Главная > Интересно > Угарный газ вид химической связи. Угарный газ: формула и свойства

Угарный газ вид химической связи. Угарный газ: формула и свойства

Оксид углерода(II) – СО

(угарный газ , окись углерода , монооксид углерода )

Физические свойства: бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, горит голубоватым пламенем, легче воздуха, плохо растворим в воде. Концентрация угарного газа в воздухе 12,5-74 % взрывоопасна.

Строение молекулы:

Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО, в которой помимо двойной связи, обра­зованной обобществлением электронов С и О, имеется дополнительная, образованная по донорно-акцепторному механизму за счет неподеленной пары электронов кислорода (изображена стрелкой):

В связи с этим молекула СО очень прочна и способна вступать в реакции окисления-восстановления только при высоких темпера­турах. При обычных условиях СО не взаимодействует с водой, щелочами или кислотами.

Получение:

Основным антропогенным источником угарного газа CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Угарный газ образуется при сгорании топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления угарного газа CO в углекислый газ CO2). В естественных условиях, на поверхности Земли, угарный газ CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров.

1) В промышленности (в газогенераторах):

Видео - опыт "Получение угарного газа"

C + O 2 = CO 2 + 402 кДж

CO 2 + C = 2CO – 175 кДж

В газогенераторах иногда через раскалённый уголь продувают водяной пар:

С + Н 2 О = СО + Н 2 – Q ,

смесь СО + Н 2 – называется синтез – газом .

2) В лаборатории - термическим разложением муравьиной или щавелевой кислоты в присутствии H 2 SO 4 (конц.):

HCOOH t˚C, H2SO4 → H 2 O + CO­

H 2 C 2 O 4 t˚C,H2SO4 → CO­ + CO 2 ­ + H 2 O

Химические свойства:

При обычных условиях CO инертен; при нагревании – восстановитель;

CO - несолеобразующий оксид .

1) с кислородом

2 C +2 O + O 2 t ˚ C →2 C +4 O 2

2) с оксидами металлов CO + Me x O y = CO 2 + Me

C +2 O + CuO t ˚ C →Сu + C +4 O 2

3) с хлором (на свету)

CO + Cl 2 свет → COCl 2 (фосген – ядовитый газ)

4)* реагирует с расплавами щелочей (под давлением)

CO + NaOH P → HCOONa (формиат натрия)

Влияние угарного газа на живые организмы:

Угарный газ опасен, потому что он лишает возможности кровь нести кислород к жизненно важным органам, таким как сердце и мозг. Угарный газ объединяется с гемоглобином, который переносит кислород к клеткам организма, в следствии чего тот становится непригодным для транспортировки кислорода. В зависимости от вдыхаемого количества, угарный газ ухудшает координацию, обостряет сердечно-сосудистые заболевания и вызывает усталость, головную боль, слабость, Влияние угарного газа на здоровье человека зависит от его концентрации и времени воздействия на организм. Концентрация угарного газа в воздухе более 0,1% приводит к смерти в течение одного часа, а концентрация более 1,2% в течении трех минут.

Применение оксида углерода :

Главным образом угарный газ применяют, как горючий газ в смеси с азотом, так называемый генераторный или воздушный газ, или же в смеси с водородом водяной газ. В металлургии для восстановления металлов из их руд. Для получения металлов высокой чистоты при разложении карбонилов.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ

№1. Закончите уравнения реакций, составьте электронный баланс для каждой из реакций, укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель:

CO 2 + C =

C + H 2 O =

С O + O 2 =

CO + Al 2 O 3 =

№2. Вычислите количество энергии, которое необходимо для получения 448 л угарного газа согласно термохимическому уравнению

CO 2 + C = 2CO – 175 кДж

Углекислый и угарный газы:

Углекислый газ (оксид углерода(IV) - CO 2) образуются при горении угля, дыхании, гниении и т.д.

Бесцветный;

Тяжелее воздуха;

Имеет кисловатый запах и вкус;

Является кислотным оксидом;

Не поддерживает горение и не горит сам, поэтому используется в огнетушителях;

Лучше растворяется в воде, чем кислород. При повышенном давлении растворимость увеличивается, что и используют при изготовлении газированных напитков. Однако, когда крышка с напитком открывается, давление становится равным атмосферному, растворимость газа снижается и жидкость словно закипает, выделяя лишний углекислый газ с характерным звуком;

При низкой температуре и сильном давлении превращается в «сухой лед», который схож с обычным снегом и льдом. Обычно используется для перевозки мороженого;

В лаборатории, для получения углекислого газа, используют , смешивая мрамор (CaCO 3) с соляной кислотой;

В промышленности получают при температуре в 1000 °C, разлагая известняк;

Используется для производства соды, газировки, огнетушителей и т.д.;

Углекислый газ накапливается в низинах, а также в закрытых помещениях, поэтому так важно проветривать закрытые помещения с большим количеством людей. Ведь даже 4% углекислого газа в воздухе хватает, чтобы возникла головная боль, участился пульс и повысилось кровяное давление;

Угарный газ (оксид углерода(II) - CO) еще опаснее, так как вызывает отравление даже со смертельным исходом. Признаки отравления: головная боль, тошнота, головокружение, возможна потеря сознания. Первая помощь: вынести человека на свежий воздух, сделать искусственное дыхание;


Образуется при горении наряду с углекислым газом (при неполном сгорании угля из-за недостатка кислорода) или при взаимодействии угля и углекислого газа. При зажигании спички, синяя кайма пламени в нижней части это пламя угарного газа;

Бесцветный, без вкуса и запаха, почти нерастворим в воде;

В противогазах есть специальный катализатор, который окисляет угарный газ до углекислого;

Угарный газ восстанавливает металлы из оксидов, как и уголь.

Редактировать этот урок и/или добавить задание и получать деньги постоянно* Добавить свой урок и/или задания и получать деньги постоянно

Монооксид углерода (CO) - это токсический продукт сгорания без цвета и запаха, широко известен как угарный газ. Тяжелее или легче воздуха это вещество, зависит от внешних условий. Чаще всего оно образуется в процессе горения углерода в среде, бедной кислородом. Если происходит пожар в закрытом невентилируемом помещении, люди гибнут от отравления.

Угарный газ не имеет цвета и запаха, поэтому его невозможно почувствовать

Свойства монооксида углерода

Угарный газ известен людям с давних времён из-за своих токсичных свойств. Тотальное использование печного отопления нередко приводило к отравлению и летальному исходу. Опасность угореть была у тех, кто прикрывал на ночь заслонку дымохода при ещё не догоревших углях в топке.

Коварство оксида углерода в том, что он не имеет цвета и запаха. Плотность угарного газа относительно воздуха немного меньше, благодаря чему он поднимается. Во время горения топлива происходит окисление углерода © кислородом (O), и выделяется углекислый газ (CO2). Для человека он безвреден и даже применяется в пищевой промышленности, при производстве газировки и сухого льда.

Данное видео расскажет вам, как выжить самому и оказать первую помощь пострадавшему в результате отравления угарным газом:

В случае, когда реакция происходит при недостаточном количестве кислорода, к каждой молекуле углерода присоединяется только одна молекула кислорода. На выходе получается CO - токсичный и горючий угарный газ.

Токсичность и симптомы отравления

Нередко превышение данного показателя можно встретить в крупных городах, что разумеется, вполне возможно может, является причиной плохого самочувствия людей

Токсичность оксида углерода обусловлена его свойством образовывать стойкое соединение с гемоглобином человеческой крови. В результате происходит кислородное голодание организма на клеточном уровне. Без своевременно оказанной медицинской помощи возможны необратимые изменения в тканях и смерть.

В первую очередь страдает центральная нервная система. Повреждение нервных тканей в результате гипоксии приводит к развитию неврологических расстройств, которые могут проявиться через некоторое время после отравления.


Отравление угарным газом - острое патологическое состояние, развивающееся в результате попадания угарного газа в организм человека

Получить интоксикацию угарным газом можно в таких ситуациях:

  1. При пожаре в закрытом помещении.
  2. Химическое производство, на котором широко применяется оксид углерода.
  3. При использовании газовых приборов открытого типа и недостаточной вентиляции.
  4. Длительное нахождение на автотрассе с оживлённым движением.
  5. В гараже при включённом двигателе.
  6. При неправильном использовании печи, если заслонки закрываются раньше, чем прогорели все угли.
  7. Курение кальяна может вызвать симптомы отравления.

Удельный вес воздуха и угарного газа почти одинаков, но последний немного легче, благодаря чему вначале скапливается у потолка. Этим его свойством пользуются при установке датчиков, сигнализирующих об опасности. Они находятся в самой верхней точке помещения.

Очень важно своевременно распознать отравление и принять меры по спасению себя и окружающих. Есть ряд симптомов, присущих интоксикации монооксидом углерода:

  • боль и тяжесть в голове;
  • учащённое сердцебиение;
  • увеличение давления;
  • в висках слышится стук;
  • своеобразный сухой кашель;
  • подкатывает тошнота;
  • начинается рвота;
  • болевые ощущения в области груди;
  • кожа и слизистые оболочки заметно краснеют;
  • возможны галлюцинации.

В качестве профилактических мер во избежание отравления угарным газом следует: регулярно проверять, чистить и своевременно осуществлять ремонт вентиляционных шахт, дымоходов и отопительных приборов

Обнаружение у себя или других подобных симптомов свидетельствует о начальной стадии отравления.

Средня тяжесть характеризуется сонливостью и сильным шумом в ушах, а также двигательным параличом, при этом пострадавший ещё не теряет сознания.

Симптомы тяжёлой интоксикации:

  • пострадавший теряет сознание и впадает в коматозное состояние;
  • недержание мочи и кала;
  • мышечные судороги;
  • постоянное нарушение дыхания;
  • синий цвет кожи и слизистых;
  • расширение зрачков и отсутствие реакции на свет.

Человек никак не может себе помочь и смерть застаёт его на месте происшествия.

Первая помощь и лечение

Вне зависимости от степени тяжести, поражение угарным газом требует немедленной медицинской помощи. Если есть возможность самостоятельно ходить, нужно немедленно покинуть зону поражения. На пострадавших, неспособных к передвижению, надевают противогазы и срочно эвакуируют из зоны поражения.


При отравлении угарным газом необходимо сразу же вызвать бригаду скорой помощи

Первая помощь состоит из таких действий:

  1. Необходимо освободить человека от стесняющей одежды.
  2. Согреть и дать подышать чистым кислородом.
  3. Облучить ультрафиолетовым излучением с помощью кварцевой лампы.
  4. Если необходимо, проводится искусственное дыхание и массаж сердца.
  5. Дать понюхать нашатырный спирт.
  6. Как можно быстрее доставить в ближайшую больницу.

В стационаре будет проведена терапия, направленная на вывод токсина из организма. Затем проводится полноценное обследование, чтобы выявить возможные осложнения. После этого проводится ряд восстановительных мероприятий.

Чтобы избежать неприятностей и трагедий, связанных с интоксикацией, рекомендуется соблюдать нехитрые профилактические меры:


Пострадавших вследствие отравления угарным газом необходимо вывести на свежий воздух или тщательно проветрить помещение
  1. Следить за чистотой внутреннего просвета дымоходов.
  2. Всегда проверять состояние воздушных заслонок в печах и каминах.
  3. Хорошо вентилировать помещения с отрытыми газовыми горелками.
  4. Соблюдать правила безопасности при работе с автомобилем в гараже.
  5. При контакте с оксидом углерода принимать антидот.

Воздух тяжелее угарного газа по молярной массе на единицу. Их удельный вес и плотность мало отличаются. Монооксид углерода является губительным для человеческого организма. Статистика отравлений показывает, что пик несчастных случаев приходится на зимний период.

−110,52 кДж/моль Давление пара 35 ± 1 атм Химические свойства Растворимость в воде 0,0026 г/100 мл Классификация Рег. номер CAS 630-08-0 PubChem Рег. номер EINECS 211-128-3 SMILES InChI Рег. номер EC 006-001-00-2 RTECS FG3500000 ChEBI Номер ООН 1016 ChemSpider Безопасность Токсичность NFPA 704 Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа) , если не указано иного.

Моноокси́д углеро́да (уга́рный газ , о́кись углеро́да , оксид углерода(II) ) - бесцветный чрезвычайно токсичный газ без вкуса и запаха, легче воздуха (при нормальных условиях). Химическая формула - CO.

Строение молекулы

Благодаря наличию тройной связи молекула CO весьма прочна (энергия диссоциации 1069 кДж/моль , или 256 ккал/моль , что больше, чем у любых других двухатомных молекул) и имеет малое межъядерное расстояние (d C≡O =0,1128 нм или 1,13 Å ).

Молекула слабо поляризована, её электрический дипольный момент μ = 0,04⋅10 −29 Кл·м . Многочисленные исследования показали, что отрицательный заряд в молекуле CO сосредоточен на атоме углерода C − ←O + (направление дипольного момента в молекуле противоположно предполагавшемуся ранее). Энергия ионизации 14,0 эВ , силовая константа связи k = 18,6 .

Свойства

Оксид углерода(II) представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха. Горюч. Так называемый «запах угарного газа» на самом деле представляет собой запах органических примесей.

Свойства оксида углерода(II)
Стандартная энергия Гиббса образования ΔG −137,14 кДж/моль (г.) (при 298 К)
Стандартная энтропия образования S 197,54 Дж/моль·K (г.) (при 298 К)
Стандартная мольная теплоёмкость C p 29,11 Дж/моль·K (г.) (при 298 К)
Энтальпия плавления ΔH пл 0,838 кДж/моль
Энтальпия кипения ΔH кип 6,04 кДж/моль
Критическая температура t крит −140,23 °C
Критическое давление P крит 3,499 МПа
Критическая плотность ρ крит 0,301 г/см³

Основными типами химических реакций, в которых участвует оксид углерода(II), являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции , в которых он проявляет восстановительные свойства.

При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах. Так, в растворах он восстанавливает соли , , и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO → Cu + CO 2 . Это широко используется в пирометаллургии . На реакции CO в растворе с хлоридом палладия основан способ качественного обнаружения CO, см. ниже.

Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO 4 быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра , K 2 Cr 2 O 7 - в присутствии солей , KClO 3 - в присутствии OsO 4 . В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород.

Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, - выше - водород. Поэтому равновесие реакции

H 2 O + C O ⇄ C O 2 + H 2 {\displaystyle {\mathsf {H_{2}O+CO\rightleftarrows CO_{2}+H_{2}}}}

до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево.

Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.

Оксид углерода(II) горит пламенем синего цвета (температура начала реакции 700 °C ) на воздухе:

2 C O + O 2 → 2 C O 2 {\displaystyle {\mathsf {2CO+O_{2}\rightarrow 2CO_{2}}}} (ΔG ° 298 = −257 кДж, ΔS ° 298 = −86 Дж/K).

Температура горения CO может достигать 2100 °C . Реакция горения является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак , сероводород и др.)

Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (см., например генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления. В смеси с воздухом взрывоопасен; нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени: от 12,5 до 74 % (по объёму) .

галогенами . Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором :

C O + C l 2 → h ν C O C l 2 . {\displaystyle {\mathsf {CO+Cl_{2}{\xrightarrow {h\nu }}COCl_{2}}}.}

Реакцией CO с F 2 , кроме карбонилфторида COF 2 , можно получить перекисное соединение (FCO) 2 O 2 . Его характеристики: температура плавления −42 °C , кипения +16 °C , обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO 2 , O 2 и COF 2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:

(F C O) 2 O 2 + 2 K I → 2 K F + I 2 + 2 C O 2 . {\displaystyle {\mathsf {(FCO)_{2}O_{2}+2KI\rightarrow 2KF+I_{2}+2CO_{2}.}}}

Оксид углерода(II) реагирует с халькогенами . С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:

C O + S → C O S {\displaystyle {\mathsf {CO+S\rightarrow COS}}} (ΔG ° 298 = −229 кДж, ΔS ° 298 = −134 Дж/K).

Получены также аналогичные селеноксид углерода COSe и теллуроксид углерода COTe.

Восстанавливает SO 2:

2 C O + S O 2 → 2 C O 2 + S . {\displaystyle {\mathsf {2CO+SO_{2}\rightarrow 2CO_{2}+S.}}}

C переходными металлами образует горючие и ядовитые соединения - карбонилы , такие как , , , , и др. Некоторые из них летучие.

n C O + M e → [ M e (C O) n ] {\displaystyle {\mathsf {nCO+Me\rightarrow }}}

Оксид углерода(II) незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот . Однако реагирует с расплавами щелочей с образованием соответствующих формиатов :

C O + K O H → H C O O K . {\displaystyle {\mathsf {CO+KOH\rightarrow HCOOK.}}}

Интересна реакция оксида углерода(II) с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия :

2 K + 2 C O → K 2 C 2 O 2 . {\displaystyle {\mathsf {2K+2CO\rightarrow K_{2}C_{2}O_{2}.}}} x C O + y H 2 → {\displaystyle {\mathsf {xCO+yH_{2}\rightarrow }}} спирты + линейные алканы.

Этот процесс является источником производства таких важнейших промышленных продуктов как метанол , синтетическое дизельное топливо, многоатомные спирты, масла и смазки.

Физиологическое действие

Токсичность

Угарный газ очень токсичен.

Токсическое действие оксида углерода(II) обусловлено образованием карбоксигемоглобина - значительно более прочного карбонильного комплекса с гемоглобином , по сравнению с комплексом гемоглобина с кислородом (оксигемоглобином) . Таким образом, блокируются процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания . Концентрация в воздухе более 0,1 % приводит к смерти в течение одного часа .

  • Пострадавшего следует вынести на свежий воздух. При отравлении лёгкой степени достаточно гипервентиляции лёгких кислородом.
  • Искусственная вентиляция лёгких.
  • Лобелин или кофеин под кожу.
  • Карбоксилаза внутривенно.

Мировой медицине неизвестны надежные антидоты для применения в случае отравления угарным газом .

Защита от оксида углерода(II)

Эндогенный монооксид углерода

Эндогенный монооксид углерода вырабатывается в норме клетками организма человека и животных и выполняет функцию сигнальной молекулы. Он играет известную физиологическую роль в организме, в частности, является нейротрансмиттером и вызывает вазодилатацию . Ввиду роли эндогенного угарного газа в организме, нарушения его метаболизма связывают с различными заболеваниями, такими, как нейродегенеративные заболевания, атеросклероз кровеносных сосудов , гипертоническая болезнь , сердечная недостаточность , различные воспалительные процессы .

Эндогенный угарный газ образуется в организме благодаря окисляющему действию фермента гемоксигеназы на гем , являющийся продуктом разрушения гемоглобина и миоглобина , а также других гемосодержащих белков. Этот процесс вызывает образование в крови человека небольшого количества карбоксигемоглобина, даже если человек не курит и дышит не атмосферным воздухом (всегда содержащим небольшие количества экзогенного угарного газа), а чистым кислородом или смесью азота с кислородом.

Вслед за появившимися в 1993 году первыми данными о том, что эндогенный угарный газ является нормальным нейротрансмиттером в организме человека , а также одним из трёх эндогенных газов, которые в норме модулируют течение воспалительных реакций в организме (два других - оксид азота (II) и сероводород), эндогенный угарный газ привлёк значительное внимание клиницистов и исследователей как важный биологический регулятор. Было показано, что во многих тканях все три вышеупомянутых газа являются противовоспалительными веществами, вазодилататорами , а также вызывают ангиогенез . Однако не всё так просто и однозначно. Ангиогенез - не всегда полезный эффект, поскольку он, в частности, играет роль в росте злокачественных опухолей, а также является одной из причин повреждения сетчатки при макулярной дегенерации. В частности, важно отметить, что курение (основной источник угарного газа в крови, дающий в несколько раз большую концентрацию его, чем естественная продукция) повышает риск макулярной дегенерации сетчатки в 4-6 раз.

Существует теория о том, что в некоторых синапсах нервных клеток, где происходит долговременное запоминание информации, принимающая клетка в ответ на принятый сигнал вырабатывает эндогенный угарный газ, который передаёт сигнал обратно передающей клетке, чем сообщает ей о своей готовности и в дальнейшем принимать сигналы от неё и повышая активность клетки-передатчика сигнала. Некоторые из этих нервных клеток содержат гуанилатциклазу, фермент, который активируется при воздействии эндогенного угарного газа.

Исследования, посвящённые роли эндогенного угарного газа как противовоспалительного вещества и цитопротектора, проводились во множестве лабораторий по всему миру. Эти свойства эндогенного угарного газа делают воздействие на его метаболизм интересной терапевтической мишенью для лечения таких разных патологических состояний, как повреждение тканей, вызванное ишемией и последующей реперфузией (а это, например, инфаркт миокарда , ишемический инсульт), отторжение трансплантата, атеросклероз сосудов, тяжёлый сепсис , тяжёлая малярия , аутоиммунные заболевания. Проводились в том числе и клинические испытания на человеке, однако результаты их пока ещё не опубликованы .

Суммируя, то, что известно на 2015 год о роли эндогенного угарного газа в организме, можно изложить следующим образом :

  • Эндогенный угарный газ - одна из важных эндогенных сигнальных молекул;
  • Эндогенный угарный газ модулирует функции ЦНС и сердечно-сосудистой системы ;
  • Эндогенный угарный газ ингибирует агрегацию тромбоцитов и их адгезию к стенкам сосудов;
  • Влияние на обмен эндогенного угарного газа в будущем может быть одной из важных терапевтических стратегий при ряде заболеваний.

История открытия

Токсичность дыма, выделяющегося при горении угля, была описана ещё Аристотелем и Галеном .

Оксид углерода(II) был впервые получен французским химиком Жаком де Лассоном в при нагревании оксида цинка с углём, но первоначально его ошибочно приняли за водород, так как он сгорал синим пламенем.

То, что в состав этого газа входит углерод и кислород, выяснил в английский химик Вильям Крюйкшенк . Токсичность газа была исследована в 1846 году французским медиком Клодом Бернаром в опытах на собаках .

Оксид углерода(II) вне атмосферы Земли впервые был обнаружен бельгийским учёным М. Мижотом (M. Migeotte) в 1949 году по наличию основной колебательно-вращательной полосы в ИК-спектре Солнца. Оксид углерода(II) в межзвёздной среде был обнаружен в 1970 г.

Получение

Промышленный способ

  • Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода :
2 C + O 2 → 2 C O {\displaystyle {\mathsf {2C+O_{2}\rightarrow 2CO}}} (тепловой эффект этой реакции 220 кДж ),
  • или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:
C O 2 + C ⇄ 2 C O {\displaystyle {\mathsf {CO_{2}+C\rightleftarrows 2CO}}} (ΔH = 172 кДж , ΔS = 176 Дж/К )

Эта реакция происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом оксид углерода(II) вследствие своей ядовитости вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий - «угарный газ» .

Реакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево - энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому оксид углерода(II) при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара .

  • Смеси оксида углерода(II) с другими веществами получают при пропускании воздуха, водяного пара и т. п. сквозь слой раскалённого кокса, каменного или бурого угля и т. п. (см. генераторный газ , водяной газ , смешанный газ , синтез-газ).

Лабораторный способ

  • Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты либо пропускание газообразной муравьиной кислоты над оксидом фосфора P 2 O 5 . Схема реакции:
H C O O H → H 2 S O 4 o t H 2 O + C O . {\displaystyle {\mathsf {HCOOH{\xrightarrow[{H_{2}SO_{4}}]{^{o}t}}H_{2}O+CO.}}} Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой . Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме: H C O O H + C l S O 3 H → H 2 S O 4 + H C l + C O . {\displaystyle {\mathsf {HCOOH+ClSO_{3}H\rightarrow H_{2}SO_{4}+HCl+CO\uparrow .}}}
  • Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот . Реакция идёт по уравнению:
H 2 C 2 O 4 → H 2 S O 4 o t C O + C O 2 + H 2 O . {\displaystyle {\mathsf {H_{2}C_{2}O_{4}{\xrightarrow[{H_{2}SO_{4}}]{^{o}t}}CO\uparrow +CO_{2}\uparrow +H_{2}O.}}}
  • Нагревание смеси гексацианоферрата(II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:
K 4 [ F e (C N) 6 ] + 6 H 2 S O 4 + 6 H 2 O → o t 2 K 2 S O 4 + F e S O 4 + 3 (N H 4) 2 S O 4 + 6 C O . {\displaystyle {\mathsf {K_{4}+6H_{2}SO_{4}+6H_{2}O{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}2K_{2}SO_{4}+FeSO_{4}+3(NH_{4})_{2}SO_{4}+6CO\uparrow .}}}
  • Восстановлением из карбоната цинка магнием при нагревании:
M g + Z n C O 3 → o t M g O + Z n O + C O . {\displaystyle {\mathsf {Mg+ZnCO_{3}{\xrightarrow[{}]{^{o}t}}MgO+ZnO+CO\uparrow .}}}

Определение оксида углерода(II)

Качественно можно определить наличие CO по потемнению растворов хлорида палладия (или пропитанной этим раствором бумаги). Потеменение связано с выделением мелкодисперсного металлического палладия по схеме:

P d C l 2 + C O + H 2 O → P d ↓ + C O 2 + 2 H C l . {\displaystyle {\mathsf {PdCl_{2}+CO+H_{2}O\rightarrow Pd\downarrow +CO_{2}+2HCl.}}}

Эта реакция очень чувствительная. Стандартный раствор: 1 грамм хлорида палладия на литр воды.

Количественное определение оксида углерода(II) основано на иодометрической реакции:

5 C O + I 2 O 5 → 5 C O 2 + I 2 . {\displaystyle {\mathsf {5CO+I_{2}O_{5}\rightarrow 5CO_{2}+I_{2}.}}}

Применение

  • Оксид углерода(II) является промежуточным реагентом, используемым в реакциях с водородом в важнейших промышленных процессах для получения органических спиртов и неразветвлённых углеводородов.
  • Оксид углерода(II) применяется для обработки мяса животных и рыбы, придаёт им ярко-красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса (технологии Clear smoke и Tasteless smoke ). Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.
  • Оксид углерода(II) является основным компонентом генераторного газа , использовавшегося в качестве топлива в газогенераторных автомобилях .
  • Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.

Оксид углерода(II) в атмосфере Земли

Различают природные и антропогенные источники поступления в атмосферу Земли . В естественных условиях, на поверхности Земли, CO образуется при неполном анаэробном разложении органических соединений и при сгорании биомассы, в основном в ходе лесных и степных пожаров. Оксид углерода(II) образуется в почве как биологическим путём (выделение живыми организмами), так и небиологическим. Экспериментально доказано выделение оксида углерода(II) за счёт обычных в почвах фенольных соединений, содержащих группы OCH 3 или OH в орто- или пара-положениях по отношению к первой гидроксильной группе.

Общий баланс продуцирования небиологического CO и его окисления микроорганизмами зависит от конкретных экологических условий, в первую очередь от влажности и значения . Например, из аридных почв оксид углерода(II) выделяется непосредственно в атмосферу, создавая таким образом локальные максимумы концентрации этого газа.

В атмосфере СО является продуктом цепочек реакций с участием метана и других углеводородов (в первую очередь, изопрена).

Основным антропогенным источником CO в настоящее время служат выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания . Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (подается недостаточное количество кислорода для окисления CO в CO 2). В прошлом значительную долю антропогенного поступления CO в атмосферу обеспечивал

Углерод образует два чрезвычайно устойчивых оксида (СО и СO 2), три значительно менее устойчивых оксида (С 3 O 2 , С 5 O 2 и С 12 O 9), ряд неустойчивых или плохо изученных оксидов (С 2 O, С 2 O 3 и др.) и нестехиометрический оксид графита. Среди перечисленных оксидов особую роль играют СО и СO 2 .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Монооксид углерода при обычных условиях горючий газ без цвета и запаха.

Он довольно токсичен из-за его способности образовывать комплекс с гемоглобином, который примерно в 300 раз устойчивее, чем комплекс кислород-гемоглобин.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Диоксид углерода при обычных условиях - бесцветный газ, примерно в 1,5 раза тяжелее воздуха, благодаря чему его можно переливать, как жидкость, из одного сосуда в другой.

Масса 1 л CO 2 при нормальных условиях составляет 1,98 г. Растворимость диоксида углерода в воде невелика: 1 объем воды при 20 o С растворяет 0,88 объема CO 2 , а при 0 o С - 1,7 объема.

Прямое окисление углерода при недостатке кислорода или воздуха приводит к образованию СО, при достаточном их количестве образуется СO 2 . Некоторые свойства этих оксидов представлены в табл. 1.

Таблица 1. Физические свойства оксидов углерода.

Получение оксида углерода

Чистый СО может быть получен в лаборатории дегидратированием муравьиной кислоты (НСООН)концентрированной серной кислотой при ~140 °С:

HCOOH = CO + H 2 O.

В небольших количествах диоксид углерода можно легко получить действием кислот на карбонаты:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 .

В промышленном масштабе CO 2 получают главным образом как побочный продукт в процессе синтеза аммиака:

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2 ;

CO + H 2 O = CO 2 + H 2 .

Большие количества углекислого газа получают при обжиге известняка:

CaCO 3 = CaO + CO 2 .

Химические свойства оксида углерода

Монооксид углерода химически активен при высоких температурах. Он проявляет себя как сильный восстановитель. Реагирует с кислородом, хлором, серой, аммиаком, щелочами, металлами.

CO + NaOH = Na(HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);

CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 — 200 o C, kat. Ni);

CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 — 300 o C, kat. CuO/Cr 2 O 3);

2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 /CuO);

CO + Cl 2 = CCl 2 O(t = 125 — 150 o C, kat. C);

4CO + Ni = (t = 50 — 100 o C);

5CO + Fe = (t = 100 — 200 o C, p).

Диоксид углерода проявляет кислотные свойства: реагирует со щелочами, гидратом аммиака. Восстанавливается активными металлами, водородом, углеродом.

CO 2 + NaOH dilute = NaHCO 3 ;

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

CO 2 + Ba(OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba(HCO 3) 2 ;

CO 2 + NH 3 ×H 2 O = NH 4 HCO 3 ;

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, kat. Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t > 1000 o C);

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2 .

Применение оксида углерода

Монооксид углерода широко используется как топливо в виде генераторного газа или водяного газа и образуется также привыделении многих металлов из их оксидов восстановлением углем. Генераторный газ получают, пропуская воздух черезраскаленный уголь. В его состав входит около 25% СО, 4% СO2 и 70% N 2 со следами Н 2 и СН 4 62.

Применение диоксида углерода чаще всего обусловлено его физическими свойствами. Его используют как охлаждающий агент, для газирования напитков, при получении облегченных(вспененных) пластмасс, а также как газ для создания инертной атмосферы.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание Определите во сколько раз тяжелее воздуха оксид углерода (IV)CO 2 .
Решение Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.

Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов.

D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air);

D air (CO 2) = 44 / 29 = 1,517.

M r (CO 2) = A r (C) + 2×A r (O) = 12 + 2× 16 = 12 + 32= 44.
Ответ Оксид углерода (IV)CO 2 тяжелее воздуха в 1,517 раз.

Рекомендуем также