Угольная кислота и её соли

Научиться понимать строение, свойства и взаимопревращения угольной кислоты и её солей, а также объяснять их роль в природе и быту.

Карбонаты и гидрокарбонаты — это основа многих минералов (известняк, мрамор), они участвуют в природном круговороте углерода, используются в строительстве, медицине, пищевой промышленности. Понимание их свойств помогает объяснить жёсткость воды, образование сталактитов и действие разрыхлителей теста.

• Угольная кислота (H₂CO₃) — слабая двухосновная кислота, существует только в водном растворе, в свободном виде не выделена.
• При нагревании растворов угольной кислоты она разлагается на углекислый газ и воду.
• Угольная кислота образует два ряда солей: средние — карбонаты (CO₃²⁻) и кислые — гидрокарбонаты (HCO₃⁻).
• Карбонаты большинства металлов (кроме щелочных) нерастворимы в воде, а гидрокарбонаты, как правило, растворимы.
• Карбонаты и гидрокарбонаты реагируют с кислотами с выделением углекислого газа — это качественная реакция на карбонат-ион.
• При нагревании гидрокарбонаты разлагаются на карбонаты, воду и углекислый газ.
• В природе карбонаты и гидрокарбонаты участвуют в круговороте углерода, например, при растворении известняков под действием воды и углекислого газа.

Угольная кислота

Слабая неорганическая кислота, формула H₂CO₃, которая существует только в водном растворе и легко разлагается на воду и углекислый газ.

Карбонаты

Соли угольной кислоты, содержащие карбонат-ион CO₃²⁻, например, карбонат кальция CaCO₃.

Гидрокарбонаты

Кислые соли угольной кислоты, содержащие гидрокарбонат-ион HCO₃⁻, например, гидрокарбонат натрия NaHCO₃ (питьевая сода).

Качественная реакция на карбонат-ион

Взаимодействие карбонатов и гидрокарбонатов с сильными кислотами, сопровождающееся выделением углекислого газа, который вызывает помутнение известковой воды.

• Угольная кислота — слабая, диссоциирует ступенчато: H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻ (первая ступень) и HCO₃⁻ ⇄ H⁺ + CO₃²⁻ (вторая ступень).
• При нагревании H₂CO₃ разлагается: H₂CO₃ → H₂O + CO₂↑.
• Карбонаты щелочных металлов (Na₂CO₃, K₂CO₃) растворимы в воде, а карбонаты большинства других металлов (CaCO₃, BaCO₃) — нерастворимы.
• Гидрокарбонаты (NaHCO₃, Ca(HCO₃)₂) растворимы в воде.
• Карбонаты реагируют с кислотами: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂↑.
• Гидрокарбонаты разлагаются при нагревании: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑.
• При пропускании избытка CO₂ через раствор карбоната образуется гидрокарбонат: Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃.

1. Пример 1случай
   • Если на кусочек мрамора (CaCO₃) капнуть уксусной кислотой, наблюдается выделение пузырьков углекислого газа — это качественная реакция на карбонат-ион
2. Пример 2случай

   При кипячении воды с гидрокарбонатом кальция Ca(HCO₃)₂ образуется накипь

   Пояснение

   • карбонат кальция CaCO₃
3. Пример 3случай
   • В природе дождевая вода, насыщенная CO₂, медленно растворяет известняки, образуя карстовые пещеры

• Сталактиты и сталагмиты в пещерах образуются благодаря растворению карбоната кальция водой с углекислым газом и последующему выделению CaCO₃.
• Питьевая сода (NaHCO₃) используется в выпечке как разрыхлитель: при нагревании она выделяет углекислый газ, который делает тесто пышным.
• Временная жёсткость воды обусловлена гидрокарбонатами кальция и магния, которые можно удалить кипячением.

• При проведении реакции карбонатов с кислотами выделяется углекислый газ — работаем в хорошо проветриваемом помещении.
• Кислоты (например, соляная) едкие, при попадании на кожу и слизистые вызывают ожоги — соблюдаем осторожность, используем защитные очки и перчатки.

• Оксиды углерода (CO₂)
• Кислоты и соли (общие свойства)
• Гидролиз солей
• Жёсткость воды и способы её устранения