Угольная кислота и свойства карбонатов
Угольная кислота H₂CO₃ — неустойчивая слабая двухосновная кислота, существующая только в растворе: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃, и диссоциирует она в две ступени: H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻, HCO₃⁻ ⇄ H⁺ + CO₃²⁻. Она образует средние соли — карбонаты (K₂CO₃, CaCO₃) и кислые соли — гидрокарбонаты (KHCO₃, Ca(HCO₃)₂). В воде растворяются только карбонаты щелочных металлов и аммония и все гидрокарбонаты; остальные карбонаты нерастворимы. Сильные кислоты вытесняют CO₂ из карбонатов и гидрокарбонатов: CO₃²⁻ + 2H⁺ → H₂O + CO₂↑, HCO₃⁻ + H⁺ → H₂O + CO₂↑ — это и есть качественная реакция на карбонат-ион (газ мутит известковую воду). При нагревании карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов, разлагаются: CaCO₃ → CaO + CO₂ (при нагревании), а гидрокарбонаты превращаются в карбонаты: 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O. В природе равновесие CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇄ Ca(HCO₃)₂ создаёт пещеры, сталактиты и сталагмиты. Реакция Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃ даёт питьевую соду; кальцинированную соду используют в производстве стекла, мыла и бумаги, а известняк и мрамор — строительные материалы. Раствор Na₂CO₃ имеет щелочную среду вследствие гидролиза.
«Модель пещеры»: демонстрация учителя — капля разбавленной лимонной кислоты на кусочке мела (или известняка) показывает пузырьки газа. Учащиеся наблюдают, записывают уравнение и объясняют, как образуются сталактиты. С кислотой работает только учитель; опыты с кислотами дома не проводить.