Одержання вуглекислого газу та його властивості

Розділи: Хімія

Цілі:

Розширити уявлення про історію відкриття, властивості та практичне застосування вуглекислого газу.
Ознайомити учнів із лабораторними способами отримання вуглекислого газу.
Продовжити формування експериментальних навичок учнів.

Використовувані прийоми: “правильні і неправильні твердження”, “зигзаг-1”, кластери.

Лабораторне обладнання: лабораторний штатив, прилад для отримання газів, склянка на 50 мл, шматочки мармуру, соляна кислота (1:2), вапняна вода, затискач Мора.

I. Стадія виклику

На стадії виклику використовується прийом "вірні та неправильні твердження".

Твердження

1. Вуглекислий газ – це “дикий газ”.

2. У морях і океанах міститься у 60 разів більше вуглекислого газу, ніж у земній атмосфері.

3. Природні джерела вуглекислого газу називають мофетами.

4. На околицях Неаполя знаходиться “Собача печера”, в якій не можуть перебувати собаки.

5. У лабораторіях вуглекислий газ одержують дією сірчаної кислоти на шматки мармуру.

6. Вуглекислий газ – це газ без кольору та запаху, легший за повітря, добре розчинний у воді.

7. Твердий вуглекислий газ отримав назву "сухого льоду".

8. Вапняна вода – це розчин гідроксиду кальцію у воді.

II. Стадія осмислення

1. Організація діяльності у робочих групах, учасники яких отримують тексти на п'ять основних тем “зигзага”:

Історія відкриття вуглекислого газу
Вуглекислий газ у природі
Одержання вуглекислого газу
Властивості вуглекислого газу
Практичне застосування вуглекислого газу

Йде первісне ознайомлення з текстом, первинне читання.

2. Робота в експертних групах.

В експертні групи об'єднуються "фахівці" з окремих питань. Їх завдання – уважне читання тексту, виділення ключових фраз і нових понять або використання кластерів та різних схем для графічного зображення змісту тексту (робота ведеться індивідуально).

3. Відбір матеріалу, його структурування та доповнення (групова робота)

4. Підготовка до трансляції тексту у робочих групах

1-а група експертів складає опорний конспект "Історія відкриття вуглекислого газу"
2-я група експертів складає схему поширення вуглекислого газу у природі
3-я група експертів складає схему отримання вуглекислого газу та малюнок установки для його отримання
4-та група експертів складає класифікацію властивостей вуглекислого газу
5-а група експертів складає схему практичного застосування вуглекислого газу

5. Підготовка до презентації (плакат)

III. Стадія рефлексії

Повернення до робочих груп

Трансляція групи тем 1–5 послідовно. Збір установки для одержання вуглекислого газу. Одержання вуглекислого газу та дослідження його властивостей.
Обговорення результатів експерименту.
Презентація окремих тем.
Повернення до “вірних та невірних тверджень”. Перевірка своїх початкових припущень. Розміщення нових значків.

Це може виглядати так:

Твердження

1. Вуглекислий газ – це “дикий газ”.

2. У морях таокеанах міститься у 60 разів більше вуглекислого газу, ніж у земній атмосфері.

3. Природні джерела вуглекислого газу називають мофетами.

4. На околицях Неаполя знаходиться “Собача печера”, в якій не можуть перебувати собаки.

5. У лабораторіях вуглекислий газ одержують дією сірчаної кислоти на шматки мармуру.

6. Вуглекислий газ – це газ без кольору та запаху, легший за повітря, добре розчинний у воді.

7. Твердий вуглекислий газ отримав назву "сухого льоду".

8. Вапняна вода – це розчин гідроксиду кальцію у воді.

Тексти з п'яти основних тем "зигзагу"

1. Історія відкриття вуглекислого газу

Вуглекислий газ був першим між усіма іншими газами протиставлений повітрі під назвою "дикого газу" алхіміком XVI ст. Вант Гельмонт.

Відкриттям СО2 було покладено початок нової галузі хімії – пневматохімії (хімії газів).

Шотландський хімік Джозеф Блек (1728 - 1799 р.р.) в 1754 встановив, що вапняний мінерал мармур (карбонат кальцію) при нагріванні розкладається з виділенням газу і утворює негашене вапно (оксид кальцію):

CaCO3 CaO + CO2 карбонат кальцію оксид кальцію вуглекислий газ

Виділяється газ можна було знову з'єднати з оксидом кальцію і знову отримати карбонат кальцію:

CaO + CO2 CaCO3 оксид кальцію вуглекислий газ карбонат кальцію

Цей газ був ідентичний відкритому Ван Гельмонтом "дикому газу", але Блек дав йому нову назву - "пов'язане повітря" - оскільки цей газ можна було зв'язати і знову отримати тверду субстанцію, а також він мав здатність притягуватися вапняною водою (гідроксидом)кальцію) і викликати її помутніння:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O вуглекислий газ гідроксид кальцію карбонат кальцію вода

Через кілька років Кавендіш виявив ще дві характерні фізичні властивості вуглекислого газу – його високу щільність і значну розчинність у воді.

2. Вуглекислий газ у природі

Вміст вуглекислого газу в атмосфері відносно невеликий, всього 0,04-0,03% (за обсягом). CO2, зосереджений у атмосфері, має масу 2200 мільярдів тонн. У 60 разів більше вуглекислого газу міститься у розчиненому вигляді у морях та океанах. Протягом кожного року з атмосфери витягується приблизно 1/50 частина всього CO2, що міститься в ній, рослинним покривом земної кулі в процесі фотосинтезу, що перетворює мінеральні речовини в органічні. Основна маса вуглекислого газу в природі утворюється внаслідок різних процесів розкладання органічних речовин. Вуглекислий газ виділяється при диханні рослин, тварин, мікроорганізмів. Безперервно збільшується кількість вуглекислого газу, що виділяється різними виробництвами. Вуглекислий газ міститься у складі вулканічних газів, виділяється і з землі у вулканічних місцевостях. Кілька століть функціонує як постійно діючий генератор CO2 "Собача печера" поблизу міста Неаполя в Італії. Вона відома тим, що собаки в ній не можуть бути, а людина може там перебувати в нормальному стані. Справа в тому, що в цій печері вуглекислий газ виділяється із землі, а оскільки він в 1,5 рази важчий за повітря, то розташовується внизу, приблизно на висоті зростання собаки (0,5 м). У такому повітрі, де вуглекислого газу 14% собаки (і інші тварини, зрозуміло) дихати не можуть, але доросла людина, що стоїть на ногах, не відчуває надлишку вуглекислого газу в ційпечері. Такі ж печери існують у Єллоустонському національному парку (США). Природні джерела вуглекислого газу називають мофетами. Мофети характерні для останньої, пізньої стадії згасання вулканів, в якій знаходиться, зокрема, знаменитий вулкан Ельбрус. Тому там спостерігаються численні виходи гарячих джерел, що пробиваються крізь сніги і криги, насичених вуглекислим газом. Поза земною кулею оксид вуглецю (IV) виявлено в атмосферах Марса та Венери – планетах “земного типу”.

3. Одержання вуглекислого газу

У промисловості вуглекислий газ виходить головним чином як побічний продукт випалу вапняку спиртового бродіння та ін.

CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O карбонат кальцію соляна кислота хлорид кальцію вуглекислий газ вода

Користуватися сірчаною кислотою замість соляної при цьому не можна, тому що тоді замість розчинного у воді кальцію хлориду виходив би гіпс - сульфат кальцію (CaSO4) - сіль, малорозчинна у воді. Відкладаючись на шматках мармуру, гіпс дуже ускладнює доступ до них кислоти і тим самим дуже сповільнює перебіг реакції. Для отримання вуглекислого газу:

Закріпіть у лапці лабораторного штатива прилад для отримання газів
Вийміть із пробірки з відростком пробку з лійкою
Помістіть у насадку 2–3 шматочки мармуру завбільшки? горошини
Вставте пробку з лійкою в пробірку знову. Відкрийте затискач
Прилийте у вирву (обережно!) соляну кислоту (1:2) так, щоб кислота злегка покривала мармур
Наповніть оксидом вуглецю (IV) хімічну склянку та закрийтезатискач.

4. Властивості вуглекислого газу

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O вуглекислий газ гідроксид кальцію карбонат кальцію вода

При додаванні надлишкової кількості CO2 каламутний розчин знову стає прозорим через перетворення нерозчинного карбонату на розчинний гідрокарбонат кальцію:

CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 карбонат кальцію вода вуглекислий газ гідрокарбонат кальцію

5. Практичне застосування вуглекислого газу

Пресований твердий вуглекислий газ отримав назву "сухого льоду". Твердий CO2 швидше схожий на спресований щільний сніг, що по твердості нагадує крейду. Температура “сухого льоду” –78 про З. Сухий лід, на відміну водяного льоду, щільний. Він тоне у воді, різко охолоджуючи її. Гарячий бензин можна швидко згасити, кинувши в полум'я кілька шматочків сухого льоду. Головне застосування сухого льоду – зберігання та перевезення продуктів харчування: риби, м'яса, морозива та ін. Сухим льодом випробовують у лабораторіях деталі, прилади, механізми, які служитимуть за умов знижених температур. За допомогою сухого льоду відчувають морозостійкість гумових покришок автомобілів. Вуглекислий газ застосовують для газування фруктових та мінеральних вод, а в медицині – для вуглекислотних ванн. Рідкий вуглекислий газ використовують у вуглекислотних вогнегасниках, вогнегасних системах літаків і кораблів та в пожежних вуглекислотних машинах. Він особливо ефективний у тих випадках, коли вода непридатна, наприклад, при гасінні вогненебезпечних рідин, що загорілися, або за наявності в приміщенні невимкненої електропроводки або унікального обладнання, яке від води можепостраждати. У багатьох випадках CO2 використовують не в готовому вигляді, а одержують у процесі використання, наприклад, хлібопекарських порошків, що містять суміш бікарбонату натрію з кислим виннокислим калієм. При змішуванні таких порошків із тестом солі розчиняються і виникає реакція з виділенням CO2. В результаті тісто сходить, наповнюючись бульбашками вуглекислого газу, і випечений продукт виходить м'яким і смачним.

Література

Зміна / / Міжнародний журнал про розвиток мислення через читання та лист. - 2000. - № № 1, 2.
Сучасний студент у полі інформації та комунікації: Навчально-методичний посібник. - СПб.: PETROC, 2000.
Загашев І.О., Заїр-Бек С.І. Критичне мислення: розробка. - СПб.: Видавництво "Альянс "Дельта", 2003.