Опыт 1. Получение оксида углерода (IV). Соберите прибор, показанный на рисунке. В пробирку поместите несколько кусочков мела или мрамора и прилейте немного соляной кислоты. Полученный углекислый газ соберите в химический стакан и прикройте картонным кружком.
Опыт 2. Изучение свойств оксида углерода (IV).
1. Внесите в стакан горящую спичку (лучинку). Что вы наблюдаете?
2. В пробирку налейте (на 1/4 её объёма) дистиллированную воду, добавьте фиолетовый лакмус и пропускайте через эту воду углекислый газ до изменения окраски индикатора.
Задание 1.
1. Что происходит при внесении горящей спички или лучинки в стакан с углекислым газом?
2. Почему изменилась окраска лакмуса? Что происходит при пропускании углекислого газа через дистиллированную воду?
3. В пробирку налейте 2 мл свежеприготовленного раствора гидроксида кальция (известковой воды) и через него пропустите углекислый газ.
Задание 2.
1. Почему известковая вода мутнеет при пропускании углекислого газа?
2. Почему раствор опять становится прозрачным при продолжительном пропускании углекислого газа? Объясните. Сделайте соответствующие выводы и составьте уравнения реакций.

При взаимодействии мела или мрамора с соляной кислотой выделяется оксид углерода (IV), то есть углекислый газ:

[
\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow}
]

Углекислый газ можно собрать в химический стакан вытеснением воздуха, так как он плотнее воздуха.

Задание 1

1. Что происходит при внесении горящей спички или лучинки в стакан с углекислым газом?

Горящая спичка или лучинка гаснет. Это происходит потому, что углекислый газ сам не горит и не поддерживает горение. Он вытесняет из стакана воздух, содержащий кислород, необходимый для горения.

Вывод: оксид углерода (IV) не поддерживает горение.

2. Почему изменилась окраска лакмуса? Что происходит при пропускании углекислого газа через дистиллированную воду?

При пропускании углекислого газа через воду часть газа растворяется и взаимодействует с водой. Образуется слабая угольная кислота:

[
\mathrm{CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3}
]

Угольная кислота частично распадается на ионы:

[
\mathrm{H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-}
]

Из-за появления ионов водорода среда становится кислой. Поэтому фиолетовый лакмус изменяет окраску на красную или розовую.

Вывод: оксид углерода (IV) является кислотным оксидом. При его взаимодействии с водой образуется угольная кислота.

Задание 2

1. Почему известковая вода мутнеет при пропускании углекислого газа?

Известковая вода представляет собой прозрачный раствор гидроксида кальция. При пропускании через неё углекислого газа образуется нерастворимый карбонат кальция, выпадающий в виде белого осадка:

[
\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O}
]

Именно мелкие частицы карбоната кальция вызывают помутнение известковой воды.

Это качественная реакция на углекислый газ.

2. Почему раствор снова становится прозрачным при продолжительном пропускании углекислого газа?

При дальнейшем пропускании углекислого газа он оказывается в избытке. Нерастворимый карбонат кальция взаимодействует с углекислым газом и водой, превращаясь в растворимый гидрокарбонат кальция:

[
\mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2}
]

Поскольку гидрокарбонат кальция растворяется в воде, белый осадок исчезает, и раствор снова становится прозрачным.

Общее уравнение реакции при избытке углекислого газа:

[
\mathrm{Ca(OH)_2 + 2CO_2 \rightarrow Ca(HCO_3)_2}
]

Общий вывод

Оксид углерода (IV) — бесцветный газ, более тяжёлый, чем воздух. Он не горит и не поддерживает горение. Углекислый газ относится к кислотным оксидам: при растворении в воде образует слабую угольную кислоту, а со щелочами реагирует с образованием солей. При взаимодействии с известковой водой сначала образуется нерастворимый карбонат кальция, вызывающий помутнение, а при избытке углекислого газа — растворимый гидрокарбонат кальция, поэтому раствор вновь становится прозрачным.