"Получение углекислого газа и его свойства". Урок – практическая работа

"Получение углекислого газа и его свойства". Урок – практическая работа Цели:  Расширить представления об истории открытия, свойствах и практическом  применении углекислого газа.  Познакомить учащихся с лабораторными способами получения углекислого газа.  Продолжить формирование экспериментальных навыков учащихся. Используемые приемы: “верные и неверные утверждения”, “зигзаг­1”, кластеры. Лабораторное оборудование: лабораторный штатив, прибор для получения газов, стакан  на 50 мл, кусочки мрамора, соляная кислота (1:2), известковая вода, зажим Мора. I. Стадия вызова На стадии вызова используется прием “верные и неверные утверждения”. Утверждения 1. Углекислый газ – это “дикий газ”. 2. В морях и океанах содержится в 60 раз больше углекислого газа, чем в земной  атмосфере. 3. Природные источники углекислого газа называются мофетами. 4. В окрестностях Неаполя находится “Собачья пещера”, в которой не могут  находиться собаки. 5. В лабораториях углекислый газ получают действием серной кислоты на куски  мрамора. 6. Углекислый газ – это газ без цвета и запаха, легче воздуха, хорошо растворим в  воде. 7. Твёрдый углекислый газ получил название “сухого льда”. 8. Известковая вода – это раствор гидроксида кальция в воде. II. Стадия осмысления 1. Организация деятельности в рабочих группах, участники которых получают тексты по  пяти основным темам “зигзага”:        –          +        –        +        +   +        –   +        1. История открытия углекислого газа 2. Углекислый газ в природе 3. Получение углекислого газа 4. Свойства углекислого газа 5. Практическое применение углекислого газа Идет первоначальное знакомство с текстом, первичное чтение. 2. Работа в экспертных группах. В экспертные группы объединяются “специалисты” по отдельным вопросам. Их задача –  внимательное чтение текста, выделение ключевых фраз и новых понятий либо  использование кластеров и различных схем для графического изображения содержания  текста (работа ведется индивидуально). 3. Отбор материала, его структурирование и дополнение (групповая работа) 4. Подготовка к трансляции текста в рабочих группах      1­я группа экспертов составляет опорный конспект “История открытия углекислого  газа” 2­я группа экспертов составляет схему распространения углекислого газа в природе 3­я группа экспертов составляет схему получения углекислого газа и рисунок  установки для его получения 4­я группа экспертов составляет классификацию свойств углекислого газа 5­я группа экспертов составляет схему практического применения углекислого газа 5. Подготовка к презентации (плакат) III. Стадия рефлексии Возвращение в рабочие группы 1. Трансляция в группе тем 1–5 последовательно. Сбор установки для получения  углекислого газа. Получение углекислого газа и исследование его свойств. 2. Обсуждение результатов эксперимента. 3. Презентация отдельных тем. 4. Возвращение к “верным и неверным утверждениям”. Проверка своих первоначальных  предположений. Расстановка новых значков. Это может выглядеть так: Утверждения 1. Углекислый газ – это “дикий газ”. 2. В морях и океанах содержится в 60 раз больше углекислого газа, чем в земной  атмосфере. 3. Природные источники углекислого газа называются мофетами. 4. В окрестностях Неаполя находится “Собачья пещера”, в которой не могут  находиться собаки. 5. В лабораториях углекислый газ получают действием серной кислоты на куски  мрамора. 6. Углекислый газ – это газ без цвета и запаха, легче воздуха, хорошо растворим в  воде.             +   + + + – – 7. Твёрдый углекислый газ получил название “сухого льда”. 8. Известковая вода – это раствор гидроксида кальция в воде.     + + 1. История открытия углекислого газа Тексты по пяти основным темам “зигзага” Углекислый газ был первым между всеми другими газами противопоставлен воздуху под  названием “дикого газа” алхимиком XVI в. Вант Гельмонтом. Открытием СО2 было положено начало новой отрасли химии – пневматохимии (химии газов). Шотландский химик Джозеф Блэк (1728 – 1799 г.г.) в 1754 году установил, что известковый  минерал мрамор (карбонат кальция) при нагревании разлагается с выделением газа и  образует негашеную известь (оксид кальция): CaCO3   CaO + CO2  карбонат кальция оксид кальция углекислый газ Выделяющийся газ можно было вновь соединить с оксидом кальция и вновь получить  карбонат кальция : CaO + CO2   CaCO3 оксид кальция углекислый газ карбонат кальция Этот газ был идентичен открытому Ван Гельмонтом “дикому газу”, но Блэк дал ему новое  название – “связанный воздух” – так как этот газ можно было связать и вновь получить  твердую субстанцию, а также он обладал способностью притягиваться известковой водой  (гидроксидом кальция) и вызывать её помутнение: CO2 + Ca(OH)2   CaCO3 + H2O углекислый газ гидроксид кальция карбонат кальция вода Несколько лет спустя Кавендиш обнаружил еще два характерных физических свойства  углекислого газа – его высокую плотность и значительную растворимость в воде. 2. Углекислый газ в природе Содержание углекислого газа в атмосфере относительно небольшое, всего 0,04–0,03% (по  объему). CO2, сосредоточенный в атмосфере, имеет массу 2200 биллионов тонн. В 60 раз больше углекислого газа содержится в растворенном виде в морях и океанах. В течение каждого года из атмосферы извлекается примерно 1/50 часть всего  содержащегося в ней CO2растительным покровом земного шара в процессе фотосинтеза,  превращающего минеральные вещества в органические. Основная масса углекислого газа в природе образуется в результате различных процессов  разложения органических веществ. Углекислый газ выделяется при дыхании растений,  животных, микроорганизмов. Непрерывно увеличивается количество углекислого газа,  выделяемого различными производствами. Углекислый газ содержится в составе  вулканических газов, выделяется он и из земли в вулканических местностях. Несколько  столетий функционирует в качестве постоянно действующего генератора CO2“Собачья  пещера” вблизи города Неаполя в Италии. Она знаменита тем, что собаки в ней не могут  находиться, а человек может там пребывать в нормальном состоянии. Дело в том, что в этой  пещере углекислый газ выделяется из земли, а так как он в 1,5 раза тяжелее воздуха, то  располагается внизу, примерно на высоте роста собаки (0,5 м). В таком воздухе, где  углекислого газа 14% , собаки (и другие животные, разумеется) дышать не могут, но стоящий на ногах взрослый человек не ощущает избытка углекислого газа в этой пещере. Такие же  пещеры существуют в Йеллоустонском национальном парке (США).  Природные источники углекислого газа называются мофетами. Мофеты характерны для  последней, поздней стадии затухания вулканов в которой находится, в частности, знаменитый вулкан Эльбрус. Поэтому там наблюдаются многочисленные выходы  пробивающихся сквозь снега и льды горячих источников, насыщенных углекислым газом. Вне земного шара оксид углерода (IV) обнаружен в атмосферах Марса и Венеры – планетах  “земного типа”. 3. Получение углекислого газа В промышленности углекислый газ получается главным образом как побочный продукт  обжига известняка спиртового брожения и др. В химических лабораториях либо пользуются готовыми баллонами с жидким углекислым  газом, либо получают CO2 в аппаратах Киппа или приборе для получения газов действием  соляной кислоты на куски мрамора: CaCO3 + 2HCl  CaCl2 + CO2   + H2O карбонат кальция соляная кислота хлорид кальция углекислый газ вода Пользоваться серной кислотой вместо соляной при этом нельзя, потому что тогда вместо  растворимого в воде хлорида кальция получался бы гипс – сульфат кальция (CaSO4) – соль,  малорастворимая в воде. Отлагаясь на кусках мрамора, гипс крайне затрудняет доступ к ним кислоты и тем самым очень замедляет течение реакции. Для получения углекислого газа: 1. Закрепите в лапке лабораторного штатива прибор для получения газов 2. Выньте из пробирки с отростком пробку с воронкой 3. Поместите в насадку 2–3 кусочка мрамора величиной ? горошины 4. Вставьте пробку с воронкой в пробирку снова. Откройте зажим 5. Прилейте в воронку (осторожно!) соляную кислоту (1:2) так, чтобы кислота слегка  покрывала мрамор 6. Наполните оксидом углерода (IV) химический стакан и закройте зажим. 4. Свойства углекислого газа CO2 – это бесцветный газ, не имеет запаха, тяжелее воздуха в 1,5 раза, с трудом  смешивается с ним (по выражению Д.И. Менделеева, “тонет” в воздухе), что можно доказать  следующим опытом: над стаканом, в котором закреплена горящая свечка, опрокидывают  стакан, наполненный углекислым газом. Свечка мгновенно гаснет. Оксид углерода (IV) обладает кислотными свойствами и при растворении этого газа в воде  образуется угольная кислота. При пропускании CO2 через подкрашенную лакмусом воду  можно наблюдать изменение цвета индикатора с фиолетового на красный. Хорошая растворимость углекислого газа в воде делает невозможным собирание его  методом “вытеснения воды”. Качественной реакцией на содержание углекислого газа в воздухе является пропускание  газа через разбавленный раствор гидроксида кальция (известковую воду). Углекислый газ  вызывает образование в этом растворе нерастворимого карбоната кальция, в результате  чего раствор становится мутным: CO2 + Ca(OH)2   CaCO3  + H2O  углекислый газ гидроксид кальция   карбонат кальция вода При добавлении избыточного количества CO2 мутный раствор снова становится прозрачным  из­за превращения нерастворимого карбоната в растворимый гидрокарбонат кальция: CaCO3 + H2O + CO2   Ca(HCO3)2  карбонат кальция вода углекислый газ гидрокарбонат кальция 5. Практическое применение углекислого газа Прессованный твердый углекислый газ получил название “сухого льда”. Твердый CO2 скорее похож на спрессованный плотный снег, по твердости напоминающий  мел. Температура “сухого льда” –78оС. Сухой лед, в отличие от водяного льда, плотный. Он  тонет в воде, резко охлаждая её. Горящий бензин можно быстро потушить, бросив в пламя  несколько кусочков сухого льда.  Главное применение сухого льда – хранение и перевозка продуктов питания: рыбы, мяса,  мороженого и др. Ценность сухого льда заключается не только в его охлаждающем  действии, но и в том, что продукты в углекислом газе не плесневеют и не гниют. Сухим льдом испытывают в лабораториях детали, приборы, механизмы, которые будут  служить в условиях пониженных температур. С помощью сухого льда испытывают  морозоустойчивость резиновых покрышек автомобилей. Углекислый газ применяют для газирования фруктовых и минеральных вод, а в медицине –  для углекислотных ванн. Жидкий углекислый газ используют в углекислотных огнетушителях, огнетушительных  системах самолетов и кораблей и в пожарных углекислотных машинах. Он особенно  эффективен в тех случаях, когда вода непригодна, например, при тушении загоревшихся  огнеопасных жидкостей или при наличии в помещении невыключенной электропроводки или  уникального оборудования, которое от воды может пострадать. Во многих случаях CO2 используют не в готовом виде, а получают в процессе использования,  например, хлебопекарных порошков, содержащих смесь бикарбоната натрия с кислым  виннокислым калием. При смешивании таких порошков с тестом соли растворяются и  возникает реакция с выделением CO2 . В результате тесто всходит, наполняясь пузырьками  углекислого газа, и выпеченный из него продукт получается мягким и вкусным. Литература 1. Перемена // Международный журнал о развитии мышления через чтение и письмо. –  2000. – №№ 1, 2. 2. Современный студент в поле информации и коммуникации: Учебно­методическое  пособие. – СПб.: PETROC, 2000. 3. Практическая работа №   «Получение оксида углерода (IV) и изучение его свойств» Цель: Получить оксида углерода (IV) и изучение его свойства. Оборудование и реактивы:   штатив с пробирками, прибор для получения газов,  мел,  известковая вода                           (р­р гидроксида кальция),   раствор соляной кислоты, индикатор, лучина ТБ: № и цель опыта 4. Ход работы Ход опыта   1.Получить оксид  углерода (IV) и изучить  его физических свойств. Наблюдения.  Уравнения  реакций. Выводы. Наблюдения :  Написать уравнение реакции:      CaСO3 +  HCl   =   ... + СO2 + ... Физические свойства углекислого газа: .......... = ... Оксид  углерода  (IV)  ...  воздуха,  ↑ В стакан с водным раствором СО2  добавляем лакмус   поэтому   собираем   методом   вытеснения....; приемник  находится дном... . Горящая лучина в атмосфере  углекислого газа ...,  следовательно, оксид углерода  (IV) ­  газ, который не  поддерживает ... Лакмус окрасился в ... цвет.                       СО2 + H2O   ⇄   Вывод:  оксида углерода (IV) ­ ...  оксид, при взаимодействии с  водой образует ... кислоту. Конец газоотводной трубки помещаем в  пробирку с известковой водой  и пропускаем  через нее углекислый газ Наблюдения: Ca(OH)2  + CO2(недост.)  = ...  ↓  + ....   2. Исследование  химических свойств  оксид углерода (IV). 2.1.  Изучение кислотно­ основных свойств водного  раствора оксида углерода  (IV). 2.2. Взаимодействие  известковой водой  ↔ Нерастворимый карбонат  превращается в растворимый  гидрокарбонат при пропускании  через раствор избытка  углекислого газа. CaCO3 + CO2 + H2O  Ca(HCO3)2   Вывод:  качественной реакцией  на углекислый газ является его  взаимодействие   с ... ... . Наблюдения: CO2 + Mg = Вывод:  при взаимодействии с  активными металлами оксид  углерода  (IV) является ... Продолжаам пропускать углекислый газ  через мутную смесь до полного  осветления раствора 4. Окислительно­ восстановительные  свойства . В стакан с углекислым газом вносим  горящий магний Вывод: 1.Какая реакция  лежит в основе  полученияоксид углерода  (IV)? 2.Перечислите  физические свойства  углекислого газа, которые  наблюдались  во время его  получения.3. Поясните,  какое свойство  углекислого газа лежит в  основе его определения с  помощью зажженной  лучины. 4. Объясните, в  чем заключается  качественная реакция на углекислый газ?