ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 9 класс · § 36
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 36. Угольная кислота и ее соли

Как CO₂ переводит карбонаты в раствор и почему кальций снова выпадает в осадок?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как CO₂ переводит карбонаты в раствор и почему кальций снова выпадает в осадок?

Исследуем вместе

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.

01

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.

02

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.

СольОстатокОсобенность
Na₂CO₃CO₃²⁻Кальцинированная сода
NaHCO₃HCO₃⁻Пищевая сода
CaCO₃CO₃²⁻Малорастворимый компонент известняка
Ca(HCO₃)₂HCO₃⁻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.

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.

03

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.

04

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01При растворении CO₂ в воде небольшая часть образует H₂CO₃. Угольная кислота неустойчива и связана с равновесием CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃.
02Средние соли содержат CO₃²⁻, кислые — HCO₃⁻. Поэтому с Na⁺ формулы имеют вид Na₂CO₃ и NaHCO₃, с Ca²⁺ — CaCO₃ и Ca(HCO₃)₂.
03При действии сильной кислоты на карбонат образуются CO₂ и вода. Для растворённого карбоната сокращённая запись 2H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂ + H₂O.
04CaCO₃ 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.
05Карбонат кальция малорастворим, а гидрокарбонат кальция существует в водных растворах. Именно различие этих форм играет роль в природной воде.
06Так объясняют растворение карбонатных пород и образование известковых отложений. Атомы кальция не исчезают: они переходят между твёрдой и растворённой формами.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Формула угольной кислоты?
2. Она является…
3. Анион гидрокарбоната?
4. Формула карбоната натрия?
5. Формула гидрокарбоната кальция?
6. Что даёт карбонат с сильной кислотой?
7. Почему твёрдый CaCO₃ не разделяют в исходной ионной записи?
8. Сколько H⁺ нужно на CO₃²⁻?
9. Сколько H⁺ нужно на HCO₃⁻?
10. Что возможно при удалении CO₂ из гидрокарбонатной воды?

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
↑

Загрузка прогресса…