Способы получения карбонатов углерода

Карбонат кальция: способы получения и химические свойства

Карбонат кальция CaCO₃ — соль кальция и угольной кислоты. Белый, при прокаливании разлагается, плавится без разложения под избыточным давлением CO₂. Практически не растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса M_r = 100,09; относительная плотность для тв. и ж. состояния d= 2,93; t_пл = 1242º C при избыточном давлении.

Способ получения

1. Карбонат кальция можно получить путем взаимодействия хлорида кальция и карбоната кальция , образуется карбонат кальция и хлорид натрия:

2. В результате взаимодействия при комнатной температуре оксида кальция и углекислого газа происходит образование карбоната кальция:

3. Гидроксид кальция вступает в взаимодействие с углекислым газом и образует карбонат кальция и воду:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат кальция — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

Химические свойства

1. Карбонат кальция разлагается при температуре выше 900 — 1200º С, с образованием оксида кальция и углекислого газа:

2. Карбонат кальция вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Карбонат кальция реагирует с оксидами :

2.1.1. Карбонат лития вступает в взаимодействие с оксидом кремния при 800º С и образует на выходе силикат кальция и углекислый газ:

2.2. Карбонат кальция реагирует с кислотами :

2.2.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат кальция образует хлорид кальция, углекислый газ и воду:

2.2.2. Карбонат кальция реагирует с разбавленной плавиковой кислотой . Взаимодействие карбоната кальция с плавиковой кислотой приводит к образованию фторида кальция, воды и углекислого газа:

2.2.3. Карбонат кальция взаимодействует с сероводородной кислотой при 900º С и образует сульфид кальция, воду и углекислый газ:

3. Карбонат кальция реагирует с простыми веществами:

3.1. Карбонат кальция при 800 — 850º С вступает в реакцию с углеродом (коксом) образуя оксид кальция и угарный газ:

CaCO₃ + C = CaO + 2CO

Источник

СО — несолеобразующий оксид

При обычных условиях не реагирует с водой, кислотами, щелочами, поэтому относится к типу несо леобразующих оксидов. Однако формально его можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты. Основанием для этого является его образование при дегидратации НСООН (см. выше), а также получение формиата натрия при пропускании СО через концентрированный раствор NaOH под высоким давлением:

СО + NaOH → HCOONa формиат натрия

СО — сильный восстановитель

1. Взаимодействие с кислородом и галогенами:

2. Восстановление металлов из их оксидов (реакции осуществляются при Т — 300—1500°С):

3. Восстановление водорода из воды:

Эта реакция в присутствии катализаторов, содержащих Pt или Pd, происходит при обычной температуре, что используется для удаления СО из выхлопных газов автомобилей.

4. Восстановление некоторых благородных металлов из солей (при комнатной Т):

Синтез органических соединений

1. Синтез метанола СО + 2Н₂ → СН₃ОН

2. Синтез метана и его гомологов: СО + 3Н₂ → CН₄ + Н₂О

Образование карбонилов металлов

Молекулы СО довольно легко присоединяются к атомам некоторых d-металлов. В образовании донорно-акцепторных связей участвуют неподеленные электронные пары атомов углерода в молекулах СО и свободные орбитали атомов металлов:

4СО + Ni = [Ni(CO)₄] тетракарбонил никеля

5СО + Fe = [Fe(CO)₅] пентакарбонил железа

Образование карбокси — гемоглобина

СО связывается с ионами Fe 2+ в гемоглобине (НЬ) подобно О₂. Сродство НЬ человека к СО более чем в 200 раз превышает сродство к О₂, поэтому СО способен вытеснять О₂ из оксигемоглобина НЬО₂:

Этим и объясняется высокая токсичность угарного газа.

Диоксид углерода

СО₂ — оксид углерода (IV), углекислый газ, угольный ангидрид, диоксид углерода. В молекуле СО₂ атом углерода связан полярными ковалентными связями с двумя атомами кислорода: O=С=O. Молекула имеет симметричное линейное строение, вследствие чего в целом неполярна (дипольный момент равен O).

Физические свойства

При обычных условиях СО₂ — бесцветный негорючий газ, значительно тяжелее воздуха, со слабым кисловатым запахом и вкусом Уже при комнатной температуре под давлением сжижается, а при более низкой температуре превращается в твердую снегообразную массу («сухой лед»). О растворении в воде — см. ниже.

Способы получения

1. Разложение карбонатов и гидрокарбонатов:

2. Сжигание угля и других видов топлива:

3. Действие сильных кислот на карбонаты и гидрокарбонаты:

4. Спиртовое брожение глюкозы:

Химические свойства

СО₂ — кислотный оксид, ангидрид угольной кислоты

Химически диоксид углерода — довольно инертное вещество. Основной тип взаимодействия СО₂ связан с проявлением свойств кислотного оксида.

1. Взаимодействие с водой.

При растворении углекислого газа в воде небольшая часть его молекул (менее 1 %) соединяется с молекулами Н20, образуя очень слабую угольную кислоту:

2. Взаимодействие со щелочами и основными оксидами.

СО₂ + NaOH = NaHCО₃ гидрокарбонат натрия

Эта реакция используется как качественная для обнаружения СО₂↑.

3. Взаимодействие с водными растворами солей, образованных очень слабыми кислотами (слабее угольной):

Фотосинтез

СО₂ — биохимически активное вещество. В листьях растений на свету из СО₂ и Н₂O образуются углеводы и кислород:

СО₂ — окислитель в реакциях с сильными восстановителями

При высокой температуре диоксид углерода реагирует с очень активными металлами, а также с другими сильными восстановителями (С, Н₂, NH₃). Примеры реакций:

СО₂ + 2Мg = 2МgО + С

а) Синтез мочевины (карбамида):

б) Получение питьевой соды по методу Сольвэ:

Угольная кислота и карбонаты

Растворимость угольного ангидрида в воде при обычных условиях сравнительно невелика (в 1 л воды — 1 л СО₂), при этом только очень небольшая его часть (менее 1 %) соединяется с водой, образуя непрочную угольную кислоту:

Н₂СО₃ — слабая двухосновная кислота

Будучи 2-основной кислотой, Н₂СО₃ диссоциирует ступенчато с образованием гидрокарбонат- и карбонат-анионов:

Угольная кислота существует только в водных растворах, где количество ее молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул СО₂.

Н₂СО₃ как индивидуальное вещество не имеет никакого значения, но ее соли очень устойчивы и весьма распространены.

Карбонаты

Растворимость в воде. Гидролиз.

Растворимыми в воде солями являются карбонаты щелочных металлов и аммония. Вследствие высокой степени гидролиза их водные растворы имеют сильнощелочную реакцию и в целом ряде случаев ведут себя как основания средней силы.

Химические свойства

Карбонаты щелочных Me при нагревании до т. пл. (

800 — 1000°С) не разлагаются. Все остальные карбонаты разлагаются, не достигнув т. пл., образуя углекислый газ и соответствующий оксид МеО. Термическое разложение СаСО₃ широко используется для получения негашеной извести и СО₂:

При температуре от 700 до 900″С эта реакция обратима, ее равновесие смещают путем изменения давления СО₂. Особенно легко разлагается карбонат аммония:

Взаимодействие с кислотами

Почти все кислоты, даже такие слабые, как уксусная, легко разлагают карбонаты, вытесняя из них угольную кислоту в виде СО₂ и Н₂O:

Превращение в гидрокарбонаты

При пропускании СО₂ в растворы карбонатов или при постепенном добавлении к ним кислот происходит образование кислых солей — гидрокарбонатов:

В природе происходит медленное растворение известняков под действием атмосферных осадков и СО₂:

Гидрокарбонаты

Катионы NH₄ + , щелочных и щелочноземельных Me, а также некоторые другие 2-зарядные катионы образуют с анионами НСО₃ — соли — гидрокарбонаты. Все они легко растворяются в воде, за исключением NaHCО₃.

При кипячении растворов гидрокарбонатов происходит их превращение в карбонаты или гидроксиды металлов с отщеплением СО₂:

Водные растворы гидрокарбонатов также имеют щелочную среду вследствие гидролиза, но рН значительно меньше, чем у растворов карбонатов. Гидролиз аниона НСО₃ — протекает по схеме:

Питьевая сода NaHCО₃

Сода — один из главных продуктов неорганического синтеза. В промышленности ее получают ам миачно-хлоридным способом, основанном на малой растворимости NaHCО₃ в воде (метод Сольвэ):

При прокаливании NaHCО₃ разлагается с образованием Na₂CО₃, СО₂ и воды.

Качественная реакция на карбонат — анионы

1. Распознавание карбонатов в виде твердых веществ производится с помощью HCl или H₂SО₄ (разбавленных растворов) Выделяющийся при их взаимодействии СО₂ определяют по помутнению известковой воды:

При избытке СО₂ помутнение исчезает и раствор вновь становится прозрачным:

2. Распознавание карбонат-анионов в растворе можно осуществить введением катионов Са 2+ , что приводит к выпадению в осадок нерастворимого СаСО₃.

Исторические и технические названия некоторых карбонатов

Na₂CО₃ — Кальцинированная сода

NaHCО₃ — Питьевая сода

СаСО₃ — Кальцит, известняк, мел, мрамор

(СиОН)₂СО₃ — Малахит, основной карбонат меди

Источник

Углерод, его соединения: .способы получения карбонатов или бикарбонатов вообще – C01B 31/24

Патенты в данной категории

Изобретение относится к технологии превращения диоксида углерода в твердый материал с использованием минеральной карбонизации. Способ содержит следующие стадии: (а) прямую термоактивацию магнийсиликат-гидроксидного минерального сырья путем сжигания топлива, в результате чего образуется активированное сырье; (b) выделение из активированного сырья оксидов металлов при существенном исключении отделения оксида магния и силиката магния, в результате чего образуется остаточное активированное сырье; (с) до или после стадии отделения суспендирование активированного сырья в растворителе с образованием суспензии; и (d) контактирование суспензии остаточного активированного сырья с диоксидом углерода, в результате чего диоксид углерода превращается в карбонат магния. Изобретение позволяет улучшить технико-экономические показатели и уменьшить количество выбрасываемого в атмосферу диоксида углерода. 24 з.п. ф-лы, 4 ил.

2504426
патент выдан:
опубликован: 20.01.2014 СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРОВ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ РЕГЕНЕРАЦИЮ ОСАЖДАЮЩИХ АГЕНТОВ-КАРБОНАТОВ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к способам производства катализаторов. Описан способ изготовления композиции катализатора, состоящей из катализатора или предшественника катализатора, включающий следующие стадии: (i) смешивание одного или нескольких растворимых соединений металла, включающих соединения Са, Mg, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn или Pb, с раствором осаждающего агента — карбоната щелочного металла, с получением осадка нерастворимых карбонатов металла; (ii) переработка нерастворимых карбонатов металла посредством одной или нескольких стадий, выбранных из стадии выдерживания, стадии кальцинирования и стадии восстановления, в катализатор или предшественник катализатора с выделением диоксида углерода; (iii) извлечение, по меньшей мере, части выделившегося диоксида углерода; (iv) осуществление реакции между извлеченным диоксидом углерода и соответствующим щелочным соединением металла в абсорбционной колонне для получения карбоната щелочного металла, где, по меньшей мере, часть полученного карбоната щелочного металла используется в качестве осаждающего агента на стадии (i). 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

2482918
патент выдан:
опубликован: 27.05.2013 СПОСОБ СНИЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ CO2 В ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Группа изобретений относится к способу и устройству снижения концентрации СО 2 в потоке. Способ включает введение потока первого газа, не включающего СО 2 или включающего его следовые количества, первым конвейером и введение второго газа, включающего СО 2 в концентрации по меньшей мере выше той, что находится в равновесии воздух-вода, в поток жидкости вторым конвейером. При добавлении раствора, включающего соль, в реакционную камеру, введении в реакционную камеру первого и второго газа происходит образование твердого карбоната в реакционной камере и выделение непрореагировавшего газа, включающего СО 2 в сниженной концентрации. Способ осуществляют при комнатной температуре. Первый газ является воздухом. Второй газ является атмосферным воздухом, загрязненным вследствие процесса деятельности человека или вследствие природного процесса. Способ по второму варианту заключается во внесении потока СО 2 в жидкость, включающую соль, с образованием углекислоты в растворе и смешивании раствора углекислоты с основанием при рН смеси, равном 9-12. При добавлении раствора, включающего соль, в реакционную камеру, введении основания в реакционную камеру через первый конвейер и введении образца жидкости в реакционную камеру через второй конвейер происходит образование твердого карбоната в реакционной камере и выделение непрореагировавшего газа. Технический результат: снижение концентрации атмосферного СО 2 путем образования твердого карбоната. 6 н. и 56 з.п. ф-лы, 39 прим., 4 ил., 1 табл.

2449828
патент выдан:
опубликован: 10.05.2012 РАЗЛИЧНЫЕ ТИПЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, КОТОРЫЕ СОДЕРЖАТ КАРБОНАТ, ВЫДЕЛЯЮЩИЙ ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ МЕНЬШЕЕ КОЛИЧЕСТВО ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ИЗ ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА, СПОСОБЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Синтетическое неорганическое вещество, содержащее карбонаты элементов первой, или второй, или третьей основных групп Периодической таблицы Д.И.Менделеева, характеризуется скоростью превращения ядер углерода из 14 C в 12 С в диапазоне 450-890 превращений в час на грамм, предпочтительно 700-890 превращений в час на грамм и наиболее предпочтительно 850-890 превращений в час на грамм. Указанное вещество может быть получено путем образования диоксида углерода в результате аэробной или анаэробной ферментации и взаимодействия диоксида углерода с суспензией или раствором, содержащим одновалентные, и/или двухвалентные, и/или трехвалентные катионы. Возможно образование диоксида углерода путем ферментации сахаров или сжигания спирта или алканов, образующихся в результате ферментации органических соединений, таких как фрукты, фруктовые спирты, или же из коммунальных отходов. Полученное синтетическое неорганическое вещество может найти применение в области фармацевтики, в производстве пищевых продуктов, при изготовлении бумаги. Изобретение позволяет снизить выделение диоксида углерода из ископаемого топлива. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил., 2 табл.

2407702
патент выдан:
опубликован: 27.12.2010 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ КАРБОНАТОВ

Изобретение может быть использовано в химической технологии неорганических веществ и материалов. Способ получения ультрадисперсных порошков карбонатов включает карбонизацию водной суспензии порошков природных карбонатов с размером частиц не более 100 мкм в условиях избыточного давления двуокиси углерода при одновременном механическом перемешивании суспензии. Для получения карбоната железа используют сидерит, для получения карбоната магния — магнезит, для получения карбоната кальция-магния — доломит и для получения карбоната кальция-железа-магния — анкерит. Процесс карбонизации проводят при температуре (4-50)°С и повышенном давлении двуокиси углерода от 0,8 до 2,5 МПа без дополнительной стабилизации кислотности среды. Далее снижают давление двуокиси углерода CO 2 до атмосферного и осаждают из насыщенных растворов неустойчивых гидрокарбонатов ультрадисперсные порошки карбонатов. Изобретение позволяет получать ультрадисперсные карбонаты из минерального сырья при упрощении технологии.

2374176
патент выдан:
опубликован: 27.11.2009 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ ИЗ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ПРОИЗВОДСТВА ИЗВЕСТИ

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано при получении чистого и мелкодисперсного карбоната кальция. Способ получения карбоната кальция из отходящих газов производства извести включает обжиг известняка с получением оксида кальция и отходящих газов. Полученный оксид кальция обрабатывают водой с образованием гидроксида кальция, который подают на обработку газов, содержащих диоксид углерода, до достижения концентрации карбоната кальция в растворе 60-250 г/дм 3 . Полученную суспензию карбоната кальция фильтруют и сушат. Отходящие газы со стадии обжига известняка сначала обрабатывают водой до достижения соотношения Т:Ж 1:(4-20). Полученную смесь примесей и гидроксида кальция отделяют от газов, содержащих диоксид углерода, и выводят. Перед фильтрацией суспензию карбоната кальция можно декантировать в течение 0,5-1,0 ч. Изобретение позволяет повысить качество карбоната кальция за счет его чистоты, снизить затраты на его производство. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

2284963
патент выдан:
опубликован: 10.10.2006 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИ ОДНОРОДНЫХ КАРБОНАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛАСТИНЧАТОЙ ИЛИ ДЕНДРИТНОЙ ФОРМЫ.

Изобретение относится к области гидрометаллургии редкоземельных элементов, в частности к технологии получения карбонатов редкоземельных элементов с регулируемой формой частиц, используемых в производстве полировальных материалов и катализаторов. Суспензию карбонатов РЗЭ, полученную в результате смешивания раствора соли редкоземельных элементов с раствором соли угольной кислоты, перемешивают при температуре от 20 до 75°С при скорости движения суспензии от 0,5 до 20 м/сек. Проводят осаждение карбонатов РЗЭ пластинчатой формы при перемешивании суспензии в течение времени, отвечающего соотношению Осаждение карбонатов дендритной формы проводят при перемешивании суспензии в течение времени, отвечающего соотношению где — численные значения времени перемешивания, выраженные в минутах, Т — численные значения температуры реакционной среды, выраженные в градусах Цельсия. Технический результат заключается в расширении температурного диапазона осаждения карбонатов РЗЭ пластинчатой и дендритной формы и улучшении гранулометрической однородности продукта. 2 ил.

Источник