Лабораторна робота №3

Тема: Добування Карбон(IV) оксиду і вивчення його властивостей. Взаємоперетворення карбонатів і гідрогенкарбонатів

Мета: Навчитись добувати карбон ( IV) оксид в лабораторних умовах, при взаємодії крейди, або мармуру з соляною кислотою, вивчити його властивості: взаємодія з водою, розчином лугу, вапняною водою; навчитись розпізнавати карбонати, проводити якісну реакцію на карбонат-йони, проводити взаємоперетворення карбонатів та гідрокарбонатів

Для роботи необхідні:

реактиви: шматочки крейди або мармуру СаСО₃ , розчин розбавленої хлоридної кислоти HCl, вапняна вода Са(ОН)₂ і дистильована вода , індикатори метилоранж, фенолфталеїн.

обладнання і хімічний посуд: лакмусовий папір, пробірки, газовідвідна трубка.

Теоретичні відомості:

Карбон відноситеся до числа елементів, відомих людству з давнини. В природі він знаходиться як в вільному стані, так і в зв'язаному- в сполученні з іншими елементами. В вільному стані він зустрічається в вигляді двох алотропних модифікацій: алмазу та графіту. В зв'язаному стані карбон входить в мінерали, до складу живих організмів, кам'яного вугілля, нафти, природного газу.

Карбон (ІV) оксид поряд з азотом і киснем входить до складу атмосфери, СО₂ має велике значення для рослин. Вони поглинають вуглекислий газ і воду з навколишнього середовища і в процесі фотосинтезу синтезуються органгіні речовини, а в навколишнє середовище виділяють кисень.

СО₂ безбарвний газ, в 1,5 разів важче за повітря, він не підтримує горіння і дихання.

Карбон (IV) оксид являється кислотним оксидом і проявляє хімічні властивості, які характерні для інших кислотних оксидів:

1. При розчиненні у воді утворюється нестійка карбонатна кислота, тому ця реакція зворотня:

СО₂ + Н₂O ↔ Н₂СО₃

У вільному стані карбонатна кислота не існує, так як розкладається на воду та карбон (ІV) оксид.

Реагує з основами, утворюючи солі карбонатної кислоти - карбонати (середні солі):

СО₂ + 2NaOH → Na₂CО₃ + Н₂О

При надлишку СО₂ утворюються кислі солі - продукти неповного заміщення в кислоті атомів Гідрогену атомами металів:

СО₂ + NaOH → NaHСО₃ - натрій гідрогенкарбонат.

Реагує з основними оксидами

СО₂ + СаО → СаСО₃

Специфічною реакцією для СО₂ являється взаємодія з вапняною водою Са(ОН)₂, при цьому спостерігається помутніння вапняної води:

СО₂ + Са(ОН)₂ → СаСО₃ ↓ + Н₂О

Ця реакція використовується для виявлення карбон( IV) оксиду. Якщо оксид карбону пропускати далі, то осад розчиняється і утворюється розчинний гідрогенкарбонат:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О → Са(НСО₃)₂

Якісною реакцією на карбонати являється їх взаємодія з сильними кислотами з характерним вспінюванням внаслідок бурхливого виділення СО₂. За допомогрю цієї реакції можна визначити карбонат-іони.

Рівняння реакції в молекулярній формі

К₂СО₃ + 2 HCl → 2 KCl + СО₂ ↑ + Н₂О

Рівняння реакції в повній іонній формі

2К⁺ + СО₃^2- + 2 Н⁺ + 2Сl^- → 2К⁺ + 2 Сl^- + СО₂ ↑ + Н₂О

Рівняння реакції в скороченій іонній формі

2Н⁺ + СО₃^2- → СО₂ ↑ + Н₂О

За скороченою формою іонного рівняння видно, що характерною реакцією на карбонат-іони СО₃^2- являєтьтся взаємодія з іонами водню Н⁺.

Хід роботи.

Дослід 1. До декількох шматочків крейди або мармуру в пробірці влийте 1-2 мл розбавленої хлоридної ( соляної) кислоти. Що спостерігаєте? Напишіть рівняння реакції в молекулярному, повному іонному та скороченому іонному вигляді.

Дослід 2. Пробірку швидко закрийте пробкою з газовідвідною трубкою. Кінець трубки опустіть в іншу пробірку, в якій знаходиться 2-3 мл вапняної води. Як змінюється прозорий розчин вапняної води? Напишіть реакцію, яка відображає ці перетворення.

Дослід 3. Декілька хвилин продовжуйте пропускати газ. Що спостерігаєте? Які зміни відбуваються з осадом? Підтвердіть це рівнянням реакції.

Дослід 4. Кінець газовідвідної трубки ополосніть в дистильованій воді, потім помістіть трубку в іншу пробірку з 2-3 мл дистильованої води і пропустіть через неї газ. Через декілька хвилин , витягнувши трубку з розчину, додайте до утвореного розчину декілька крапель індикатора синього лакмуса або метилоранжу. Як змінюється забарвлення індикатора? Поясніть чому?

Дослід 5. В пробірку налийте 2-3 мл розбавленого розчину гідроксиду натрію і додайте до нього декілька крапель фенолфталеїну. Потім через розчин пропустіть газ. Як змінюється забарвлення індикатора? Яка сполука утворюється в результаті реакції?

Дослід 6. Розпізнавання карбонатів.

а) Взаємодія кислот з карбонатами Насипте в одну пробірку карбонат натрію, а в іншу- карбонат магнію. В кожну пробірку додайте по 1-2 мл хлоридної кислоти. В чому схожість ознак реакцій у пробірках? Яка речовина виділяється в цих пробірках в результаті реакції? Напишіть рівняння реакцій.

б) В трьох пробірках дани кристалічні речовини: натрій сульфат, цинк хлорид, калій карбонат. Визначіть, яка речовина знаходиться в кожній пробірці. Складіть рівняння реакцій в молекулярній, повній йонній та скороченій йонній формі.

Контрольні запитання:

1. Що відбувається, коли на крейду чи мармур подіяти розчином соляної кислоти?

2. Чому при пропускання вуглекислого газу через розчин вапняної води спочатку відбувається помутніння, а потім осад розчиняється?

3. Що відбувається при пропусканні карбон( 1 У) оксиду через дистильовану воду? Яка сполука утворюється в результаті цієї реакції і-як це можна підтвердити за допомогою індикатора?

4. Як змінюється забарвлення розчину лугу при пропусканні через нього вуглекислого газу?

5. Якими хімічними реакціями можна підтвердити кислотний характер карбон (ІV) оксиду?

6. Яка основність карбонатної кислоти? Які два типи солей утворює карбонатна кислота?

7. Яким реакціями можна здійснити перетворення карбонатів в гідрогенкарбонати і навпаки?

8. Що являється якісною реакцією на карбонат-іони?