углерод. Общая характеристика элемента по положению в периодической системе (ПС)
 Скачать 298.87 Kb.
|
 С этим файлом связано 13 файл(ов). Среди них: RUSSKIJ_YaZYK_-_SOChINENIYa_NA_MAKSIMAL_NYJ_BALL_primer_4.pdf, RUSSKIJ_YaZYK_-_SOChINENIYa_NA_MAKSIMAL_NYJ_BALL_primer_3.pdf, углерод.docx, Строение кремния.docx, неметаллы.docx, шпаргалка по био.docx, Kontsentratsia_rastvorov.doc, Galvanichesky_element.doc, Чтобы дойти до цели, надо прежде всего идти Оноре де Бальзак.doc, Russkiy_gotovoe_esse.pdf и ещё 3 файл(а). Показать все связанные файлыОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТА ПО ПОЛОЖЕНИЮ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ (ПС) Элемент углерод расположен во втором периоде и главной подгруппе четвертой группы периодической системы. В атоме углерода находятся шесть электронов – два на внутреннем энергетическом уровне и четыре на внешнем. В химических реакциях атом углерода может отдавать четыре внешних электрона, приобретая высшую степень окисления +4: C0−4e¯=C+4 Это имеет место в соединениях с галогенами и кислородом (СО2). В то же время, принимая четыре дополнительных электрона от других атомов, углерод способен приобретать низшую степень окисления –4: C0+4e¯=C−4 в соединениях с металлами – карбидах, например, Al4C3. АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В форме простого вещества углерод существует в виде нескольких аллотропных модификаций – алмаза, графита, карбина, фуллеренов.  Алмаз – один из самых твердых материалов. Он плохо проводит тепло, является диэлектриком. Кристаллическая решетка алмаза представляет собой каркас из атомов углерода,. Известен также гексагональный алмаз – лонсдейлит, он похож на обычный алмаз. Применение алмаза в технике связано в первую очередь с его твердостью. Технические алмазы используют для резки стекла. С помощью алмазных наконечников бурят горные породы, сверлят и режут металлы и камни. Графит, в противоположность алмазу мягкий, жирный на ощупь, он имеет металлический блеск, проводит тепло и электричество. Все эти свойства обусловлены слоистой структурой графита. Атомы углерода в нем образуют плоские слои, построенные наподобие пчелиных сот. р-Электроны атомов углерода, не принимающие участие в образовании связей внутри слоя, слабо перекрываются друг с другом, обуславливая слабое взаимодействие между отдельными слоями. С наличием этих электронов связаны металлический блеск и электропроводность, а слабое взаимодействие между отдельными слоями является причиной мягкости графита. Химические свойства углерода При повышенных температурах углерод (особенно в форме графита) обладает высокой химической активностью. Сгорая на воздухе, он превращается в оксид углерода(IV) – углекислый газ СО2: (изб.)(углекислый газ)C+O2(изб.)=CO2(углекислый газ) а в недостатке кислорода – в оксид углерода(II), угарный газ СО: (недост.)(угарный газ)2C+O2(недост.)=2CO(угарный газ) При взаимодействии с водородом образуется метан СН4: C+2H2→t,NiCH4 с серой – сероуглерод CS2: C+2S=CS2 Взаимодействует с другими неметаллами: не взаимодействует с фосфором. C+Si→tSiC эл. разряд2C+N2→эл. разрядC2N2 Из галогенов непосредственно реагирует только с фтором. C+2F2=CF4 С металлами углерод дает карбиды: Ca+2C→tCaC2 3C+4Al→tAl4C3 Углерод – прекрасный восстановитель, что используется для получения многих металлов из оксидов: Fe2O3+3C=2Fe+3CO Углерод взаимодействует с горячими кислотами-окислителями (концентрированной серной, азотной), окисляясь до углекислого газа: (конц.)C+4HNO3(конц.)=CO2+4NO2+2H2O (конц., гор.)C+2H2SO4(конц., гор.)=CO2↑+2SO2↑+2H2O и с перегретым водяным паром, образуя водяной газ – смесь угарного газа с водородом: C+H2O=CO+H2 ОКСИДЫ УГЛЕРОДА Известны два важнейших оксида углерода – угарный газ или оксид углерода(II) CO и углекислый газ или оксид углерода(IV) CO2. Угарный газ СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ  Молекула угарного газа CO интересна своим строением: вопреки ожиданиям и степени окисления +2, атом углерода образует три связи с атомом кислорода, и валентность углерода таким образом не совпадает со степенью окисления и равна трем.  Более подробно образование связей в молекуле угарного газа рассмотрено в теме "Валентные возможности углерода". Кратко молекулу оксида углерода (II) можно охарактеризовать следующим образом: 
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГАРНОГО ГАЗА Угарный газ СО – это бесцветный ядовитый газ,легче воздуха, очень мало растворим в воде, растворим в спирте и бензоле. Ядовит. Необратимо взаимодействует с гемоглобином крови. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА CO Угарный газ – хороший восстановитель. При поджигании он сгорает синим пламенем, превращаясь в углекислый газ: 2CO+O2=2CO2 Угарный газ используют для получения металлов из их оксидов. Он является важнейшим восстановителем при получении чугуна. Кокс в доменной печи окисляется до угарного газа, который и восстанавливает железо из оксидов: FeO+CO→Fe+CO2 C+2O+CuO→Cu+C+4O2 . Взаимодействует с неметаллами: - окислительCO+H2→C+H2O,C - окислитель Важной реакций промышленного значения является получение метанола из синтез-газа (смеси угарного газа и водород): CO+2H2→CH3OH кат.(фосген), С - восстановительCO+Cl2→hν,кат.COCl2(фосген), С - восстановитель Угарный газ мало растворим в воде, не взаимодействует с ней, а также с растворами кислот и щелочей. Он несолеобразующий оксид. ПОЛУЧЕНИЕ УГАРНОГО ГАЗА В промышленности: Образуется при неполном сгорании топлива или при пропускании углекислого газа над раскаленным углем: C+CO2→2CO C+O2→CO2 В лаборатории: получают термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты: (конц.)HCOOH→H2SO4(конц.)H2O+CO (конц.)H2C2O4→H2SO4(конц.)CO+CO2+H2O УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ  СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ Углекислый газ CO2 – это высший оксид углерода. Валентность углерода и степень окисления углерода в данном оксиде совпадаю и равны 4. Все четыре связи ковалентные. Атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации: sp-гибридные орбитали атома углерода и 2р-орбитали атома кислорода образуют две σ-связи. Не участвующие в гибридизации р-орбитали углерода образуют с аналогичными орбиталями кислорода π-связи. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Он представляет собой бесцветный газ, слегка кисловатый на вкус. Углекислый газ примерно в полтора раза тяжелее воздуха, поэтому его можно переливать из одного сосуда в другой, как будто он является невидимой жидкостью. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА CO2 Несмотря на то, что в CO2 углерод находится в высшей степени окисления, углекислый газ практически не проявляет окислительных свойств. Он может быть восстановлен лишь при повышенной температуре под действием сильных восстановителей. Так, магний, зажженный на воздухе, продолжает гореть и в атмосфере углекислого газа: 2Mg+CO2→2MgO+C Взаимодействуя с раскаленным углем, он превращается в угарный газ СО: CO2+C→2CO Углекислый газ - типичный кислотный оксид. Реагирует с основными оксидами: Na2O+CO2→Na2CO3 С основаниями, образуя соли угольной кислоты: карбонаты (с избытком щелочи)2NaOH+CO2→Na2CO3+H2Oкарбонаты (с избытком щелочи) гидрокарбонаты (с недостатком щелочи)NaOH+CO2→NaHCO3гидрокарбонаты (с недостатком щелочи) При растворении углекислого газа в воде образуется угольная кислота H2CO3, слабая двухосновная кислота, известная лишь в водных растворах. В водном растворе реагирует с карбонатами активных металлов, образуя кислые соли: Na2CO3+CO2+H2O→2NaHCO3 КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ О его присутствии можно судить по помутнению известковой воды вследствие образования нерастворимого в воде карбоната кальция: Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА Получают углекислый газ термическим разложением солей угольной кислоты (карбонатов), например, обжиг известняка: CaCO3→CaO+CO2 или действием сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты: CaCO3+2HCl→CaCl2+H2O+CO2 NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2 КАРБИДЫ Карбиды - бинарные соединения, содержащие углерод в степени окисления -4. Карбиды по своему строению подразделяются на:
Угольная кислота Углекислому газу CO2 соответствует угольная кислота H2CO3. Это слабая двухосновная кислота, известная в водных растворах, образующихся при растворении углекислого газа в воде. Кислота слабая очень непрочная, разлагается на углекислый газ и воду: CO2+H2O↔H2CO3 СВОЙСТВА УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ H2CO3 - слабая двухосновная кислота, которая мало диссоциирует в две стадии, (гидрокарбонат-ион)H2CO3↔H++HCO3−(гидрокарбонат-ион) (карбонат-ион)HCO3−↔H++CO32−(карбонат-ион) Среда кислая и индикаторы принимают соответствующую окраску: - лакмус краснеет в водном растворе; метилоранж - розовеет; фенолфталеин - не используется для определения кислой среды (остается бесцветным) СОЛИ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ - КАРБОНАТЫ И ГИДРОКАРБОНАТЫ Угольная кислота, являясь двухосновной образует два типа солей – карбонаты и гидрокарбонаты. В воде растворимы гидрокарбонаты, также средние карбонаты щелочных металлов и аммония. Карбонаты магния и щелочноземельных металлов, особенно кальция, широко распространены в природе, образуя карбонатные горные породы. Из них состоят кораллы, жемчуг и панцири некоторых простейших. ТРИВИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ СОЛЕЙ УГОЛЬНОЙ КИСЛОТЫ
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЕЙ Карбонаты относятся к средним солям, гидрокарбонаты - к кислым. Для них характерны общие свойства солей: они вступают в обменные реакции (протекают необратимо, в случае если образуется газ, осадок или малодиссоциирующее вещество). При этом важно помнить: угольная кислота неустойчива и всегда в уравнениях реакций записывается как CO2+H2O. а) с сильными кислотами, качественная реакция на карбонаты и гидрокарбонаты: Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑ NaHCO3+HNO3→H2O+CO2↑+NaNO3 б) с растворимыми солями и основаниям: Na2CO3+Ba(OH)2→BaCO3↓+2NaOH Na2CO3+CaCl2→CaCO3↓+2NaCl в) реакции разложения: Карбонаты металлов (кроме карбонатов натрия, калия, рубидия и цезия) при нагревании разлагаются: CuCO3→tCuO+CO2 Гидрокарбонаты разлагаются с образованием карбонатов: Ca(HCO3)2→t,∘CCaCO3↓+H2O+CO2↑ 1) Для карбонатов характерны свойства средних солей: при пропускании углекислого газа из карбонатов образуются гидрокарбонаты (кислые соли): CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2 2) Для гидрокарбонатов характерны свойства кислых солей: реагируют со щелочами, образуя средние соли: KHCO3+KOH→K2CO3+H2O Взаимосвязь между карбонатами и гидрокарбонатами отражается уравнениями: Me(HCO3)n+Me(OH)n→MeCO3+nH2O Me(HCO3)n→t,∘CMeCO3↓+nH2O+CO2↑ MeCO3+H2O+CO2→Me(HCO3)n На разложении растворимых гидрокарбонатов кальция и магния при температуре основан метод уменьшения временной жесткости воды посредством кипячения. Качественной реакцией на карбонат и гидрокарбонат ионы является их взаимодействие с сильной кислотой, наблюдается образование углекислого газа с характерным вскипанием: Na2CO3+2HCl→2NaCl+H2O+CO2↑ CO32−+2H+→CO2+H2O перейти в каталог файлов | ||||||||||||||||||||||||