Лабораторна робота № 2

Тема. Добування вуглекислого газу. Якісні реакції на карбонат– іон.

Мета: набути навичок практично одержувати і збирати газ; закріпити правила техніки безпеки, добути вуглекислий газ в лабораторії, виконати якісну реакцію на вуглекислий газ та солі вугільної кислоти.

Прилади і реактиви: кусочки мармуру або крейди (CaСО₃), вапняна вода (Ca(ОН)₂), розчин і хлоридної кислоти (HCl) розчини солей сульфату (Nа₂ SO₄) та карбонату натрію(Nа₂ СO₃); штативи з пробірками, корки з газовідвідними трубками, кристалізатор з водою.

Вуглекислий газ СО₂ (оксид карбону (IV)) – за звичайних умов газ. Твердий і газоподібний СО₂ безколірні. Для одержання великих кількостей вугільного ангідриду звичайно використовують реакції окиснення вуглецю, а також термоліз природних карбонатів: доломіту, вапняку або органічних речовин. В лабораторіях СО₂ отримують в апараті Кіппа дією кислот на нерозчинні у воді карбонати

СаСО₃ + 2НCl = СaCl₂ + СО₂ + H₂O.

Вуглекислий газ важчий за повітря. Тому, коли необхідно заповнити посудину вуглекислим газом, його можна просто “налити”, як воду.

Вугільний ангідрид (оксид карбону (IV)) – стійка хімічна сполука, з теплотою утворення 90 ккал/моль, важко піддається термічному розкладу. Вуглекислий газ не горить і не підтримує горіння. Проте, тільки магній продовжує горіти в атмосфері СО₂:

2Mg + СО₂ =2MgO + C.

Вуглекислий газ типова ковалентна сполука з молекулярною структурою. Молекули СО₂ лінійні, тому атом карбону знаходиться в стані sp-гібридизації. Молекула СО₂ неполярна, і тому СО₂ погано розчиняється у воді. В звичайних умовах водні розчини, які знаходяться у рівновазі з СО₂ атмосфери, мають [СО₂] = 0.04 М і рН = 4. В розчині протікає наступна реакція утворення вугільної кислоти Н₂СО₃:

СО₂ + H₂O ↔ Н₂СО₃ ↔ Н+ + НСО₃^– ↔ 2Н⁺ + СО₃^2–.

Таким чином вугільна кислота в розчинах дає слабо кисле середовище, і змінює колір індикатора. Вугільна кислота може утворити два типи солей: середні і кислі: карбонати і гідрокарбонати. Розчинні у воді карбонати гідролізують:

СО₃^2–.+ H₂O ↔ ОН^– + НСО₃^–

Таким чином, гідроліз соди Na₂CO₃ зумовлює лужне середовище її розчину(рН=10). Розчинення гідрогенкарбонатів лужних металів у воді також супроводжується гідролізом:

НСО₃ ^– + H₂O ↔ Н₂СО₃ + ОН^–,

але в значно меншій мірі, ніж для середніх карбонатів.

Оксид вуглецю (IV) (діоксид вуглецю, вуглекислий газ) СО₂ — безбарвний газ без запаху. Віл легко зріджується і частина його внаслідок випаровування іншої частини твердне, перетворюючись на так званий сухий лід. Завдяки його випаровуванню можна підтримувати низькотемпературний режим у побутових умовах.

Діоксид вуглецю має всі властивості ангідриду, при високих температурах — частково властивості окисника.

Добування оксиду вуглецю (IV)

У промисловості У лабораторії

СаСO₃ СаО + СО₂ СаСО₃ + 2НСl = СаСl₂ + СО₂ + Н₂O

2NaHCO₃ Na₂CO₃+CO₂ +H₂O

Властивостіоксиду вуглецю (IV)

CO₂ + H₂O↔ H₂CO₃

CO₂ + CaO CaCO₃ як кислотний оксид

CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃ + H₂O

CO₂ + С 2CO

CO₂ + 2Mg MgO+C

Застосуванняоксиду вуглецю (IV)

Вуглекислий газ застосовують для виробництва соди, цинку, синтезу органічних кислот, виготовлення шипучих напоїв, він також бере участь у фотосинтезі; у зрідженому стані — у вогнегасниках; у твердому — це сухий лід.

6nСО₂ + 5nН₂О (С₆Н₁₀О₅)_n + nО₂ (фотосинтез)

крохмаль

Діоксид вуглецю утворюється також від час спалювання всіх органічних речовин.

Вугільна (карбонатна) кислота Н₂СO₃

Вугільна кислота дуже слабка і малостійка сполука.

Середні солі вугільної кислоти називаються карбонатами, а кислі — гідрокарбонатами.

Ізкарбонатів найбільше значення мають сода і природні карбонати кальцію (вапняк, крейда, мармур).

СаСO₃ — крейда, вапняк, мармур

Na₂СO₃ — господарська сода

NаНСO₃ — питна сода

К₂СO₃ — поташ

Хімічні властивості вугільної кислоти

1. Н₂СО₃ + СаО = СаСО₃ + Н₂O
2. Н₂СO₃ + 2NaОН = Na₂CO₃ + 2Н₂O
3. Н₂СО₃ + Nа₂SiO₃ = Na₂СO₃ + Н₂SiO₂
4. Н₂СО₃ Н₂O + СО₂

Якісна реакція на карбонат-іон СO₃ ^2-

СаСО₂ + 2НСl = СаСl₂ + СO₂ + Н₂О

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСO₃ +Н₂O

вапняна вода

у разі надлишку СО₂ — розчинення осаду

СаСO₃ + СО₂ + Н₂O = Са(НСО₃)₂

Хід роботи.

Дослід 1. Добування вуглекислого газу.

В суху пробірку помістіть кусочок мармуру або крейди. Налийте 1-2 мл хлоридної кислоти. Швидко закрийте корком з газовідвідною трубкою. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакцій та висновки.

Дослід 2.Якісна реакція на вуглекислий газ.

Газ, що виділяється в досл.1 пропустіть через вапняну воду, опустивши газовідвідну трубку в склянку.Що спотерігаєте? Запишіть рівняння реакцій та висновки.

Дослід 3.Якісна реакція на солі вугільної кислоти.

В дві пробірки налийте по 2 мл. розчинів солей карбонату натрію та сульфату натрію, долийте по 1 мл розчину хлоридної кислоти. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакцій та висновки.

Контрольні запитання.

1. Опишіть фізичні властивості вуглекислого газу.Де він використовується?
2. Які хімічні властивості вуглекислого газу ви знаєте?
3. Як добути вуглекислий газ в лабораторії?
4. Як виявити вуглекислий газ серед інших газів?
5. Які властивості вугільної кислоти ви знаєте?
6. З допомогою якої реакції можна відрізнити солі вугільної кислоти від інших солей?