Уравнение с газом в химии

4.3.2. Расчеты объемных отношений газов при химических реакциях.

Закон Авогадро:

Равные объемы любых газов в одних и тех же условиях содержат одинаковое число молекул.

Следствием из этого закона является то, что объемы газов, вступающих в химическую реакцию, а также образующихся в результате нее, относятся друг к другу так же, как коэффициенты перед этими же веществами в уравнении реакции.

Так, например, если мы рассмотрим реакцию:

то окажется, что объемы азота и водорода, вступающих в реакцию, а также объем аммиака, образующийся в результате нее, всегда относятся друг другу как соответствующие коэффициенты в уравнении:

Пример 1

В результате обжига пирита в кислороде было получено 20 литров газообразного продукта. Каков объем потребовавшегося для этого кислорода?

Решение:

В задачах на объемные отношения газов нередко возникает ошибка в написании уравнения реакции, в частности, в расстановке коэффициентов. Записываем уравнение взаимодействия пирита с кислородом:

Как уже было сказано, объемы газов, вступающих в химическую реакцию, а также образующихся в результате нее, относятся друг к другу так же, как коэффициенты перед этими же веществами в уравнении реакции. Поэтому мы можем записать:

Пример 2

Какой объем водорода теоретически должен понадобиться для синтеза 50 л аммиака, если объемы газов измерены при одинаковых условиях?

Решение:

Запишем уравнение реакции:

Так как условия одинаковы, то объем водорода, вступившего в реакцию, относится к объему образовавшегося аммиака так же, как соответствующие коэффициенты в уравнении:

Пример 3

При нагревании нитрата серебра выделилось 6 л газов. Какой объем оксида азота образовался при этом?

Решение:

Запишем уравнение реакции разложения нитрата серебра:

Исходя из следствия закона Авогадро:

Т.е. мы получили систему из двух уравнений:

Урок «Газообразные вещества». 11-й класс

Разделы: Химия

Класс: 11

• актуализировать знания о некоторых свойствах газообразных веществ;
• установить отличие газообразных веществ от твердых и жидких;
• повторить закон Авогадро;
• обобщить и систематизировать знания учащихся о способах получения, собирания и распознавания водорода, кислорода, аммиака, углекислого газа и этилена;
• расширять кругозор детей; формировать научное мировоззрение.

Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний.

Методы и методические приемы: демонстрационный, словесный (беседа по вопросам, рассказ), наглядный.

Оборудование и реактивы:

а)на столах у учащихся: карточки с таблицей для заполнения по ходу урока

Газ (краткая характеристика)

Получение (уравнение реакции)

Собирание

Распознавание

б)на демонстрационном столе:

• реактивы – оксид марганца (IV), пероксид водорода, перманганат калия; карбонат кальция, соляная кислота и известковая вода; соляная кислота и цинк; хлорид аммония, гидроксид натрия, лакмусовая бумажка; этиловый спирт и концентрированная серная кислота;
• оборудование – химический стакан (2 шт.); пробирки (5 шт.); прибор для получения газов (штатив с зажимами для 2-х пробирок, 2 пробирки); пробиркодержатель, лучина, спички, спиртовка, пробки с газоотводными трубками (2 шт.); плоскодонная колба, аппарат Кипа, стеклянная трубочка, стеклянная палочка.

Ход урока.

II. Проверка домашнего задания (7 мин.).

Вопросы для беседы.

1.Что такое полимер, мономер, структурное звено, степень полимеризации?

2.Что такое пластмассы?

3.Что такое волокна?

4.На какие группы делят пластмассы? Восстановите схему:

(Заполнение схемы: термопласты и термореактопласты.)

5.На какие группы делят волокна? Восстановить схему:

(Заполнение схемы: природные и химические; растительные и животные; искусственные и химические.)

6.Каковы области применения пластмасс? При ответе используйте рисунок 40 на с.56.

7.Какие неорганические полимеры вам известны? Какова их роль в неживой природе?

III. Актуализация, систематизация и обобщение знаний.

-Вы знаете, что зависимости от условий вещества могут находиться в разных агрегатных состояниях. Назовите эти состояния.

Планируемый ответ ученика.

(В зависимости от условий вещества могут находиться в жидком, твердом или газообразном состояниях).

-Рассмотрите рис. 51 на с. 67. Что характерно для газообразных веществ? Чем строение газообразных веществ отличается от строения веществ в твердом и жидком состояниях?

Планируемый ответ ученика.

(В газовой фазе расстояния между молекулами во много раз превышает размеры самих частиц.)

-При атмосферном давлении объем сосуда в сотни тысяч раз больше объема молекул газа, поэтому для газов выполняется закон Авогадро:

в равных объемах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое число молекул.

-Вспомните, сколько молекул содержит один моль любого газа при нормальных условиях?

Планируемый ответ ученика.

(Один моль любого газа при нормальных условиях содержит 6х10 23 молекул.)

-Как называется это число?

Планируемый ответ ученика.

(Это число называется число Авогадро.)

-Какие условия считаются нормальными?

Планируемый ответ ученика.

(760 мм. рт.ст. и 0 0 С).

-Какой объем занимает 1 моль любого газообразного вещества при нормальных условиях? Как называют такой объем?

Планируемый ответ ученика.

(1 моль любого газа при нормальных условиях занимает объем 22,4 л. Такой объем называется молярным.)

-Найдите в учебнике на с.68 описание основных свойств газообразных веществ.

1.Газы не имеют собственной формы и объема. Поэтому занимают весь объем сосуда, в котором находятся.

2.Газы легко сжимаются.

3.Благодаря большому расстоянию между молекулами газы смешиваются друг с другом в любом отношении.

-При изучении химии, вы познакомились со свойствами некоторых газов, узнали способы их получения, собирания и распознавания. На сегодняшнем уроке вам предстоит вспомнить, как в лабораторных условиях получают водород, кислород, углекислый газ, аммиак и этилен; как собирают и распознают эти газы. По ходу изучения материала вы должны заполнить таблицу.

Водород – это самый легкий газ. В лаборатории его получают чаще всего в аппарате Кипа взаимодействием цинка с соляной кислотой:

Демонстрация получения водорода в аппарате Киппа.

— Так как водород самый легкий газ, его собирают в перевернутый вверх дном сосуд.

Демонстрация собирания водорода.

-Вспомните, как распознают водород?

Планируемый ответ ученика.

(К отверстию перевернутого вверх дном сосуда подносят зажженную лучину. Раздается глухой хлопок, если водород чистый или «лающий» звук, если водород содержит примеси.)

Демонстрация опыта по распознаванию водорода.

Формулу водорода, уравнение реакции получения водорода, способ его собирания и распознавания ученики записывают в соответствующие колонки таблицы.

— Кислород – газ, содержание которого в атмосфере составляет 21%. Кроме кислорода в верхних слоях атмосферы содержится аллотропное видоизменение – озон О₃. В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия KMnO₄ или пероксида водорода H₂O₂ .

Демонстрация опытов получения кислорода:

1) разложением перманганата калия

2)разложением пероксида водорода в присутствии катализатора MnO₂

— Собирают кислород в сосуд методом вытеснения воздуха или методом вытеснения воды. Почему?

Планируемый ответ ученика.

(Кислород собирают в сосуд вытеснением воздуха, потому что он тяжелее воздуха. Кислород собирают методом вытеснения воды, так как он мало растворим в воде.)

— Вспомните, как распознают кислород.

Планируемый ответ ученика.

(Распознают кислород по вспыхиванию, внесенной в сосуд с этим газом, тлеющей лучинки.)

Демонстрация опыта по распознаванию кислород: внесение в колбу с кислородом тлеющей лучинки; внесение тлеющей лучинки в химический стакан, в котором проходит разложение пероксида водорода.

Формулу кислорода, уравнения реакций получения кислорода, способы его собирания и распознавания ученики записывают в соответствующие колонки таблицы.

— Углекислый газ или оксид углерода (IV) СО₂ – бесцветный, не имеющий запах газ.

Он примерно в полтора раза тяжелее воздуха. Растворим в воде. В лаборатории углекислый газ получают действием соляной кислоты на карбонат кальция:

Демонстрация опыта получения углекислого газа и его собирание.

— Вспомните, как получают углекислый газ в промышленности.

Планируемый ответ ученика.

(В промышленности углекислый газ получают обжигом известняка:

— Вспомните, как можно распознать углекислый газ.

Планируемый ответ ученика.

(Углекислый газ можно распознать по помутнению известковой воды или с помощью горящей лучинки.)

Демонстрация опытов по распознаванию углекислого газа:

1. помутнение известковой воды (продувание углекислого газа через известковую воду)
   СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃v + Н₂О ;
2. горящую лучину опустить в сосуд с углекислым газом. Лучина гаснет.

— Почему горящая лучина гаснет в атмосфере углекислого газа?

Планируемый ответ ученика.

(Потому что углекислый газ не поддерживает горение.)

— Где используют это свойство углекислого газа?

Планируемый ответ ученика.

(Свойство углекислого газа не поддерживать горение применяют при тушении пожаров.)

Формулу углекислого газа, уравнения реакций получения углекислого газа, способ его собирания и способы распознавания ученики записывают в соответствующие колонки таблицы.

— Аммиак NH₃ – газ с резким запахом, бесцветный, хорошо растворим в воде.

В промышленности его получают взаимодействием азота с водородом, соблюдая следующие условия: катализатор (Fe), высокие температура и давление. Запишите уравнение реакции получения аммиака в промышленности, укажите, что реакция обратимая и условия, при которых она протекает:

В лаборатории аммиак получают взаимодействием щелочей с солями аммония:

— Сравните молярные массы аммиака и воздуха.

Планируемый ответ ученика.

(Молярная масса аммиака равна 17 г/моль, молярная масса воздуха – 29 г/моль. Аммиак легче воздуха.)

— Как следует собирать аммиак?

Планируемый ответ ученика.

(Так как аммиак легче воздуха, то его следует собирать так же как и водород – в перевернутую вверх дном пробирку.)

Демонстрация опыта получения и собирания аммиака.

— Как можно распознать аммиак?

Планируемый ответ ученика.

(Аммиак можно распознать по характерному запаху.)

-Еще аммиак можно распознать по изменению окраски влажной лакмусовой бумажки и по появлению белого дыма при поднесении стеклянной палочки, смоченной в соляной кислоте.

Демонстрация опытов по распознаванию аммиака:

1. по запаху, соблюдая правило техники безопасности;
2. поднести влажную лакмусовую бумажку к пробирке с аммиаком. Лакмусовая бумажка посинеет;
3. стеклянную палочку смочить в соляной кислоте и опустить в пробирку с аммиаком. Наблюдается появление дыма. (Опыт «Дым без огня).

Формулу аммиака, уравнение реакции получения аммиака, способ его собирания и способы распознавания ученики записывают в соответствующие колонки таблицы.

— На уроках органической химии вы познакомились с газом этиленом С₂Н₄. Этилен – газ без цвета и запаха. В промышленности его получают дегидрированием этана:

Реакция протекает в присутствии катализатора и при высокой температуре.

В лаборатории этилен получают двумя способами: деполимеризацией полиэтилена или каталитической дегидратацией этилового спирта:

Распознают этилен по обесцвечиванию подкисленного раствора перманганата калия или бромной воды. Как можно собрать этилен?

Планируемый ответ ученика.

(Этилен тяжелее воздуха, поэтому его можно собрать вытеснением воздуха.)

Демонстрация опыта получения этилена реакцией дегидрирования этилового спирта и распознавание этилена обесцвечиванием подкисленного раствора перманганата калия.

Формулу этилена, уравнения реакции получения этилена, способ его собирания и способы распознавания ученики записывают в соответствующие колонки таблицы.

Итогом работы учащихся на уроке является заполненная таблица, которая имеет следующий вид:

Получение (уравнения реакций)

Собирание

Распознавание

не имеет запаха.

Вытеснением водорода металлами из растворов кислот:

В перевернутую вверх дном пробирку.

При поднесении к пламени раздается «хлопок» или «лающий» звук.

Кислород (О₂) без запаха и цвета, тяжелее воздуха, мало растворим в воде.

1.Разложением перманганата калия:

2.Разложением пероксида водорода

2.Вытеснением воды.

Вспыхивание тлеющей лучинки, внесенной в сосуд с кислородом.

Углекислый газ – оксид углерода (IV) – СО₂. Бесцветный, не имеет запаха, не поддерживает горение, тяжелее воздуха. Растворим в воде.

2.В лаборатории:
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂↑.

Вытеснением воздуха.

1.Горящая лучина гаснет в сосуде с СО₂.

2.По помутнению известковой воды:

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃v + Н₂О

Аммиак (NН₃) имеет резкий характерный запах, без цвета, хорошо растворим в воде, легче воздуха.

2.В лаборатории:
NH₄Cl + NaOH = NaCl + H₂O + NH₃↑.

В перевернутую вверх дном пробирку.

2.По изменению цвета влажной лакмусовой бумажки (синеет).

3.По появлению дыма при поднесении стеклянной палочки, смоченной в соляной кислоте.

Этилен (С₂Н₄ или СН₂ = СН₂ ) без цвета и запаха, тяжелее воздуха.

1.В промышленности дегидрированием этана:

б)дегидратацией этилового спирта

С₂Н₅ОН → С₂Н₄ + Н₂О

Вытеснением воздуха.

1.Обесцвечивание подкисленного раствора перманганата калия.

2.Обесцвечивание бромной воды.

Беседа по вопросам. (При ответах использовать таблицу.)

1. Какие газообразные вещества были рассмотрены на уроке?
2. Какие способы получения рассматривали?
3. От чего зависит способ собирания того или иного газа?

V. Подведение итогов.

-На сегодняшнем уроке вы изучили общие свойства газообразных веществ. Вспомнили закон Авогадро. Повторили способы получения, собирания и распознавания водорода, кислорода, углекислого газа, аммиака и этилена.

Соединения углерода

Монооксид углерода (угарный газ)

Способы получения угарного газа

В промышленности угарный газ получают:

• при пропускании воздуха через раскаленный уголь:

• паровая конверсия метана – взаимодействие перегретого водяного пара (температура – 800-900ºС) с метаном. В качестве катализаторов используют Ni, MgO, Al₂O₃:

• взаимодействие метана с углекислым газом (температура – 800-900ºС, кат. – Ni, MgO, Al₂O₃):

• горение углерода в недостатке кислорода (неполное окисление углерода):

• неполное окислениеметана:

В лаборатории угарный газ можно получить:

• Нагреванием муравьиной кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

• Нагреванием щавелевой кислоты в присутствии концентрированной серной кислоты:

Химические свойства угарного газа

СО – несолеобразующий оксид

• Формально СО можно рассматривать как ангидрид муравьиной кислоты, т.к. он образуется при дегидратации муравьиной кислоты:

А также образование формиата натрия в реакции с гидроксидом натрия при высоком давлении:

CO + NaOH → HCOONa

Однако при обычных условиях он не вступает в реакции с водой, кислотами и щелочами, поэтому относится к типу несолеобразующих оксидов.

Является сильным восстановителем, поэтому реагирует с окислителями:

• Горит синим пламенем в атмосфере кислорода:

• Окисляется хлором в присутствии катализатора или под действием света с образованием ядовитого газа фосгена:

• Окисляется другими сильными окислителями до углекислого газа или карбонатов:

Восстанавливает металлы из оксидов (при Т

СО + CuO → Cu + CO₂

СО + NiO → Ni + CO₂

• Восстановление водорода из воды в присутствии катализатора Fe, Cr при температуре 400-500 ºС:

• Восстановление некоторых благородных металлов из солей:

• Взаимодействие с водородом при повышенном давлении. Из синтез-газа (смеси угарного газа и водорода) при определенных условиях (P, T, kt) можно получить метанол, метан, или другие углеводороды:

• Образование карбонилов металлов при нагревании:

• Образование карбоксигемоглобина при связывании угарного газа с гемоглобином крови подобно кислороду:

Этим свойством СО и объясняется его высокая токсичность для организма человека.

Диоксид углерода (углекислый газ)

Способы получения углекислого газа

• CO₂ – Конечный продукт окисления органических веществ в клетках аэробных организмов

• Образуется при действии сильных кислот на карбонаты (растворимые и нерастворимые)и гидрокарбонаты металлов:

• При взаимодействии растворимых карбонатов с растворимыми солями алюминия, железа (III) и хрома (III), которые необратимо гидролизуются в водном растворе:

• При термическом разложении нерастворимых карбонатов и при разложении растворимых гидрокарбонатов:

• При сжигании всех видов топлив:

• При спиртовом брожении глюкозы под действием ферментов:

Химические свойства углекислого газа

Углекислый газ — типичный кислотный оксид. Проявляет слабые окислительные свойства

• Качественная реакция на углекислый газ — помутнение известковой воды:

• Взаимодействует с водой, но реакция сильно обратима, и с водой соединяется лишь 1% молекул угольной кислоты:

• С основными оксидами и сильными основаниями (щелочами), с образованием карбонатов или гидрокарбонатов. При этом возможно образование как кислых, так и средних солей:

• С карбонатами, с образованием гидрокарбонатов:

• С водными растворами солей, образованными кислотами, слабее угольной (очень слабые кислоты):

• С некоторыми восстановителями:

2Мg + CO₂ → C + 2MgO

Внимание! Магний горит в атмосфере углекислого газа, поэтому горящий магний нельзя тушить углекислотными огнетушителями.

• В листьях растений на свету из CO₂ и H₂O образуются углеводы и кислород:

• С пероксидом натрия, с образованием карбоната натрия:

• Синтез карбамида (мочевины):

• Получение питьевой соды по методу Сольвэ:

Угольная кислота и карбонаты

Химические свойства угольной кислоты и карбонатов

Угольная кислота – слабая двухосновная кислота

Угольная кислота существует только в водном растворе, где количество ее молекул и анионов в сотни раз меньше, чем количество растворенных молекул углекислого газа CO₂

• Диссоциирует по 2-м ступеням с образованием гидрокарбонат- и карбонат ионов:

H₂CO₃ как индивидуальное соединение неустойчиво и не имеет практического значения, но ее соли устойчивы и нашли широкое применение.

Растворимыми являются карбонаты щелочных металлов. Высокая степень гидролиза является причиной щелочной реакции их водных растворов рН(0,1 М р-ра)

• Все карбонаты, кроме карбонатов щелочных металлов и аммония при нагревании (более 900ºС) разлагаются до оксида металла и оксида углерода (IV):

Карбонат аммония при нагревании разлагается иначе:

• Качественной реакцией является взаимодействие с кислотами является на ионы СО₃ 2─ и НСО₃ − в результате которой происходит выделение СО₂:

• при взаимодействии с разбавленными растворами соляной или серной кислот происходит выделение углекислого газа, который затем пропускают через раствор известковой воды. При этом наблюдается помутнение раствора:

При дальнейшем пропускании раствор вновь становится прозрачным, помутнение исчезает:

• Переход в гидрокарбонаты при пропускании CO₂ через растворы карбонатов или постепенном добавлении кислот:

• Гидрокарбонаты все, кроме NaНCO₃ легко растворяются в воде. Водные растворы также имеют щелочную реакцию вследствие гидролиза:

• при нагревании гидрокарбонаты переходят в карбонаты или гидроксиды: