Карбонаты и гидрокарбонаты
Карбонаты и гидрокарбонаты — соли угольной кислоты \(\mathrm{H_2CO_3}\). В теме важно научиться составлять их формулы, предсказывать растворимость, распознавать карбонат-ионы и записывать реакции с кислотами, при нагревании и в водных растворах.
Состав и названия
Карбонаты содержат кислотный остаток карбонат \(\mathrm{CO_3^{2-}}\), а гидрокарбонаты — гидрокарбонат \(\mathrm{HCO_3^-}\). Формулы этих остатков нужно знать вместе с их зарядами; подробнее они разобраны на странице формул кислотных остатков.
Карбонаты — соли угольной кислоты, содержащие ион \(\mathrm{CO_3^{2-}}\). Гидрокарбонаты — кислые соли угольной кислоты, содержащие ион \(\mathrm{HCO_3^-}\).
При составлении формулы сначала записывают катион и кислотный остаток, затем уравнивают суммарный заряд. Например, ион кальция имеет заряд \(+2\), поэтому формула карбоната кальция — \(\mathrm{CaCO_3}\). Для алюминия с зарядом \(+3\) нужны три карбонат-иона: \(\mathrm{Al_2(CO_3)_3}\).
| Вещество | Название | Растворимость |
|---|---|---|
| \(\mathrm{Na_2CO_3}\) | карбонат натрия | растворим |
| \(\mathrm{CaCO_3}\) | карбонат кальция | нерастворим |
| \(\mathrm{NaHCO_3}\) | гидрокарбонат натрия | растворим |
| \(\mathrm{Ca(HCO_3)_2}\) | гидрокарбонат кальция | растворим в воде |
| \(\mathrm{(NH_4)_2CO_3}\) | карбонат аммония | растворим |
Большинство карбонатов нерастворимы в воде. Растворимы карбонаты щелочных металлов и аммония. Гидрокарбонаты щелочных металлов растворимы; гидрокарбонаты кальция и магния существуют преимущественно в растворах.
Для проверки осадка используют правила растворимости и таблицы формул осадков. В ионных уравнениях растворимые соли распадаются на ионы, а осадок \(\mathrm{CaCO_3}\) записывают недиссоциированным.
Физические свойства и термическое разложение
Карбонаты — твёрдые вещества. Растворимые карбонаты образуют бесцветные растворы, а многие нерастворимые соли имеют характерную окраску: \(\mathrm{CuCO_3}\) в чистом виде нестабилен, медные основные карбонаты имеют зелёную окраску. Гидрокарбонаты обычно менее устойчивы, чем обычные карбонаты.
При нагревании гидрокарбонаты разлагаются с образованием карбоната, углекислого газа и воды. Нерастворимые карбонаты большинства металлов при нагревании дают оксид металла и углекислый газ.
Карбонаты щелочных металлов, кроме карбоната лития, устойчивы при нагревании. Карбонат лития разлагается: \(\mathrm{Li_2CO_3 \to Li_2O + CO_2}\).
Реакции карбонатов с кислотами
Карбонаты и гидрокарбонаты реагируют с кислотами. Общий результат одинаков: образуются соль, вода и углекислый газ. Выделение газа — важный признак реакции; другие признаки собраны на странице признаков выделения газа.
Сильная кислота вытесняет слабую угольную кислоту из её соли. Угольная кислота неустойчива и сразу распадается на воду и углекислый газ, поэтому газ выделяется даже тогда, когда в промежуточной записи упоминается \(\mathrm{H_2CO_3}\).
Реакции обмена и превращения
Растворимые карбонаты вступают в реакции обмена, если среди продуктов появляется осадок, газ или слабый электролит. Например, при смешивании растворов карбоната натрия и хлорида кальция выпадает карбонат кальция.
Полное ионное уравнение содержит все сильные растворимые электролиты, а сокращённое ионное — только частицы, непосредственно участвующие в образовании осадка. Ионы натрия и хлора в этой реакции являются ионами-наблюдателями.
Карбонаты реагируют также с растворами щелочей и солей, если образуется малорастворимый гидроксид или другой осадок. При избытке углекислого газа осадок карбоната кальция может раствориться с образованием растворимого гидрокарбоната.
Какой газ выделяется при действии соляной кислоты на карбонат натрия?
Разобранный пример
Определите вещества \(A\) и \(B\) в цепочке превращений: \(\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{t} A \xrightarrow{H_2O} B}\).
В цепочках сначала определите тип реакции по условиям: нагревание карбоната обычно означает разложение, а добавление воды к активному основному оксиду — получение щёлочи или основания. Затем проверьте баланс атомов.
Не путайте заряды \(\mathrm{CO_3^{2-}}\) и \(\mathrm{HCO_3^-}\). Не записывайте для реакции карбоната с кислотой только соль и воду: обязательно указывайте \(\mathrm{CO_2\uparrow}\). В формуле алюминиевого карбоната нужны скобки: \(\mathrm{Al_2(CO_3)_3}\), а не \(\mathrm{Al_2CO_3{}_3}\). При нагревании \(\mathrm{NaHCO_3}\) образуется \(\mathrm{Na_2CO_3}\), а не \(\mathrm{NaOH}\).
Быстрая проверка
Главное
- Карбонат содержит \(\mathrm{CO_3^{2-}}\), гидрокарбонат — \(\mathrm{HCO_3^-}\).
- Большинство карбонатов нерастворимы; растворимы соли щелочных металлов и аммония.
- Карбонаты и гидрокарбонаты с кислотами образуют соль, воду и \(\mathrm{CO_2}\).
- При нагревании гидрокарбонаты дают карбонат, \(\mathrm{CO_2}\) и воду, а многие карбонаты — оксид металла и \(\mathrm{CO_2}\).
- В реакциях обмена карбонат-ион часто распознают по образованию осадка \(\mathrm{CaCO_3}\) или по выделению углекислого газа.