I gas non possono essere raccolti con il metodo dello spostamento dell'acqua. Sostanze gassose in chimica inorganica ed organica. Ottenimento di ossigeno mediante il metodo dello spostamento dell'acqua
Raccolta dei gas
I metodi per raccogliere i gas sono determinati dalle loro proprietà: solubilità e interazione con acqua, aria e tossicità del gas. Esistono due metodi principali di raccolta del gas: spostamento d'aria e spostamento d'acqua. Spostamento dell'aria raccogliere gas che non interagiscono con l'aria.
In base alla densità relativa del gas nell'aria, si conclude su come posizionare il recipiente per la raccolta del gas (Fig. 3, aeb).
Nella fig. 3, a mostra la raccolta di gas con una densità dell'aria superiore a uno, ad esempio l'ossido di azoto (IV), la cui densità dell'aria è 1,58. Nella fig. La Figura 3b mostra la raccolta di gas con una densità dell'aria inferiore a uno, ad esempio idrogeno, ammoniaca, ecc.
Spostando l'acqua, si raccolgono gas che non interagiscono con l'acqua e sono scarsamente solubili in essa. Questo metodo si chiama raccolta del gas sull'acqua , che viene eseguito come segue (Fig. 3, c). Il cilindro o il barattolo viene riempito d'acqua e coperto con una lastra di vetro in modo che non rimangano bolle d'aria nel cilindro. La piastra viene tenuta a mano, il cilindro viene capovolto e immerso in un bagno di acqua di vetro. La piastra viene rimossa sott'acqua e un tubo di uscita del gas viene inserito nel foro aperto del cilindro. Il gas sposta gradualmente l'acqua dal cilindro e lo riempie, dopodiché il foro nel cilindro sott'acqua viene chiuso con una lastra di vetro e il cilindro pieno di gas viene rimosso. Se il gas è più pesante dell'aria, la bombola viene posizionata capovolta sul tavolo e, se è più leggera, la bombola viene posizionata capovolta sul piatto. I gas sopra l'acqua possono essere raccolti in provette che, come il cilindro, sono riempite d'acqua, chiuse con un dito e versate in un bicchiere o in un bagno di acqua.
I gas velenosi vengono solitamente raccolti spostando l'acqua, poiché in questo caso è facile notare il momento in cui il gas riempie completamente la nave. Se è necessario raccogliere il gas spostando l'aria, procedere come segue (Fig. 3, d).
Nel pallone (vaso o cilindro) viene inserito un tappo con due tubi di uscita del gas. Attraverso uno, che arriva quasi fino al fondo, viene fatto entrare il gas, l'estremità dell'altro viene abbassata in un bicchiere (barattolo) con una soluzione che assorbe il gas. Quindi, ad esempio, per assorbire l'ossido di zolfo (IV), una soluzione alcalina viene versata in un bicchiere e l'acqua viene versata in un bicchiere per assorbire l'acido cloridrico. Dopo aver riempito il pallone (barattolo) di gas, il tappo con i tubi di uscita del gas viene rimosso da esso e il recipiente viene rapidamente chiuso con un tappo o una lastra di vetro e il tappo con i tubi di uscita del gas viene posto in una soluzione che assorbe il gas.
Esperienza 1. Ottenere e raccogliere ossigeno
Assemblare l'installazione secondo la Fig. 4. Mettere 3-4 g di permanganato di potassio in una grande provetta asciutta e chiudere con un tappo con un tubo di uscita del gas. Fissare la provetta in un rack inclinato con l'apertura leggermente verso l'alto. Posizionare un cristallizzatore con acqua accanto al supporto su cui è montata la provetta. Riempire d'acqua la provetta vuota, coprire il foro con una lastra di vetro e capovolgerla velocemente nel cristallizzatore. Quindi togliere la lastra di vetro nell'acqua. Non dovrebbe esserci aria nella provetta. Riscaldare il permanganato di potassio sulla fiamma di un bruciatore. Immergere l'estremità del tubo di uscita del gas nell'acqua. Osservare l'aspetto delle bolle di gas.
Pochi secondi dopo che le bolle iniziano a fuoriuscire, inserire l'estremità del tubo di uscita del gas nel foro di una provetta piena d'acqua. L'ossigeno sposta l'acqua dalla provetta. Dopo aver riempito la provetta con l'ossigeno, coprirne l'apertura con una lastra di vetro e capovolgerla.
1. Quali metodi di laboratorio conosci per la produzione di ossigeno? Scrivi le equazioni di reazione corrispondenti.
2. Descrivi le osservazioni. Spiegare la posizione della provetta durante l'esperimento.
3. Scrivi un'equazione per la reazione chimica della decomposizione del permanganato di potassio quando riscaldato.
4. Perché una scheggia fumante lampeggia in una provetta con ossigeno?
Esperienza 2. Produzione di idrogeno per azione di un metallo su un acido
Assemblare un dispositivo costituito da una provetta con tappo attraverso la quale passa un tubo di vetro con l'estremità prolungata (Fig. 5). Metti alcuni pezzi di zinco in una provetta e aggiungi una soluzione diluita di acido solforico. Inserire saldamente il tappo con la provetta estratta, fissare la provetta verticalmente nel morsetto del supporto. Osservare l'evoluzione del gas.
Se in una provetta si mescola aria con idrogeno, si verifica una piccola esplosione, accompagnata da un suono acuto. In questo caso è necessario ripetere il test di purezza del gas. Dopo esserti accertato che dal dispositivo provenga idrogeno puro, accendilo all'apertura del tubo disegnato.
Domande di controllo e compiti:
1. Indicare metodi per la produzione e la raccolta dell'idrogeno in laboratorio. Scrivi le equazioni di reazione corrispondenti.
2. Creare un'equazione per la reazione chimica di produzione dell'idrogeno in condizioni sperimentali.
3. Tenere una provetta asciutta sopra una fiamma di idrogeno. Quale sostanza si forma a seguito della combustione dell'idrogeno? Scrivi l'equazione per la reazione di combustione dell'idrogeno.
4. Come verificare la purezza dell'idrogeno ottenuto durante l'esperimento?
Esperienza 3. Produzione di ammoniaca
Domande e compiti del test:
1. Quali composti dell'idrogeno dell'azoto conosci? Scrivi le loro formule e nomi.
2. Descrivere i fenomeni che si verificano. Spiegare la posizione della provetta durante l'esperimento.
3. Scrivi un'equazione per la reazione tra cloruro di ammonio e idrossido di calcio.
Esperienza 4. Produzione di ossido nitrico (IV)
Assemblare il dispositivo secondo la Fig. 7. Mettere nel pallone dei trucioli di rame, versare 5-10 ml di concentrato acido nitrico. Versare l'acido nel pallone in piccole porzioni. Raccogliere il gas rilasciato in una provetta.
Domande e compiti del test:
1. Descrivere i fenomeni che si verificano. Qual è il colore del gas rilasciato?
2. Scrivi un'equazione per la reazione tra rame e acido nitrico concentrato.
3. Quali proprietà ha l'acido nitrico? Quali fattori determinano la composizione delle sostanze a cui è ridotto? Fornire esempi di reazioni tra metalli e acido nitrico, a seguito delle quali i prodotti della riduzione di HNO 3 sono NO 2, NO, N 2 O, NH 3.
Esperienza 5. Ottenere acido cloridrico
Porre in un matraccio Wurtz 15-20 g di cloruro di sodio; in un imbuto gocciolatore - una soluzione concentrata di acido solforico (Fig. 8). Inserire l'estremità del tubo di uscita del gas in un recipiente asciutto per raccogliere l'acido cloridrico in modo che il tubo raggiunga quasi il fondo. Coprire l'apertura del vaso con un batuffolo di cotone sciolto.
Posizionare un cristallizzatore con acqua accanto al dispositivo. Versare la soluzione di acido solforico dall'imbuto gocciolatore.
Per accelerare la reazione, riscaldare leggermente il pallone. Quando è finito
con il batuffolo di cotone che copre l'apertura del vaso apparirà la nebbia,
Domande e compiti del test:
1. Spiegare i fenomeni osservati. Qual è la causa della formazione della nebbia?
2. Qual è la solubilità dell'acido cloridrico in acqua?
3. Testare la soluzione risultante con una cartina al tornasole. Qual è il valore del pH?
4. Scrivi l'equazione della reazione chimica per l'interazione del cloruro di sodio solido con quello concentrato acido solforico.
Esperienza 6. Produzione e raccolta del monossido di carbonio (IV)
L'installazione è costituita da un apparato Kipp 1 , carico di pezzi di marmo e acido cloridrico, due boccette Tishchenko collegate in serie 2 E 3 (bottiglia 2 riempito con acqua per purificare il passaggio del monossido di carbonio (IV) da acido cloridrico e impurità meccaniche, pallone 3 - acido solforico per essiccazione del gas) e pallone 4 con capacità di 250 ml per la raccolta del monossido di carbonio (IV) (Fig. 9).
Riso. 9. Dispositivo per la produzione di monossido di carbonio (IV)
Domande e compiti del test:
1. Metti una scheggia accesa in una beuta con monossido di carbonio (IV) e spiega perché la fiamma si spegne.
2. Scrivi un'equazione per la reazione della formazione di monossido di carbonio (IV).
3. È possibile utilizzare una soluzione concentrata di acido solforico per produrre monossido di carbonio?
4. Passare il gas rilasciato dall'apparato Kipp in una provetta con acqua colorata soluzione neutra tornasole. Cosa viene osservato? Scrivi le equazioni della reazione che avviene quando un gas viene sciolto in acqua.
Domande di controllo:
1. Elencare le principali caratteristiche dello stato gassoso di una sostanza.
2. Proporre una classificazione dei gas in base a 4-5 caratteristiche essenziali.
3. Come viene letta la legge di Avogadro? Qual è la sua espressione matematica?
4. Spiegare il significato fisico della massa molare media della miscela.
5. Calcola la media massa molare aria condizionata, in cui la frazione di massa di ossigeno è del 23% e di azoto - 77%.
6. Quale dei seguenti gas è più leggero dell'aria: monossido di carbonio (II), monossido di carbonio (IV), fluoro, neon, acetilene C 2 H 2, fosfina PH 3?
7. Determinare la densità dell'idrogeno di una miscela di gas composta da argon con un volume di 56 litri e azoto con un volume di 28 litri. I volumi di gas sono forniti a valori standard.
8. Un recipiente aperto viene riscaldato a una pressione costante compresa tra 17 o C e 307 o C. Quale frazione dell'aria (in massa) nel recipiente viene spostata?
9. Determinare la massa di 3 litri di azoto a 15 o C e una pressione di 90 kPa.
10. La massa di 982,2 ml di gas a 100 o C e una pressione di 986 Pa è pari a 10 g. Determina la massa molare del gas.
LAVORO PRATICO (1 ora) 8° GRADO
Il lavoro viene svolto dagli studenti in modo autonomo sotto la supervisione del docente.
Offro il risultato dei miei molti anni di lavoro sulla preparazione e sullo svolgimento del lavoro pratico scuola media nelle lezioni di chimica nelle classi 8-9:
- “Preparazione e proprietà dell'ossigeno”,
- "Preparazione di soluzioni di sali con un certo frazione di massa soluto"
- “Generalizzazione delle informazioni sulle classi più importanti composti inorganici»,
- "Dissociazione elettrolitica"
- “Sottogruppo dell'ossigeno” (vedi il prossimo numero del quotidiano “Chimica”).
Tutti sono stati testati da me in classe. Possono essere usati per studiare corso scolastico chimica come in nuovo programma O.S. Gabrielyan e, secondo il programma di G.E. Rudzitis, F.G. Feldman.
L'esperimento studentesco è un tipo lavoro indipendente. L'esperimento non solo arricchisce gli studenti con nuovi concetti, competenze e abilità, ma è anche un modo per testare la verità della conoscenza che hanno acquisito, contribuisce a una comprensione più profonda del materiale e all'assimilazione della conoscenza. Ti consente di implementare più pienamente il principio di variabilità nella percezione del mondo circostante, poiché l'essenza principale di questo principio è la connessione con la vita, con il futuro attività pratiche studenti.
Obiettivi. Essere in grado di ottenere ossigeno in laboratorio e raccoglierlo utilizzando due metodi: spostamento d'aria e spostamento d'acqua; confermare empiricamente proprietà dell'ossigeno; conoscere le norme di sicurezza.
Attrezzatura. Un supporto metallico con piede, una lampada ad alcool, fiammiferi, una provetta con uscita del gas, una provetta, un batuffolo di cotone, una pipetta, un bicchiere, una scheggia, un ago (o filo) da dissezione, un cristallizzatore con acqua, due beute coniche con tappi.
Reagenti. KMnO 4 cristallino (5–6 g), acqua di calce Ca(OH) 2, carbone,
Fe (filo di acciaio o graffetta).
Norme di sicurezza.
Maneggiare le apparecchiature chimiche con cura!
Ricordare! La provetta viene riscaldata mantenendola in posizione inclinata per tutta la sua lunghezza con due o tre movimenti nella fiamma di una lampada ad alcool. Durante il riscaldamento, punta l'apertura della provetta lontano da te e dai tuoi vicini.
In precedenza, gli studenti ricevono compiti a casa, associato allo studio del contenuto del lavoro imminente secondo le istruzioni, utilizzando contemporaneamente materiali tratti dai libri di testo dell'ottavo grado di O.S. Gabrielyan (§ 14, 40) o G.E. Rudzitis, F. G. Feldman (§ 19, 20). Nei quaderni per il lavoro pratico, annota il nome dell'argomento, lo scopo, elenca l'attrezzatura e i reagenti e redige una tabella per il rapporto.
DURANTE LE LEZIONI
Ho messo un'esperienza sopra
più di mille opinioni
solo nato
immaginazione.
MV Lomonosov
Ottenere ossigeno
metodo dello spostamento d'aria
(10 minuti)
1. Mettere il permanganato di potassio (KMnO4) in una provetta asciutta. Metti un batuffolo di cotone sciolto sull'apertura della provetta.
2. Chiudere la provetta con un tappo con un tubo di uscita del gas e verificare la presenza di perdite (Fig. 1).
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Riso. 1.
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(Spiegazioni da parte dell'insegnante su come controllare eventuali perdite del dispositivo.) Fissare il dispositivo alla gamba del treppiede.
3. Abbassare il tubo di uscita del gas nel vetro, senza toccare il fondo, ad una distanza di 2–3 mm (Fig. 2).
4. Riscaldare la sostanza nella provetta. (Ricorda le regole di sicurezza.)
5. Verificare la presenza di gas con una scheggia fumante (carbone). Cosa stai osservando? Perché l'ossigeno può essere raccolto mediante spostamento d'aria?
6. Raccogli l'ossigeno risultante in due boccette per i seguenti esperimenti. Sigillare i flaconi con i tappi.
7. Completa il rapporto utilizzando la tabella. 1, che metti sulla pagina distesa del tuo quaderno.
Ottenere ossigeno
metodo dello spostamento dell'acqua
(10 minuti)
1. Riempi la provetta con acqua. Chiudi la provetta con il pollice e capovolgila. In questa posizione, abbassa la mano con la provetta nel cristallizzatore con acqua. Posizionare una provetta all'estremità del tubo di uscita del gas senza rimuoverla dall'acqua (Fig. 3).
2. Quando l'ossigeno sposta l'acqua dalla provetta, chiudila con il pollice e rimuovila dall'acqua. Perché è possibile raccogliere l’ossigeno spostando l’acqua?
Attenzione! Rimuovere il tubo di uscita del gas dal cristallizzatore continuando a riscaldare la provetta con KMnO4. Se ciò non viene fatto, l'acqua si trasferirà nella provetta calda. Perché?
Combustione del carbone in ossigeno
(5 minuti)
1. Attaccare un carbone a un filo metallico (ago da dissezione) e posizionarlo nella fiamma di una lampada ad alcool.
2. Metti un carbone ardente in una beuta con ossigeno. Cosa stai osservando? Fornire una spiegazione (Figura 4).
3. Dopo aver tolto il carbone incombusto dal pallone, versarvi 5-6 gocce di acqua di calce
Ca(OH)2. Cosa stai osservando? Dai una spiegazione.
4. Preparare un rapporto di lavoro nella tabella. 1.
Filo di acciaio (ferro) in fiamme
nell'ossigeno
(5 minuti)
1. Attacca un pezzo di fiammifero a un'estremità del filo d'acciaio. Accendi un fiammifero. Metti un filo con un fiammifero acceso in una beuta con ossigeno. Cosa stai osservando? Fornire una spiegazione (Figura 5).
2. Preparare un rapporto di lavoro nella tabella. 1.
Tabella 1
| Operazioni eseguite (cosa stavano facendo) |
Disegni con designazioni delle sostanze di partenza e ottenute | Osservazioni. Condizioni realizzazione di reazioni. Equazioni di reazione |
Spiegazioni delle osservazioni. conclusioni |
|---|---|---|---|
| Assemblare un dispositivo per la produzione di ossigeno. Controllo delle perdite del dispositivo | |||
| Ottenere ossigeno da KMnO 4 quando riscaldato |
|||
| Prova di ottenere ossigeno utilizzando scheggia fumante |
|||
| Caratteristiche delle proprietà fisiche dell'O 2. Raccolta di O 2 utilizzando due metodi: spostando l'aria, spostando l'acqua |
|||
| Caratteristica proprietà chimiche dell'O2. Interazione con sostanze semplici: carbone che brucia, ferro che brucia (filo di acciaio, graffetta) |
Fare una conclusione generale scritta sul lavoro svolto (5 minuti).
CONCLUSIONE. Uno dei modi per ottenere ossigeno in laboratorio è la decomposizione di KMnO 4. L'ossigeno è un gas incolore e inodore, 1.103 volte più pesante dell'aria ( Sig(O2) = 32, Sig(aria) = 29, che implica 32/29 1,103), poco solubile in acqua. Reagisce con sostanze semplici formando ossidi.
Metti in ordine il tuo posto di lavoro (3 minuti): smonta il dispositivo, metti piatti e accessori al loro posto.
Invia i tuoi quaderni per il controllo.
Compiti a casa.
Compito. Determinare quale dei composti del ferro - Fe 2 O 3 o Fe 3 O 4 - è più ricco di ferro?
| Dato: | Trovare: |
| Fe2O3, Fe3O4. |
(Fe) in Fe 2 O 3, " (Fe) in Fe 3 O 4 |
Soluzione
(X) = N Ar(X)/ Sig, Dove N– il numero di atomi dell'elemento X nella formula della sostanza.
Sig(Fe2O3) = 562 + 163 = 160,
(Fe) = 56 2/160 = 0,7,
(Fe) = 70%,
Sig(Fe 3 O 4) = 56 3 + 16 4 = 232,
" (Fe) = 56 3/232 = 0,724,
" (Fe) = 72,4%.
Risposta. Fe 3 O 4 è più ricco di ferro di Fe 2 O 3.
Durante il lavoro pratico, l'insegnante osserva la corretta esecuzione delle tecniche e delle operazioni da parte degli studenti e le annota sulla scheda delle abilità (Tabella 2).
Tavolo 2
Carta abilità
| Operazioni pratiche | Nomi degli studenti | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| UN | B | IN | G | D | E | |
| Assemblare un dispositivo per la produzione di ossigeno | ||||||
| Controllo delle perdite del dispositivo | ||||||
| Rafforzamento della provetta nella gamba del supporto | ||||||
| Maneggiare una lampada ad alcool | ||||||
| Riscaldamento di una provetta con KMnO 4 | ||||||
| Controllo del rilascio di O2 | ||||||
| Raccolta di O2 in un recipiente utilizzando due metodi: spostando l'aria, spostando l'acqua |
||||||
| Combustione del carbone | ||||||
| Combustione di Fe (filo di acciaio) | ||||||
| Cultura della sperimentazione | ||||||
| Preparazione del lavoro su un quaderno | ||||||
Rapporto campione sul lavoro pratico svolto (Tabella 1)
scheggia fumante
(carbone) si illumina intensamente
nell'O2
proprietà fisiche dell'O2. Raccolta di O 2 utilizzando due metodi:
spostamento dell'aria(e),
spostando l'acqua (b)
un po' più pesante dell'aria, quindi
viene raccolto in un recipiente posto sul fondo. L'ossigeno è leggermente solubile in acqua
L'acqua di calce diventa torbida perché si forma un precipitato insolubile in acqua di CaCO 3:
CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O. Il ferro brucia con una fiamma brillante in ossigeno:
con semplice
sostanze: metalli e non metalli. Formazione di sedimenti bianco conferma la presenza di CO 2 nel pallone
Apparato Kipp utilizzato per produrre idrogeno diossido di carbonio e idrogeno solforato. Il reagente solido viene posizionato nel serbatoio sferico centrale dell'apparecchio su un rivestimento anulare in plastica, che impedisce al reagente solido di entrare nel serbatoio inferiore. I granuli di zinco sono usati come reagente solido per produrre idrogeno, anidride carbonica - pezzi di marmo, idrogeno solforato - pezzi di solfuro di ferro. I pezzi del solido versato dovrebbero avere una dimensione di circa 1 cm 3. Non è consigliabile utilizzare la polvere, poiché la corrente del gas sarà molto forte. Dopo aver caricato il reagente solido nell'apparecchio, attraverso il collo superiore viene versato un reagente liquido (ad esempio, una soluzione diluita di acido cloridrico quando si producono idrogeno, anidride carbonica e idrogeno solforato). Il liquido viene versato in quantità tale che il suo livello (con la valvola del gas aperta) raggiunga la metà dell'espansione sferica superiore della parte inferiore. Si fa passare il gas per 5-10 minuti per spostare l'aria dall'apparecchio, dopodiché si chiude la valvola di uscita del gas e si inserisce un imbuto di sicurezza nel collo superiore. Il tubo di uscita del gas è collegato al dispositivo dove deve passare il gas.
Quando il rubinetto è chiuso, il gas rilasciato sposta il liquido dall'espansione sferica del dispositivo e smette di funzionare. Quando si apre il rubinetto, l'acido entra nuovamente nel serbatoio con il reagente solido e l'apparecchio inizia a funzionare. Questo è uno dei più convenienti e metodi sicuri ottenere gas in laboratorio.
Raccogliere il gas in un recipiente possibile utilizzando vari metodi. I due metodi più comuni sono il metodo dello spostamento dell'acqua e il metodo dello spostamento dell'aria. La scelta del metodo è determinata dalle proprietà del gas da raccogliere.
Metodo dello spostamento dell'aria. Quasi tutti i gas possono essere raccolti utilizzando questo metodo. Prima di campionare il gas è necessario determinare se è più leggero dell'aria o più pesante. Se la densità relativa del gas nell'aria è maggiore dell'unità, il recipiente ricevitore deve essere tenuto con l'apertura verso l'alto, poiché il gas è più pesante dell'aria e affonderà sul fondo del recipiente (ad esempio, anidride carbonica, idrogeno solfuro, ossigeno, cloro, ecc.). Se la densità relativa del gas nell'aria è inferiore all'unità, il recipiente ricevitore deve essere tenuto con l'apertura verso il basso, poiché il gas è più leggero dell'aria e salirà verso la parte superiore del recipiente (ad esempio, l'idrogeno, ecc. ). Il riempimento del recipiente può essere controllato in diversi modi, a seconda delle proprietà del gas. Ad esempio, per determinare l'ossigeno, viene utilizzata una scheggia fumante che, se portata sul bordo della nave (ma non all'interno!), divampa; Quando si determina l'anidride carbonica, la torcia calda si spegne.
Metodo dello spostamento dell'acqua. Questo metodo può raccogliere solo gas insolubili in acqua (o solo leggermente solubili) e non reagire con essa. Per raccogliere il gas è necessario un cristallizzatore riempito per 1/3 d'acqua. Il recipiente ricevente (molto spesso una provetta) viene riempito fino all'orlo con acqua, chiuso con un dito e abbassato nel cristallizzatore. Quando il foro del recipiente è sott'acqua, viene aperto e nel recipiente viene inserito un tubo di uscita del gas. Dopo che tutta l'acqua è stata spostata dal recipiente mediante il gas, il foro viene chiuso sott'acqua con un tappo e il recipiente viene rimosso dal cristallizzatore.
Controllo della purezza del gas. Molti gas bruciano nell'aria. Se si accende una miscela di gas infiammabile e aria, si verificherà un'esplosione, pertanto è necessario verificare la purezza del gas. Il test prevede la combustione di una piccola porzione di gas (circa 15 ml) in una provetta. Per fare ciò, il gas viene raccolto in una provetta e acceso dalla fiamma di una lampada ad alcool. Se il gas non contiene impurità nell'aria, la combustione è accompagnata da un leggero schiocco. Se si sente un forte latrato, il gas è contaminato dall'aria e deve essere pulito.
Analisi della distribuzione della forza fisica
quando si utilizzano dispositivi chimici
L'esperimento dimostrativo e molti lavori pratici si basano sull'utilizzo di semplici strumenti chimici. Oltre a familiarizzare con le trasformazioni chimiche delle sostanze, gli studenti devono comprendere l'essenza fisica di ciò che sta accadendo ed essere in grado di spiegare l'essenza di ciò che sta accadendo utilizzando il disegno di un dispositivo: cosa si muove dove e cosa succede dove.
Uno degli strumenti nell'aula di chimica è un gasometro. Nella fig. 1 mostra un gasometro pieno di gas. Può essere ossigeno, come indicato in figura, anidride carbonica o semplicemente aria. Gru 1 E 2 sono chiusi in questo momento. Il gas, secondo la legge di Pascal, esercita una pressione sulle pareti del vaso e sull'acqua. Apri il rubinetto 1 , la colonna d'acqua dell'imbuto esercita pressione sul gas, premendolo, ma perché La pressione interna del gas e la pressione dell'acqua sono bilanciate, non succede nulla. Apri il rubinetto 2 , il gas scorre nell'uscita (la portata si regola girando con attenzione il rubinetto). La pressione all'interno della nave diminuisce e l'acqua dall'imbuto entra nel gasometro. Dopo aver chiuso il rubinetto 2 l'estrazione del gas si interrompe, il livello dell'acqua viene impostato a un livello più alto, perché sta emergendo un nuovo equilibrio di potere. Per arrestare la pressione dell'acqua, chiudere il rubinetto 1 .
Il secondo dispositivo, simile ad un gasometro, è l'apparato Kipp (Fig. 2). In questo dispositivo è possibile ottenere idrogeno dallo zinco e dall'acido cloridrico (vedi Fig. 2), idrogeno solforato dal solfuro di ferro, anidride carbonica dal marmo. In posizione UN il dispositivo è funzionante, il rubinetto è aperto. Una forte soluzione di acido cloridrico si riversa nella parte inferiore dell'apparecchio, lo riempie e bagna il metallo di zinco adagiato sulla rete di rame. Lo zinco si dissolve nell'acido, reagisce con esso, l'idrogeno risultante si precipita nella sfera centrale del dispositivo, sposta l'aria, mescolandosi con essa. Pertanto, è necessario controllare la purezza del gas che fuoriesce. La distribuzione delle forze fisiche nel dispositivo è mostrata in Fig. 2 utilizzando le frecce.
Chiudi il rubinetto. L'idrogeno continua a formarsi, la sua quantità aumenta. Poiché l'uscita del gas è bloccata, la pressione all'interno della sfera aumenta. Spreme l'acido fuori dalla sfera centrale finché l'acido non copre più la superficie dello zinco. Reazione chimica si ferma (lo zinco inumidito con acido continua a reagire con esso per qualche tempo). La pressione interna nel dispositivo creata dall'idrogeno e la pressione creata dalla tenuta idraulica sono bilanciate.
Diamo un'occhiata ai metodi per la raccolta dei gas. Nella fig. La Figura 3 mostra come raccogliere il gas utilizzando il metodo dello spostamento d'aria. Se il gas è tossico, questa operazione viene eseguita sotto cappa chimica. I gas più pesanti dell'aria - CO 2, O 2, HCl, SO 2, entrando in un barattolo o in un bicchiere, spostano l'aria.
Quando si studia l'anidride carbonica: le sue proprietà fisiche e l'incapacità di supportare la combustione di sostanze organiche, viene dimostrato un divertente esperimento spegnendo una candela di paraffina che brucia nell'aria (Fig. 4). L'anidride carbonica, essendo più pesante, cade sotto l'influenza della gravità. Riempie il contenitore e sposta l'aria in esso contenuta. Una candela in un'atmosfera di anidride carbonica si spegne.
Il dispositivo mostrato in Fig. 5, gli studenti raccolgono durante il lavoro pratico “Produrre ossigeno e studiarne le proprietà”. Questo dispositivo illustra il metodo di raccolta del gas mediante spostamento dell'aria (la base fisica del concetto di "densità relativa").
Un altro metodo per raccogliere i gas prevede lo spostamento dell'acqua da un recipiente. In questo modo è possibile raccogliere gas scarsamente solubili in acqua, in particolare l'ossido di azoto (II) (Fig. 6). Gas dal reattore 1 entra nel tubo di uscita del gas 2 , portato sotto un cilindro capovolto 3 . Passando attraverso la colonna d'acqua, il gas si raccoglie sul fondo della bombola. Sotto la pressione del gas, l'acqua viene espulsa dal cilindro.
Se un gas è scarsamente solubile in acqua, allora questo gas può
ma saturare l'acqua come mostrato in Fig. 7. In tale dispositivo, è possibile produrre cloro (vedere Fig. 7) o anidride solforosa aggiungendo solfito di sodio concentrato ai cristalli di solfito di sodio. acido solforico. Il gas prodotto nel pallone Wurtz entra in un tubo di uscita del gas, la cui estremità è immersa nell'acqua. Il gas si dissolve parzialmente in acqua e riempie parzialmente lo spazio sopra l'acqua, spostando l'aria.
Se il gas è altamente solubile in acqua, non può essere raccolto mediante spostamento dell'acqua. Nella fig. 8 e 9 mostrano come l'acido cloridrico e l'ammoniaca vengono raccolti mediante spostamento d'aria. Nella stessa fig. 8 e 9
(vedi pag. 22) mostra la dissoluzione dei gas quando le provette con HCl e NH 3 vengono immerse in acqua.
Se si satura con acido cloridrico da una provetta (con reagenti) con un tubo di uscita del gas abbassato nell'acqua (Fig. 10), le prime porzioni di gas si dissolvono istantaneamente in acqua. In 1 litro d'acqua si sciolgono circa 500 litri di acido cloridrico, quindi il gas in ingresso non crea una pressione eccessiva. Nella fig. 10 mostra un cambiamento consistente nella pressione del gas P interno nel tubo di reazione rispetto alla pressione atmosferica P ATM. La pressione all'interno del dispositivo diventa inferiore alla pressione esterna e l'acqua riempie rapidamente il tubo di uscita del gas e il dispositivo stesso. Oltre a rovinare l'esperimento, la provetta potrebbe anche rompersi.
Quando si studiano le proprietà chimiche del sodio metallico (Fig. 11), è importante non solo osservare il suo comportamento in reazione con l'acqua, ma anche spiegare i fenomeni osservati. La prima osservazione è che il sodio rimane sulla superficie dell'acqua, quindi la sua densità è inferiore all'unità (la densità dell'acqua). La seconda osservazione è che il sodio “corre” attraverso l’acqua a causa dell’effetto repulsivo del gas rilasciato. La terza osservazione è che il sodio si scioglie e si trasforma in una palla. La reazione tra sodio e acqua è esotermica. Il calore rilasciato è sufficiente a sciogliere il sodio, quindi è un metallo fusibile. La quarta osservazione è che la reazione è accompagnata da lampi, quindi il calore di reazione è sufficiente sia per la combustione spontanea del sodio che per la microesplosione dell'idrogeno. Se la reazione viene eseguita in uno spazio ristretto (in una provetta) e anche con un grosso pezzo di sodio, non è possibile evitare un'esplosione di idrogeno. Per evitare un'esplosione, la reazione viene condotta in un cristallizzatore o in un bicchiere di grande diametro utilizzando un pezzettino di sodio.
È necessario prestare molta attenzione alla regola per sciogliere l'acido solforico concentrato in acqua (Fig. 12). L'acido, sotto forma di liquido più pesante, precipita sul fondo del pallone a fondo tondo. Tutto il resto è mostrato in Fig. 12.
La formazione del pensiero fisico e chimico è facilitata dallo studio dell'ossigeno (come in corso iniziale chimica e un corso di chimica organica). Riguarda sull'uso di ossigeno e acetilene nella saldatura e nel taglio autogeno dei metalli (Fig. 13). Durante la saldatura, una fiamma ad alta temperatura di acetilene che brucia in ossigeno (fino a 2500 °C) viene diretta verso il filo metallico e la zona saldata. Il metallo si scioglie, creando una cucitura. Durante il taglio autogeno, la fiamma fonde il metallo e l'ossigeno in eccesso lo brucia.
Non tutte le classi di chimica hanno il silicio come sostanza semplice. Controlliamo la conduttività elettrica utilizzando un semplice dispositivo: una sonda con estremità elastiche di ferro allungate, una lampadina (montata su un supporto) e un filo elettrico con una spina (Fig. 14). La lampadina si illumina, ma non in modo brillante: è chiaro che il silicio conduce corrente elettrica, ma fornisce una resistenza significativa.
Elemento chimico Il silicio è un analogo del carbonio, ma il raggio dei suoi atomi è maggiore del raggio degli atomi di carbonio. Il silicio, come sostanza semplice, ha lo stesso reticolo cristallino (atomico) (come il diamante) con un orientamento tetraedrico legami chimici. Nel diamante legami covalenti durevole, non conduce elettricità. Nel silicio, come mostra anche un esperimento approssimativo, alcune coppie di elettroni vengono vaporizzate, il che determina una certa conduttività elettrica della sostanza. Inoltre, il silicio si riscalda (alcuni studenti hanno l’opportunità di verificarlo), il che indica anche la resistenza della sostanza alla corrente elettrica.
Gli studenti osservano con grande interesse lo studio delle proprietà fisiche e chimiche del benzene (Fig. 15). Aggiungere uno strato di benzene spesso circa 2 mm ad una piccola quantità di acqua (vedere Fig. 15, UN). Si può vedere che i due liquidi incolori non si mescolano. Mescoliamo questa miscela stratificata agitando vigorosamente, ottenendo un'emulsione “grigia”. Fissare la provetta in posizione verticale. Gli studenti osservano la graduale separazione del benzene e dell'acqua, il livello inferiore del contenuto diventa prima trasparente e dopo poco tempo si ottiene la distribuzione iniziale. Le molecole d'acqua sono più leggere delle molecole di benzene, ma la sua densità è leggermente superiore. L'interazione tra le molecole di benzene non polari e le molecole di acqua polare è insignificante, molto debole, quindi la maggior parte del benzene viene spinta sulla superficie dell'acqua (vedi Fig. 15, B).
Aggiungere ora benzene a diversi ml di acqua bromo (bassa intensità di colore) (vedere Fig. 15, B). I liquidi non si mescolano. Mescolare intensamente il contenuto della provetta e lasciare sedimentare il sistema. Il bromo, precedentemente disciolto in acqua, viene estratto nello strato di benzene, che si manifesta con un cambiamento di colore e un aumento della sua intensità.
Aggiungere alcuni millilitri di una soluzione alcalina debole al contenuto della provetta.
(vedi Fig. 15, B). Il bromo reagisce con gli alcali. Lo strato di benzene diventa scolorito e il risultato sostanze inorganiche e l'acqua passano nello strato inferiore (acqua).
In questo articolo ci siamo limitati ad esempi che illustrano non solo la connessione tra l'insegnamento della chimica e della fisica, ma compensano la mancanza di libri di testo in cui questi fenomeni fisici, di regola, non si riflettono.
Sostanze gassose dal corso di inorganico e chimica organica
Quando si preparano per i prossimi esami, i laureati dei gradi 9 e 11 devono studiare la questione delle sostanze gassose ( Proprietà fisiche, metodi e modalità per l'ottenimento, il loro riconoscimento e applicazione). Revisione degli argomenti delle specifiche Esami OGE ed Esame di Stato Unificato (sul sitowww. fipi. ru ), possiamo dire che non esiste praticamente una questione separata per quanto riguarda le sostanze gassose (vedi tabella):
| Esame di Stato Unificato | №14 (Caratteristica Proprietà chimiche idrocarburi: alcani, cicloalcani, alcheni, dieni, alchini, idrocarburi aromatici (benzene e toluene). I principali metodi per ottenere idrocarburi (in laboratorio);№26 (Regole per il lavoro in laboratorio. Vetreria e attrezzature da laboratorio. Norme di sicurezza quando si lavora con sostanze caustiche, infiammabili e sostanze tossiche, prodotti chimici domestici. Metodi scientifici ricerca sostanze chimiche e trasformazioni. Metodi per separare miscele e purificare sostanze. Concetto di metallurgia: metodi generali ottenere metalli. Principi scientifici generali della produzione chimica (ad es produzione industriale ammoniaca, acido solforico, metanolo). Inquinamento chimico ambiente e le sue conseguenze. Fonti naturali di idrocarburi, loro lavorazione. Composti ad alto peso molecolare. Reazioni di polimerizzazione e policondensazione. Polimeri. Plastiche, fibre, gomme) |
Quindi, nell'opzione n. 3 (Chimica. Preparazione per OGE-2017. 30 materiali formativi basati sulla versione demo 2017. 9a elementare: sussidio didattico/ ed. V.N. Doronkina. – Rostov n/d: Legion, 2016. – 288 pp.) agli studenti è stato chiesto di rispondere alla seguente domanda (n. 13):
I seguenti giudizi sui metodi per ottenere le sostanze sono corretti?
R. L'ammoniaca non può essere raccolta spostando l'acqua.
B. L'ossigeno non può essere raccolto spostando l'acqua.
1) solo A è corretto
2) solo B è corretta
3) entrambi i giudizi sono corretti
4) entrambi i giudizi sono errati
Per rispondere alla domanda, i bambini dovrebbero conoscere le proprietà fisiche e chimiche dell'ammoniaca e dell'ossigeno. L'ammoniaca interagisce molto bene con l'acqua, quindi non può essere ottenuta spostando l'acqua. L'ossigeno si dissolve nell'acqua, ma non interagisce con essa. Pertanto, può essere ottenuto spostando l'acqua.
Nell'opzione n. 4 (Chimica. Preparazione all'esame di stato unificato-2017. 30 opzioni di formazione secondo la versione demo 2017: manuale didattico e metodologico / ed. V.N. Doronkina. – Rostov n/d: Legion, 2016. – 544 pp.) agli studenti è stato chiesto di rispondere alla seguente domanda (n. 14):
Dall'elenco fornito, seleziona due sostanze che si formano riscaldando una miscela di acetato di potassio solido e idrossido di potassio:
1) idrogeno;
2) metano;
3) etano;
4) anidride carbonica;
5) carbonato di potassio
Risposta: 2 (reazione di decarbossilazione)
Inoltre, per superamento dell'Esame di Stato Unificato I bambini devono sapere qual è la materia prima per ottenere questa o quella sostanza gassosa. Ad esempio, nello stesso libro curato da Doronkin, la domanda n. 26 (opzione 8) recita così:
Stabilire una corrispondenza tra una sostanza ottenuta nell'industria e le materie prime utilizzate per ottenerla: per ogni posizione indicata da una lettera selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero:
Annotare i numeri selezionati nella tabella sotto le lettere corrispondenti:
Risposta:
Nell'opzione n. 12, gli studenti sono invitati a ricordare l'ambito di applicazione di alcune sostanze gassose:
Stabilire una corrispondenza tra la sostanza e il suo ambito di applicazione: per ogni posizione indicata da una lettera selezionare la posizione corrispondente indicata da un numero:
Risposta:Con i bambini che sostengono l'esame di chimica in 9a elementare, nelle classi di preparazione all'esame, compiliamo la seguente tabella (in 11a elementare la ripetiamo e la espandiamo):
Idrogeno
Il gas più leggero, 14,5 volte più leggero dell'aria, con l'aria in un rapporto di due volumi di idrogeno e un volume di ossigeno forma un "gas esplosivo"
1. Per interazione dei metalli alcalini e alcalino terrosi con l'acqua:
2 N / a + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2
2. L'interazione dei metalli (fino all'idrogeno) con acido cloridrico (qualsiasi concentrazione) e acido solforico diluito:
Zn + 2 HCl = ZnCl 2 + H 2
3. Interazione dei metalli di transizione (anfoteri) con una soluzione alcalina concentrata quando riscaldata:
2Al + 2NaOH ( conc. ) + 6 ore 2 O = 2Na + 3H 2
4. Decomposizione dell'acqua sotto l'influenza corrente elettrica:
2H 2 O=2H 2 +O 2
Basato sul suono caratteristico di un'esplosione: una nave con idrogeno viene portata alla fiamma (un botto sordo è idrogeno puro, un suono "abbaiare" è idrogeno con una miscela di aria):
2H 2 +O 2 2H 2 O
Bruciatore di idrogeno, produzione di margarina, carburante per razzi, produzione di varie sostanze (ammoniaca, metalli come tungsteno, acido cloridrico, sostanze organiche)
Ossigeno
Gas incolore, inodore; V stato liquido ha un colore azzurro, nella tinta unita è blu; più solubile in acqua rispetto all'azoto e all'idrogeno
1. Decomponendo il permanganato di potassio:
2 KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
2. Decomponendo il perossido di idrogeno:
2 H 2 O 2 2 H 2 + O 2
3. Decomposizione del sale di Berthollet (clorato di potassio):
2KClO 3 = 2KCl + 3O 2
4. Decomposizione dei nitrati
5. Decomposizione dell'acqua sotto l'influenza della corrente elettrica:
2 H 2 O = 2 H 2 + O 2
6. Processo di fotosintesi:
6 CO 2 + 6 H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Il lampo di una scheggia fumante in un contenitore di ossigeno
Nella metallurgia, come ossidante per il carburante dei missili, nell'aviazione per la respirazione, in medicina per la respirazione, durante le esplosioni, per il taglio del gas e la saldatura dei metalli
Diossido di carbonio
Un gas incolore e inodore, 1,5 volte più pesante dell'aria. In condizioni normali, un volume di anidride carbonica si dissolve in un volume di acqua. Alla pressione di 60 atm si trasforma in un liquido incolore. Quando l’anidride carbonica liquida evapora, parte di essa si trasforma in una massa solida simile alla neve, che viene pressata industrialmente per formare “ghiaccio secco”.
1. Nel settore della torrefazione del calcare:
CaCO 3 CaO + CO 2
2. L'effetto dell'acido cloridrico su gesso o marmo:
CaCO 3
+ 2HCl = CaCl 2
+H 2
O+CO 2
Con l'aiuto di una scheggia ardente, che si spegne in un'atmosfera di anidride carbonica, o con la torbidità dell'acqua di calce:
CO 2 + Circa(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
Per creare “fumo” sul palco, conservare il gelato, nelle bibite gassate, negli estintori a schiuma
Ammoniaca
Un gas incolore dall'odore pungente, quasi 2 volte più leggero dell'aria. Non puoi inalare per molto tempo, perché è velenoso. Si liquefa facilmente a pressione e temperatura normali -33,4 O C. Quando l'ammoniaca liquida evapora dall'ambiente, viene assorbito molto calore, motivo per cui l'ammoniaca viene utilizzata nelle unità di refrigerazione. Altamente solubile in acqua: a 20 oC In 1 volume di acqua si sciolgono circa 710 volumi di ammoniaca.
1. Nell'industria: ad alte temperature, pressioni e in presenza di un catalizzatore, l'azoto reagisce con l'idrogeno per formare ammoniaca:
N 2 +3 H 2 2 N.H. 3 + Q
2. In laboratorio, l'ammoniaca si ottiene mediante l'azione della calce spenta sui sali di ammonio (molto spesso cloruro di ammonio):
Ca(OH) 2 +2NH 4 ClCaCl 2 +2NH 3 + 2 ore 2 O
1) dall'olfatto;
2) cambiando il colore della carta bagnata di fenolftaleina (divenne cremisi);
3) dalla comparsa di fumo quando si tiene in mano una bacchetta di vetro inumidita con acido cloridrico
1) nelle unità di refrigerazione; 2) produzione di fertilizzanti minerali;
3) produzione di acido nitrico;
4) per saldatura; 5) ottenere esplosivi; 6) in medicina e nella vita di tutti i giorni (ammoniaca)
Etilene 
A condizioni normali– un gas incolore con un debole odore, parzialmente solubile in acqua ed etanolo. Molto solubile in dietil etere e idrocarburi. È un fitormone. Ha proprietà narcotiche. La maggior parte prodotta materia organica nel mondo.
1) Nell'industria mediante deidrogenazione dell'etano:
CH 3 -CH 3 CH 2 =CH 2 +H 2
2) In laboratorio l'etilene viene prodotto in due modi:
a) depolimerizzazione del polietilene:
(-CH 2 -CH 2 -) N nCH 2 =CH 2
b) disidratazione catalitica dell'alcol etilico (come catalizzatore vengono utilizzati argilla bianca o ossido di alluminio puro e acido solforico concentrato):
C 2 H 5 OHCH 2 =CH 2 +H 2 O
Ossigeno
+
Sottosopra
+
Dal basso verso l'alto
Diossido di carbonio
+
Sottosopra
-
Ammoniaca
+
Dal basso verso l'alto
-
Etilene
+
Capovolto e inclinato
-
Quindi, per il successo superando l'OGE e l'esame di stato unificato, gli studenti devono conoscere i metodi e i metodi per ottenere sostanze gassose. I più comuni sono l’ossigeno, l’idrogeno, l’anidride carbonica e l’ammoniaca. Nel libro di testo dell'11 ° grado, ai bambini viene offerto il lavoro pratico n. 1, chiamato "Ottenere, raccogliere e riconoscere i gas". Offre cinque opzioni: produce cinque diverse sostanze gassose: idrogeno, ossigeno, anidride carbonica, ammoniaca ed etilene. Naturalmente, in una lezione della durata di 45 minuti, è semplicemente impossibile completare tutte e 5 le opzioni. Pertanto, prima di iniziare questo lavoro, gli studenti compilano a casa la tabella sopra riportata. Pertanto, durante la compilazione della tabella, i bambini a casa ripetono metodi e metodi per ottenere sostanze gassose (corso di chimica nelle classi 8, 9 e 10) e arrivano in classe già teoricamente informati. I laureati ricevono due voti per un argomento. Il volume di lavoro risulta essere elevato, ma i ragazzi lo fanno con piacere. E l'incentivo è... bel voto nel certificato.