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 СО32-:

Н2СО3 → Н+ +НСО3 → 2Н+ + СО32-

Угольная кислота может существовать только в водном растворе, поэтому приготовить её 1н 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 → Н2СО3→ Н+ + НСО3 + → 2Н+ + СО32-.


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

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

NaHCO3 → Na+  + HCO3-;

угольная кислота

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:

угольная кислота

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.