Получение и свойства угольной кислоты

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.

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃

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-:

Н₂СО₃ → Н⁺ +НСО₃^– → 2Н⁺ + 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:

СО₂ + Н₂О → Н₂СО_3→ Н⁺ + НСО₃^– + → 2Н⁺ + СО₃^2-.

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:

H₂CO₃ + NaOH → NaHCO₃ + H₂O

Видео:Угольная кислота.Скачать

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

NaHCO₃ → Na⁺  + HCO₃^—;

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:

CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂↑ + H₂O;
CaCO₃ + H₂SO₄ = CaSO₄↓ + CO₂↑ + H₂O.

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:

уравнение реакции:

Находим массу СаСО₃ в мраморе:

M(CaCO₃) = 1000 ^. 0,96 = 960 г.

Теперь рассчитаем объём СО₂ из пропорции:

100 : 22,4 = 960 : х;  х = (22,4 ^. 960)/100 = 215,04 л.

Ответ: 215,04 л.