Јаглеродни оксиди

Во последниве години, предност се дава на учењето ориентирано кон личноста во педагошката наука. Формирањето на индивидуалните особини на личноста се јавува во процесот на активност: учење, игра, работа. Затоа важен факторнаставата е организација на процесот на учење, природата на односот помеѓу наставникот и учениците и учениците меѓу себе. Врз основа на овие идеи се трудам да го изградам образовниот процес на посебен начин. Во исто време, секој студент избира сопствено темпо на изучување на материјалот, има можност да работи на ниво достапно за него, во ситуација на успех. Во лекцијата, можно е да се совладаат и подобрат не само специфичните предмети, туку и таквите општи образовни вештини како инсценирање образовна цел, избирање средства и начини за негово постигнување, следење на вашите достигнувања, поправка на грешки. Учениците учат да работат со литература, прават белешки, дијаграми, цртежи, работат во група, во парови, индивидуално, спроведуваат конструктивна размена на мислења, логично расудуваат и донесуваат заклучоци.

Спроведувањето на такви лекции не е лесно, но ако успеете, чувствувате задоволство. Нудам скрипта за една од моите лекции. На него присуствуваа колеги, управа и психолог.

Тип на лекција.Учење нов материјал.

Цели.Врз основа на мотивација и ажурирање на основните знаења и вештини на учениците, разгледајте ја структурата, физичките и хемиските својства, производството и употребата на јаглерод диоксид и јаглерод диоксид.

Написот е подготвен со поддршка на веб-страницата www.Artifex.Ru. Доколку одлучите да го проширите вашето знаење во областа современа уметност, Тоа оптимално решениеќе ја посети веб-страницата www.Artifex.Ru. Креативниот алманах ARTIFEX ќе ви овозможи да се запознаете со делата од современата уметност без да го напуштите вашиот дом. Повеќе детални информацииможете да го најдете на веб-страницата www.Artifex.Ru. Никогаш не е доцна да почнете да ги проширувате вашите хоризонти и чувството за убавина.

Опрема и реагенси.Картички „Програмирана анкета“, постер дијаграм, уреди за производство на гасови, чаши, епрувети, противпожарен апарат, кибрит; вар вода, натриум оксид, креда, хлороводородна киселина, индикаторски раствори, H 2 SO 4 (конк.), HCOOH, Fe 2 O 3.

Постер дијаграм
„Структура на молекулата на јаглерод моноксид (јаглерод моноксид (II)) CO“

ЗА ВРЕМЕ НА ЧАСОТ

Масите за студенти во канцеларијата се наредени во круг. Наставникот и учениците имаат можност слободно да се движат на лабораториски табели (1, 2, 3). За време на часот, децата седат на маси за учење (4, 5, 6, 7, ...) едни со други по желба (слободни групи од 4 лица).

Наставник. Мудра кинеска поговорка(прекрасно напишано на табла) чита:

„Слушам - заборавам,
Гледам - ​​се сеќавам
Имам - разбирам“.

Дали се согласувате со заклучоците на кинеските мудреци?

Кои руски поговорки ја одразуваат кинеската мудрост?

Децата даваат примери.

Наставник. Навистина, само со создавање може да се добие вреден производ: нови супстанции, уреди, машини, како и нематеријални вредности - заклучоци, генерализации, заклучоци. Ве поканувам денес да учествувате во студијата за својствата на две супстанции. Познато е дека при технички преглед на автомобил, возачот дава потврда за состојбата на издувните гасови на автомобилот. Која концентрација на гас е означена во сертификатот?

(O t v e t. SO.)

Студент. Овој гас е отровен. Влегувајќи во крвта, предизвикува труење на телото („горење“, оттука и името на оксидот - јаглерод моноксид). Се наоѓа во издувните гасови на автомобилите во количини опасни по животот.(се чита извештај од весник за возач кој заспал во гаража додека работел моторот и починал од смрт). Противотров за труење со јаглерод моноксид е дишењето свеж воздух и чист кислород. Друг јаглерод моноксид е јаглерод диоксид.

Наставник. На вашите бироа има картичка „Програмирана анкета“. Запознајте се со неговата содржина и на празно парче хартија означете ги броевите на оние задачи за кои ги знаете одговорите врз основа на вашето животно искуство. Наспроти бројот на исказот за задача, напишете ја формулата на јаглерод моноксид на која се однесува оваа изјава.

Студентски консултанти (2 лица) собираат листови со одговори и, врз основа на резултатите од одговорите, формираат нови групи за последователна работа.

Програмирано истражување „Јаглеродни оксиди“

1. Молекулата на овој оксид се состои од еден атом на јаглерод и еден атом на кислород.

2. Врската помеѓу атомите во молекулата е поларна ковалентна.

3. Гас кој е практично нерастворлив во вода.

4. Молекулата на овој оксид содржи еден јаглероден атом и два атоми на кислород.

5. Нема мирис и боја.

6. Гас растворлив во вода.

7. Не се втечнува дури и на -190 °C ( ткип = –191,5 °C).

8. Киселински оксид.

9. Лесно се компресира, на 20 °C под притисок од 58,5 atm станува течен и се стврднува во „сув мраз“.

10. Не е отровен.

11. Несол-формирање.

12. Запаливи

13. Во интеракција со вода.

14. Во интеракција со основните оксиди.

15. Реагира со метални оксиди, намалувајќи ги слободните метали од нив.

16. Се добива со реакција на киселини со соли на јаглеродна киселина.

17. Јас.

18. Во интеракција со алкалии.

19. Изворот на јаглерод апсорбиран од растенијата во оранжериите и оранжериите доведува до зголемен принос.

20. Се користи за газирана вода и пијалоци.

Наставник. Повторно прегледајте ја содржината на картичката. Групирајте ги информациите во 4 блока:

структура,

физички својства,

Хемиски својства,

примање.

Наставникот и дава можност на секоја група ученици да зборува и ги сумира презентациите. Потоа студенти различни групиизберете го вашиот работен план - редоследот на проучување на оксидите. За таа цел тие ги нумерираат блоковите на информации и го оправдуваат својот избор. Редоследот на учење може да биде како што е напишан погоре, или со која било друга комбинација од четирите означени блокови.

Наставникот го привлекува вниманието на учениците на клучните точки од темата. Бидејќи јаглеродните оксиди се гасовити материи, со нив мора да се постапува внимателно (инструкции за безбедност). Наставникот го одобрува планот за секоја група и доделува консултанти (претходно подготвени ученици).

Демонстративни експерименти

1. Истурање јаглерод диоксид од стакло на стакло.

2. Гаснење свеќи во чаша додека се акумулира CO 2.

3. Ставете неколку мали парчиња сув мраз во чаша вода. Водата ќе зоврие и од неа ќе излее густ бел чад.

Гасот CO 2 се втечнува веќе на собна температура под притисок од 6 MPa. Во течна состојба се складира и транспортира во челични цилиндри. Ако го отворите вентилот на таков цилиндар, течноста CO 2 ќе почне да испарува, поради што настанува силно ладење и дел од гасот се претвора во маса слична на снег - „сув мраз“, кој се притиска и се користи за складирање. сладолед.

4. Демонстрација на противпожарен апарат со хемиска пена (CFO) и објаснување на принципот на неговата работа со помош на модел - епрувета со затворач и цевка за излез на гас.

Информации за структурана табелата бр. 1 (наставни картички 1 и 2, структура на молекулите на CO и CO 2).

Информации за физички својства– на маса бр.2 (работа со учебникот – Габриелјан О.С.Хемија-9. М.: Бустард, 2002, стр. 134-135).

Податоци за приемот и хемиски својства – на табели бр. 3 и 4 (наставни картички 3 и 4, упатства за практична работа, стр. 149–150 од учебникот).

Практична работа Подготовка на јаглерод моноксид (IV) и проучување на неговите својства Ставете неколку парчиња креда или мермер во епрувета и додадете малку разредена хлороводородна киселина. Брзо затворете ја цевката со затворач и цевка за излез на гас. Ставете го крајот на епрувета во друга епрувета која содржи 2-3 ml вар вода. Гледајте неколку минути како меурчиња од гас минуваат низ варната вода. Потоа отстранете го крајот на цевката за излез на гас од растворот и исплакнете го во дестилирана вода. Ставете ја епрувета во друга епрувета со 2-3 ml дестилирана вода и протурете гас низ неа. По неколку минути, извадете ја цевката од растворот и додадете неколку капки син лакмус во добиениот раствор. Истурете 2-3 ml разреден раствор на натриум хидроксид во епрувета и додадете во неа неколку капки фенолфталеин. Потоа поминете гас низ растворот. Одговори на прашањата. Прашања 1. Што се случува кога кредата или мермерот се третираат со хлороводородна киселина? 2. Зошто кога јаглеродниот диоксид се протнува низ варова вода, растворот прво се заматува, а потоа варот се раствора? 3. Што се случува кога јаглерод (IV) моноксид се пренесува низ дестилирана вода? Напиши ги равенките за соодветните реакции во молекуларни, јонски и скратени јонски форми. Карбонат препознавање Четирите епрувети кои ви се дадени содржат кристални материи: натриум сулфат, цинк хлорид, калиум карбонат, натриум силикат. Определете каква супстанца има во секоја епрувета. Напишете ги равенките на реакцијата во молекуларна, јонска и скратена јонска форма.

Домашна работа

Наставникот предлага да ја однесете картичката „Програмирано истражување“ дома и, како подготовка за следниот час, да размислите за начините за добивање информации. (Како знаевте дека гасот што го проучувате се втечнува, реагира со киселина, е отровен итн.?)

Самостојна работаучениците

Практична работагрупи на деца настапуваат со со различни брзини. Затоа, игрите им се нудат на оние кои побрзо ја завршуваат работата.

Петто тркало

Четири супстанции може да имаат нешто заедничко, но петтата супстанција се издвојува од серијата, е излишна.

1. Јаглерод, дијамант, графит, карбид, карабин. (Карбид.)

2. Антрацит, тресет, кокс, масло, стакло. (Стакло.)

3. Варовник, креда, мермер, малахит, калцит. (Малахит.)

4. Кристална сода, мермер, поташа, каустика, малахит. (Каустична.)

5. Фосген, фосфин, цијановодородна киселина, калиум цијанид, јаглерод дисулфид. (Фосфин.)

6. Морска вода, минерална вода, дестилирана вода, подземните води, тврда вода. (Дестилирана вода.)

7. Варовно млеко, пената, гасена вар, варовник, вар вода. (Варовник.)

8. Li 2 CO 3; (NH 4) 2 CO 3; CaCO 3; K 2 CO 3 , Na 2 CO 3 . (CaCO3.)

Синоними

Напиши хемиски формулисупстанции или нивните имиња.

1. Халоген -... (Хлор или бром.)

2. Магнезит – ... (MgCO 3.)

3. Уреа –... ( Уреа H2NC(O)NH2.)

4. Поташа - ... (K 2 CO 3.)

5. Сув мраз - ... (CO 2.)

6. Водород оксид –... ( Вода.)

7. Амонијак -... ( 10% воден раствор на амонијак.)

8. Соли на азотна киселина –... ( Нитрати– KNO 3, Ca(NO 3) 2, NaNO 3.)

9. Природен гас – ... ( Метанот CH 4.)

Антоними

Напиши хемиски термини што се спротивни по значење од предложените.

1. Оксидирачко средство –... ( Средство за намалување.)

2. Донатор на електрони –… ( Електронски акцептор.)

3. Киселински својства – ... ( Основни својства.)

4. Дисоцијација –… ( Здружението.)

5. Адсорпција – ... ( Десорпција.)

6. Анода –... ( Катода.)

7. Анјон –… ( Катјон.)

8. Метал –... ( Неметал.)

9. Почетни материи –... ( Производи за реакција.)

Пребарајте обрасци

Воспоставете знак кој ги комбинира наведените супстанции и појави.

1. Дијамант, карабина, графит – ... ( Алотропни модификации на јаглеродот.)

2. Стакло, цемент, тула - ... ( Градежни материјали.)

3. Дишење, гниење, вулканска ерупција - ... ( Процеси придружени со ослободување на јаглерод диоксид.)

4. CO, CO 2, CH 4, SiH 4 - ... ( Соединенија на елементи од IV група.)

5. NaHCO 3, CaCO 3, CO 2, H 2 CO 3 – ... ( Кислородни соединенија на јаглерод.)

Физички својства.

Јаглерод моноксид е безбоен и без мирис гас кој е малку растворлив во вода.

• t pl. 205 °C,
• т кип. 191 °C
• критична температура =140°C
• критичен притисок = 35 атм.
• Растворливоста на CO во вода е околу 1:40 по волумен.

Хемиски својства.

На нормални услови CO е инертен; кога се загрева - средство за намалување; оксид што не создава сол.

1) со кислород

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) со метални оксиди

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) со хлор (на светлина)

CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (фосген)

4) реагира со алкално топење (под притисок)

CO + NaOH = HCOONa (натриум мравја киселина (натриум формат))

5) формира карбонили со преодни метали

Ni + 4CO =t°= Ni(CO) 4

Fe + 5CO =t°= Fe(CO) 5

Јаглерод моноксид не реагира хемиски со вода. CO, исто така, не реагира со алкалии и киселини. Исклучително е отровен.

Од хемиска страна, јаглерод моноксидот се карактеризира главно со неговата тенденција да подлежи на реакции на додавање и неговите редуцирачки својства. Сепак, двата од овие трендови обично се појавуваат само при покачени температури. Во овие услови, CO се комбинира со кислород, хлор, сулфур, некои метали итн.

Заедно со загревањето, зголемувањето на хемиската активност на CO често е предизвикано од неговото растворање. Така, во раствор тој е способен да ги редуцира солите на Au, Pt и некои други елементи за да ослободи метали веќе на обични температури.

На покачени температуриИ високи притисоципостои интеракција на CO со вода и каустични алкалии: во првиот случај, се формира HCOOH, а во вториот, натриум мравја киселина. Последната реакција се јавува на 120 °C, притисок од 5 atm и се користи технички.

Намалувањето на паладиум хлорид во растворот е лесно според општата шема:

PdCl 2 + H 2 O + CO = CO 2 + 2 HCl + Pd

служи како најчесто користена реакција за откривање на јаглерод моноксид во мешавина на гасови. Дури и многу мали количества на CO лесно се откриваат со благо обојување на растворот поради ослободување на ситно дробен метал паладиум. Квантитативното определување на CO се заснова на реакцијата:

5 CO + I 2 O 5 = 5 CO 2 + I 2.

Оксидацијата на CO во растворот често се случува со забележлива брзина само во присуство на катализатор. При изборот на второто, главната улога ја игра природата на оксидирачкиот агенс. Така, KMnO 4 најбрзо го оксидира CO во присуство на ситно дробено сребро, K 2 Cr 2 O 7 - во присуство на соли на жива, KClO 3 - во присуство на OsO 4. Општо земено, во неговите намалувачки својства, CO е сличен на молекуларниот водород, а неговата активност во нормални услови е повисока од онаа на вториот. Интересно, постојат бактерии кои преку оксидација на CO ја добиваат енергијата што им е потребна за живот.

Компаративната активност на CO и H2 како редукциони агенси може да се процени со проучување на реверзибилната реакција:

рамнотежната состојба на која на високи температури се воспоставува доста брзо (особено во присуство на Fe 2 O 3). На 830 °C, смесата за рамнотежа содржи еднакви количества CO и H2, т.е., афинитетот на двата гаса за кислород е ист. Под 830 °C, посилниот редукционен агенс е CO, над - H2.

Врзувањето на еден од производите на реакцијата дискутирани погоре, во согласност со законот за масовно дејство, ја менува нејзината рамнотежа. Затоа, со поминување на мешавина од јаглерод моноксид и водена пареа над калциум оксид, водородот може да се добие според шемата:

H 2 O + CO + CaO = CaCO 3 + H 2 + 217 kJ.

Оваа реакција се јавува веќе на 500 °C.

Во воздухот, CO се запали на околу 700 °C и согорува со син пламен до CO 2:

2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 564 kJ.

Значајното ослободување на топлина што ја придружува оваа реакција го прави јаглерод моноксидот вредно гасно гориво. Сепак, повеќето широка применасе наоѓа како почетен производ за синтеза на различни органски материи.

Согорувањето на дебели слоеви јаглен во печките се случува во три фази:

1) C + O 2 = CO 2;

2) CO 2 + C = 2 CO;

3) 2 CO + O 2 = 2 CO 2.

Ако цевката се затвори предвреме, во печката се создава недостаток на кислород, што може да предизвика ширење на CO низ загреаната просторија и да доведе до труење (пареи). Треба да се напомене дека мирисот на „јаглерод моноксид“ не е предизвикан од CO, туку од нечистотии на некои органски материи.

СО пламенот може да има температура до 2100 °C. Реакцијата на согорување на CO е интересна по тоа што кога се загрева на 700-1000 °C, се одвива со забележлива брзина само во присуство на траги од водена пареа или други гасови што содржат водород (NH 3, H 2 S, итн.). Ова се должи на верижната природа на реакцијата што се разгледува, која се јавува преку средно формирање на радикали OH според следните шеми:

H + O 2 = HO + O, потоа O + CO = CO 2, HO + CO = CO 2 + H, итн.

На многу високи температуриРеакцијата на согорување на CO станува значително реверзибилна. Содржината на CO 2 во рамнотежна смеса (под притисок од 1 atm) над 4000 °C може да биде само занемарливо мала. Самата молекула на CO е толку термички стабилна што не се распаѓа дури и на 6000 °C. Молекулите на CO се откриени во меѓуѕвездената средина.

Кога CO делува на металот K на 80 °C, се формира безбојно кристално, високо експлозивно соединение од составот K 6 C 6 O 6. Со елиминацијата на калиумот, оваа супстанца лесно се претвора во јаглерод моноксид C 6 O 6 („трикинон“), кој може да се смета како производ на полимеризација на CO. Неговата структура одговара на шестчлен циклус формиран од јаглеродни атоми, од кои секоја е поврзана двојна врскасо атоми на кислород.

Интеракција на CO со сулфур според реакцијата:

CO + S = COS + 29 kJ

Брзо оди само на високи температури.

Добиениот јаглерод тиоксид (O=C=S) е гас без боја и мирис (mp -139, bp -50 °C).

Јаглеродот (II) моноксид е способен директно да се комбинира со одредени метали. Како резултат на тоа, се формираат метални карбонили, кои треба да се сметаат за сложени соединенија.

Јаглерод (II) моноксид, исто така, формира сложени соединенија со некои соли. Некои од нив (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO итн.) се стабилни само во раствор. Формирањето на последната супстанција е поврзано со апсорпција на јаглерод моноксид (II) со раствор на CuCl во силен HCl. Слични соединенија очигледно се формираат во раствор на амонијак на CuCl, кој често се користи за апсорпција на CO при анализата на гасовите.

Потврда.

Јаглерод моноксид се формира кога јаглеродот гори во отсуство на кислород. Најчесто се добива како резултат на интеракцијата на јаглерод диоксид со врел јаглен:

CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.

Оваа реакција е реверзибилна, а нејзината рамнотежа под 400 °C е речиси целосно поместена налево, а над 1000 °C - надесно (сл. 7). Сепак, се воспоставува со забележлива брзина само при високи температури. Затоа, во нормални услови, CO е доста стабилен.

Ориз. 7. Рамнотежа CO 2 + C = 2 CO.

Формирањето на CO од елементите ја следи равенката:

2 C + O 2 = 2 CO + 222 kJ.

Удобно е да се добијат мали количини на CO со распаѓање на мравја киселина:

HCOOH = H 2 O + CO

Оваа реакција лесно се случува кога HCOOH реагира со топла, силна сулфурна киселина. Во пракса, оваа подготовка се врши или со дејство на конц. сулфурна киселина во течен HCOOH (кога се загрева), или со поминување на пареите од второто преку фосфор хемипентаоксид. Интеракцијата на HCOOH со хлоросулфонска киселина според шемата:

HCOOH + CISO 3 H = H 2 SO 4 + HCI + CO

Веќе работи на нормални температури.

Удобен метод за лабораториско производство на CO може да биде загревање со конц. сулфурна киселина, оксална киселина или калиум железо сулфид. Во првиот случај, реакцијата се одвива според следнава шема:

H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O.

Заедно со CO се ослободува и јаглерод диоксид кој може да се задржи со пропуштање мешавина на гаспреку раствор на бариум хидроксид. Во вториот случај, единствениот гасен производ е јаглерод моноксид:

K 4 + 6 H 2 SO 4 + 6 H 2 O = 2 K 2 SO 4 + FeSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4 + 6 CO.

Големи количини CO може да се добие со нецелосно согорување јагленво специјални печки - генератори на гас. Конвенционалниот („воздух“) генераторски гас содржи во просек (волумен %): CO-25, N2-70, CO 2-4 и мали нечистотии од други гасови. Кога согорува, произведува 3300-4200 kJ на m3. Замената на обичниот воздух со кислород доведува до значително зголемување на содржината на CO (и зголемување на калориската вредност на гасот).

Уште повеќе CO е содржан во воден гас, кој се состои (во идеален случај) од мешавина од еднакви волумени на CO и H 2 и дава 11.700 kJ/m 3 при согорување. Овој гас се добива со дување на водена пареа низ слој од врел јаглен, а на околу 1000 °C интеракцијата се одвива според равенката:

H 2 O + C + 130 kJ = CO + H 2.

Реакцијата на формирање на воден гас се јавува со апсорпција на топлина, јагленот постепено се лади и за да се одржи во топла состојба, неопходно е наизменично поминување на водена пареа со премин на воздух (или кислород) во гасот. генератор. Во овој поглед, водениот гас содржи приближно CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 и N 2 -6%. Широко се користи за синтеза на разни органски соединенија.

Често се добива мешан гас. Процесот на негово добивање се сведува на истовремено дување воздух и водена пареа низ слој врел јаглен, т.е. комбинација од двата методи опишани погоре - Затоа, составот на измешаниот гас е среден помеѓу генераторот и водата. Во просек содржи: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 и N 2 -50%. Кубик метаркога согорува, произведува околу 5400 kJ.

Апликација.

Водата и мешаните гасови (содржат CO) се користат како гориво и суровина хемиската индустрија. Тие се важни, на пример, како еден од изворите за добивање мешавина на азот-водород за синтеза на амонијак. Кога тие се пренесуваат заедно со водена пареа преку катализатор загреан на 500 °C (главно Fe 2 O 3), се јавува реверзибилна реакција:

H 2 O + CO = CO 2 + H 2 + 42 kJ,

чија рамнотежа е силно поместена надесно.

Добиениот јаглерод диоксид потоа се отстранува со миење со вода (под притисок), а останатиот CO се отстранува со раствор од амонијак од бакарни соли. Ова остава речиси чист азот и водород. Соодветно на тоа, со прилагодување на релативните количини на генераторски и водни гасови, можно е да се добијат N 2 и H 2 во потребниот волуметриски однос. Пред да се внесе во колоната за синтеза, гасната смеса се суши и се прочистува од нечистотии кои трујат со катализатор.

Молекула CO 2

Молекулата на CO се карактеризира со d(CO) = 113 pm, нејзината енергија на дисоцијација е 1070 kJ/mol, што е поголема од онаа на другите диатомски молекули. Ајде да размислиме електронска структура CO, каде што атомите се поврзани со двојна ковалентна врска и една врска донор-акцептор, при што кислородот е донатор, а јаглеродот акцептор.

Ефект врз телото.

Јаглерод моноксидот е многу отровен. Првите знаци на акутно труење со CO се главоболкаи вртоглавица, проследена со губење на свеста. Максимална дозволена концентрација на CO во воздухот индустриски претпријатијасе смета за 0,02 mg/l. Главниот противотров за труење со CO е Свеж воздух. Корисно е и краткорочно вдишување на пареа од амонијак.

Екстремната токсичност на CO, неговиот недостаток на боја и мирис, како и неговата многу слаба апсорпција активен јагленобична гасна маска го прави овој гас особено опасен. Прашањето за заштита од него беше решено со производство на специјални гасни маски, чија кутија беше исполнета со мешавина од разни оксиди (главно MnO 2 и CuO). Ефектот на оваа смеса („хопкалит“) се намалува на каталитичко забрзување на реакцијата на оксидација на CO до CO 2 со атмосферски кислород. Во пракса, гасните маски со хопкалит се многу незгодни, бидејќи ве принудуваат да дишете загреан воздух (како резултат на реакција на оксидација).

Да се ​​биде во природа.

Јаглерод моноксид е дел од атмосферата (10-5 вол.%). Во просек, 0,5% CO содржи чад од тутун и 3% - издувни гасови од моторите со внатрешно согорување.

ЈАГЛЕН ОКСИД (ЈАГЛЕД МОНОКСИД). Јаглерод (II) оксид (јаглерод моноксид) CO, јаглерод моноксид што не формира сол. Ова значи дека нема киселина која одговара на овој оксид. Јаглерод моноксид (II) е безбоен и без мирис гас кој се втечнува кога атмосферски притисокна температура од –191,5o C и се зацврстува на –205o C. Молекулата на CO е слична по структура на молекулата N2: и двете содржат еднаков број електрони (таквите молекули се нарекуваат изоелектронски), атомите во нив се поврзани со тројна врска (две врски во молекулата на CO се формираат поради 2p електрони на атоми на јаглерод и кислород, а третата - според механизмот донор-акцептор со учество на осамен електронски пар кислород и слободна 2p орбитала на јаглерод) . Како резултат на тоа, физичките својства на CO и N2 (точки на топење и вриење, растворливост во вода итн.) се многу слични.

Јаглеродниот оксид (II) се формира при согорување на соединенија што содржат јаглерод со недоволен пристап до кислород, како и кога врелиот јаглен доаѓа во контакт со производот од целосно согорување - јаглерод диоксид: C + CO2 → 2CO. Во лабораторија, CO се добива со дехидрација на мравја киселина со дејство на концентрирана сулфурна киселина на течна мравја киселина кога се загрева, или со поминување на пареа на мравја киселина преку P2O5: HCOOH → CO + H2O. CO се добива со разградување на оксалната киселина: H2C2O4 → CO + CO2 + H2O. CO може лесно да се одвои од другите гасови со негово поминување низ алкален раствор.
Во нормални услови, CO, како и азот, е хемиски прилично инертен. Само при покачени температури се појавува тенденцијата на CO да претрпи реакции на оксидација, додавање и намалување. Така, на покачени температури реагира со алкалии: CO + NaOH → HCOONa, CO + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2. Овие реакции се користат за отстранување на CO од индустриските гасови.

Јаглерод моноксид (II) е висококалорично гориво: согорувањето е придружено со ослободување на значителна суматоплина (283 kJ на 1 mol CO). Мешавините на CO со воздух експлодираат кога неговата содржина се движи од 12 до 74%; За среќа, во пракса ваквите мешавини се исклучително ретки. Во индустријата, за да се добие CO, се врши гасификација на цврсто гориво. На пример, дувањето на водена пареа низ слој јаглен загреан до 1000oC доведува до формирање на воден гас: C + H2O → CO + H2, кој има многу висока калориска вредност. Сепак, согорувањето е далеку од најпрофитабилната употреба на воден гас. Од него, на пример, можно е да се добие (во присуство на различни катализатори под притисок) мешавина од цврсти, течни и гасовити јаглеводороди - вредна суровина за хемиската индустрија (реакција на Фишер-Тропш). Од истата смеса, збогатувајќи ја со водород и користејќи ги потребните катализатори, можете да добиете алкохоли, алдехиди и киселини. Посебно значењеима синтеза на метанол: CO + 2H2 → CH3OH - најважната суровина за органска синтеза, затоа оваа реакција се изведува индустриски во големи размери.

Реакциите во кои CO е редукционо средство може да се покажат со примерот на редукција на железото од рудата за време на процесот на високи печки: Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2. Редукцијата на металните оксиди со јаглерод(II) оксид има големо значењево металуршките процеси.

Молекулите на CO се карактеризираат со адитивни реакции на преодните метали и нивните соединенија со формирање на сложени соединенија - карбонили. Примерите вклучуваат течни или цврсти метални карбонили Fe(CO)4, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ni(CO)4, Cr(CO)6, итн. Ова е многу токсични материи, при загревање повторно се распаѓаат на метал и CO. На овој начин можете да добиете метали во прав со висока чистота. Понекогаш металните „размачкани“ се видливи на горилникот на шпорет на гас, тоа е последица на формирање и распаѓање на железен карбонил. Во моментов, се синтетизираат илјадници различни метални карбонили, кои содржат, покрај CO, неоргански и органски лиганди, на пример, PtCl2(CO), K3, Cr(C6H5Cl)(CO)3.

CO се карактеризира и со реакција на соединението со хлор, што на светлина се јавува веќе кај собна температурасо формирање на исклучиво отровен фосген: CO + Cl2 → COCl2. Оваа реакција е верижна реакција, следи радикален механизам со учество на атоми на хлор и слободни радикали COCl. И покрај неговата токсичност, фосгенот е широко користен за синтеза на многу органски соединенија.

Јаглерод моноксид (II) е силен отров, бидејќи формира силни комплекси со биолошки активни молекули што содржат метал; ова го нарушува ткивното дишење. Особено се погодени клетките на централниот нервен систем. Врзувањето на CO за атомите на Fe(II) во хемоглобинот во крвта го спречува формирањето на оксихемоглоблин, кој носи кислород од белите дробови до ткивата. Дури и кога воздухот содржи 0,1% CO, овој гас преместува половина од кислородот од оксихемоглобинот. Во присуство на CO, смртта од задушување може да се случи дури и во присуство големо количествокислород. Затоа, CO се нарекува јаглерод моноксид. Кај „потресената“ личност, мозокот и нервен систем. За спасение потребно е пред сè свеж воздух, кој не содржи CO (или, уште подобро, чист кислород), додека CO врзан за хемоглобинот постепено се заменува со молекули на O2 и задушувањето исчезнува. Максимална дозволена просечна дневна концентрација на CO во атмосферски воздухе 3 mg/m3 (околу 3,10-5%), во воздух работна површина– 20 mg/m3.

Вообичаено, содржината на CO во атмосферата не надминува 10-5%. Овој гас влегува во воздухот како дел од вулкански и мочуришни гасови, со секрети на планктони и други микроорганизми. Така, 220 милиони тони CO се испуштаат во атмосферата годишно од површинските слоеви на океанот. Концентрацијата на CO во рудниците за јаглен е висока. Многу јаглерод моноксид се произведува кога Шумски пожари. Топењето на секој милион тони челик е придружено со формирање на 300-400 тони CO. Севкупно, техногеното ослободување на CO во воздухот достигнува 600 милиони тони годишно, од кои повеќе од половина доаѓа од моторни возила. Ако карбураторот не е прилагоден, издувните гасови може да содржат до 12% CO! Затоа, повеќето земји воведоа строги стандарди за содржината на CO во издувните гасови од автомобилите.

Формирањето на CO секогаш се случува при согорување на соединенија што содржат јаглерод, вклучително и дрво, со недоволен пристап до кислород, како и кога врелиот јаглен доаѓа во контакт со јаглерод диоксид: C + CO2 → 2CO. Вакви процеси се случуваат и во селските печки. Затоа, предвременото затворање на оџакот на шпоретот за да се зачува топлината често доведува до труење со јаглерод моноксид. Не треба да се мисли дека градските жители кои не ги загреваат печките се осигурани од труење со CO; На пример, лесно им е да се отрујат во лошо проветрена гаража каде што е паркиран автомобил со вклучен мотор. CO се наоѓа и во производите за согорување на природен гас во кујната. Многу авионски несреќи во минатото беа предизвикани од абење на моторот или лоши прилагодувања, дозволувајќи CO да влезе во пилотската кабина и да го отруе екипажот. Опасноста е дополнета со фактот што CO не може да се открие со мирис; во овој поглед, јаглерод моноксид е поопасен од хлорот!

Јаглерод моноксидот (II) практично не се сорбира со активниот јаглерод и затоа обичната гасна маска не штити од овој гас; За да се апсорбира, потребен е дополнителен кертриџ со хопкалит кој содржи катализатор кој „подоцна го согорува“ CO до CO2 со помош на атмосферски кислород. Се повеќе и повеќе патнички автомобили сега се опремени со катализатори за горење, и покрај високата цена на овие катализатори базирани на платина метали.

Физички својства.

Јаглерод моноксид е безбоен и без мирис гас кој е малку растворлив во вода.

t pl. 205 °C,

т кип. 191 °C

критична температура =140°C

критичен притисок = 35 атм.

Растворливоста на CO во вода е околу 1:40 по волумен.

Хемиски својства.

Во нормални услови, CO е инертен; кога се загрева - средство за намалување; оксид што не создава сол.

1) со кислород

2C +2 O + O 2 = 2C +4 O 2

2) со метални оксиди

C +2 O + CuO = Cu + C +4 O 2

3) со хлор (на светлина)

CO + Cl 2 --hn-> COCl 2 (фосген)

4) реагира со алкално топење (под притисок)

CO + NaOH = HCOONa (натриум мравја киселина (натриум формат))

5) формира карбонили со преодни метали

Ni + 4CO =t°= Ni(CO) 4

Fe + 5CO =t°= Fe(CO) 5

Јаглерод моноксид не реагира хемиски со вода. CO, исто така, не реагира со алкалии и киселини. Исклучително е отровен.

Од хемиска страна, јаглерод моноксидот се карактеризира главно со неговата тенденција да подлежи на реакции на додавање и неговите редуцирачки својства. Сепак, двата од овие трендови обично се појавуваат само при покачени температури. Во овие услови, CO се комбинира со кислород, хлор, сулфур, некои метали итн. Заедно со загревањето, зголемувањето на хемиската активност на CO често е предизвикано од неговото растворање. Така, во раствор тој е способен да ги редуцира солите на Au, Pt и некои други елементи за да ослободи метали веќе на обични температури.

При покачени температури и високи притисоци, CO влегува во интеракција со вода и каустични алкалии: во првиот случај, се формира HCOOH, а во вториот, натриум мравја киселина. Последната реакција се јавува на 120 °C, притисок од 5 atm и се користи технички.

Намалувањето на паладиум хлорид во растворот е лесно според општата шема:

PdCl 2 + H 2 O + CO = CO 2 + 2 HCl + Pd

служи како најчесто користена реакција за откривање на јаглерод моноксид во мешавина на гасови. Дури и многу мали количества на CO лесно се откриваат со благо обојување на растворот поради ослободување на ситно дробен метал паладиум. Квантитативното определување на CO се заснова на реакцијата:

5 CO + I 2 O 5 = 5 CO 2 + I 2.

Оксидацијата на CO во растворот често се случува со забележлива брзина само во присуство на катализатор. При изборот на второто, главната улога ја игра природата на оксидирачкиот агенс. Така, KMnO 4 најбрзо го оксидира CO во присуство на ситно дробено сребро, K 2 Cr 2 O 7 - во присуство на соли на жива, KClO 3 - во присуство на OsO 4. Општо земено, во неговите намалувачки својства, CO е сличен на молекуларниот водород, а неговата активност во нормални услови е повисока од онаа на вториот. Интересно, постојат бактерии кои преку оксидација на CO ја добиваат енергијата што им е потребна за живот.

Компаративната активност на CO и H2 како редукциони агенси може да се процени со проучување на реверзибилната реакција:

H 2 O + CO = CO 2 + H 2 + 42 kJ,

рамнотежна состојбакој на високи температури се воспоставува доста брзо (особено во присуство на Fe 2 O 3). На 830 °C, смесата за рамнотежа содржи еднакви количества CO и H2, т.е., афинитетот на двата гаса за кислород е ист. Под 830 °C, посилниот редукционен агенс е CO, над - H2.

Врзувањето на еден од производите на реакцијата дискутирани погоре, во согласност со законот за масовно дејство, ја менува нејзината рамнотежа. Затоа, со поминување на мешавина од јаглерод моноксид и водена пареа над калциум оксид, водородот може да се добие според шемата:

H 2 O + CO + CaO = CaCO 3 + H 2 + 217 kJ.

Оваа реакција се јавува веќе на 500 °C.

Во воздухот, CO се запали на околу 700 °C и согорува со син пламен до CO 2:

2 CO + O 2 = 2 CO 2 + 564 kJ.

Значајното ослободување на топлина што ја придружува оваа реакција го прави јаглерод моноксидот вредно гасно гориво. Сепак, најшироко се користи како почетен производ за синтеза на различни органски материи.

Согорувањето на дебели слоеви јаглен во печките се случува во три фази:

1) C + O 2 = CO 2; 2) CO 2 + C = 2 CO; 3) 2 CO + O 2 = 2 CO 2.

Ако цевката се затвори предвреме, во печката се создава недостаток на кислород, што може да предизвика ширење на CO низ загреаната просторија и да доведе до труење (пареи). Треба да се напомене дека мирисот на „јаглерод моноксид“ не е предизвикан од CO, туку од нечистотии на некои органски материи.

СО пламенот може да има температура до 2100 °C. Реакцијата на согорување на CO е интересна по тоа што кога се загрева на 700-1000 °C, се одвива со забележлива брзина само во присуство на траги од водена пареа или други гасови што содржат водород (NH 3, H 2 S, итн.). Ова се должи на верижната природа на реакцијата што се разгледува, која се јавува преку средно формирање на радикали OH според следните шеми:

H + O 2 = HO + O, потоа O + CO = CO 2, HO + CO = CO 2 + H, итн.

При многу високи температури, реакцијата на согорување на CO станува значително реверзибилна. Содржината на CO 2 во рамнотежна смеса (под притисок од 1 atm) над 4000 °C може да биде само занемарливо мала. Самата молекула на CO е толку термички стабилна што не се распаѓа дури и на 6000 °C. Молекулите на CO се откриени во меѓуѕвездената средина. Кога CO делува на металот K на 80 °C, се формира безбојно кристално, високо експлозивно соединение од составот K 6 C 6 O 6. Со елиминацијата на калиумот, оваа супстанца лесно се претвора во јаглерод моноксид C 6 O 6 („трикинон“), кој може да се смета како производ на полимеризација на CO. Неговата структура одговара на шестчлен циклус формиран од јаглеродни атоми, од кои секоја е поврзана со двојна врска со атоми на кислород.

Интеракција на CO со сулфур според реакцијата:

CO + S = COS + 29 kJ

Брзо оди само на високи температури. Добиениот јаглерод тиоксид (O=C=S) е гас без боја и мирис (mp -139, bp -50 °C). Јаглеродот (II) моноксид е способен директно да се комбинира со одредени метали. Како резултат на тоа, се формираат метални карбонили, кои треба да се земат предвид како комплексни соединенија.

Јаглерод (II) моноксид, исто така, формира сложени соединенија со некои соли. Некои од нив (OsCl 2 ·3CO, PtCl 2 ·CO итн.) се стабилни само во раствор. Формирањето на последната супстанција е поврзано со апсорпција на јаглерод моноксид (II) со раствор на CuCl во силен HCl. Слични соединенија очигледно се формираат во раствор на амонијак на CuCl, кој често се користи за апсорпција на CO при анализата на гасовите.

Потврда.

Јаглерод моноксид се формира кога јаглеродот гори во отсуство на кислород. Најчесто се добива како резултат на интеракцијата на јаглерод диоксид со врел јаглен:

CO 2 + C + 171 kJ = 2 CO.

Оваа реакција е реверзибилна, а нејзината рамнотежа под 400 °C е речиси целосно поместена налево, а над 1000 °C - надесно (сл. 7). Сепак, се воспоставува со забележлива брзина само при високи температури. Затоа, во нормални услови, CO е доста стабилен.

Ориз. 7. Рамнотежа CO 2 + C = 2 CO.

Формирањето на CO од елементите ја следи равенката:

2 C + O 2 = 2 CO + 222 kJ.

Погодно е да се добијат мали количества CO со распаѓање на мравја киселина: HCOOH = H 2 O + CO

Оваа реакција лесно се случува кога HCOOH реагира со топла, силна сулфурна киселина. Во пракса, оваа подготовка се врши или со дејство на конц. сулфурна киселина во течен HCOOH (кога се загрева), или со поминување на пареите од второто преку фосфор хемипентаоксид. Интеракцијата на HCOOH со хлоросулфонска киселина според шемата:

HCOOH + CISO 3 H = H 2 SO 4 + HCI + CO

Веќе работи на нормални температури.

Удобен метод лабораториско добивање CO може да служи како греење со конц. сулфурна киселина, оксална киселина или калиум железо сулфид. Во првиот случај, реакцијата се одвива според следната шема: H 2 C 2 O 4 = CO + CO 2 + H 2 O.

Заедно со CO, се ослободува и јаглерод диоксид, кој може да се задржи со поминување на гасната смеса низ раствор од бариум хидроксид. Во вториот случај, единствениот гасен производ е јаглерод моноксид:

K 4 + 6 H 2 SO 4 + 6 H 2 O = 2 K 2 SO 4 + FeSO 4 + 3 (NH 4) 2 SO 4 + 6 CO.

Големи количини на CO може да се добијат со нецелосно согорување на јаглен во специјални печки - генератори на гас. Конвенционалниот („воздух“) генераторски гас содржи во просек (волумен %): CO-25, N2-70, CO 2-4 и мали нечистотии од други гасови. Кога согорува, произведува 3300-4200 kJ на m3. Замената на обичниот воздух со кислород доведува до значително зголемување на содржината на CO (и зголемување на калориската вредност на гасот).

Уште повеќе CO се содржи во воден гас, кој се состои (во идеален случај) од мешавина од еднакви волумени на CO и H 2 и произведува 11.700 kJ/m 3 при согорување. Овој гас се добива со дување на водена пареа низ слој од врел јаглен, а на околу 1000 °C интеракцијата се одвива според равенката:

H 2 O + C + 130 kJ = CO + H 2.

Реакцијата на формирање на воден гас се јавува со апсорпција на топлина, јагленот постепено се лади и за да се одржи во топла состојба, неопходно е наизменично поминување на водена пареа со премин на воздух (или кислород) во гасот. генератор. Во овој поглед, водениот гас содржи приближно CO-44, H 2 -45, CO 2 -5 и N 2 -6%. Широко се користи за синтеза на разни органски соединенија.

Често се добива мешан гас. Процесот на негово добивање се сведува на истовремено дување воздух и водена пареа низ слој врел јаглен, т.е. комбинација од двата методи опишани погоре - Затоа, составот на измешаниот гас е среден помеѓу генераторот и водата. Во просек содржи: CO-30, H 2 -15, CO 2 -5 и N 2 -50%. Еден кубен метар од него произведува околу 5400 kJ при согорување.

Јаглерод моноксид (II) ), или јаглерод моноксид, CO бил откриен од англискиот хемичар Џозеф Пристли во 1799 година. Тоа е безбоен гас, без вкус и мирис, малку е растворлив во вода (3,5 ml во 100 ml вода на 0 ° C), има ниска температура на топење (-205 °C) и точка на вриење (-192 °C).

Јаглерод моноксид влегува во атмосферата на Земјата при нецелосно согорување на органски материи, за време на вулкански ерупции, а исто така и како резултат на животната активност на некои пониски растенија(алги). Природно ниво CO во воздухот е 0,01-0,9 mg/m3. Јаглерод моноксидот е многу отровен. Во човечкото тело и повисоките животни, активно реагира со

Пламенот на запален јаглерод моноксид е прекрасна сино-виолетова боја. Лесно е да се набљудува за себе. За да го направите ова треба да запалите кибрит. Долниот дел од пламенот е прозрачен - оваа боја му ја даваат врелите јаглеродни честички (производ на нецелосно согорување на дрво). Пламенот е опкружен со сино-виолетова граница на врвот. Ова го согорува јаглерод моноксидот генериран за време на оксидацијата на дрвото.

комплексно соединение на железо - крвен хем (врзан за протеинскиот глобин), нарушувајќи ги функциите на пренос и потрошувачка на кислород од ткивата. Покрај тоа, тој влегува во неповратна интеракција со некои ензими вклучени во енергетскиот метаболизам на клетката. При концентрација на јаглерод моноксид во просторијата од 880 mg/m3, смртта се јавува во рок од неколку часа, а при 10 g/m3 - речиси веднаш. Максималната дозволена содржина на јаглерод моноксид во воздухот е 20 mg/m3. Првите знаци на труење со CO (во концентрација од 6-30 mg/m3) се намалување на чувствителноста на видот и слухот, главоболка и промена на срцевиот ритам. Ако некое лице е отруено со јаглерод моноксид, мора да се изнесе на свеж воздух, да се даде вештачко дишење, а во благи случаи на труење, да се даде силен чајили кафе.

Големи количини на јаглерод моноксид ( II ) влегуваат во атмосферата како резултат на човековата активност. Така, во просек, еден автомобил испушта околу 530 kg CO во воздухот годишно. Кога се согорува 1 литар бензин во мотор со внатрешно согорување, емисиите на јаглерод моноксид се движат од 150 до 800 g. На руските автопати, просечната концентрација на CO е 6-57 mg/m3, односно го надминува прагот на труење. Јаглерод моноксид се акумулира во лошо проветрени дворови пред куќите лоцирани во близина на автопати, во подруми и гаражи. ВО последните годиниорганизирани на автопати специјални предметиза контрола на содржината на јаглерод моноксид и други производи од нецелосно согорување на горивото (контрола на CO-CH).

На собна температура, јаглерод моноксидот е прилично инертен. Не е во интеракција со вода и алкални раствори, односно е оксид што не создава сол, но кога се загрева реагира со цврсти алкалии: CO + KOH = HCOOC (калиум формат, сол на мравја киселина); CO + Ca (OH) 2 = CaCO 3 + H 2. Овие реакции се користат за одвојување на водородот од синтезниот гас (CO + 3H 2), формиран од интеракцијата на метанот со прегреана водена пареа.

Интересно својство на јаглерод моноксид е неговата способност да формира соединенија со преодни метали - карбонили, на пример: Ni +4СО ® 70° C Ni (CO ) 4 .

Јаглерод моноксид (II) ) е одлично средство за намалување. Кога се загрева, се оксидира со воздушен кислород: 2CO + O 2 = 2CO 2. Оваа реакција може да се изврши и на собна температура со помош на катализатор - платина или паладиум. Таквите катализатори се инсталираат на автомобилите за да се намалат емисиите на CO во атмосферата.

Кога CO реагира со хлор, се формира многу отровен гас, фосген (т kip =7,6 °C): CO+ Cl 2 = COCl 2 . Претходно се користеше како средство за хемиска војна, но сега се користи во производството на синтетички полиуретански полимери.

Јаглерод моноксид се користи во топењето на железо и челик за да се намали железото од оксидите; исто така е широко користен во органската синтеза. Кога мешавина од јаглерод оксид ( II ) со водород, во зависност од условите (температура, притисок), се формираат различни производи - алкохоли, карбонилни соединенија, карбоксилни киселини. Особено важна е реакцијата на синтезата на метанол: CO + 2H 2 = CH3OH , кој е еден од главните производи на органската синтеза. Јаглерод моноксид се користи за синтеза на генот phos, мравја киселина, како висококалорично гориво.