Номер 7, страница 227 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Предложите физический и химический способ разделения смеси оксидов углерода так, чтобы каждый из них был получен отдельно.

Для разделения смеси оксидов углерода, которая обычно состоит из угарного газа ($CO$) и углекислого газа ($CO₂$), можно применить физические и химические методы, основанные на различиях в их свойствах.

Физический способ

Данный метод использует значительную разницу в температурах фазовых переходов (конденсации/сублимации) двух оксидов. Углекислый газ ($CO₂$) при атмосферном давлении сублимирует (переходит из твердого состояния в газообразное) при температуре $-78.5^\circ\text{C}$. Угарный газ ($CO$) кипит при гораздо более низкой температуре: $-191.5^\circ\text{C}$.

Метод фракционной конденсации заключается в следующем:

Газовую смесь ($CO$ + $CO₂$) сжимают и охлаждают до температуры, которая находится между температурами их фазовых переходов, например, до $-100^\circ\text{C}$.

При этой температуре $CO₂$ десублимирует, то есть превращается в твердое вещество ("сухой лед"), в то время как $CO$ остается в виде газа.

Твердый $CO₂$ можно отделить от газообразного $CO$ механически, например, с помощью фильтрации.

Собранный твердый $CO₂$ затем нагревают, чтобы он снова перешел в газообразное состояние, таким образом получая чистый углекислый газ. Оставшийся газ является чистым угарным газом.

Ответ: Физический способ разделения смеси $CO$ и $CO₂$ — это фракционная конденсация. Он основан на разнице температур фазовых переходов: при охлаждении смеси (например, до $-100^\circ\text{C}$) углекислый газ переходит в твердое состояние и отделяется от угарного газа, который остается в газообразной фазе.

Химический способ

Этот способ основан на различии химической природы оксидов. Углекислый газ ($CO₂$) — кислотный оксид, который активно реагирует со щелочами. Угарный газ ($CO$) — несолеобразующий оксид, который в обычных условиях со щелочами не взаимодействует.

Алгоритм разделения:

Газовую смесь пропускают через раствор щелочи, например, через известковую воду (раствор $Ca(OH)₂$).

Углекислый газ ($CO₂$) реагирует, образуя нерастворимый осадок карбоната кальция ($CaCO₃$), и таким образом удаляется из газовой смеси. Угарный газ ($CO$) не реагирует и проходит через раствор, после чего его можно собрать в чистом виде.

Уравнение реакции поглощения: $CO₂ + Ca(OH)₂ \rightarrow CaCO₃\downarrow + H₂O$.

Для получения чистого $CO₂$ из образовавшегося карбоната кальция, осадок отфильтровывают и либо обрабатывают сильной кислотой (например, $HCl$), либо прокаливают при высокой температуре.

Уравнения реакций для выделения $CO₂$:

$CaCO₃(тв) + 2HCl(р-р) \rightarrow CaCl₂(р-р) + H₂O(ж) + CO₂\uparrow$

или

$CaCO₃(тв) \xrightarrow{t^\circ} CaO(тв) + CO₂\uparrow$

Ответ: Химический способ заключается в пропускании газовой смеси через раствор щелочи (например, $Ca(OH)₂$). Кислотный оксид $CO₂$ поглощается щелочью с образованием соли, в то время как инертный в этих условиях $CO$ проходит без изменений. Впоследствии чистый $CO₂$ можно выделить из соли путем ее разложения кислотой или нагреванием.