Помутнение и обратное растворение
Выбирай превращение и двигай ползунок. Сопоставляй формулу продукта с появлением газа, осадка или растворением; пояснение раскрывает причину.
Это доля показанного перехода, не измерение времени или скорости.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Слабая кислота в равновесии с CO₂
При растворении CO₂ в воде небольшая часть образует H₂CO₃. Угольная кислота неустойчива и связана с равновесием CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃. Её диссоциация проходит ступенчато и создаёт HCO₃⁻ и CO₃²⁻.
Не вся растворённая порция CO₂ представлена молекулами H₂CO₃. Удаление газа из системы меняет равновесие. Это помогает объяснить, почему вода с растворённым CO₂ постепенно теряет часть кислотности при выходе газа.
CO₂ в воде
Молекулярно растворённый газ
H₂CO₃
Небольшая доля гидратированной формы
HCO₃⁻
Первая ступень диссоциации
CO₃²⁻
Вторая ступень диссоциации
При растворении CO₂ в воде небольшая часть образует H₂CO₃. Угольная кислота неустойчива и связана с равновесием CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃.
Карбонаты и гидрокарбонаты
Средние соли содержат CO₃²⁻, кислые — HCO₃⁻. Поэтому с Na⁺ формулы имеют вид Na₂CO₃ и NaHCO₃, с Ca²⁺ — CaCO₃ и Ca(HCO₃)₂. Число катионов или остатков подбирают по заряду.
Карбонат кальция малорастворим, а гидрокарбонат кальция существует в водных растворах. Именно различие этих форм играет роль в природной воде. Карбонаты щелочных металлов растворимы, поэтому нельзя объявлять весь класс нерастворимым.
| Соль | Остаток | Особенность |
|---|---|---|
| Na₂CO₃ | CO₃²⁻ | Кальцинированная сода |
| NaHCO₃ | HCO₃⁻ | Пищевая сода |
| CaCO₃ | CO₃²⁻ | Малорастворимый компонент известняка |
| Ca(HCO₃)₂ | HCO₃⁻ | Форма в водном растворе |
Средние соли содержат CO₃²⁻, кислые — HCO₃⁻. Поэтому с Na⁺ формулы имеют вид Na₂CO₃ и NaHCO₃, с Ca²⁺ — CaCO₃ и Ca(HCO₃)₂.
Модель молекулы углекислого газа
Молекула CO₂ линейна: две полярные связи расположены симметрично, поэтому их вклады в полярность компенсируются.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Кислота высвобождает углекислый газ
При действии сильной кислоты на карбонат образуются CO₂ и вода. Для растворённого карбоната сокращённая запись 2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂ + H₂O. Если исходный CaCO₃ твёрдый, его не разделяют на ионы: CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O.
Гидрокарбонату требуется только один H⁺ на остаток, потому что второй водород уже присутствует. Отличие отражается в расходе кислоты. Выделение газа служит признаком реакции, а состав газа подтверждают соответствующим анализом.
Карбонат-ион
CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂ + H₂O
Гидрокарбонат-ион
HCO₃⁻ + H⁺ → CO₂ + H₂O
Твёрдый карбонат
CaCO₃ + 2H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O
При действии сильной кислоты на карбонат образуются CO₂ и вода. Для растворённого карбоната сокращённая запись 2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂ + H₂O.
Вода переносит и вновь откладывает кальций
CaCO₃ взаимодействует с водой, содержащей CO₂, с образованием растворённого гидрокарбоната: CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂. При удалении CO₂ или нагревании возможен обратный переход с выпадением CaCO₃.
Так объясняют растворение карбонатных пород и образование известковых отложений. Атомы кальция не исчезают: они переходят между твёрдой и растворённой формами. Для растворения требуется совокупность воды и CO₂, а не одна сухая молекула газа.
Твёрдый CaCO₃
Карбонатная порода
Вода с CO₂
Переход в раствор
Ca(HCO₃)₂
Перенос кальция водой
Удаление CO₂
Повторное выпадение CaCO₃
CaCO₃ взаимодействует с водой, содержащей CO₂, с образованием растворённого гидрокарбоната: CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca(HCO₃)₂. При удалении CO₂ или нагревании возможен обратный переход с выпадением CaCO₃.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 36. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 36. Угольная кислота и ее соли.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах