9.6.2　碳及其重要化合物

9.6.2　碳及其重要化合物

9.6.2.1　一氧化碳(carbon monoxide)

实验室是用浓H₂SO₄与甲酸或草酸作用得到CO：

CO分子和N₂分子各有10个价电子，是等电子体，所以CO同N₂一样也具有三重键：1个σ键，2个π键。但是与N₂分子不同的是，CO分子中的π键为配键，这对电子来自氧原子。其结构式为：

CO作为一种配体，能与一些有空轨道的金属原子或离子形成配合物。例如同　ⅥB、ⅦB和Ⅷ族的过渡金属形成羰基配合物：Fe(CO)₅、Ni(CO)₄和Cr(CO)₆等。

CO之所以对人体有毒，是因为它能与血液中携带O₂的血红蛋白(Hb)形成稳定的配合物COHb(CO与Hb的亲和力为O₂与Hb的230～270倍)，使血红蛋白丧失了输送氧气的能力，导致人体因缺氧而死亡。

CO还能使一些化合物中的金属离子还原。如：

CO+PdCl₂+H₂O=CO₂+Pd↓+2HCl

CO+2Ag(NH₃)₂OH=2Ag↓+(NH₄)₂CO₃+2NH₃

这些反应都可以用于检测微量CO的存在。

9.6.2.2　二氧化碳(carbondioxide)

CO₂的实验室制法是用盐酸和大理石(CaCO₃)作用：

CaCO₃(s)+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑

在CO₂分子中，碳原子与氧原子生成4个键，2个σ键和2个键。CO₂中的碳氧键之间。但通常仍用表示CO₂分子。

CO₂分子没有极性，它很容易被液化，固体俗称干冰，是分子晶体，常压下于195K直接升华为气体，它是工业上广泛使用的制冷剂。

CO₂不活泼，但在高温下能与活泼金属镁、钠等反应：

9.6.2.3　碳酸及其盐

CO₂溶于水中形成碳酸(carbonic acid)。它是二元弱酸，在水中存在下列平衡：

碳酸能生成两种盐：碳酸盐(carbonate)和碳酸氢盐(bicarbonate)。碳原子在这两种离子中均以sp²杂化轨道与三个氧原子的p轨道形成三个σ键，它的另一个p轨道与氧原子的p轨道形成离域键，离子为平面三角形。图9.7所示为的结构。

所有碳酸氢盐都溶于水，正盐中只有铵盐和碱金属的盐溶于水。易溶碳酸盐的溶解度大于酸式盐，这同离子在它们的晶体中通过氢键结合成链有关。而难溶碳酸盐的溶解度小于酸式盐，如Ca(HCO₃)₂的溶解度大于CaCO₃。

这个转化反应能说明自然界中钟乳石和石笋的形成原理。

碳酸盐均水解。在金属盐类(碱金属和盐除外)溶液中加可溶性碳酸盐，产物可能是碳酸盐、碱式碳酸盐或氢氧化物。究竟是哪种产物，取决于反应物、生成物的性质和反应条件。如果金属离子不水解，将得到碳酸盐；如果金属离子的水解性极强，其氢氧化物的溶度积又小，如Al³⁺、Cr³⁺和Fe³⁺等，将得到氢氧化物：

有些金属离子如Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺和Mg²⁺等，其氢氧化物和碳酸盐的溶解度相差不多，则可能得到碱式盐：

酸式碳酸盐的稳定性均比相应的正盐的稳定性差。碳酸盐受热分解的难易程度与阳离子的极化作用有关。阳离子对离子产生极化作用，使不稳定以致分解。阳离子的极化作用越大，碳酸盐就越不稳定。固体碳酸盐的热稳定性大小是：

碱金属盐＞碱土金属盐＞过渡金属盐＞铵盐

碳酸盐＞碳酸氢盐＞碳酸

例如：MgCO₃＜CaCO₃＜SrCO₃＜BaCO₃