Középszint

Felidéző gyakorlás

Mi magyarázza legjobban, hogy a grafit vezet, a gyémánt viszont szigetelő?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

A részecskétől az ipari anyagáramig

A széncsoport érettségi feladatai gyakran több területet kapcsolnak össze. Először nevezd meg a részecskét és a rácsot, utána írd fel a reakciót, végül molarányból számolj. A szén és vegyületei a vasgyártásban, a mészégetésben, az üveggyártásban és a mindennapi környezetben is megjelennek. A CO-t és a CO2-t minden tulajdonságnál különítsd el.

Négy vegyértékelektron

ElemTeljes elektronszerkezetVegyértékhéj
C, Z = 61s22s22p22s22p2; a vegyértékhéjon összesen négy elektron.
Si, Z = 141s22s22p63s23p23s23p2; négy vegyértékelektron, tantervileg gyakran négy kovalens kapcsolat.

A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.

A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.Cégés / redukcióCOmérgező redukálószerCO2savas oxidCaCO3mészkő / vízkő
Ábra szöveges leírása
Állomás vagy anyagLényeg
Cégés / redukció
COmérgező redukálószer
CO2savas oxid
CaCO3mészkő / vízkő

A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.

A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.Cégés / redukcióCOmérgező redukálószerCO2savas oxidCaCO3mészkő / vízkő
Ábra szöveges leírása
Állomás vagy anyagLényeg
Cégés / redukció
COmérgező redukálószer
CO2savas oxid
CaCO3mészkő / vízkő
A szén néhány fontos reakcióútja az elemi széntől a karbonátokig.

Grafit és gyémánt: azonos elem, eltérő térbeli háló

A gyémántban minden szénatom négy másikhoz kapcsolódik tetraéderes, háromdimenziós atomrácsban. Nagyon kemény, elektromos szigetelő; vágó- és csiszolóanyag, valamint ékszer. A grafitban minden szénatom három másikhoz kapcsolódik síkbeli rétegekben, a negyedik vegyértékelektron delokalizált. A rétegek között gyengébb kölcsönhatás van, ezért a grafit puha, és a rétegekkel párhuzamosan jól vezet; ceruzabélben, elektródban és szénkefében használják. Mindkét anyag atomrácsos, vízben oldhatatlan.

A tulajdonság megmagyarázza a felhasználást

TulajdonságSzerkezeti okAlkalmazás
Gyémánt: nagyon kemény, szigetelőMinden irányban erős kovalens háló; a vegyértékelektronok lokalizált kötéseket alkotnak.Vágó-/csiszolóanyag; tiszta átlátszó kristályából ékszer.
Grafit: puha, rétegirányban vezetRétegen belül kovalens kötések és delokalizált elektronok, a rétegek között gyengébb vonzás.Ceruzabél, elektród, szénkefe, kenőanyag. A ceruzabél nem elemi ólom.
Mindkettő: vízben oldhatatlan szilárdVégtelen kovalens háló, nem elkülönült oldható molekulák.Vízbe merítve nem kapunk szénmolekulákból álló oldatot. A porszuszpenzió nem valódi oldat.

A gyémánt és grafit nem olvad meg szokásos légköri nyomáson

A hálózati kovalens kötések miatt a szénmódosulatok magas hőmérsékletet igényelnek a szerkezet jelentős megbontásához. Közönséges nyomáson azonban nem rendelünk hozzájuk egyszerű, stabil folyadékfázison át vezető olvadást: hevítéskor módosulatváltás és szublimáció is számít. A levegőn végzett hevítésnél az égés is bekövetkezhet. Az „atomrácsos, ezért magas az olvadáspontja” mondatot csak a fázisviszonyokkal együtt használd.

Természetes és mesterséges szenek

A gyémánt és grafit tiszta kristályos szénmódosulat; a kőszén, barnaszén és antracit változó összetételű természetes keverék. A faszén, koksz és aktív szén mesterséges szénben gazdag anyag. Az aktív szén nagy fajlagos felülete miatt anyagokat köt meg a felületén: ez adszorpció, nem kémiai közömbösítés. A koksz a nagyolvasztóban tüzelőanyag és a redukáló CO forrása; a szén acélban ötvözőelem is.

Ásványi szén és levegőtől elzárt hevítés

Az ásványi szenek növényi eredetű szerves anyagok hosszú idejű átalakulásával képződnek. A tőzeg–lignit–barnakőszén–feketekőszén–antracit sor a növekvő szénültséget szemlélteti; általában nő a széntartalom és csökken az illóanyagok aránya. Az egyes lelőhelyek és a víz-/hamutartalom miatt a fűtőértéket konkrét adatokkal hasonlítsd össze. Ezek nem tiszta C-módosulatok, hanem változó összetételű keverékek; fosszilis, emberi időléptéken nem megújuló tüzelőanyagok.

Levegőtől elzárt hevítéskor a szerves nyersanyag bomlik, illó termékek távoznak, és szénben gazdag maradék keletkezik. Fa esetén faszén, megfelelő kokszolható kőszénből koksz készül. A koksz nem egyszerűen minden barnaszén hevítésének azonos minőségű terméke. Az aktív szén pórusos, nagy fajlagos felületű: gáz- és víztisztításban bizonyos anyagokat adszorbeál. Nem minden gázt és nem korlátlan mennyiséget köt meg; a felületi megkötés telítődhet.

Gyémánt tetraéderes környezete és grafit rétegei

Gyémánt tetraéderes környezete és grafit rétegeiA gyémánt felső rajza egy központi C-atom négy szomszédjának síkra vetített térbeli tetraéderes környezetét jelzi. Az ék előre, a szaggatott kötés hátrafelé irányul a vetületben. A valós négy kötés nem egy síkban helyezkedik el; a kovalens háló minden irányban folytatódik. A grafit két külön rétegrészletén minden megrajzolt C-atom három kovalens kapcsolata látható, a széleken a folytatás rövid vonal. A sárga sáv és nyíl a rétegen belüli delokalizált elektronokkal kapcsolatos vezetést jelzi; nem külön fémréteg és nem egyetlen elektron mért pályája. A rétegek közti gyengébb vonzás elcsúszást enged, ez a puhaság és kenőképesség oka. A keménység és a vezetés magyarázatát külön adjuk meg.A szénatom szomszédai és a vezetésGyémánt: négy szomszédCCCCCTérbeli kovalens hálóelektromos szigetelőGrafit: három szomszéd a rétegbenDelokalizált elektronok: vezetésA rétegek elcsúszhatnak: puhaság
Ábra szöveges leírása
SzerkezetKövetkezmény
GyémántNégy kovalens szomszéd; térbeli háló; nagyon kemény, szigetelő.
GrafitHárom kovalens szomszéd a rétegben; delokalizált elektronok; rétegirányban vezet.
Rétegek közöttGyengébb kölcsönhatás; elcsúszás, puhaság.
A gyémánt felső rajza egy központi C-atom négy szomszédjának síkra vetített térbeli tetraéderes környezetét jelzi. Az ék előre, a szaggatott kötés hátrafelé irányul a vetületben. A valós négy kötés nem egy síkban helyezkedik el; a kovalens háló minden irányban folytatódik. A grafit két külön rétegrészletén minden megrajzolt C-atom három kovalens kapcsolata látható, a széleken a folytatás rövid vonal. A sárga sáv és nyíl a rétegen belüli delokalizált elektronokkal kapcsolatos vezetést jelzi; nem külön fémréteg és nem egyetlen elektron mért pályája. A rétegek közti gyengébb vonzás elcsúszást enged, ez a puhaság és kenőképesség oka. A keménység és a vezetés magyarázatát külön adjuk meg.

Szén: égés, gázosítás és redukció

Teljes égés: C + O2 → CO2; oxigénhiányos égéskor CO is képződhet: 2 C + O2 → 2 CO. Magas hőmérsékleten a szén a CO2-ot is redukálja: C + CO2 → 2 CO. Vízgőzzel: C + H2O → CO + H2, az így keletkező gázelegy a vízgáz. Vas(III)-oxidból szénnel is nyerhető vas: Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO. Az ipari nagyolvasztóban jelentős közvetlen és CO közvetítette redukció is történik; a konkrét megadott egyenletet használd a számításhoz.

A redukáló szén: feltétel és elektronmérleg

ReakcióKörülményOxidációs szám
C + O2 → CO2Gyulladás és elegendő oxigén; exoterm teljes égés.C: 0 → +4; O: 0 → −2.
2 C + O2 → 2 COOxigénhiányos égés modellje; valós égéstermék keverék is lehet.C: 0 → +2; a szén redukálószer.
C + CO2 ⇌ 2 COMagas hőmérséklet; CO képződésének kedvezhet.Elemi C: 0 → +2, CO2 szene: +4 → +2; komproporcionálódás.
C + H2O(g) → CO + H2Izzó szén és vízgőz, endoterm vízgázreakció; nem hideg szén és folyékony víz.C: 0 → +2; H: +1 → 0. A víz oxidálószerként hat.
Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 COMagas hőmérsékletű tantervi közvetlen redukció.3 C összesen 6 e−-t ad le, 2 Fe3+ összesen 6 e−-t vesz fel.

Vas(III)-oxid redukciója szénnel

Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO

Az egyenlet a szén közvetlen redukáló szerepét szemlélteti. Egy mol Fe2O3 legfeljebb két mol vasat ad.

Szén-monoxid: a néma veszély

A CO színtelen, szagtalan, éghető gáz, vízben rosszul oldódik. Nem teljes égéskor, rossz szellőzés és hibás tüzelőberendezés mellett keletkezhet. Hemoglobinhoz erősen kötődik, így gátolja az oxigén szállítását. Gyanú esetén a helyiséget el kell hagyni, biztonságos helyről segítséget kell hívni; a riasztó és a megfelelő szellőzés fontos megelőzés. A CO oxigénnel CO2-dá ég: 2 CO + O2 → 2 CO2.

A CO sűrűsége és előállítása

M(CO) ≈ 28 gmol, a levegő átlagos moláris tömege körülbelül 29 gmol. Azonos T és p mellett ρ(CO)ρ(levegő) ≈ 2829 ≈ 0,97: közel azonos sűrűségű gáz. Nem várhatjuk, hogy mindig csak a padlón vagy mindig csak a mennyezet alatt maradjon; a légáramlás és keveredés is számít. Égéskor kékes lánggal CO2-t adhat.

Iparban szintézisgáz részeként állítható elő például metán és vízgőz megfelelő körülményű reakciójával: CH4 + H2O(g) → CO + 3 H2. A szintézisgáz CO-t és H2-t tartalmazó elegy; a mólarány az eljárástól függ, nem minden szintézisgáz definíció szerint 1:3. A vízgázreakció egyszerű modelljében CO:H2 = 1:1.

CO mint redukálószer a vasgyártásban

A koksz égésekor képződő CO2 a forró szénnel CO-vá alakul. A CO a vas-oxidok oxigénjét felvéve CO2-dá oxidálódik: Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2. A vas ionjai redukálódnak, a CO redukálószer. A nagyolvasztóban a mészkő bomlásából képződő CaO a savas szennyező oxidokkal salakot alkot; a folyamat nem egyetlen egyenletből áll.

Felidéző gyakorlás

A Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2 reakcióban mi a CO szerepe?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Szén-dioxid: lineáris, apoláris molekula

A CO2-molekula O=C=O szerkezetű és lineáris. A két poláris C=O kötés dipólusa kioltja egymást, ezért a teljes molekula apoláris. A CO2 színtelen, szagtalan, a levegőnél sűrűbb, nem éghető és a közönséges égést többnyire nem táplálja. Szilárd alakja a szárazjég, amely légköri nyomáson szublimál. Vízzel egyensúlyban szénsavhoz kapcsolódó fajok keletkeznek; a gáz hűtésre, italok szénsavasítására és megfelelő tűzoltási helyzetekben használható.

Oldódás, savképződés és szárazjég

A CO2 vízbe oldódik: CO2(g) ⇌ CO2(aq). Az oldott CO2 kisebb része vízzel H2CO3-t képez: CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3. A beoldott gáz és a tényleges szénsav nem azonos mennyiség. A savi egyensúlyok és a lúggal való reakció a fizikai oldódással együtt befolyásolják, mennyi CO2 marad az oldatban. Nyitott, melegebb italból rendszerint könnyebben távozik a gáz; lezárt edényben a teljes anyagmennyiség és a kialakuló nyomás is számít.

M(CO2) ≈ 44 gmol, ezért azonos T és p mellett a levegőhöz viszonyított sűrűsége 4429 ≈ 1,52. A szárazjég légköri nyomáson körülbelül −78,5 °C-on szublimál, hőt von el környezetétől. A szárazjég körüli fehér köd apró vízcseppekből állhat; maga a CO2-gáz színtelen.

CO2 kimutatása meszes vízzel

Az átlátszó Ca(OH)2-oldatba vezetett CO2 fehér CaCO3-csapadékot ad: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O. Tartós CO2-feleslegben a csapadék oldódhat: CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca(HCO3)2. Ezért a „zavarosodik” és a „később kitisztul” két egymást követő megfigyelés lehet. Laboratóriumban mészkő és híg sósav reakciójával CO2 állítható elő.

Meszes víz: átlátszó oldat, csapadék, majd visszaoldódás

Meszes víz: átlátszó oldat, csapadék, majd visszaoldódásA kiindulási meszes víz Ca(OH)_{2} híg, átlátszó oldata. CO_{2} bevezetésekor rosszul oldódó CaCO_{3} keletkezik, az oldat zavarossá válik. Ha a hidroxid elfogyása után elegendő további CO_{2} jut be, az összegreakció CaCO_{3} + CO_{2} + H_{2}O ⇌ Ca^{2+} + 2 HCO_{3}^{−} szerint a csapadék oldódhat. Az utolsó pohár sem tiszta víz: oldott ionokat tartalmaz. Az ábra három időbeli állapotot hasonlít össze, nem három külön gáz kimutatását. A kitisztulás feltételes, függ az oldat mennyiségétől és a bevezetett CO_{2}-tól.Meszes víz és növekvő CO2-mennyiségKezdetátlátszó meszes vízCO2 bevezetése utánfehér CaCO3-csapadékTovábbi CO2-feleslega csapadék feloldódhat
Ábra szöveges leírása
Állapot vagy lépésÉrtelmezés
Első reakcióCa(OH)2 + CO2 → CaCO3(s) + H2O.
További szén-dioxidCaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2 HCO3−.
OldatAz áttetszőség nem ionmentesség.
A kiindulási meszes víz Ca(OH)2 híg, átlátszó oldata. CO2 bevezetésekor rosszul oldódó CaCO3 keletkezik, az oldat zavarossá válik. Ha a hidroxid elfogyása után elegendő további CO2 jut be, az összegreakció CaCO3 + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2 HCO3− szerint a csapadék oldódhat. Az utolsó pohár sem tiszta víz: oldott ionokat tartalmaz. Az ábra három időbeli állapotot hasonlít össze, nem három külön gáz kimutatását. A kitisztulás feltételes, függ az oldat mennyiségétől és a bevezetett CO2-tól.

CO2 lúgban és laboratóriumi előállítása

Megfelelő lúgfeleslegben CO2 + 2 NaOH → Na2CO3 + H2O, míg más anyagaránynál CO2 + NaOH → NaHCO3 is lehetséges. A mészkő sósavval: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O. A CO2 molekulák között gyenge diszperziós kölcsönhatás hat. Légköri nyomáson nincs stabil folyadékfázisa, ezért a szárazjég közvetlenül gázzá szublimál. Megfelelő hőmérsékleten és nagyobb nyomáson folyékony CO2 is létezhet; a fázist nem csak a kötéstípus dönti el. Vizsgafeladatban mindig a megadott anyagarány és körülmény dönti el a terméket.

Meszes víz és szén-dioxid

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

A rosszul oldódó kalcium-karbonát fehér csapadék. Nagy CO2-feleslegben további reakció miatt eltűnhet.

Szén-dioxid a légkörben

A légköri CO2 a természetes üvegházhatás egyik fontos gáza; mennyiségének emberi tevékenység miatti növekedése fokozza a felmelegedést. Keletkezik légzés, égés és több ipari folyamat során, a fotoszintézis pedig felhasználja. A kémiai feladatban a CO2 teljes anyagmennyiségét és a tényleges kibocsátást különítsd el: egy mészégetési egyenletből elméleti kibocsátás számolható, a gyár valós kibocsátását a tüzelőanyag és a technológia is módosítja.

Üvegházhatás: rövidhullámú beérkezés és infravörös sugárzás

Üvegházhatás: rövidhullámú beérkezés és infravörös sugárzásA sárga nyíl a felszínhez érkező rövidhullámú sugárzás egy részét jelzi. A felmelegedett felszín infravörös, IR-sugárzást bocsát ki. A légköri CO_{2} bizonyos infravörös hullámhosszakon elnyelhet és kibocsáthat sugárzást. A piros nyilak felfelé és lefelé mutatnak, mert a kibocsátás nem kizárólag az űr irányába történik; a rajz nem egyetlen foton követett útja. A felszíni sugárzás egy része közvetlenül az űrbe is juthat, a légkörben más elnyelők, felhők és energiaátadási folyamatok is vannak, ezeket a vázlat nem rajzolja meg. Több üvegházgáz adott felszíni hőmérséklet mellett csökkentheti a kifelé jutó energiaáramot; a melegebb egyensúly visszaállíthatja a bejövő és kimenő energia mérlegét. A nyilak mérete nem sugárzási teljesítmény vagy mért arány.Bejövő és távozó sugárzásNapŰrFelmelegedő felszínRövid-hullámúCO2IRIR: elnyelés és új kibocsátásaz űr és a felszín felé is
Ábra szöveges leírása
SzereplőEnergiafolyamat
Beérkező energiaA napsugárzás jelentős része rövidhullámú.
FelszínInfravörös sugárzást ad le.
ÜvegházgázBizonyos IR-tartományokban elnyel és kibocsát; nem áthatolhatatlan fedőréteg.
A sárga nyíl a felszínhez érkező rövidhullámú sugárzás egy részét jelzi. A felmelegedett felszín infravörös, IR-sugárzást bocsát ki. A légköri CO2 bizonyos infravörös hullámhosszakon elnyelhet és kibocsáthat sugárzást. A piros nyilak felfelé és lefelé mutatnak, mert a kibocsátás nem kizárólag az űr irányába történik; a rajz nem egyetlen foton követett útja. A felszíni sugárzás egy része közvetlenül az űrbe is juthat, a légkörben más elnyelők, felhők és energiaátadási folyamatok is vannak, ezeket a vázlat nem rajzolja meg. Több üvegházgáz adott felszíni hőmérséklet mellett csökkentheti a kifelé jutó energiaáramot; a melegebb egyensúly visszaállíthatja a bejövő és kimenő energia mérlegét. A nyilak mérete nem sugárzási teljesítmény vagy mért arány.

Mit nyel el az üvegházgáz?

A Nap energiájának jelentős része rövidhullámú sugárzásként jut a felszínhez. A felmelegedő felszín infravörös sugárzást bocsát ki; a CO2 bizonyos infravörös tartományokban elnyel és minden irányba kibocsát sugárzást. Így az adott felszíni hőmérséklet mellett kevesebb energia jut közvetlenül az űrbe, és a rendszer melegebb egyensúlyi állapot felé változhat. Nem áthatolhatatlan takaró és nem a teljes napsugárzás egyszerű visszaverője.

A természetes üvegházhatás a Föld életfeltételeinek része; az emberi eredetű többlet-CO2 ezt erősíti. A szénciklusban égés, légzés és bomlás CO2-t adhat, fotoszintézis szenet épít szerves anyagba. A fosszilis nyersanyagok elégetése korábban hosszú ideig tárolt szenet juttat a légkörbe. NOAA: szénkörforgás és üvegházhatás.

Szénsav, karbonát és hidrogén-karbonát

A CO2 vizes oldatában kevés H2CO3 képződik; a szénsav gyenge, bomlékony sav. A két savmaradékion a HCO3− és a CO32−. Karbonát savval CO2-t fejleszt: Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + CO2 + H2O. A pezsgés gázfejlődést jelez, de a gáz azonosságát a reagensekből és szükség esetén kimutatásból állapítsd meg.

Szénsav szerkezeti képlete és első protonátadása

Szénsav szerkezeti képlete és első protonátadásaA szénsav tantervi szerkezeti képlete O=C(OH)_{2}. A központi szén három oxigénhez kapcsolódik, környezete közel síkháromszög; a kötésrendszer nem a CO_{2} két egymással ellentétes dipólusának szimmetriája. Mindkét savi H oxigénhez kapcsolódik. Az első savi lépésben az egyik O–H csoport protonját a víz veszi fel, hidrogén-karbonát- és oxóniumion keletkezik. A rajz kötési séma: az oxigének nemkötő párjait és a teljes térbeli konformációt nem jelöli; a HCO_{3}^{−} a savmaradék, nem gázbuborék.Szénsav: a hidrogén oxigénhez kötődikH2CO3COOOHHC körül közel síkháromszögA molekula poláris.H2CO3 + H2O ⇌HCO3− + H3O+
Ábra szöveges leírása
FogalomMagyarázat
SzerkezetO=C(OH)2; két O–H csoport, poláris molekula.
Első savi lépésH2CO3 + H2O ⇌ HCO3− + H3O+.
GázfejlődésSav hatására karbonátból keletkező H2CO3 CO2-t és vizet adhat.
A szénsav tantervi szerkezeti képlete O=C(OH)2. A központi szén három oxigénhez kapcsolódik, környezete közel síkháromszög; a kötésrendszer nem a CO2 két egymással ellentétes dipólusának szimmetriája. Mindkét savi H oxigénhez kapcsolódik. Az első savi lépésben az egyik O–H csoport protonját a víz veszi fel, hidrogén-karbonát- és oxóniumion keletkezik. A rajz kötési séma: az oxigének nemkötő párjait és a teljes térbeli konformációt nem jelöli; a HCO3− a savmaradék, nem gázbuborék.

A savból nem közvetlenül gázion lesz

Karbonát savas oldatban protont vesz fel; a keletkező szénsavas rendszer CO2-fejlődéshez vezethet. Ionegyenlet oxóniummal: CO32− + 2 H3O+ → CO2 + 3 H2O. Hidrogén-karbonátnál: HCO3− + H3O+ → CO2 + 2 H2O. A töltés és az összes H-/O-atom mindkét oldalon egyezzen meg.

Kidolgozott példa

Példa: NaHCO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O. Ez magyarázza savat is tartalmazó sütőpor gázfejlődését. A gyenge savi egyensúlyjel és a gáz távozása miatt a teljes pezsgési összegreakcióban használt egyirányú nyíl nem ellentmondás: az eltávozó CO2 a termékképződést segíti.

Fontos karbonátok és alkalmazásaik

A Na2CO3 (szóda, sziksó) fehér, vízben oldódó szilárd anyag, vízlágyításnál és üveggyártásban használható. A CaCO3 (mészkő, márvány) fehér, vízben rosszul oldódó, építőipari nyersanyag. A MgCO3 és a dolomit, CaMg(CO3)2, szintén rosszul oldódó ásványi anyagok. A nátrium-hidrogén-karbonát (szódabikarbóna), NaHCO3, fehér, vízben oldódó szilárd anyag; sütésnél és savsemlegesítésnél is felhasználható.

A karbonátok és hidrogén-karbonátok nem egyformán oldódnak

AnyagSzín, halmaz, vízoldhatóságAlkalmazás / előfordulás
Na2CO3, szóda/sziksóFehér/színtelen, szilárd, ionrácsos, vízben jól oldódik; Na2CO3·10 H2O kristályvizes alak is ismert.Üveggyártás, tisztítószerek, vízlágyítás. Ca2+ + CO32− → CaCO3(s).
CaCO3, kalcium-karbonátTisztán fehér/színtelen, szilárd, ionrácsos, vízben rosszul oldódik.Mészkő/márvány fő alkotója; építőanyag, mész- és cementgyártási nyersanyag. A kőzet szennyezéstől színes is lehet.
MgCO3, magnézium-karbonátFehér szilárd, ionrácsos, rosszul oldódik vízben.Magnezitásvány; MgO előállításának nyersanyaga.
CaMg(CO3)2, dolomitTisztán fehér/színtelen, szilárd, vízben rosszul oldódó kettős karbonát.Hegységalkotó ásvány/kőzet, építő- és kohászati nyersanyag; CaCO3·MgCO3 alakban is felírható.
NaHCO3, szódabikarbónaFehér/színtelen, szilárd, ionrácsos, vízben oldódik.Sütőpor, savas közegben CO2-fejlődés; lúgos oldata bizonyos tisztítási feladatokhoz használható.
Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2A tantervben oldatbeli összetételt jelölnek: hidratált fémionok és HCO3− vannak, nem elkülönült oldott sómolekulák.Természetes vizek változó keménysége; melegítés/gáztávozás megváltoztathatja az egyensúlyt.

Mészégetés és mészoltás

Hevítéskor CaCO3 → CaO + CO2. A CaO égetett mész; vízzel erősen hőfejlődés közben Ca(OH)2 oltott meszet képez. A mészpépből a levegő CO2-jának hatására ismét CaCO3 keletkezhet: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O. Ez a mészkörforgás a kötőanyagok kémiáját is szemlélteti. Az égetett és oltott mész maró hatású; reakcióikat különítsd el.

A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.

A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.CaCO3hevítés / CO2 távozásCaOvíz hozzáadásaCa(OH)2CO2 felvétele
Ábra szöveges leírása
Állomás vagy anyagLényeg
CaCO3hevítésCO2 távozás
CaOvíz hozzáadása
Ca(OH)2CO2 felvétele

A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.

A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.CaCO3hevítés / CO2 távozásCaOvíz hozzáadásaCa(OH)2CO2 felvétele
Ábra szöveges leírása
Állomás vagy anyagLényeg
CaCO3hevítésCO2 távozás
CaOvíz hozzáadása
Ca(OH)2CO2 felvétele
A mészkő, az égetett mész és az oltott mész átalakulásai.

Karszt, cseppkő és vízkő

CO2-ot tartalmazó vízben a mészkő Ca(HCO3)2 alakban oldódhat. Ha az oldatból CO2 távozik, CaCO3 csapódik ki: ez a cseppkőképződés egyik alapja. A változó vízkeménységért oldott kalcium- és magnézium-hidrogén-karbonátok felelnek; forraláskor CaCO3-vízkő válhat ki. A természetes folyamat irányát a CO2 beoldódása vagy eltávozása befolyásolja.

Oldódás és kiválás ugyanannak az egyensúlynak két iránya

CaCO3(s) + CO2 + H2O ⇌ Ca2+ + 2 HCO3−

CO2-ban gazdag beszivárgó víz oldhatja a mészkövet. A CO2 távozása a fordított irányt segíti, CaCO3 válhat ki: cseppkő vagy vízkő keletkezhet. A HCO3− a vízben oldott ion, a CaCO3 szilárd csapadék. A hőmérséklet, a gáznyomás és a nyitott/zárt rendszer is számít.

Kidolgozott számítás: mészkőből égetett mész

50,0 g, 80,0%-os CaCO3-tartalmú mészkőben 40,0 g tiszta CaCO3 van. M(CaCO3) ≈ 100 gmol, ezért n=0,400 mol. A CaCO3 → CaO + CO2 egyenlet mindkét termékre 1:1 molarányt ad. Elméletileg 0,400·56,0 = 22,4 g CaO és 0,400·44,0 = 17,6 g CO2 képződik. Ha a tényleges CaO-hozam 75%, a kinyert CaO 16,8 g. A tisztaságot a reakció előtt, a hozamot a termék után alkalmazzuk.

Felidéző gyakorlás

Egy mol tiszta CaCO3 teljes bomlásakor mennyi CO2 keletkezik?

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ
Középszintű követelmények · 2.6 és kapcsolódó számítások

OH részletes követelmények, 34–38. oldal, 2.6

Grafit és gyémánt halmazszerkezete, fizikai tulajdonságai és alkalmazása; természetes/mesterséges szenek, a szén oxigén-, CO2-, vízgőz- és Fe2O3-reakciója. CO fizikai tulajdonságai, sűrűsége, égése, képződése, felhasználása, mérgező hatása és teendők gyanú esetén. CO2 szerkezete, polaritása, sűrűsége, vízreakciója, lúgreakciói, kimutatása és előállítása; szárazjég, felhasználás, különböző koncentrációinak élettani hatása és üvegházhatás. H2CO3 szerkezete, bomlékonysága, első vízreakciója, savmaradékai. Na2CO3, CaCO3, MgCO3, dolomit és NaHCO3: képlet, szín, fázis, oldhatóság és alkalmazás; savreakciók, mészégetés/-oltás, cseppkő és vízkő. A kapcsolódó számításokban a tisztaságot és az egyes műveletek hozamát külön alkalmazzuk.

Önellenőrzés a mintafeladat előtt

  • A grafit, gyémánt és fullerén eltérő részecske- és rácsszerkezetét külön adom meg.
  • A CO és CO2 tulajdonságait, reakcióit és élettani hatását nem keverem össze.
  • A mészkörforgás minden lépését külön rendezett egyenlettel írom fel.
  • Emelt szinten a szilíciumot, szilícium-dioxidot, üveget és szilikont nem nevezem azonos anyagnak.
Középszintű érettségi mintafeladat · 12 pont

50,0 g mészkő 80,0 tömegszázalék CaCO3-ot tartalmaz.
Hevítéskor CaCO3 → CaO + CO2.
A ténylegesen kinyert CaO az elméleti mennyiség 75,0%-a.
M(CaCO3)=100 gmol, M(CaO)=56,0 gmol, M(CO2)=44,0 gmol.

  1. Mennyi a tiszta CaCO3 tömege és anyagmennyisége? (3 pont)
  2. Mennyi CaO és CO2 keletkezhet elméletileg? (4 pont)
  3. Mennyi a ténylegesen kinyert CaO tömege? (2 pont)
  4. Írd fel a képződő CO2 meszes vízzel való reakcióját, és nevezd meg a tapasztalatot. (3 pont)
Középszintű mintamegoldás és részletes pontozás
  1. Mennyi a tiszta CaCO3 tömege és anyagmennyisége? (3 pont)m(CaCO3)=50,0·0,800=40,0 g (2 pont);
    n=40,0100=0,400 mol (1 pont).
  2. Mennyi CaO és CO2 keletkezhet elméletileg? (4 pont)Az egyenlet mindkét termékre 1:1 mólarányt ad, tehát 0,400–0,400 mol (2 pont);
    m(CaO)=0,400·56,0=22,4 g, m(CO2)=0,400·44,0=17,6 g (1–1 pont).
  3. Mennyi a ténylegesen kinyert CaO tömege? (2 pont)mtényleges(CaO)=22,4·0,750=16,8 g (2 pont).
  4. Írd fel a képződő CO2 meszes vízzel való reakcióját, és nevezd meg a tapasztalatot. (3 pont)Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (2 pont);
    a meszes víz megzavarosodik / fehér csapadék keletkezik (1 pont).

Összesen: 12 pont. Az elméleti CO2-tömeg a megadott teljes bomlásra vonatkozik;
a CaO külön megadott kinyerési százalékából nem következik a gáz ténylegesen összegyűjtött tömege.