 2
  C + 2Cl 2 = CCl 4
  2F 2 + C = CF 4
• apabila dipanaskan, ia mengurangkan banyak logam dan bukan logam daripada oksida:
  C0 + Cu +2 O = Cu 0 + C +2 O;
  C 0 +C +4 O 2 = 2C +2 O
• pada suhu 1000°C bertindak balas dengan air (proses pengegasan), membentuk gas air:
  C + H 2 O = CO + H 2;

Karbon mempamerkan sifat pengoksidaan dalam tindak balas dengan logam dan hidrogen:

• bertindak balas dengan logam untuk membentuk karbida:
  Ca + 2C = CaC 2
• berinteraksi dengan hidrogen, karbon membentuk metana:
  C + 2H 2 = CH 4

Karbon diperoleh melalui penguraian terma sebatiannya atau pirolisis metana (pada suhu tinggi):
CH 4 = C + 2H 2.

Penggunaan karbon

Sebatian karbon telah menemui aplikasi terluas dalam ekonomi negara tidak mungkin untuk menyenaraikan semuanya, kami akan menunjukkan hanya beberapa:

• grafit digunakan untuk membuat plumbum pensel, elektrod, cawan lebur, sebagai penyederhana neutron dalam reaktor nuklear, dan sebagai pelincir;
• Berlian digunakan dalam perhiasan, sebagai alat pemotong, dalam peralatan penggerudian, dan sebagai bahan yang melelas;
• Karbon digunakan sebagai agen penurunan untuk menghasilkan beberapa logam dan bukan logam (besi, silikon);
• karbon membentuk sebahagian besar karbon teraktif, yang telah banyak digunakan, baik dalam kehidupan seharian (contohnya, sebagai penjerap untuk membersihkan udara dan larutan), dan dalam bidang perubatan (tablet karbon aktif) dan dalam industri (sebagai pembawa untuk pemangkin aditif, pemangkin pempolimeran dsb.).