Урок по химии "Практическая работа "Получение углекислого газа и изучение его свойств" 9 класс

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА (ДОМАШНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ)

«ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА И ИЗУЧЕНИЕ ЕГО СВОЙСТВ»

Цель работы: получить углекислый газ действием уксусной и лимонной кислот на пищевую соду,

 научиться доказывать его наличие с помощью горящей лучинки и растворов, содержащих катионы кальция и магния,

 доказать наличие кислотных свойств у углекислого газа в ходе реакции с аммиаком,

 рассмотреть применение этих реакций в быту и на производстве, протекание их в природных экосистемах.

Оборудование и реактивы: кружка или стакан, чайная ложка, столовый уксус, пищевая сода, тарелка, вода, лимонная кислота, пищевые разрыхлители, поваренная соль «Экстра», морская соль, нашатырный спирт, пластиковая трубочка для соков.

Подготовьте заранее оборудование и реактивы, необходимые для проведения домашнего эксперимента в соответствии с приведенным выше списком. Проведите домашний эксперимент «Получение углекислого газа и изучение его свойств» в соответствии с инструкцией и зафиксируйте его на видео. Отчет о работе представьте в виде видео домашнего эксперимента и прикрепите его к сообщению ученика в модуле «Домашнее задание» онлайн-школы «Инфоурок». Ответьте на вопросы заданий.

Углекислый газ или СО₂ обладает большим количеством качеств и изменчивостью свойств в зависимости от условий его использования: бесцветен, не горюч, слегка кисловатого запаха и вкуса, в газообразном состоянии хорошо растворяется в воде (0,88 объёма в 1 объёме воды), частично взаимодействует с ней с образованием угольной кислоты, при охлаждении и атмосферном давлении переходит сразу в твёрдое состояние, минуя жидкую фазу, температура возгонки составляет  - 78,5 °С. Используется во многих отраслях промышленности и в быту: для карбонизации напитков, подкормки растений, охлаждении и заморозки продуктов, как консервант в составе газовой смеси для вакуумирования продуктов питания, противопожарной защите объектов, разрыхлителя в пищевой промышленности, в  медицине для улучшения кровообращения и регенерации тканей.

Основными источниками поступления СО₂ (двуокиси углерода) в атмосферу являются сжигание нефти, угля, газа, производство цемента, вырубка лесов, строительство и земледелие. Двуокись углерода в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому он скапливается в приземном слое и нижних слоях атмосферы.  Углекислый газ наряду с водяным паром и метаном является парниковым газом, который практически беспрепятственно пропускает энергию в видимой части спектра, но поглощает ее в инфракрасном диапазоне. В результате СО₂ играет для Земли ту же роль, что и пленка на теплицах. С другой стороны углекислый газ является источником углерода для процесса фотосинтеза. Повышение содержания СО₂ до 1,5% вызывает прямо пропорциональное возрастание интенсивности фотосинтеза у зерновых культур. В случаях, когда интенсивность фотосинтеза начинает превосходить интенсивность дыхания, снижается продуктивность растений. Многие современные тепличные хозяйства применяют один из перспективных способов подкормки растений - отходящие газы котельных, которые предварительно очищают от содержащихся в них вредных примесей. В отечественном тепличном овощеводстве регулирование концентрации углекислоты осуществляется с помощью автоматических систем.

Повышение содержания концентрации углекислого газа в воздухе помещений проявляется ощущением духоты: недолговременное вдыхание людьми  СО₂  двуокиси углерода в концентрациях от 0,1% (1000 ррm) до 0,5% (5000 ррm) вызывает неблагоприятные изменения дыхания, кровообращения, угнетение электрической активности головного мозга. Это связано с тем, что при повышении концентрации углекислого газа в воздухе, увеличивается его парциальное давление в альвеолах и повышается растворимость СО₂ в крови, при этом образуется слабая угольная кислота, кровь закисляется. Растворение СО₂ может быть представлено в виде химической реакции:

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ ↔ НСО₃^̶  + Н⁺ ↔ СО₃^2-  + 2Н⁺

Данное явление носит название «ацидоз». Посмотрите видеоряд «Гигиеническая оценка качества воздуха в школьном здании по содержанию двуокиси углерода» https://youtu.be/vW2W8jILPk8

 В то же время в медицине СО₂ используют для приготовления углекислых ванн. При воздействии углекислого газа на кожу его проникновение во внутренние среды организма незначительно и оказывает местное действие на сосуды и ткани кожи. Под воздействием углекислоты активизируется кровообращение в тканях, ускоряется диссоциация оксигемоглобина и отдача кислорода в кровь, увеличивается поглощение кислорода из вдыхаемого воздуха,  уменьшаются процессы воспаления.

ХОД РАБОТЫ:

ЗАДАЧА 1. Получение углекислого газа и доказательство его наличия

Внимательно наблюдайте за видеоопытом «Получение углекислого газа и изучение его свойств»

https://youtu.be/A0iaH3sz2g8

А) Получение углекислого газа. Возьмите одну третью часть стакана или кружки уксуса, добавьте в него чайную ложку соды. Что наблюдаете? Попробуйте добавить соду в уксус в другом количестве. Попробуйте провести такой же эксперимент с теплым уксусом. Докажите наличие углекислого газа с помощью горящей лучинки.

Б) Ответьте на вопросы. 1) Какое количество соды дает наибольшее количество пены?

 

2) Какой уксус, теплый или холодный, дает больше пены при взаимодействии с пищевой содой?

3) В пенных огнетушителях пена образуется при взаимодействии серной кислоты с раствором бикарбоната натрия (соды NaHCO₃) и состоит из мелких пузырьков воды, наполненных углекислым газом. Струя пены сбивает пламя, а сама пена, покрывая горящую поверхность, охлаждает ее и изолирует от кислорода воздуха. Составьте уравнение реакции соды с серной кислотой.                                                                                       

 

4) Пенные огнетушители (как и вода) не пригодны для тушения электроаппаратуры, поскольку водяная пена обладает электропроводностью и портит оборудование. Поэтому для тушения горящего электрооборудования, двигателей внутреннего сгорания, горящих легких металлов и  газов, выделяющихся под давлением из трубопроводов и газохранилищ, при тушении пожаров в хранилищах ценных материалов, в архивах, библиотеках используют углекислотные огнетушители, поскольку углекислый газ не электропроводен и не портит предметов.  Твердый бикарбонат натрия  NаНСО₃ выбрасывают под давлением из специальных установок. Образующиеся при нагревании NаНСО₃ углекислый газ и водяной пар изолируют пламя от воздуха.  Составьте уравнение реакции получения углекислого газа прокаливанием бикарбоната натрия.    

 

5) Двуокись углерода применяют для производства минеральных вод и газирования безалкогольных напитков. Для этой цели в торговлю поступает сжиженная двуокись углерода в стальных бомбах. Углекислый газ на производстве получают разложением мела серной кислотой. Выделяющийся газ  подвергается очистке пропусканием через сосуды, наполняемые водой и растворами соды. Составьте уравнение реакции получения углекислого газа разложением мела серной кислотой.                                                                                         

ЗАДАЧА 2. Осаждение малорастворимых карбонатов кальция и магния из природных вод углекислым газом

Внимательно наблюдайте за видеоопытом «Пропускание углекислого газа через воду и через раствор гидроксида кальция» https://youtu.be/ZDWODmh2yNQ

А) Осаждение малорастворимых карбонатов кальция и магния из природных вод углекислым газом.  Возьмите два стакана и наполните их на одну третью часть водой, в один из стаканов добавьте чайную ложку с горкой морской соли. С помощью трубочки пропустите выдыхаемый воздух, содержащий углекислый газ, через воду и раствор морской соли. Что наблюдаете?

Б) Ответьте на вопросы. 1) В природных экосистемах углекислота играет ведущую роль. Растворение наиболее распространенных карбонатных пород в присутствии углекислого газа приводит к образованию месторождений углекислых минеральных вод и коры выветривания (рыхлых продуктов выветривания горных пород, образующихся под почвой). Химизм этого процесса описывается следующими реакциями: 

кальцит:                                    СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са²⁺ + 2НСО₃^-

доломит:                        СаМg(СО₃)₂ + 2СО₂ + 2Н₂О = Са²⁺ + Мg²⁺ + 4НСО₃^-

сидерит:                                     FeCО₃ + СО₂ + Н₂О = Fe²⁺ + 2НСО₃^-.

Процессом противоположным растворению карбонатов является осаждение нерастворимых карбонатов. Составьте уравнения реакций осаждения карбонатов углекислым газом из растворов хлорида кальция, хлорида магния, сульфата кальция, сульфата магния.

 

2) Горные породы и минералы на поверхности земли под действием температуры, а затем влаги и углекислого газа выветриваются, т.е. медленно разрушаются. Выразите процесс выветривания полевого шпата К₂О • Аl₂О₃ • 6SiО₂ с помощью уравнения реакции, если известно, что основным продуктом является минерал каолинит Аl₂О₃ • 2SiО₂ • 2Н₂О главная составная часть белой глины, а также песок и соль, образующие залежи.

 

ЗАДАЧА 3. Кислотно-основные смеси в быту.

Пищевой разрыхлитель представляет собой смесь соды (основание), кислоты (дигидропирофосфат натрия) и кукурузного крахмала (наполнителя, препятствующего слеживанию разрыхлителя). Самостоятельно получите кислотно-основную смесь, смешав порошок лимонной кислоты с пищевой содой в соотношении 3 : 5 по массе. Протестируйте различные марки пищевых разрыхлителей. Для этого насыпьте горкой на тарелку по чайной ложке различных пищевых разрыхлителей, в том числе и самостоятельно приготовленного. Полейте порошки водой. Какой из пищевых разрыхлителей работает лучше? Почему самостоятельно приготовленный разрыхлитель шипит сильнее?

Б) Ответьте на вопросы. 1) Наибольшее распространение среди разрыхлителей получил дигидрофосфат натрия, в композиции с гидрокарбонатом натрия. Минусом его применения является послевкусие, образующееся в результате активности фермента, расщепляющего данный разрыхлитель. Дигидрофосфат натрия в разрыхлителе выполняет роль кислоты, так как содержит положительно заряженный ион водорода Н⁺, который вступает в реакцию с отрицательно заряженным бикарбонатным ионом соды (НСО₃^-) с образованием угольной кислоты. Угольная кислота медленно распадается на воду и углекислый газ, придающий выпечке рыхлость и пористость. Составьте уравнение реакции дигидрофосфата натрия с пищевой содой.

 

2) Другой химический разрыхлитель - карбонат аммония - применяется для выпечки тонких пирогов и печенья, сильно прогревающихся при выпекании. Эта пищевая добавка придает изделиям рыхлость и пористость из-за образования при 60°С аммиака и углекислого газа. По сравнению с пищевой содой придает изделиям более пористую структуру за счет лучшей газообразующей способности. Составьте уравнение реакции разложения карбоната аммония при нагревании.

3) Одним из наиболее распространенных разрыхлителей является гидрокарбонат натрия. К достоинствам пищевой соды можно отнести низкую стоимость, отсутствие токсичного воздействия на организм человека, отсутствие привкуса в конечном продукте, простоту использования. Однако гидрокарбонат натрия имеет и недостатки. Неполное разложение при термической обработке обуславливает присутствие в мучном изделии карбоната натрия, образующего щелочную реакцию среды. Данная соль окрашивает готовое изделие в желтый цвет, разрушает витамины группы В. Выделение углекислого газа при нагревании пищевой соды оказывает разрушающее действие на песочное тесто. Составьте уравнение реакции разложения гидрокарбоната натрия при нагревании.

 

ЗАДАЧА 4. Нейтрализация гидроксид-ионов углекислотой

В 60-х годах XIX века был предложен новый аммиачный способ получения соды. Сущность получения соды по этому способу заключается в последовательной обработке раствора поваренной соли аммиаком и двуокисью углерода, в результате чего образуется выпадающая в осадок двууглекислая сода NаНСО₃, наименее растворимая в растворе образовавшихся солей. Добавьте в раствор аммиака (нашатырный спирт) соль «Экстра» до образования концентрированного раствора. С помощью трубочки пропустите выдыхаемый воздух, содержащий углекислый газ через аммонизированный рассол. При карбонизации образуется суспензия кристаллов бикарбоната натрия в растворе хлорида аммония.

Б) Ответьте на вопросы. 1) Составьте основные реакции аммиачно-содового процесса:

- нейтрализация гидроксид-ионов углекислотой с образованием гидрокарбонат-ионов

NН₃ + СО₂ + Н₂О = …

- карбонизация аммиачно-солевого раствора

NН₄НСО₃ + NаСl = …

Краткое описание документа:

В конспекты разработаны химические опыты, которые могут проводиться учащимися в домашних условиях . Опыты направлены на познание практической значимости химических явлений в повседневной жизни, развитие практических умений и навыков, формирование естественнонаучной грамотности и экологической культуры.