Угольная кислота H2CO3: свойства, получение, применение
Угольная кислота H2CO3 — слабая двухосновная неустойчивая кислота, молярная масса 62 г/моль.
Ключевые факты
- Формула
- H2CO3
- Класс
- кислота (слабая, двухосновная, кислородсодержащая, неустойчивая)
- Молярная масса
- 62 г/моль для расчётов ЕГЭ; по массам IUPAC 62,03 г/моль
- Состояние
- в свободном виде не существует; водный раствор углекислого газа
- Степень окисления углерода
- +4 (высшая)
- Валентность углерода
- IV
- Основность
- двухосновная, соли — карбонаты и гидрокарбонаты
- Устойчивость
- в чистом виде не выделена, существует только в растворе
Что такое угольная кислота?
Угольная кислота H2CO3 образуется, когда углекислый газ растворяется в воде. Но она крайне неустойчива: в растворе постоянно идёт обратный распад на воду и CO2, поэтому выделить её в чистом виде нельзя. Углерод в ней находится в высшей степени окисления +4.
Слабость и непрочность угольной кислоты определяют почти всё, что нужно знать про неё в школьной химии. Любая более сильная кислота вытесняет её из карбонатов, и раствор вскипает от выделяющегося газа. А из-за двух атомов водорода она образует два ряда солей: карбонаты и гидрокарбонаты.
Какие физические свойства у угольной кислоты?
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Агрегатное состояние | в свободном виде не существует; водный раствор углекислого газа |
| Цвет и запах | бесцветный раствор без запаха, на вкус слегка кисловатый |
| Доля молекул ~H2CO3~ | меньше одного процента растворённого CO2: остальное находится в виде молекул газа в воде |
| Растворимость ~CO2~ в воде | меньше одного объёма газа на один объём воды при 20 °C; с повышением давления растёт |
| Устойчивость | при нагревании и снижении давления быстро распадается; на этом основано «шипение» газировки |
Какие химические свойства у угольной кислоты?
Угольная кислота даёт реакции слабой кислоты: со щелочами, карбонатами и нерастворимыми карбонатами. Её главное свойство — обратимое разложение на воду и углекислый газ, а ещё то, что её вытесняют из солей любые более сильные кислоты.
- Обратимое разложениеH2CO3 ⇄ H2O + CO2↑Условия: нагревание или понижение давления сдвигает равновесие вправо
- С избытком щёлочи: средняя сольH2CO3 + 2NaOH → Na2CO3 + 2H2O
- С недостатком щёлочи: кислая сольH2CO3 + NaOH → NaHCO3 + H2O
- С карбонатом натрия: гидрокарбонатH2CO3 + Na2CO3 → 2NaHCO3
- С карбонатом кальция: растворимый гидрокарбонатH2CO3 + CaCO3 → Ca(HCO3)2
Последняя реакция объясняет образование сталактитов: вода с растворённым углекислым газом растворяет известняк и приносит гидрокарбонат кальция, а при выделении газа из капли снова выпадает карбонат кальция.
Как получают угольной кислоты?
Растворением углекислого газа
Углекислый газ при растворении в воде частично соединяется с ней. Реакция обратима, равновесие сильно смещено влево, поэтому кислоты в растворе мало.
- CO2 + H2O ⇄ H2CO3
Вытеснением из карбоната
При действии сильной кислоты на карбонат угольная кислота образуется на мгновение и сразу распадается, поэтому в итоговом уравнении записывают воду и газ.
- Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2↑
Как распознать угольная кислота? Качественная реакция
Карбонат-ион узнают по реакции с любой сильной кислотой: раствор «вскипает» из-за выделения углекислого газа без запаха. Газ пропускают через известковую воду, и она мутнеет, потому что выпадает белый осадок карбоната кальция.
- CO32− + 2H+ → H2O + CO2↑
Где применяют угольной кислоты?
- газированные напитки и минеральная вода: углекислый газ придаёт им вкус и шипение;
- приготовление теста: гидрокарбонат натрия выделяет CO2 и разрыхляет выпечку;
- природные процессы: растворение известняка, образование карстовых пещер и сталактитов;
- регулирование кислотности воды в аквариумах и бассейнах.
Меры предосторожности. Сама угольная кислота в газировке безопасна, но закрытую бутылку с газированной водой нельзя нагревать и встряхивать из-за давления газа. Накопление углекислого газа в плохо проветриваемом помещении опасно для дыхания.
Чему равна молярная масса угольной кислоты?
M(H2CO3) = 2·1 + 12 + 3·16 = 62 г/моль
Молярную массу вещества складывают из относительных атомных масс элементов с учётом индексов. На ЕГЭ массы округляют до целых, у хлора берут 35,5. Если брать массы IUPAC до сотых, получится 62,03 г/моль.
Посчитать молярную массу в калькуляторе · Количество вещества: n = m/M
Где угольная кислота встречается на ЕГЭ?
- Задание 3: степень окисления и валентностьСтепень окисления и валентность: у углерода в H2CO3 степень окисления +4, валентность IV.
- Задание 5: классы неорганических веществКлассификация: слабая двухосновная кислородсодержащая кислота, соли — карбонаты и гидрокарбонаты.
- Задание 6: свойства гидроксидов и солейСвойства гидроксидов и солей: вытеснение слабой кислоты сильной, кислые и средние соли.
- Задание 7: реагенты и продукты реакцииРеагенты и продукты: реакции карбонатов с кислотами и углекислого газа со щелочами.
- Задание 21: гидролиз солей и средаГидролиз солей: карбонат-ион как анион слабой кислоты даёт щелочную среду.
Вопросы и ответы
Чему равна молярная масса угольной кислоты?
M(H2CO3) = 2·1 + 12 + 3·16 = 62 г/моль. По массам IUPAC до сотых получается 62,03 г/моль.
Почему угольную кислоту нельзя получить в чистом виде?
Молекула H2CO3 неустойчива: в растворе она распадается на воду и углекислый газ быстрее, чем накапливается. При попытке упарить раствор газ улетает.
Какие соли образует угольная кислота?
Двухосновная кислота даёт средние соли — карбонаты, например Na2CO3, и кислые — гидрокарбонаты, например NaHCO3. Гидрокарбонаты кальция, магния и бария растворимы, а карбонаты этих металлов нет; у натрия наоборот: гидрокарбонат растворим хуже карбоната.
Что произойдёт, если налить соляную кислоту на мел?
Выделится углекислый газ: соляная кислота сильнее угольной и вытесняет её из карбоната кальция. Образовавшаяся H2CO3 тут же распадается на воду и газ, поэтому раствор шипит.
Потренироваться на заданиях
Страница объясняет вещество, а тренажёр помогает применить это в заданиях. В кабинете НейроМиши — задания ЕГЭ по химии с проверкой ответа и разбором ошибки. Начать можно без регистрации.
Связанные элементы, таблицы и вещества
Элементы в составе: водород H, углерод C, кислород O.
Другие вещества
Источники
- ФИПИ: демоверсия, спецификация и кодификатор ЕГЭ по химии (проект на 2027 год) — номера заданий и перечень проверяемого содержания
- CIAAW (комиссия IUPAC по изотопам и атомным весам): стандартные атомные веса — атомные массы для молярной массы
- О. С. Габриелян. Химия: учебники для 8–9 и 10–11 классов — школьный уровень свойств, получения и применения веществ