Как сделать угольную кислоту в домашних условиях

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.09.2024

Задача 946.
Какие равновесия устанавливаются в водном растворе СО₂? Как влияет повышение температуры раствора на смещение этих равновесий? Можно ли приготовить 1 н. раствор угольной кислоты?
Решение:
СО₂ – кислотный оксид. Однако его кислотообразующие свойства выражены слабо.

Равновенсие сильно смещено влево, Только одна молекула СО₂ из шестисот превращается в угольную кислоту. Основная же масса растворённого в воде СО₂ остаётся в молекулярном состоянии. Угольная кислота – очень слабая кислота. В водном растворе она диссоциирует главным образом на ионы Н + и НСО₃ – и лишь в ничтожных количествах образуются ионы СО₃ 2- :

Угольная кислота может существовать только в водном растворе, поэтому приготовить её 1 н раствор просто практически невозможно. При нагревании раствора СО₂ улетучивается, равновесие образования Н₂СО₃ смещается влево и, в конце концов, в растворе СО₂ остаётся чистая вода.

Схема равновесия раствора СО₂:

Задача 947.
Можно ли получить нейтральный раствор, прибавив к раствору угольной кислоты строго эквивалентное количество щелочи? Ответ мотивировать.
Решение:
При взаимодействии угольной кислоты и едкого натра в строго эквивалентных количествах протекает реакция:

При этом образуется гидрокарбонат натрия, который будет гидролизоваться по аниону:

В растворе будет находиться избыток ионов ОН – , которые будут придавать раствору слабощелочную среду, рН > 7.

Задача 948.
Почему при получении диоксида углерода из мрамора на последний действуют соляной кислотой, а не серной? Какой объем СО₂ (условия нормальные) можно получить из 1 кг мрамора, содержащего 96% (масс.) СаСО₃?
Решение:
а) При действии на карбонаты растворами кислот выделяется углекислый газ, например, при действии на карбонат кальция соляной или серной кислот:

Эти реакции можно использовать для получения в лабораторных условиях СО₂. Обычно на мрамор действуют раствором соляной кислоты, а не серной, так как в первом случае образуется хорошо растворимая соль CaCl₂, а во втором случае – малорастворимая СаSO₄, пассивирующая действие кислоты на мрамор.

б) Расчет объёма углекислого газа при действии соляной кислоты на 1 кг мрамора:

$\mathsf<H_2CO_3> У?гольная кислота? — слабая двухосновная кислота с химической формулой$
. В чистом виде неустойчива [2] . Образуется в малых количествах при растворении углекислого газа в воде [1] , в том числе и углекислого газа из воздуха. Образует ряд устойчивых неорганических и органических производных: соли (карбонаты и гидрокарбонаты), сложные эфиры, амиды и др.

Содержание

Физические свойства

Молекула угольной кислоты имеет плоское строение. Центральный углеродный атом имеет sp?-гибридизацию. В гидрокарбонат- и карбонат-анионах происходит делокализация p-связи. Длина связи C—O в карбонат-ионе составляет 129 пм.

Химические свойства

Равновесие в водных растворах и кислотность

Угольная кислота существует в водных растворах в состоянии равновесия с гидратом диоксида углерода:

\rightleftarrows H_2CO_ >" width="" height="" />
, константа равновесия при 25 °C ><\mathsf<[CO_2 \cdot H_2O]>> = 1,70\cdot 10^" width="" height="" />

Скорость прямой реакции 0,039 с -1 , обратной — 23 с -1 .

В свою очередь растворённый гидрат диоксида углерода находится в равновесии с газообразным диоксидом углерода:

$\mathsf<CO_2 \cdot H_2O_<(p)> \rightleftarrows CO_2 \uparrow +\ H_2O>$

Данное равновесие при повышении температуры сдвигается вправо, а при повышении давления — влево (подробнее см. Абсорбция газов).

Угольная кислота подвергается обратимому гидролизу, создавая при этом кислую среду:

" width="" height="" />
, константа кислотности при 25 °C = \frac<\mathsf<[HCO_3^-] \cdot [H_3O^+]>><\mathsf<[H_2CO_3]>> = 2,5 \cdot 10^" width="" height="" />

Однако, для практических расчётов чаще используют кажущуюся константу кислотности, учитывающую равновесие угольной кислоты с гидратом диоксида углерода:

Гидрокарбонат-ион подвергается дальнейшему гидролизу по реакции

+\ H_3O^+>" width="" height="" />
, константа кислотности при 25 °C = \frac<\mathsf<[CO_3^<2->] \cdot [H_3O^+]>><\mathsf<[HCO_3^-]>> = 4,68 \cdot 10^" width="" height="" />

Таким образом, в растворах, содержащих угольную кислоту, создается сложная равновесная система, которую можно изобразить в общем виде следующим образом:

$\mathsf<CO_2 \uparrow \stackrel<H_2O> CO_2 \cdot H_2O \rightleftarrows H_2CO_3 \stackrel HCO_3^- \stackrel CO_3^ (*)>$

Значение pH в такой системе, соответствующей насыщенному раствору диоксида углерода в воде при 25 °C и давлении 760 мм рт. ст., можно рассчитать по формуле:

$\mathsf<pH> \approx - \frac \lg (K_a$
, где L = 0,034 моль/л — растворимость CO₂ в воде при указанных условиях.

Разложение

$\mathsf<(\ast)> При повышении температуры раствора и/или понижении парциального давления диоксида углерода равновесие в системе$
смещается влево, что приводит к разложению части угольной кислоты на воду и диоксид углерода. При кипении раствора угольная кислота разлагается полностью:

$\mathsf<H_2CO_3 \longrightarrow H_2O +\ CO_2 \uparrow> $

Взаимодействие с основаниями и солями

Угольная кислота вступает в реакции нейтрализации с растворами оснований, образуя средние и кислые соли — карбонаты и гидрокарбонаты соответственно:

" width="" height="" />
_(конц.)" width="" height="" />
" width="" height="" />
_(разб.)" width="" height="" />
" width="" height="" />
" width="" height="" />

При взаимодействии угольной кислоты с карбонатами образуются гидрокарбонаты:

" width="" height="" />
" width="" height="" />

Получение

Угольная кислота образуется при растворении в воде диоксида углерода:

$\mathsf<CO_2 + H_2O \rightleftarrows CO_2 \cdot H_2O \rightleftarrows H_2CO_3> $

Содержание угольной кислоты в растворе увеличивается при понижении температуры раствора и увеличении давления углекислого газа.

Также угольная кислота образуется при взаимодействии её солей (карбонатов и гидрокарбонатов) с более сильной кислотой. При этом бо?льшая часть образовавшейся угольной кислоты, как правило, разлагается на воду и диоксид углерода:

" width="" height="" />
" width="" height="" />

Применение

Угольная кислота всегда присутствует в водных растворах углекислого газа (см. Газированная вода).

$\mathsf<(\ast)> В биохимии используется свойство равновесной системы$
изменять давление газа пропорционально изменению содержания ионов оксония (кислотности) при постоянной температуре. Это позволяет регистрировать в реальном времени ход ферментативных реакций, протекающих с изменением pH раствора.

Органические производные

Угольную кислоту формально можно рассматривать как карбоновую кислоту с гидроксильной группой вместо углеводородного остатка. В этом качестве она может образовывать все производные, характерные для карбоновых кислот [3] .

Некоторые представители подобных соединений перечислены в таблице.

Класс соединений	Пример соединения
Сложные эфиры	поликарбонаты
Хлорангидриды	фосген
Амиды	мочевина
Нитрилы	циановая кислота
Ангидриды	пироугольная кислота

См. также

Примечания

? 123 В водном растворе бо?льшая часть угольной кислоты обратимо переходит в гидрат диоксида углерода по реакции H₂CO₃ ? CO₂·H₂O
?Угольная кислота теперь обнаружена и в газовой фазе - пора снова переписывать учебники
?Нейланд О. Я. Органическая химия. — М .: Высшая школа, 1990. — С. 640—652. — 751 с. — ISBN 5-06-001471-1

Литература

H +

Li +

K +

Na +

NH₄ +

Ba 2+

Ca 2+

Mg 2+

Sr 2+

Al 3+

Cr 3+

Fe 2+

Fe 3+

Ni 2+

Co 2+

Mn 2+

Zn 2+

Ag +

Hg 2+

Hg₂ 2+

Pb 2+

Sn 2+

Cu +

Cu 2+

OH -

—

F -

Cl -

—

Br -

I -

—

S 2-

—

SO₃ 2-

SO₄ 2-

—

NO₃ -

—

NO₂ -

PO₄ 3-

—

CO₃ 2-

—

CH₃COO -

—

CN -

—

SiO₃ 2-

Неорганические кислоты
Неорганические кислородсодержащие кислоты
Соединения углерода

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Угольная кислота" в других словарях:

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Дает соли карбонаты и гидрокарбонаты … Большой Энциклопедический словарь

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — (H2CO3) очень слабая и непрочная двухосновная кислота, образующаяся при растворении в воде диоксида углерода (углекислого газа) CO2. Дает 2 ряда солей: карбонаты и бикарбонаты (гидрокарбонаты). В природе широко распространены нормальные карбонаты … Российская энциклопедия по охране труда

Угольная кислота — УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3, образуется при растворении углерода диоксида в воде. Важнейшие производные карбонаты, мочевина (карбамид). … Иллюстрированный энциклопедический словарь

угольная кислота — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Даёт соли карбонаты и гидрокарбонаты. * * * УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота.… … Энциклопедический словарь

Угольная кислота — H2CO3, слабая двухосновная кислота, при нормальных условиях существующая только в разбавленных водных растворах. У. к. образуется при растворении в воде двуокиси углерода: 2, при нормальных условиях не превышает 1% от содержания CO2.… … Большая советская энциклопедия

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3, очень слабая и непрочная двухосновная кислота. Образуется при растворении диоксида углерода в воде. Даёт соли карбонаты и гидрокарбонаты … Естествознание. Энциклопедический словарь

Угольная кислота — (медико санит.) см. Углерод … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — H2CO3, образуется при растворении CO2 в воде. Проявляет св ва слабой к ты. Равновесие CO2+H2O H2CO3 смещено влево, поэтому меньшая часть CO2 находится в р ре в виде H2CO3. Для У. к. константы диссоциации K1=4,27 … Химическая энциклопедия

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА — Н2СО3 очень слабая к та, существующая только в водном р ре. У. к. образуется при растворении углерода диоксида в воде (H2О + CO2 H2CO3). Как двухосновная к та У. к. даёт 2 ряда солей: средние карбонаты и кислые гидрокарбонаты … Большой энциклопедический политехнический словарь

УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3 — УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА, H2CO3, образуется при растворении углерода диоксида в воде. Важнейшие производные карбонаты, мочевина (карбамид) … Современная энциклопедия

Угольная кислота H 2 C O 3 — раствор углекислого газа в воде. Это слабая двухосновная кислота. Она образуется при растворении в воде оксида углерода($IV$) и в свободном виде из раствора не выделяется. При попытке выделения кислота легко разлагается на углекислый газ и воду:

Угольная кислота диссоциирует ступенчато. На первой ступени образуется гидрокарбонат-ион и ион водорода:

Диссоциация протекает слабо, ионов водорода в растворе содержится немного. Поэтому раствор углекислого газа (угольная кислота) имеет слегка кисловатый вкус и меняет окраску лакмуса на розовую (не красную).

Как двухосновная угольная кислота образует два ряда солей: средние — карбонаты ( K 2 C O 3 , CaC O 3 ) и кислые — гидрокарбонаты ( NaHC O 3 , Ca ( HC O 3 ) 2 ).

В результате выделяется углекислый газ, что позволяет использовать эту реакцию как качественную на карбонаты и гидрокарбонаты:

Карбонаты превращаются в гидрокарбонаты при пропускании через их раствор или взвесь углекислого газа:

С присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния связана временная жёсткость воды. Временная — потому что при нагревании растворимые кислые соли разлагаются, и ионы металлов связываются в нерастворимые карбонаты.

NaHC O 3 — гидрокарбонат натрия , или питьевая сода . Используется в быту и пищевой промышленности как разрыхлитель теста. Находит применение в медицине.

K 2 C O 3 — карбонат калия , или поташ . Применяется в производстве жидкого мыла, стекла, в качестве удобрения.

CaC O 3 — карбонат кальция . В природе встречается в виде мела , мрамора , известняка . Применяются как строительные и отделочные материалы, а также в производстве негашёной извести, цемента, стекла.

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H +

Li +

K +

Na +

NH₄ +

Ba 2+

Ca 2+

Mg 2+

Sr 2+

Al 3+

Cr 3+

Fe 2+

Fe 3+

Ni 2+

Co 2+

Mn 2+

Zn 2+

Ag +

Hg 2+

Pb 2+

Sn 2+

Cu 2+

OH -

F -

Cl -

Br -

I -

S 2-

HS -

SO₃ 2-

HSO₃ -

SO₄ 2-

HSO₄ -

NO₃ -

NO₂ -

PO₄ 3-

CO₃ 2-

CH₃COO -

SiO₃ 2-

Растворимые (>1%)

Нерастворимые (

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса " " на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки - помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация - такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Читайте также: