14 5. Углерод и его соединения. 5.1 Химические свойства углерода ( С ). Углерод - неметалл, для которого характерны больше восстановительные свойства, хотя может проявлять окислительные свойства. В соединениях углерод проявляет степени окисления: + 2, +4, а также может проявлять отрицательные степени окисления ( в соединениях с металлами и органических соединениях ). Углерод при нагревании по-разному реагирует с кислородом.
В избытке кислорода образуется углекислый газ - ( СО2 ). t C + O2 CO2 В недостатке кислорода образуется угарный газ - ( СО ). t 2 C + O2 CO С металлами при нагревании углерод образует карбиды. В этих реакциях углерод - окислитель. t Ca + 2 C CaC2 t 4 Al + 3 C Al4C3 t 2 Mg + 3 C Mg2C3 Проявляя сильные восстановительные свойства, углерод восстанавливает большинство металлов ( кроме щелочных и щелочноземельных ) из их оксидов.
t ZnO + C Zn + CO Избыточное количество углерода в реакции приводит к образованию карбида металла. t CaO + 3 C CaC2 + CO t 2 Al2O3 + 9 C Al4C3 + 6 CO t 2 MgO + 5 C Mg2C3 + 2 CO Углерод восстанавливает при нагревании неметаллы из оксидов. t C + H2O (пар) CO + H2 При нагревании восстанавливает углекислый газ. t CO2 + C 2 CO Углерод восстанавливает кислоты окислители. При этом сам углерод окисляется до углекислого газа ( СО2 ).
t C + 2 H2SO4 (конц. ) 2 SO2 + CO2 + 2 H2O t C + 4 HNO3 (конц. ) 4 NO2 + CO2 + 2 H2O Некоторые сульфиды ( Мg, Са ) нельзя получить осаждением из раствора. Для этой цели применяют углерод. t CaSO4 + 4 C CaS + 4 CO 15 5.2 Химические свойства оксида углерода (II) ( СО ).
Оксид углерода (II) ( угарный газ ) - не проявляет кислотных свойств, типичный восстановитель при нагревании, хотя может проявлять окислительные свойства. t 2 CO + O2 2 CO2 Кислородом окисляется при нагревании в углекислый газ. С хлором образует чрезвычайно ядовитый газ - фосген ( COCl2 ). t CO + Cl2 COCl2 Восстанавливает при нагревании водород из паров воды. t H2O + CO CO2 + H2 Проявляя слабые окислительные свойства, реагирует с водородом по-разному: на никелевом катализаторе с образованием метана ( CH4 ).
t, Ni CO + H2 CH4 + H2O На медном катализаторе образуется органическое вещество - спирт: метанол - CH3OH t, CuO CO + 2 H2 CH3OH При высоком давлении и сильном нагревании реагирует со щелочами, образуя соль органической - муравьиной кислоты: формиат натрия - HCOONa t, p CO + NaOH HCOONa 5.3 Химические свойства оксида углерода (IV) ( СО2 ). Оксид углерода (IV) ( углекислый газ ) - обладает свойствами кислотного оксида, при нагревании с сильными восстановителями проявляет слабые окислительные свойства.