Углерод и его соединения

1.

УГЛЕРОД И ЕГО
СОЕДИНЕНИЯ

2.

Углерод находится во 2-ом периоде, IV группе,
главной подгруппе.

3.

4.

Степени окисления:
Низшая С (-4), летучее водородное
соединение СН4, не проявляет кислотноосновных свойств
Высшая С (+4), в высшем оксиде СО2,
кислоте H2CO3 и ее производных
Промежуточные, С (-3) – С2Н6, С (+2) – СО

5.

Нахождение в природе
1) В составе простых веществ – графита и алмаза
2) В составе сложных веществ:
а) Неорганических – СО2 и соли угольной кислоты:
CaCO3 (мел, известняк, мрамор), CaCO3*MgCO3 (доломит),
MgCO3 (магнезит), (CuOH)2CO3 (малахит)
б) Органических – нефть, газ, уголь, биологические
объекты

6.

Физические свойства
Для углерода известно несколько
аллотропных модификаций – графит,
алмаз,
карбин,
фуллерены,
поликумулен.

7.

Алмаз – бесцветное прозрачное
кристаллическое вещество, не проводит
теплоту и электричество, самое твердое
вещество на Земле, имеет атомное строение.

8.

Графит – серовато-темное, жирное на ощупь
вещество, хорошо проводит электричество,
мягкий, имеет слоистое строение

9.

Карбин – мелкокристаллический порошок
черного цвета, полупроводник.

10.

Фуллерены С60 – С70 - молекулярные
соединения, представляют собой выпуклые
многогранники.

11.

Химические свойства
При обычных условиях углерод весьма
инертен, но при нагревании реагирует со
многими веществами.
Окислитель
Углерод
Восстановитель

12.

А) Свойства окислителя:
1) Углерод взаимодействует с Ме с
образование карбидов:
Ca + 2C → CaC2
4Al + 3C → Al4C3
3Fe + C → Fe3C

13.

Карбиды металлов взаимодействуют с водой и
кислотами:
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑ (ацетилен)
CaC2 + 2HCl → CaCl2 + C2H2↑
Al4C3 + 12HCl → 4AlCl3 + 3CH4 ↑ (метан)
Al4C3 + 12H2O → 4Al(OH)3↓ + 3CH4 ↑

14.

2) Взаимодействует с менее активными НеМе:
C + 2H2 → CH4 (t, кат.)
C + Si → SiC (карборунд)

15.

Б) Свойства восстановителя
1) Углерод сильный восстановитель, способен
восстанавливать некоторые металлы и
неметаллы из их оксидов:
CuO + C → Cu + CO ↑
Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO↑
SiO2 + 2C → Si + 2CO ↑
P4O10 + 10C → P4 + 10CO ↑

16.

2) Реагирует с более активными неметаллами:
C + O2 → CO2
2C + O2 → 2CO
C + 2S → CS2
C + 2F2 → CF4
(из галогенов реагирует только с фтором)

17.

3) Взаимодействует со сложными веществами:
C + CO2 → 2CO
C + H2O → CO + H2
Горит в конц. кислотах:
C + 4HNO3 → CO2 ↑ + 4NO2 ↑ + 2H2O
C + 2H2SO4 → CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O
Окисляется нитратом калия
C + 2KNO3 → CO2 + 2KNO2

18.

Применение
Алмазы применяются для обработки твердых
материалов и в ювелирной промышленности.
Графит используется для производства
карандашей и электродов.
Уголь используется для получения металлов и
в качестве топлива; активированный уголь
является адсорбентом.

19.

Оксид углерода (II)
Угарный газ, или оксид углерода (II) СО –
чрезвычайно ядовитый газ без цвета,
запаха, мало растворим в воде.
Вещество имеет молекулярное строение

20.

Получение
1) Окисление углерода недостатком кислорода:
2C + O2 → 2CO
2) Окисление угля углекислым газом или водой:
C + CO2 → 2CO (t)
C + H2O → CO + H2 (t)

21.

Химические свойства
Оксид углерода (II) – несолеобразующий
оксид, при обычных условиях не
взаимодействует ни с кислотами, ни с
основаниями!

22.

1) Проявляет свойства сильного
восстановителя:
- восстанавливает Ме из оксидов
Fe2O3 + CO → 2Fe + 3CO2
CuO + CO → Cu + CO2
- горит с выделением большого количества
теплоты
2CO + O2 → 2CO2

23.

- взаимодействует с хлором с образованием
фосгена:
CO + Cl2 → COCl2
- взаимодействует с пероксидом натрия:
CO + Na2O2 → Na2CO3

24.

2) Получение органических веществ:
- синтез метанола
CO + 2H2 → CH3OH (t; p; кат)
- получение углеводородов
CO + 3H2 → H2O + CH4 (t; p; кат)

25.

Применение
Угарный газ применяется в качестве топлива,
при получении метанола, металлов, в
органическом синтезе

26.

Оксид углерода (IV)
Углекислый газ, или оксид углерода (IV) СО2 –
газ без цвета, запаха, мало растворим в воде.
Вещество имеет молекулярное строение.

27.

Получение
1) Горение углерода или органических веществ
C + O2 → CO2
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
2) Разложение карбонатов при нагревании
CaCO3 → CaO + CO2↑
3) Действие на карбонаты сильными кислотами
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2↑

28.

Химические свойства
Углекислый газ может вступать в химические
реакции без изменения степени окисления
углерода, проявляя свойства кислотных оксидов
и проявлять окислительные свойства

29.

1) Общие свойства кислотных оксидов:
- Растворяется в воде с образованием
неустойчивой угольной кислоты H2CO3
CO2 + H2O → H2CO3
- Взаимодействует с основными оксидами:
CO2 + CaO → CaCO3

30.

- Взаимодействует со щелочами с
образованием солей
CO2 + 2NaOH (изб) → Na2CO3 + H2O
- Взаимодействует с карбонатами:
CO2 + H2O + Na2CO3 → 2NaHCO3
CO2 + H2O + CaCO3 → Ca(HCO3)2

31.

2) Проявляет окислительные свойства:
- Образование угарного газа
CO2 + C → 2CO
- Горение активных Ме в углекислом газе:
CO2 + 2Mg → 2MgO + C
3CO2 + 4Al → 2Al2O3 + 3C

32.

- Синтез органических веществ в присутствии
катализаторов:
CO2 + 4H2 → 2H2O + CH4
- Участвует в процессе фотосинтеза:
6CO2 + 6H2O → 6O2 + C6H12O6

33.

Качественная реакция на углекислый газ –
помутнение известковой воды при
пропускании газа.
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

34.

Применение
Применяется при производстве напитков,
соды, сахара, в огнетушителях, для хранения
скоропортящихся продуктов (сухой лед), для
получения угарного газа, участвует в
процессе фотосинтеза.

35.

Угольная кислота
Угольна
кислота
H2CO3
–
слабая
двухосновная кислота,
существует только в
растворах

36.

Химические свойства
Проявляет многие общие свойства кислот:
- Диссоциация (2 стадии) и окрашивание
индикаторов

37.

- Взаимодействует с Ме, находящимся левее
водорода
H2CO3 + Zn → H2↑ + ZnCO3↓
- Взаимодействует с основными оксидами
H2CO3 + CaO → H2O + CaCO3↓

38.

- Взаимодействует с основаниями
H2CO3(изб) + KOH → KHCO3 + H2O
H2CO3 + KOH(изб) → K2CO3 + 2H2O
H2CO3 + NH4OH → NH4HCO3 + H2O
- Взаимодействует с солями более слабых
кислот
H2CO3 + Na2SiO3 → H2SiO3↓ + Na2CO3

39.

Соли угольной кислоты
Na2CO3 – карбонат натрия (кальцинированная
сода) и Na2CO3 * 10H2O – декагидрат карбонат
натрия (кристаллическая сода) применяются в
производстве бумаги, стекла, мыла.
NaHCO3 – гидрокарбонат натрия (питьевая
сода, двууглекислая сода) применяется в
медицине, в пищевой промышленности.

40.

K2CO3 – карбонат калия (поташ) применяется
для производства мыла и стекла.
CaCO3 – карбонат кальция (мел, известняк,
мрамор) применяется для получения негашеной
извести, в строительстве.