Напишите уравнения соединений углерода с хлором
Углерод расположен в главной подгруппе IV группы (или в 14 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронная конфигурация углерода в основном состоянии :
+6С 1s 2 2s 2 2p 2 1s
2s
2p
Электронная конфигурация углерода в возбужденном состоянии :
+6С * 1s 2 2s 1 2p 3 1s
2s
2p
Атом углерода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 1 неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии и 4 неспаренных электрона в возбужденном энергетическом состоянии.
Степени окисления атома углерода — от -4 до +4. Характерные степени окисления -4, 0, +2, +4.
Углерод в природе существует в виде нескольких аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин, фуллерен.
Алмаз — это модификация углерода с атомной кристаллической решеткой. Алмаз — самое твердое минеральное кристаллическое вещество, прозрачное, плохо проводит электрический ток и тепло. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp 3 -гибридизации.
Графит — это аллотропная модификация, в которой атомы углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации. При этом атомы связаны в плоские слои, состоящие из шестиугольников, как пчелиные соты. Слои удерживаются между собой слабыми связями. Это наиболее устойчивая при нормальных условиях аллотропная модификация углерода.
Графит — мягкое вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Хорошо проводит электрический ток. Жирный на ощупь.
Карбин — вещество, в составе которого атомы углерода находятся в sp-гибридизации. Состоит из цепочек и циклов, в которых атомы углерода соединены двойными и тройными связями. Карбин — мелкокристаллический порошок серого цвета.
[=C=C=C=C=C=C=]n или [–C≡C–C≡C–C≡C–]n
Фуллерен — это искусственно полученная модифицикация углерода. Молекулы фуллерена — выпуклые многогранники С60, С70 и др. Многогранники образованы пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода.
Фуллерены — черные вещества с металлическим блеском, обладающие свойствами полупроводников.
В природе углерод встречается как в виде простых веществ (алмаз, графит), так и в виде сложных соединений (органические вещества — нефть, природные газ, каменный уголь, карбонаты).
Качественная реакция на карбонат-ионы CO3 2- — взаимодействие солей-карбонатов с сильными кислотами . Более сильные кислоты вытесняют угольную кислоту из солей. При этом выделяется бесцветный газ, не поддерживающий горение – углекислый газ.
Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:
Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.
Качественная реакция на углекислый газ CO2 – помутнение известковой воды при пропускании через нее углекислого газа:
При дальнейшем пропускании углекислого газа осадок растворяется, т.к. карбонат кальция под действием избытка углекислого газа переходит в растворимый гидрокарбонат кальция:
Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция с углекислым газом (качественная реакция на углекислый газ) можно посмотреть здесь.
Углекислый газ СО2 не поддерживает горение . Угарный газ CO горит голубым пламенем.
Основные степени окисления углерода — +4, +2, 0, -1 и -4.
Наиболее типичные соединения углерода:
карбиды металлов (карбид алюминия Al4C3)
При нормальных условиях углерод существует, как правило, в виде атомных кристаллов (алмаз, графит), поэтому химическая активность углерода — невысокая.
1. Углерод проявляет свойства окислителя (с элементами, которые расположены ниже и левее в Периодической системе) и свойства восстановителя (с элементами, расположенными выше и правее). Поэтому углерод реагирует и с металлами , и с неметаллами .
1.1. Из галогенов углерод при комнатной температуре реагирует с фтором с образованием фторида углерода:
1.2. При сильном нагревании углерод реагирует с серой и кремнием с образованием бинарного соединения сероуглерода и карбида кремния соответственно:
C + 2S → CS2
C + Si → SiC
1.3. Углерод не взаимодействует с фосфором .
При взаимодействии углерода с водородом образуется метан. Реакция идет в присутствии катализатора (никель) и при нагревании:
1.4. С азотом углерод реагирует при действии электрического разряда, образуя дициан:
2С + N2 → N≡C–C≡N
1.5. В реакциях с активными металлами углерод проявляет свойства окислителя. При этом образуются карбиды:
2C + Ca → CaC2
1.6. При нагревании с избытком воздуха графит горит , образуя оксид углерода (IV):
при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:
2C + O2 → 2CO
Алмаз горит при высоких температурах:
Горение алмаза в жидком кислороде:
Графит также горит:
Графит также горит, например, в жидком кислороде:
Графитовые стержни под напряжением:
2. Углерод взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Раскаленный уголь взаимодействует с водяным паром с образованием угарного газа и водорода:
C 0 + H2 + O → C +2 O + H2 0
2.2. Углерод восстанавливает многие металлы из основных и амфотерных оксидов . При этом образуются металл и угарный газ. Получение металлов из оксидов с помощью углерода и его соединений называют пирометаллургией.
Например , углерод взаимодействует с оксидом цинка с образованием металлического цинка и угарного газа:
2ZnO + C → 2Zn + CO
Также углерод восстанавливает железо из железной окалины:
4С + Fe3O4 → 3Fe + 4CO
При взаимодействии с оксидами активных металлов углерод образует карбиды.
Например , углерод взаимодействует с оксидом кальция с образованием карбида кальция и угарного газа. Таким образом, углерод диспропорционирует в данной реакции:
3С + СаО → СаС2 + СО
2.3. Концентрированная серная кислота окисляет углерод при нагревании. При этом образуются оксид серы (IV), оксид углерода (IV) и вода:
2.4. Концентрированная азотная кислотой окисляет углерод также при нагревании. При этом образуются оксид азота (IV), оксид углерода (IV) и вода:
2.5. Углерод проявляет свойства восстановителя и при сплавлении с некоторыми солями , в которых содержатся неметаллы с высокой степенью окисления.
Например , углерод восстанавливает сульфат натрия до сульфида натрия:
Карбиды – это соединения элементов с углеродом . Карбиды разделяют на ковалентные и ионные в зависимости от типа химической связи между атомами.
Например :
Например :
Например :
Это соединения с металлами, при гидролизе которых образуется пропин
Например : Mg2C3
Например :
Например:
СаС2+ 2Н2O →
Пропиниды разлагаются водой или кислотами с образованием пропина и гидроксида или соли
Например:
Все карбиды проявляют свойства восстановителей и могут быть окислены сильными окислителями .
Например , карбид кремния окисляется концентрированной азотной кислотой при нагревании до углекислого газа, оксида кремния (IV) и оксида азота (II):
SiC + 8HNO3 → 3SiO2 + 3CO2 + 8NO + 4H2O
Строение молекулы оксида углерода (II) – линейное. Между атомами углерода и кислорода образуется тройная связь, за счет дополнительной донорно-акцепторной связи:
В лаборатории угарный газ можно получить действием концентрированной серной кислоты на муравьиную или щавелевую кислоты:
НСООН → CO + H2O
В промышленности угарный газ получают в газогенераторах при пропускании воздуха через раскаленный уголь:
CO2 + C → 2CO
Еще один важный промышленный способ получения угарного газа — паровая конверсия метана. При взаимодействии перегретого водяного пара с метаном образуется угарный газ и водород:
Также возможна паровая конверсия угля:
C 0 + H2 + O → C +2 O + H2 0
Угарный газ в промышленности также можно получать неполным окислением метана:
Оксид углерода (II) – несолеобразующий оксид . За счет углерода со степенью окисления +2 проявляет восстановительные свойства.
1. Угарный газ горит в атмосфере кислорода . Пламя окрашено в синий цвет:
2. Оксид углерода (II) окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием фосгена. Фосген – ядовитый газ.
3. Угарный газ взаимодействует с водородом при повышенном давлении . Смесь угарного газа и водорода называется синтез-газ. В зависимости от условий из синтез-газа можно получить метанол, метан, или другие углеводороды.
Например , под давлением больше 20 атмосфер, при температуре 350°C и под действием катализатора угарный газ реагирует с водородом с образованием метанола:
4. Под давлением оксид углерода (II) реагирует с щелочами. При этом образуется формиат – соль муравьиной кислоты.
Например , угарный газ реагирует с гидроксидом натрия с образованием формиата натрия:
CO + NaOH → HCOONa
5. Оксид углерода (II) восстанавливает металлы из оксидов .
Например , оксид углерода (II) реагирует с оксидом железа (III) с образованием железа и углекислого газа:
Оксиды меди (II) и никеля (II) также восстанавливаются угарным газом:
СО + CuO → Cu + CO2
СО + NiO → Ni + CO2
6. Угарный газ окисляется и другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов.
Например , пероксидом натрия:
Смешивая сухой лед и различные вещества, можно получить интересные эффекты. Например, сухой лед в пиве:
Углекислый газ не горит, поэтому его применяют при пожаротушении.
Молекула углекислого газа линейная , атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации, образует две двойных связи с атомами кислорода:
Обратите внимание! Молекула углекислого газа не полярна. Каждая химическая связь С=О по отдельности полярна, а вся молекула не будет полярна. Объяснить это очень легко. Обозначим направление смещения электронной плотности в полярных связях стрелочками (векторами):
Теперь давайте сложим эти векторы. Сделать это очень легко. Представьте, что атом углерода — это покупатель в магазине. А атомы кислорода — это консультанты, которые тянут его в разные стороны. В данном опыте консультанты одинаковые, и тянут покупателя в разные стороны с одинаковыми силами. Несложно увидеть, что покупатель двигаться не будет ни влево, ни вправо. Следовательно, сумма этих векторов равна нулю. Следовательно, полярность молекулы углекислого газа равна нулю.
В лаборатории углекислый газ можно получить разными способами:
1. Углекислый газ образуется при действии сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты металлов. При этом взаимодействуют с кислотами и нерастворимые карбонаты, и растворимые.
Например , карбонат кальция растворяется в соляной кислоте:
Видеоопыт взаимодействия карбоната кальция с соляной кислотой можно посмотреть здесь.
Еще один пример : гидрокарбонат натрия реагирует с бромоводородной кислотой:
2. Растворимые карбонаты реагируют с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III) . Карбонаты трехвалентных металлов необратимо гидролизуются в водном растворе.
Например: хлорид алюминия реагирует с карбонатом калия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется хлорид калия:
3. Углекислый газ также образуется при термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов.
Например , карбонат кальция разлагается при нагревании на оксид кальция и углекислый газ:
Углекислый газ — типичный кислотный оксид . За счет углерода со степенью окисления +4 проявляет слабые окислительные свойства .
1. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с водой . Реакция очень сильно обратима, поэтому мы считаем, что в реакциях угольная кислота распадается почти полностью при образовании.
2. Как кислотный оксид, углекислый газ взаимодействует с основными оксидами и основаниями . При этом углекислый газ реагирует только с сильными основаниями (щелочами) и их оксидами . При взаимодействии углекислого газа с щелочами возможно образование как кислых, так и средних солей.
Например , гидроксид калия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат калия:
При избытке щелочи образуется средняя соль, карбонат калия:
Помутнение известковой воды — качественная реакция на углекислый газ:
Видеоопыт взаимодействия гидроксида кальция (известковая вода) с углекислым газом можно посмотреть здесь.
3. Углекислый газ взаимодействует с карбонатами . При пропускании СО2 через раствор карбонатов образуются гидрокарбонаты.
Например , карбонат натрия взаимодействует с углекислым газом. В избытке углекислого газа образуется кислая соль, гидрокарбонат натрия:
4. Как слабый окислитель, углекислый газ взаимодействует с некоторыми восстановителями .
Например , углекислый газ взаимодействует с углеродом с образованием угарного газа:
CO2 + C → 2CO
Магний горит в атмосфере углекислого газа:
2М g + CO 2 → C + 2 MgO
Видеоопыт взаимодействия магния с углекислым газом можно посмотреть здесь.
Поэтому углекислый газ нельзя применять для пожаротушения горящего магния.
Углекислый газ взаимодействует с пероксидом натрия. При этом пероксид натрия диспропорционирует:
При нагревании карбонаты (все, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV).
Карбонат аммония при нагревании разлагается на аммиак, воду и углекислый газ:
Гидрокарбонаты при нагревании переходят в карбонаты:
Качественной реакцией на ионы СО3 2─ и НСО3 − является их взаимодействие с более сильными кислотами , последние вытесняют угольную кислоту из солей, а та разлагается с выделением СО2.
Например , карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой:
Гидрокарбонат натрия также взаимодействует с соляной кислотой:
NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 ↑ + H2O
Растворимые карбонаты и гидрокарбонаты гидролизуются по аниону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
Однако карбонаты и гидрокарбонаты алюминия, хрома (III) и железа (III) гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.
Реакции, взаимодействие углерода. Уравнения реакции углерода с веществами.
Углерод реагирует, взаимодействует с неметаллами, металлами, полуметаллами, оксидами, кислотами, солями, гидридами и пр. веществами.
Реакции, взаимодействие углерода с неметаллами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и кислорода:
Реакция взаимодействия углерода и кислорода происходит с образованием оксида углерода (IV). Реакция представляет собой сжигание кокса на воздухе .
2C + O2 → 2CO (t > 1000 °C).
Реакция взаимодействия углерода и кислорода происходит с образованием оксида углерода (II).
2. Реакция взаимодействия бора и углерода:
4B + C → B4C (t > 2000 °C).
Реакция взаимодействия бора и углерода ( графит ) происходит с образованием карбида бора. Образуется также примесь B13C2.
3. Реакция взаимодействия углерода и серы:
C + 2S ⇄ CS2 (t = 750-1000 °C).
Реакция взаимодействия углерода и серы происходит с образованием сероуглерода.
4. Реакция взаимодействия углерода и водорода:
Реакция взаимодействия углерода и водорода происходит с образованием ацетилена .
Реакция взаимодействия углерода и водорода происходит с образованием метана . Реакция протекает самовольно при обычных условиях. В сторону образования метана равновесие сдвигается при наличии измельченного никелевого или платинового катализатора и высоких давлений.
5. Реакция взаимодействия аморфного углерода и фтора:
Реакция взаимодействия углерода и фтора происходит с образованием тетрафторида углерода .
6. Реакция взаимодействия углерода и кремния:
C + Si → SiC (t = 1200-1300 °C).
Реакция взаимодействия углерода и кремния происходит с образованием карбида кремния . Реакция протекает медленно.
Реакции, взаимодействие углерода с металлами и полуметаллами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и бериллия:
2Be + C → Be2C (t = 1700-1900 °C).
Реакция взаимодействия бериллия и углерода ( графит ) происходит с образованием карбида бериллия. Реакция протекает в вакууме .
2. Реакция взаимодействия углерода (угля) и марганца:
3Mn + C → Mn3C (t = 1600 °C).
Реакция взаимодействия марганца и углерода ( угля ) происходит с образованием карбида марганца. Реакция протекает в вакууме.
3. Реакция взаимодействия углерода и железа:
Реакция взаимодействия железа и углерода происходит с образованием карбида железа.
4. Реакция взаимодействия углерода и гафния:
Hf + C → HfC (t = 1800-2000 °C).
Реакция взаимодействия гафния и углерода происходит с образованием карбида гафния .
5. Реакция взаимодействия углерода и циркония:
Zr + C → ZrC (t = 1800-2400 °C).
Реакция взаимодействия циркония и углерода происходит с образованием карбида циркония.
6. Реакция взаимодействия углерода и титана:
Ti + C → TiC (t = 1800-2400 °C).
Реакция взаимодействия титана и углерода происходит с образованием карбида титана .
7. Реакция взаимодействия углерода и вольфрама:
W + C → WC (t = 1430-1630 °C).
Реакция взаимодействия вольфрама и углерода происходит с образованием монокарбида вольфрама. Реакция протекает в атмосфере водорода.
8. Реакция взаимодействия углерода и алюминия:
Реакция взаимодействия алюминия и углерода происходит с образованием карбида алюминия .
9. Реакция взаимодействия углерода и натрия:
Реакция взаимодействия натрия и углерода происходит с образованием ацетиленида натрия.
Реакции, взаимодействие углерода с оксидами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и оксида углерода (IV):
CO2 + C ⇄ 2CO (t = 700-1000 °C).
Реакция взаимодействия оксида углерода (IV) и углерода происходит с образованием оксида углерода (II). Реакция представляет собой взаимодействие углекислого газа с раскаленными углями.
2. Реакция взаимодействия углерода и оксида магния:
MgO + C → Mg + CO (t > 2000 °C).
Реакция взаимодействия оксида магния и углерода происходит с образованием магния и оксида углерода (II).
3. Реакция взаимодействия углерода и воды:
Реакция взаимодействия воды и углерода происходит с образованием оксида углерода (II) и водорода . Реакция представляет собой восстановление воды углеродом. Водяной пар при температуре свыше 1000°C взаимодействует с раскаленным коксом с образованием водяного газа (смеси водорода и оксида углерода (II)).
Реакция взаимодействия углерода и воды происходит с образованием оксида углерода (IV) и водорода.
4. Реакция взаимодействия углерода и оксида железа:
FeO + C → Fe + CO (t > 1000 °C).
Реакция взаимодействия оксида железа и углерода происходит с образованием железа и оксида углерода (II).
5. Реакция взаимодействия углерода и оксида меди:
C + CuO → Cu + CO (t = 1200 °C).
Реакция взаимодействия углерода и оксида меди происходит с образованием меди и оксида углерода (II).
6. Реакция взаимодействия углерода и оксида германия:
GeO2 + C → Ge + CO2 (t = 500-600 °C).
Реакция взаимодействия оксида германия и углерода происходит с образованием германия и оксида углерода (IV). Реакция протекает в атмосфере водорода.
7. Реакция взаимодействия углерода и оксида азота:
Реакция взаимодействия оксида азота (II) и углерода происходит с образованием азота и оксида углерода (IV).
8. Реакция взаимодействия углерода и оксида теллура:
TeO2 + C → Te + CO2 (t = 600-700 °C).
Реакция взаимодействия оксида теллура и углерода происходит с образованием теллура и оксида углерода (IV).
9. Реакция взаимодействия углерода и оксида цинка:
ZnO + C → Zn + CO (t = 1200-1300 °C).
Реакция взаимодействия оксида цинка и углерода происходит с образованием цинка и оксида углерода (II).
10. Реакция взаимодействия углерода и оксида серы:
Реакция взаимодействия оксида серы и углерода происходит с образованием серы и оксида углерода (IV).
11. Реакция взаимодействия углерода и оксида никеля:
NiO + C → Ni + CO (t = 300-400 °C).
Реакция взаимодействия оксида никеля и углерода происходит с образованием никеля и оксида углерода (II).
12. Реакция взаимодействия углерода и оксида марганца:
MnO2 + C → Mn + CO2 (t = 600-700 °C).
Реакция взаимодействия оксида марганца и углерода происходит с образованием марганца и оксида углерода (IV).
13. Реакция взаимодействия углерода и оксида свинца:
2PbO + C → 2Pb + CO2 (t = 600 °C).
Реакция взаимодействия оксида свинца и углерода происходит с образованием свинца и оксида углерода (IV).
14. Реакция взаимодействия углерода и оксида кремния (IV) :
SiO2 + C → SiO + CO (t = 1300 °C).
Реакция взаимодействия оксида кремния (IV) и углерода происходит с образованием оксида кремния (II) и оксида углерода (II). Реакция протекает в вакууме. Образуются примеси: кремний Si, карбид кремния SiC.
15. Реакция взаимодействия углерода, оксида магния и хлора:
MgO + Cl2 + C → MgCl2 + CO (t = 800-1000 °C).
Реакция взаимодействия оксида магния, хлора и углерода происходит с образованием хлорида магния и оксида углерода (II).
16. Реакция взаимодействия углерода, оксида кальция и хлора:
CaO + C + Cl2 → CaCl2 + CO (t = 1000 °C).
Реакция взаимодействия оксида кальция , углерода и хлора происходит с образованием хлорида кальция и оксида углерода (II).
17. Реакция взаимодействия углерода, оксида бериллия и хлора:
BeO + Cl2 + C → BeCl2 + CO (t = 700-900 °C).
Реакция взаимодействия оксида бериллия, хлора и углерода (графит) происходит с образованием хлорида бериллия и оксида углерода (II).
18. Реакция взаимодействия углерода, оксида титана и водорода:
Реакция взаимодействия оксида титана , углерода и водорода происходит с образованием карбида титана и воды.
19. Реакция взаимодействия углерода, оксида гафния и брома:
Реакция взаимодействия оксида гафния, углерода и брома происходит с образованием бромида гафния и оксида углерода (IV).
20. Реакция взаимодействия оксида углерода, циркония и брома:
Реакция взаимодействия оксида циркония, углерода и брома происходит с образованием бромида циркония и оксида углерода (IV).
Реакции, взаимодействие углерода с солями. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и карбоната лития:
Реакция взаимодействия карбоната лития и углерода происходит с образованием оксида лития и оксида углерода (II).
2. Реакция взаимодействия углерода (графита) и карбоната кальция:
CaCO3 + C → CaO + 2CO (t = 800-850 °C).
Реакция взаимодействия карбоната кальция и углерода (графита) происходит с образованием оксида кальция и оксида углерода (II).
3. Реакция взаимодействия углерода (кокса) и карбоната бария:
BaCO3 + C → BaO + 2CO (t > 1000 °C).
Реакция взаимодействия карбоната бария и углерода (кокс) происходит с образованием оксида бария и оксида углерода (II).
4. Реакция взаимодействия углерода и ортофосфата кальция:
Реакция взаимодействия ортофосфата кальция и углерода происходит с образованием фосфида кальция и оксида углерода (II).
5. Реакция взаимодействия углерода и сульфата магния:
2MgSO4 + C → 2MgO + 2SO2 + CO2 (t = 700-900 °C).
Реакция взаимодействия сульфата магния и углерода происходит с образованием оксида магния, оксида серы и оксида углерода (IV).
6. Реакция взаимодействия углерода (кокса) и сульфата кальция:
2CaSO4 + C → 2CaO + 2SO2 + CO2 (t = 1200-1400 °C).
Реакция взаимодействия сульфата кальция и углерода (кокса) происходит с образованием оксида кальция, оксида серы и оксида углерода (IV). Данная реакция представляет собой способ Мюллера-Кюна, применяемый для извлечения полезных соединений серы из агидрита и гипса. Реакцию проводят во вращающихся цилиндрических печах.
Реакции, взаимодействие углерода с кислотами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и азотной кислоты:
Реакция взаимодействия углерода и азотной кислоты происходит с образованием оксида углерода (IV), оксида азота и воды. В ходе реакции используется концентрированный горячий раствор азотной кислоты.
Аналогичные реакции происходят и с другими кислотами.
Реакции, взаимодействие углерода с гидридами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия углерода и гидрида лития:
Реакция взаимодействия гидрида лития и углерода происходит с образованием ацетиленида лития и ацетилена.
2. Реакция взаимодействия углерода и гидрида натрия:
Реакция взаимодействия гидрида натрия и углерода происходит с образованием ацетиленида натрия и ацетилена .
Читайте также: