Газообразные вещества в неорганической и органической химии

Газообразные вещества из курса неорганической и органической химии

При подготовке к предстоящим экзаменам выпускникам 9-х и 11-х классов необходимо изучить вопрос о газообразных веществах (физических свойствах, способах и методах получения, их распознавании и применении). Изучив темы спецификации экзаменов ОГЭ и ЕГЭ (на сайте www.fipi.ru), можно сказать, что отдельного вопроса по газообразным веществам практически нет (см. таблицу):

Формат экзамена	Номер и тема вопроса
ОГЭ	№13 (Чистые вещества и смеси. Правила безопасной работы в школьной лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Человек в мире веществ, материалов и химических реакций. Проблемы безопасного использования веществ и химических реакций в повседневной жизни. Разделение смесей и очистка веществ. Приготовление растворов. Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия); №17 (Первоначальные сведения об органических веществах: предельных и непредельных углеводородах (метане, этане, этилене, ацетилене) и кислородсодержащих веществах: спиртах (метаноле, этаноле, глицерине), карбоновых кислотах (уксусной и стеариновой). Биологи- чески важные вещества: белки, жиры, углеводы)
ЕГЭ	№14 (Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоал- канов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бен- зола и толуола). Основные способы получения углеводородов (в лаборатории); №26 (Правила работы в лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности при работе с едкими, горючими и токсичными веществами, средствами бытовой химии. Научные методы исследования химических веществ и превращений. Методы разделения смесей и очистки веществ. Понятие о металлургии: общие способы получения металлов. Общие научные принципы химического производства (на примере промышленного получения аммиака, серной кислоты, метанола). Химическое загрязнение окружающей среды и его последствия. Природные источники углеводородов, их переработка. Высокомолекулярные соединения. Реакции полимеризации и поли- конденсации. Полимеры. Пластмассы, волокна, каучуки)

Так, в варианте №3 (Химия. Подготовка к ОГЭ-2017. 30 тренировочных материалов по демоверсии 2017 года. 9-й класс: учебно-методическое пособие / под ред. В.Н. Доронькина. – Ростов н/Д : Легион, 2016. – 288 с.) учащимся предложено дать ответ на следующий вопрос (№13):

- Верны ли следующие суждения о способах получения веществ?

А. Путём вытеснения воды нельзя собрать аммиак.

Б. Путём вытеснения воды нельзя собрать кислород.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

Чтобы ответить на вопрос, ребятам следует знать физические и химические свойства аммиака и кислорода. Аммиак с водой очень хорошо взаимодействует, следовательно, методом вытеснения воды его получить нельзя. Кислород в воде растворяется, но с ней не взаимодействует. Поэтому, методом вытеснения воды его получить можно.

В варианте №4 (Химия. Подготовка к ЕГЭ-2017. 30 тренировочных вариантов по демоверсии на 2017 год: учебно-методическое пособие / под ред. В.Н. Доронькина. – Ростов н/Д : Легион, 2016. – 544 с.) учащимся предложено дать ответ на следующий вопрос (№14):

- Из предложенного перечня выберите два вещества, которые образуются при нагревании смеси твёрдых ацетата калия и гидроксида калия:

1) водород;

2) метан;

3) этан;

4) углекислый газ;

5) карбонат калия

Ответ: 2 (реакция декарбоксилирования)

Более того, для сдачи ЕГЭ ребятам необходимо знать, что является сырьём для получения того или иного газообразного вещества. Например, в той же книжке под редакцией Доронькина вопрос №26 (вариант 8) звучит так:

- Установите соответствие между получаемым в промышленности веществом и сырьём, используемым для его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой:

ВЕЩЕСТВО	ИСПОЛЬЗУЕМОЕ СЫРЬЁ
А) аммиак	1) сероводород
Б) сернистый газ	2) атмосферный азот
В) азотная кислота	3) нитрат аммония
Г) водород	4) раствор поваренной соли
	5) аммиак

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами:

Ответ:

А	Б	В	Г
2	1	5	4

В варианте №12 предлагают обучающимся вспомнить область применения некоторых газообразных веществ:

- Установите соответствие между веществом и областью его применения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой:

ВЕЩЕСТВО	ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
А) азот	1) обеззараживание воды
Б) кислород	2)в качестве топлива
В) водород	3) в качестве окислителя
Г) озон	4) в качестве катализатора
	5) для создания инертной атмосферы

Ответ:

А	Б	В	Г
5	3	2	1

С ребятами, сдающими экзамен по химии в 9-ом классе, на занятиях по подготовке к экзамену, заполняем нижеследующую таблицу (в 11-ом классе повторяем её и расширяем):

Название газообразного вещества	Физические свойства	Способ получения (уравнения реакций)	Способ распознавания	Применение  Значение
Водород	Самый лёгкий газ, в 14,5 раз легче воздуха, с воздухом в соотношении два объёма водорода к одному объёму кислорода образует «гремучий газ»	1. Путём взаимодействия щелочных и щелочноземельных металлов с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ 2. Взаимодействием металлов (до водорода) с соляной кислотой (любой концентрации) и разбавленной серной кислотой: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑ 3. Взаимодействием переходных (амфотерных) металлов с концентрированным раствором щёлочи при нагревании: 2Al + 2NaOH(конц) + 6H2O =  2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ 4. Разложением воды под действием электрического тока: 2H2O = 2H2↑ + O2↑	По характерному звуку взрыва: сосуд с водородом подносят к пламени (глухой хлопок – чистый водород, «лающий» звук – водород с примесью воздуха): 2H2 + O2 2H2O	Водородная горелка, производство маргарина, ракетное топливо, производство различных веществ (аммиака, металлов, например вольфрама, соляной кислоты, органических веществ)
Кислород	Бесцветный газ, без запаха; в жидком состоянии имеет светло-голубую окраску, в твёрдом – синюю; в воде растворим лучше, чем азот и водород	1. Путём разложения перманганата калия: 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 2. Путём разложения перекиси водорода: 2H2O22H2↑ + O2↑ 3. Разложение бертолетовой соли (хлората калия): 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ 4. Разложение нитратов 5. Разложением воды под действием электрического тока: 2H2O = 2H2↑ + O2↑ 6. Процесс фотосинтеза: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2↑	Вспыхивание тлеющей лучинки в ёмкости с кислородом	В металлургии, как окислитель ракетного топлива, в авиации для дыхания, в медицине для дыхания, при взрывных работах, для газовой резки и сварки металлов
Углекислый газ	Бесцветный газ, без запаха, в 1,5 раза тяжелее воздуха. При обычных условиях в одном объёме воды растворяется один объём углекислого газа. При давлении 60 атм превращается в бесцветную жидкость. При испарении жидкого углекислого газа часть его превращается в твёрдую снегообразную массу, которую в промышленности прессуют – получают «сухой лёд».	1. В промышленности обжигом известняка: CaCO3CaO + CO2↑ 2. Действием соляной кислоты на мел или мрамор: CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑	С помощью горящей лучинки, которая гаснет в атмосфере углекислого газа, или по помутнению известковой воды: CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O	Для создания «дыма» на сцене, хранения мороженого, в шипучих напитках, в пенных огнетушителях
Аммиак	Бесцветный газ с резким запахом, почти в 2 раза легче воздуха. Нельзя вдыхать продолжительное время, т.к. он ядовит. Легко сжижается при обычном давлении и температуре -33,4оС. При испарении жидкого аммиака из окружающей среды поглощается много тепла, поэтому аммиак применяют в холодильных установках. Хорошо растворим в воде: при 20оС в 1 объёме воды растворяется  около 710 объёмов аммиака.	1. В промышленности: при высоких температурах, давлении и в присутствии катализатора азот реагирует с водородом, образуя аммиак: N2 +3H2 2NH3 + Q 2. В лаборатории аммиак получают действием гашёной извести на соли аммония (чаще всего хлорид аммония): Ca(OH)2 + 2NH4Cl  CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O	1) по запаху; 2) по изменению окраски влажной фенолфталеиновой бумажки (стала малинового цвета); 3) по появлению дыма при поднесении стеклянной палочки, смоченной соляной кислотой	1)в холодильных установках; 2) производство минеральных удобрений; 3) производство азотной кислоты; 4) для паяния; 5) получение взрывчатых веществ; 6) в медицине и в быту (нашатырный спирт)
Этилен	При нормальных условиях – бесцветный газ со слабым запахом, частично растворим в воде и этаноле. Хорошо растворим в диэтиловом эфире и углеводородах. Является фитогормоном. Обладает наркотическими свойствами. Самое производимое органическое вещество в мире.	1) В промышленности дегидрированием этана: CH3-CH3CH2=CH2 + H2 2) В лаборатории этилен получают двумя способами: а) деполимеризацией полиэтилена: (-CH2-CH2-)nnCH2=CH2 б) каталитической дегидратацией этилового спирта (в качестве катализатора используют белую глину или чистый оксид алюминия и концентрированную серную кислоту): C2H5OHCH2=CH2 + H2O	1) Обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия; 2) обесцвечивание бромной воды	1)в овощехранилищах для ускорения созревания плодов; 2) производство органических соединений (полиэтилена, растворителей, уксусной кислоты, спиртов)

Методы получения некоторых газообразных веществ

Название газообразного вещества	Метод вытеснения воздуха. Как располагают пробирку-приёмник?	Метод вытеснения воды
Водород	+ Вверх дном	+ Вверх дном
Кислород	+ Вниз дном	+ Вверх дном
Углекислый газ	+ Вниз дном	-
Аммиак	+ Вверх дном	-
Этилен	+ Вниз дном и наклонно	-

Таким образом, для успешной сдачи ОГЭ и ЕГЭ, учащимся необходимо знать способы и методы получения газообразных веществ. Самыми распространенными из них являются кислород, водород, углекислый газ и  аммиак. В учебнике 11 класса ребятам предлагается практическая работа №1, которая так и называется «Получение, собирание и распознавание газов». В ней предложено пять вариантов – получение пяти разных газообразных веществ: водород, кислород, углекислого газа, аммиака и этилена. Конечно, на уроке продолжительностью 45 минут все 5 вариантов выполнить просто нереально. Поэтому, прежде чем приступить к данной работе, учащиеся дома заполняют вышепредложенную таблицу. Таким образом, ребята дома при заполнении таблицы повторяют методы и способы получения газообразных веществ (курс химии 8, 9 и 10 класса) и приходят на урок уже теоретически осведомлёнными. За одну тему выпускники получают две оценки. Работа по объёму получается большая, но ребята с удовольствием её выполняют. А стимулом является – хорошая оценка в аттестат.