Углерод
EL Учебник по ЕГЭ

Наш учебник поможет готовится к контрошам, решать домашки, а также подготовиться
к ЕГЭ на 90+ без дополнительного поиска информации.

Вернуться ко всем темам
62

Углерод

Углерод – один из самых уникальных элементов, на котором построено множество неорганических соединений и все органические соединения. Для углерода как элемента четвёртой группы главной подгруппы характерны степени окисления: -4, -1, 0, +2, +4 – соответствующие примеры приведены в таблице:

Степень окисления-4-10+2+4
Пример веществаМетан CH4, карбид (метанид) алюминия Al4C3Карбид (ацетиленид) кальция CaC2Графит Алмаз ФуллеренУгарный газ COУглекислый газ CO2

Обратим внимание:

  • Углерод C образует сразу 3 аллотропных модификации: графит и алмаз с атомной кристаллической решёткой, а также фуллерен с молекулярной решёткой;
  • В угарном газе очень интересная ситуация: степень окисления углерода равна +2, а валентность равна III, что связано с тем, что между углеродом и кислородом образована дополнительная донорно-акцепторная связь.

Рассмотрим химические свойства углерода в различных степенях окисления.

Степень окисления 0

Углерод обычно выступает восстановителем, вступая в реакции с различными окислителями типа кислот-окислителей, кислорода и фтора, при этом обычно получаются производные углерода в степени окисления +4:

3C + 4HNO3(разб.) = 3CO2 + 4NO + 2H2O

C + 2F2 = CF4

Реклама

C + O2 = CO2

Также углеродом можно восстанавливать оксиды металлов:

ZnO + C = Zn + CO

С металлами и неметаллами, обладающими меньшей электроотрицательностью чем углерод, образуются соответствующие карбиды:

Ca + 2C = CaC2

C + 2H2 = CH4

Si + C = SiC

Степень окисления +2

Характерный представитель данной степени окисления из неорганических веществ суть угарный газ (монооксид углерода) CO – бесцветный токсичный газ без запаха, несолеобразующий оксид. Его можно получить, например, из углекислого газа:

CO2 + C = 2CO

Угарный газ легко окисляется кислородом до углекислого газа:

2CO + O2 = 2CO2

Интересны реакции угарного газа с водородом и щёлочью, дающие соответственно метанол и соль муравьиной кислоты:

CO + 2H2 = CH3OH

CO + NaOH = HCOONa

Степень окисления +4

Характерные представители: соли, образованные карбонат-ионом CO32-, гидрокарбонат-ионом HCO3, и, конечно, углекислый газ (диоксид углерода) CO2. Начнём с последнего, углекислый газ – типичный кислотный оксид, имеющие следующие физические свойства при нормальных условиях: бесцветный газ без запаха. Водный раствор CO2 называется угольной кислотой H2CO3, которая является неустойчивой и относительно легко разлагается на углекислый газ и воду:

H2CO3 = CO2 + H2O

Очень показательна реакция такой щёлочи как гидроксид кальция с углекислым газом:

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O

Первоначально в этой реакции образуется средняя соль – осадок карбоната кальция, которая затем в избытке углекислого газа даёт кислую соль – уже растворимый в воде гидрокарбонат кальция:

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Углекислый газ как кислотный оксид способен разрушать комплексные гидроксиды:

Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 = 2NaHCO3 + Zn(OH)2
(углекислый газ взят в избытке, поэтому образовалась кислая соль)

Для карбонатов (средних или основных солей) и гидрокарбонатов (кислых солей) характерны реакции ионного обмена. Так, карбонаты и гидрокарбонаты разлагаются кислотами с образованием углекислого газа:

KHCO3 + HCl = KCl + CO2 + H2O

(CuOH)2CO3 + 2H2SO4 = 2CuSO4 + CO2 + 3H2O

Особый интерес представляют реакции совместного гидролиза:

2CuCl2 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3 + CO2 + 4NaCl

Al(NO3)3 + 3KHCO3 = Al(OH)3 + 3CO2 + 3KNO3

Некоторые карбонаты и гидрокарбонаты также склонны к реакциям термического разложения:

2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O

CaCO3 = CaO + CO2

Степени окисления -4, -1

Перечислим ключевые особенности карбидов:

  • В карборунде (карбиде кремния) SiC осуществляется ковалентная-полярная связь между кремнием и углеродом, вещество имеет атомную решётку.
  • Карбиды кальция CaC2 и алюминия Al4C3 имеет ионную решётку и подвергаются гидролизу, давая соответственно ацетилен (поэтому карбид кальция ещё называют ацетиленидом кальция) и метан (поэтому карбид алюминия ещё называют метанидом алюминия):

Al4C3 + 12HCl = 4AlCl3 + 3CH4

CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2

Резюме

  • Углерод – чрезвычайно важный элемент, на котором построены все органические вещества и множество неорганических веществ.
  • Углерод образует три аллотропных модификации: графит, алмаз и фуллерен.
  • Характерные степени окисления углерода: -4, -1, 0, +2 и +4.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №6 (первая часть)

Даны две пробирки с раствором хлороводорода. К первой пробирке добавили раствор вещества X, ко второй — раствор вещества Y. В результате в первой пробирке наблюдали выпадение осадка, а во второй пробирке — выделение газа. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанную реакцию.

  1. Са(НСО3)2
  2. AgBr
  3. Ba(NO3)2
  4. Аl(ОН)3
  5. K2SiO3
Ответ

51

Задание 2. Задача №30 (вторая часть)

Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ:

гидрокарбонат натрия, соляная кислота, серная кислота, сульфат бария, сульфид меди(II), метан. Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.

Из предложенного перечня выберите два сильных электролита, которые вступают в реакцию ионного обмена с образованием кислой соли. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.

Ответ

NaHCO3 + H2SO4 = NaHSO4 + CO2 + H2O

Na+ + HCO3 + 2H+ + SO42- = Na+ + H+ + SO42- + CO2 + H2O

H+ + HCO3 = CO2 + H2O

Задание 3. Задача №31 (вторая часть)

Твёрдый карбид алюминия растворили в воде. Полученный газ сожгли, соответствующие продукты сгорания пропустили через раствор гидроксида кальция, наблюдая в начале выпадение осадка, а затем его растворение. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Ответ
  1. Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4
  2. CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
  3. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
  4. CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2

Определения:

  1. Органические вещества – вещества, содержащие как минимум одну связь углерод-углерод, а также связь углерод-водород.
  2. Аллотропные модификации – простые вещества, которые отличаются положением атомов друг относительно друга.
  3. Кислоты-окислители – кислоты, проявляющие окислительные свойства за счёт атома в высокой степени окисления (за исключением H+1), примеры: концентрированная H2SO4 и HNO3 в любой концентрации.
  4. Карбиды – бинарные вещества, содержащие углерод, в которых у углерода отрицательная степень окисления.
  5. Несолеобразующий оксид – оксид, которому, по-сути, не соответствует никакая кислота или основание, такой оксид не вступает в кислотно-основные реакции.
  6. Кислотный оксид – оксид, которому соответствует кислота и который реагирует с основаниями.

Обратная связь

Была ли эта статья тебе полезной?
Всё ли было понятно? Оставляй обратную связь, мы это ценим

Главная / Химия / Переходные элементы

Начните подготовку к ЕГЭ на 90+ с нами

Обязательно заполните все поля, иначе мы не сможем точно подобрать подготовкуу



    Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на условия обработки данных