KÉMIA. Szén-dioxid előállítási módjai, kimutatása és tulajdonságai április

Átírás

1 Szén-dioxid előállítási módjai, kimutatása és tulajdonságai Tanári demonstrációs és tanulókísérletek Ajánlott évfolyam: 8., Kötelező védőeszközök gumikesztyű, védőszemüveg, (vegyifülke) F, C, T, X n, X i. Balesetvédelmi figyelmeztetések Szükséges eszközök csiszolt dugós gázfejlesztő Bunsen-állvány lombikfogó dióval mérőhenger derékszögben meghajlított üvegcső üvegkád gázfelfogó henger 2 db 100 cm 3 -es főzőpohár 3-4 mécses magasítókkal ph-mérő műszer Bunsen-égő gyufa csipesz vegyszeres kanál gyújtópálca vasháromláb agyagos drótháló 1 dm 3 -es, széles szájú Erlenmeyer-lombik vagy álló lombik Tanulónként: 1 kémcső 1 oldalcsöves kémcső dugóval, derékszögben meghajlított üvegcsővel Bunsen-állvány dióval és kémcsőfogóval kémcsőfogó vegyszeres kanál Bunsen-égő gyufa gyújtópálca csipesz Szükséges anyagok darabos mészkő 1:1 hígítású sósav desztillált víz magnézium szalag univerzál indikátoroldat vagy kék lakmuszoldat telített meszes víz 5 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-hidroxidoldat bárium-hidroxid-oldat főtt tojás Tanulónként: nátrium-hidrogén-karbonát ecetsav / ételecet élesztő szőlőcukor desztillált víz univerzal indikátoroldat vagy kék lakmuszoldat telített meszes víz kálium-dikromát-oldat jodoform

2 A kísérlet leírása, menete Tanári demonstrációs kísérlet: A gázfejlesztő lombikba szórjunk apróra tört mészkövet, a csapos tölcsért töltsük meg desztillált víz és tömény sósav 1:3 térfogatarányú elegyével. A lombik elvezető csövéhez csatlakoztassunk derékszögben meghajlított üvegcsövet, amelynek másik végét helyezzük üvegkádba, melybe előzőleg különböző magasságokban 3-4 mécsest helyeztünk el. A csap megnyitásával csepegtessünk sósavat a mészkőre. A gázfejlődés azonnal megindul. A csap segítségével szabályozhatjuk a fejlődő gáz mennyiségét. 1. Vezessünk szén-dioxidot az üvegkádba, amíg az összes mécses el nem alszik. 2. Töltsünk meg egy gázfelfogó hengert szén-dioxiddal, majd tartsunk bele égő magnézium szalagot. (Emelt szinten tanulók számára: a keletkezett termékre öntsünk desztillált vizet, rázzuk jól össze, figyeljük meg a változásokat, majd öntsünk bele sósavat.) 3. Vezessünk széndioxidot univerzál indikátorral vagy kék lakmusszal megfestett desztillált vízbe, amíg színváltozást nem tapasztalunk. Ezután forraljuk a keletkezett oldatot néhány percig, amíg ismét megváltozik az oldat színe. (Ha van időnk vezessünk ismét szén-dioxidot a vízbe színváltozásig.) 4. Egy főzőpoharat félig töltsünk meg telített meszes vízzel és cseppentsünk bele 1-2 csepp fenolftalein indikátort. Vezessünk az oldatba szén-dioxidot, amíg a kezdetben leváló csapadék feloldódik. Ezután forraljuk a keletkezett oldatot néhány percig, amíg a csapadék ismét kiválik. (Ha van időnk vezessünk ismét szén-dioxidot a vízbe.) (Emelt szinten tanulók számára: a kísérletet ismételjük meg bárium-hidroxid-oldattal.) 5. Töltsünk meg egy 1 dm 3 -es Erlenmeyer lombikot szén-dioxiddal. Öntsünk a lombikba 100 cm 3, 5 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-hidroxid-oldatot és tegyünk a szájába csúcsos végével befelé, megtisztított főtt tojást. Időnként rázzuk össze a lombik tartalmát! Megfigyelési szempontok, feladatok: 1. Milyen színű, szagú és halmazállapotú anyag keletkezett? Mivel magyarázható, hogy a mécsesek alulról felfele haladva elalszanak? 2. Mivel magyarázható, hogy a magnézium szalag a szén-dioxidban is tovább ég? (Figyeljük meg ilyen színű és halmazállapotú anyagok keletkeztek miután az égéstermékekre vizet, majd sósavat öntöttünk! A tapasztalatok alapján próbáljuk meg kitalálni a keletkező anyagok képleteit és a lejátszódó folyamatok egyenleteit!) 3. Mire következtethetünk az indikátor színváltozásából? Mérjük meg a keletkezett oldat

3 kémhatását ph-mérő műszerrel! Mely reakciótípusokba sorolható a lejátszódó reakció? 4. Milyen színű, és halmazállapotú anyag keletkezett? Milyen típusú reakciók játszódtak le? Hol találkozhatunk a hétköznapi életben ezekkel a reakciókkal? Hogyan tudtuk az egyensúlyt egyik, illetve másik irányba eltolni? 5. Hogyan dönthetjük el, hogy a lombik már megtelt-e szén-dioxid gázzal? Mivel magyarázható a tapasztalt jelenség? Milyen kémiai reakció játszódott le? Tervezz egy másik látványos kísérletet, amely ezen a kémiai reakción alapul! Jegyezzük fel tapasztalatainkat! Írjuk fel a lejátszódó kémiai folyamatok egyenleteit és következtetéseinket! Tanulókísérletek: 1. Kísérletek szódabikarbónával (nátrium-hidrogén-karbonáttal) a) Tegyél kb. 2 g szódabikarbónát egy kémcsőbe és önts rá 2-3 cm 3 ételecetet! Tarts a kémcső szájához égő gyújtópálcát! b) Tegyél kb. 2 g szódabikarbónát egy száraz kémcsőbe és óvatosan, rázogatva hevítsd néhány percig. Tarts a kémcső szájához égő gyújtópálcát! Pár percen át figyeld a kémcsövekben végbemenő változásokat! Tapasztalataidat írd le! Milyen anyagok keletkeztek? Írd le a lejátszódó reakciók egyenleteit! 2. Kísérlet szőlőcukorral Morzsolj egy oldalcsöves kémcsőbe 1 g élesztőt és önts rá szőlőcukor-oldatot (0,5 g szőlőcukor és 5 cm 3 víz), majd zárd le a kémcső nyílását dugóval. A fejlődő gázt mutasd ki a tanult módszerek egyikével! (Emelt szinten tanulók számára: kémiai reakcióval mutasd ki a szőlőcukor bomlásakor keletkező anyagokat!) Rajzold le a kísérletet, jegyezd fel a tapasztalataidat, írd fel a szőlőcukor bomlásának egyenletét! Magyarázat Tanári demonstrációs kísérletek: Karbonátokból a szénsavnál nem gyengébb savakkal szén-dioxidot állíthatunk elő: 1. A szén-dioxid színtelen, szagtalan gáz.

4 A levegőnél kb. másfélszer nagyobb sűrűségű, nem éghető, az égést nem táplálja a mécsesek a kádban alulról fölfele haladva sorban aludtak el. 2. Tapasztalat: a Mg vakító fehér fénnyel a szén-dioxid gázban is tovább ég. Magyarázat: a Mg redukáló tulajdonságú a következő kémiai reakció játszódik le: redoxireakció, exoterm reakció. (A termékre desztillált vizet öntve a MgO-ból fehér csapadék képződik, a szén nem oldódik:, sósavban a keletkező csapadék feloldódik:, a korom nem oldódott fel.) 3. Színváltozás: universal indikátor esetén zöld narancssárga piros, kék lakmusz esetén kék piros. A szén-dioxid vízben jól oldódik, a vízzel sav-bázis reakcióba lép. A lejátszódó egyensúlyi reakciók: Forralás hatására a szénsav elbomlik, a szén-dioxid eltávozik az indikátor eredeti színe semleges kémhatást mutat.

5 4. A meszes víz lúgos kémhatású, ezért az oldat kezdetben ciklámen színű volt. Kis idő múlva az oldat megzavarosodott a kiváló fehér színű kalcium-karbonát csapadék miatt és a ciklámen szín eltűnt, később az oldat kitisztult (a keletkező kalcium-hidrogén-karbonát vízoldható) és színtelen maradt. A lejátszódó folyamatok egyenletei:, csapadékképződés, egyensúly Forralással az egyensúlyi folyamat megfordítható, a kalcium-karbonát ismét kiválik (az oldat színtelen marad). Hétköznapi élet: az építő iparban oltott mész, habarcs; a háztartásban a víz változó keménysége. ( Bárium-hidroxiddal az előbbihez hasonló kémiai reakciók játszódnak le.) 5. A szén-dioxid reakcióba lép a nátrium-hidroxiddal:, így a lombikban lecsökken a nyomás, s a nagyobb külső légnyomás benyomja a tojást a lombikba. Tanuló kísérletek: 1. a) Savakkal a szódabikarbóna szén-dioxid fejlődése közben reagál: b) Hevítve a szódabikarbóna szén-dioxid fejlődése közben bomlik: A fejlődő szén-dioxid égő gyújtópálcával kimutatható. 2. A szőlőcukor az élesztőben lévő zimáz enzim hatására etil-alkoholra és szén-dioxidra bomlik: Kimutatás: szén-dioxid pl. meszes vízzel, etil-alkohol jodoformmal (a jodoform bomlásából származó jód barna színnel feloldódik az alkoholban) vagy kálium-dikromát-oldattal (etilalkohol hatására a narancssárga oldat megzöldül - alkoholszonda). Megjegyzés: Gyakorlottabb diákok a tanári 3, 4, 5. kísérleteket is elvégezhetik tanulókísérletként oldalcsöves kémcsővel. A 3, 4. kísérleteket elvégeztethetjük úgy is, hogy a diákok szívószállal az oldatokba fújnak.

6 Balesetvédelem A bárium-hidroxid maró hatású a szemre, bőrre és a légző rendszerre. Belélegezve, lenyelve ártalmas, súlyos égési sérülést és szemkárosodást okozhat. Felhasznált irodalom: Rózsahegyi Márta Wajand Judit : 575 kísérlet a kémia tanításához. Tankönyvkiadó, Budapest, 1991 Rózsahegyi Márta Wajand Judit : Látványos kémiai kísérletek. Mozaik Oktatási Stúdió Szeged, 1999