Углекислый газ формула молярная масса

Углекислый газ и его физические свойства — объем, плотность, масса, формула

Углекислый газ представляет собой бесцветный газ, без запаха,который относится к неорганическим веществам. Другие названия вещества — диоксид углерода, двуокись углерода, углекислота, диоксид карбона, угольный ангидрид. Молекула углекислого газа состоит из атома углерода, соединенного двойной ковалентной связью с двумя атомами кислорода.

Химическая формула — CO₂. Молярная масса углекислоты равна 44,01 г/моль. Расстояние от центра центрального атома углерода до каждого центра атома кислорода равно 116,3 пикометров (10 в -12 степени).

CO₂ при низких температурах и нормальном давлении замерзает и кристаллизуется в белую массу, похожую на снег — «Сухой лед». При превышении температуры (-78.5 °C) начинается его испарение (кипение), минуя фазу жидкостного состояния.

В жидкостное состояние газ преобразуется при высоком давлении (73.8 атм.) и средних температурах (+31.1 °C). Это критическая точка углекислоты. Подъем температуры или давления после нее приводит к образованию сверхкритической жидкости (Отсутствует различие между жидкостной и газовой фазой). При снижении температуры до -56.6 °C и давления до 5.2 атм. он остается в жидкостной фазе. Это предельные значения, при изменении которых углекислота переходит в газообразную или твердую фазу (тройная точка состояний).

CO₂ не ядовит, но при превышении концентрации в десятки раз, он оказывает удушающее воздействие на живые организмы и вызывает кисловатый вкус и запах (реакция CO₂ со слюной и слизистыми образует угольную кислоту).

Двуокись углерода превышает по плотности кислород на 37 процентов и равна 1,96 кг/м3 при нормальных условиях среды (температура — 273 К, давление — 101 кПа). Этим физическим свойством объясняется потеря сознания у животных в «Собачьей пещере», расположенной рядом с городом Поццуоли, Италия. Диоксид углерода скапливался из трещин кратеров в нижних слоях пещеры, тем самым достигая больших концентраций. Туристов приводили туда обычно с собакой, которая в пещере с течением времени теряла сознание. Человек обычно не подвергался воздействию CO₂, так как дышал воздухом с более высокого уровня.

Объем углекислого газа в окружающем нас воздухе, составляет 0,04% (406 ppm – 406 частиц на миллион).

Углекислый газ

Содержание

1. Углекислый газ и его физические свойства
2. Химические и биологические свойства углекислого газа
3. Что мы узнали?

Бонус

• Тест по теме

Углекислый газ и его физические свойства

Углекислый газ состоит из углерода и кислорода. Формула углекислого газа выглядит так – CO₂. В природе он образуется при сжигании или гниении органических веществ. В воздухе и минеральных источниках содержание газа также достаточно велико. кроме того люди и животные также выделяют диоксид углерода при выдыхании.

Рис. 1. Молекула углекислого газа.

Диоксид углерода является абсолютно бесцветным газом, его невозможно увидеть. Также он не имеет и запаха. Однако при его большой концентрации у человека может развиться гиперкапния, то есть удушье. Недостаток углекислого газа также может причинить проблемы со здоровьем. В результате недостатка это газа может развиться обратное состояние к удушью – гипокапния.

Если поместить углекислый газ в условия низкой температуры, то при -72 градусах он кристаллизуется и становится похож на снег. Поэтому углекислый газ в твердом состоянии называют «сухой снег».

Рис. 2. Сухой снег – углекислый газ.

Углекислый газ плотнее воздуха в 1,5 раза. Его плотность составляет 1,98 кг/м³ Химическая связь в молекуле углекислого газа ковалентная полярная. Полярной она является из-за того, что у кислорода больше значение электроотрицательности.

Важным понятием при изучении веществ является молекулярная и молярная масса. Молярная масса углекислого газа равна 44.

n – число атомов или молекул.
Ar – относительная атомная масса химического элемента.
Mr – относительная молекулярная масса вещества.
Рассчитаем относительную молекулярную массу углекислого газа.

Химические и биологические свойства углекислого газа

Углекислый газ обладает кислотными свойствами, так как является кислотным оксидом, и при растворении в воде образует угольную кислоту:

Вступает в реакцию со щелочами, в результате чего образуются карбонаты и гидрокарбонаты. Этот газ не подвержен горению. В нем горят только некоторые активные металлы, например, магний.

При нагревании углекислый газ распадается на угарный газ и кислород:

Как и другие кислотные оксиды, данный газ легко вступает в реакцию с другими оксидами:

Углекислый газ входит в состав всех органических веществ. Круговорот этого газа в природе осуществляется с помощью продуцентов, консументов и редуцентов. В процессе жизнедеятельности человек вырабатывает примерно 1 кг углекислого газа в сутки. При вдохе мы получаем кислород, однако в этот момент в альвеолах образуется углекислый газ. В этот момент происходит обмен: кислород попадает в кровь, а углекислый газ выходит наружу.

Получение углекислого газа происходит при производстве алкоголя. Также этот газ является побочным продуктом при получении азота, кислорода и аргона. Применение углекислого газа необходимо в пищевой промышленности, где углекислый газ выступает в качестве консерванта, а также углекислый газ в виде жидкости содержится в огнетушителях.

Рис. 3. Огнетушитель.

Что мы узнали?

Углекислый газ – вещество, которое в нормальных условиях не имеет цвета и запаха. помимо своего обычного названия – углекислый газ, его также называют оксидом углерода или диоксидом углерода.

Формула углекислого газа

Двуокись углерода (двуокись углерода, двуокись углерода, моноксид углерода (IV), карбоновый ангидрид, сухой лед) представляет собой бесцветный газ без запаха со слегка кислотным вкусом. Сформировано путем объединения двух элементов: углерода и кислорода.

Химические, структурные и электронные формулы двуокиси углерода

Химическая формула: ( mathrm 2 )

Структурная формула: ( O=C=O )

Химические, структурные и электронные формулы двуокиси углерода

Молярная масса: 44,01 г / моль.

Физические свойства двуокиси углерода

В стандартных условиях — газ без цвета и запаха, с кислым вкусом. При атмосферном давлении в жидком состоянии не существует, а сильное охлаждение кристаллизуется в виде «сухого льда» — белой снежной массы. Температура сублимации составляет -78 ° С. В обычных условиях 0,9 объема двуокиси углерода растворяют в одном объеме воды.

Химические свойства двуокиси углерода

Это оксид кислоты.

При растворении в воде образуется угольная кислота:

( C O_<2>+H_ <2>O leftrightarrow H_ <2>C O_ <3>)

Он взаимодействует с основными оксидами и основаниями с образованием карбонатов и бикарбонатов (соли углекислоты):

( N a_ <2>O+C O_ <2>rightarrow N a_ <2>C O_ <3>)

( 2 K O H+C O_ <2>rightarrow K_ <2>C O_<3>+H_ <2>O )

( mathrm+mathrm_<2>(избыток) rightarrow K H C O_ <3>)

Не поддерживает горение, но при нагревании может окислять активные металлы:

( C O_<2>+2 M g rightarrow 2 M g O+C )

Качественная реакция — мутность извести ( (mathrm(mathrm) 2) ) из-за образования белого осадка карбоната кальция:

( mathrm(mathrm)_<2>+mathrm_ <2>rightarrow mathrm_ <3>downarrow+mathrm_ <2>mathrm )

Углекислый газ образуется гниением и сжиганием органического вещества. Содержится в воздухе и минеральных источниках, высвобождаемых во время дыхания животных и растений.

В промышленности углекислый газ производится термическим разложением карбонатов:

В лаборатории — действием сильных кислот на карбонаты или бикарбонаты:

( mathrm_<3>+2 mathrm rightarrow mathrm_<2>+mathrm_ <2>mathrm+mathrm_ <2>uparrow )

Примеры решения проблем

Рассчитать количество двуокиси углерода ( (mathrm) ), которое может быть получено путем сжигания 12 тонн угля, если выход продукта составляет 90% от теоретически возможного.

Напишите уравнение для реакции горения:

Рассчитайте количество углеродного вещества по формуле:

Согласно уравнению реакции

( n(C)=nleft(C O_<2>right)=1000000 моль )

1 моль газа в нормальных условиях составляет 22,4 литра.

Рассчитайте теоретический объем углекислого газа:

( Vteorleft(C O_<2>right)=1000000 cdot 22,4=2240000=22400м3 )

Мы вычисляем практический объем углекислого газа:

( Vpractleft(C O_<2>right)=22400 cdot 0,9=20160м3 )

Объем производимого диоксида углерода равен 20160 м3.

Рассчитать объем 20% раствора соляной кислоты (плотность = 1,1 г / мл), что необходимо для получения 5,6 литров диоксида углерода из образца известняка, который содержит 5% примесей.

Напишите уравнение реакции:

( mathrm_<3>+2 mathrm rightarrow mathrm_<2>+mathrm_ <2>mathrm+mathrm_ <2>uparrow )

Во время реакции образуется углекислота ( (mathrm 2 mathrm 3) ), которая сразу же разлагается в воду ( (mathrm 2 mathrm) ) и двуокись углерода ( (mathrm 2) ).

Рассчитайте количество вещества диоксида углерода по формуле:

где ( mathrm ) — молярный объем, т. е. объем, который занимает один моль газа в нормальных условиях. ( mathrm=22,4 л/моль )

Для расчета количества вещества соляной кислоты мы составляем пропорцию в соответствии с уравнением реакции:

2 моля ( mathrm ) приводят к образованию 1 моль ( mathrm 2 )

x моль ( mathrm )приводит к образованию 0,25 моль ( mathrm 2 )

Молярная масса соляной кислоты составляет 36,5 г / моль. Рассчитайте массу соляной кислоты:

( m(H C l)=n(H C l) cdot M(H C l)=0,5мольcdot 36,5г/моль=18,25г )

Выражение для массовой доли вещества в растворе:

Рассчитайте массу раствора соляной кислоты по формуле:

Если раствор ( mathrm ) составляет 20%, то массовая доля соляной кислоты в нем будет равна 0,20.

Рассчитайте объем раствора соляной кислоты по формуле:

Объем 20% -ного раствора соляной кислоты составляет 82,95 мл.

Углекислый газ

Диокси́д углеро́да (двуо́кись углеро́да, углеки́слый газ, окси́д углеро́да (IV), диокси́д углеро́да, у́гольный ангидрид, углекислота́) — CO₂, бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,038 %.

Не следует путать с Диоксин.

Содержание

Свойства

Физические

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (

65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.