Как получить угольную кислоту из углекислого газа: Угольная кислота и её соли — урок. Химия, 9 класс.

Что пора исправить в учебниках химии

В химии много законов и правил, но всегда есть место неожиданностям. Бывает, что сложившиеся представления прочно укореняются в сознании и необычный факт, который не согласуется с общепринятыми понятиями, воспринимается с недоверием или как чудо. О том, как ученым удалось получить кислоту, про которую даже в учебниках написано, что она не существует, и заставить инертные газы вступать в реакцию, — в сокращенной главе из книги химика Михаила Левицкого «Карнавал молекул. Химия необычная и забавная».

Карнавал молекул. Химия необычная и забавная

Михаил Левицкий

Альпина нон-фикшн. 2018

Исправим учебники химии

Только не обещайте исправить положение вещей, а то опять каких-то вещей не досчитаемся!

Михаил Мамчич

Сразу отметим, что этот случай — исключительно редкий. В учебниках содержатся знания, отшлифованные и проверенные десятилетиями, однако бывают сюрпризы. Например, известно, что угольная кислота Н₂СО₃ в свободном виде не существует, она быстро распадается с образованием CO₂ и воды, что мы часто можем наблюдать, открывая газированные напитки. Вот цитата из учебника «Начала химии» (авторы Н.Е. Кузьменко, В.В. Еремин, В.А. Попков): «…свободная угольная кислота неизвестна, так как она неустойчива и легко разлагается…». Результат был проверен столь многократно, что не вызывал никаких сомнений, потому не будем никого укорять за ошибку, поскольку до определенного момента это считалось истиной. Современные исследования показали, что в это утверждение можно внести поправку.

Угольную кислоту Н₂СО₃ как индивидуальное соединение удалось получить при нагревании в высоком вакууме бикарбоната аммония.

Стабильность чистой H₂CO₃ достаточно высока, она может возгоняться в вакууме, но ее разложение при нагревании все же возможно. При любом превращении реагирующие молекулы вначале образуют некое промежуточное соединение (так называемый переходный комплекс), которое затем распадается, образуя продукты реакции. Образование комплекса требует затрат энергии. Чем меньше эта энергия, тем легче проходит реакция. Разложение угольной кислоты при нагревании проходит через циклический переходный комплекс, образуемый четырьмя атомами О-С-О-Н. Цикл возникает благодаря так называемой водородной связи между атомами О и Н (на рисунке показана пунктиром). Энергия образования такого комплекса 184 кДж/моль.

В присутствии воды, т.е. при обычном способе получения угольной кислоты, легко образуется восьмичленный переходный комплекс с помощью тех же водородных связей при участии одной молекулы угольной кислоты и двух молекул Н₂О. Энергия образования такого комплекса почти вдвое меньше, 100 кДж/моль, и разложение проходит очень быстро.

Возможность существования угольной кислоты в свободном виде не только интересна, но и важна, это открытие позволило по-новому взглянуть на процесс дыхания.

Полагают, что в живом организме угольная кислота, «оберегаемая» от разложения специальным ферментом, позволяет осуществлять быстрый перенос углекислого газа из клеток в кровь, а затем мы его выдыхаем через легкие.

Поскольку свободная угольная кислота получена и, естественно, изучен ее спектр, астрономы полагают, что теперь она может быть спектрально обнаружена в атмосфере планет Солнечной системы.

Полувековая иллюзия

Все иллюзия.

Конечно, и предыдущая фраза.

Станислав Ежи Лец

С момента открытия в конце XIX в. благородных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe) они считались химически абсолютно пассивными и не способными вступать в какие-либо реакции, поэтому их назвали инертными. Такая точка зрения продержалась вплоть до 1962 г., однако в результате работ канадского ученого Нила Бартлетта эти представления пришлось пересматривать.

Нил Бартлетт (1932–2008)

Изучая соединение платины с фтором PtF₆, Бартлетт обратил внимание на сильнейшие окислительные способности этого соединения, оно способно окислять даже молекулярный кислород, который сам хороший окислитель. В результате получается соединение, в котором у кислорода изъят один электрон и он получает положительный заряд O₂+[PtF₆]–. Бартлетту пришла в голову интересная мысль:

если гексафторид платины может оторвать электрон от кислорода, то он может проделать то же самое с ксеноном, поскольку, как уже было известно, для этого требуется несколько меньшая энергия, чем в случае кислорода.

В результате опыта он получил сразу несколько химических соединений переменного состава, содержащих ксенон.

Это сообщение сразу привлекло внимание химиков. Оказалось, что фторировать ксенон можно и без участия платины действием элементарного фтора. Так были получены XeF₄ и XeF₆. Фтор настолько сильный окислитель, что способен отрывать электроны даже от устойчивой восьмиэлектронной оболочки инертного газа. На этом исследователи не остановились, удалось даже получить кислородные соединения ксенона, например XeO₃. Таким образом

миф, утверждавший абсолютную инертность благородных газов, удалось разрушить. Возникло не только новое направление в химии, это открытие привело к пересмотру некоторых фундаментальных представлений.

Нулевую группу в периодической системе упразднили, а благородные газы поместили в VIII группу, т.е. туда, где находятся малоактивные благородные металлы палладиевой и платиновой групп.

Прокатиться на реакции

Хорошо кататься по российским просторам на импортном внедорожнике, плохо только, что попадаются дороги

Стас Янковский

Иногда случается так, что разрозненные факты, если их объединить, могут указать новое направление исследований. Рассмотрим, как археологические изыскания и обычные бытовые наблюдения привели к пониманию нового явления.

От наблюдения к открытию

В конце XIX в. достоинства металлического никеля, такие как механическая прочность в сочетании с коррозионной устойчивостью и жаропрочностью, были хорошо известны. Никель применяли для изготовления заводской аппаратуры и для покрытия металлической посуды. Однако коррозионная устойчивость никеля в бытовых условиях оказалась невысокой. Нагревание такой посуды на огне приводило к постепенному ее разрушению, которое долгое время объясняли коррозией, протекающей при повышенной температуре.

Те, кто был более наблюдателен, замечали, что при нагревании этой посуды на раскаленной плите (без контакта с пламенем) коррозия не наблюдалась. Следовательно, кислород и влага воздуха ни при чем. Оказалось, что все дело в контакте никеля с монооксидом углерода СО, который всегда присутствует в открытом пламени. Окончательную ясность внес английский химик и промышленник Л. Монд (1839–1909), изучавший процессы коррозии никелевой аппаратуры в заводских условиях. Он обратил внимание, что при сжигании смеси Н₂ и СО пламя было ярко окрашено только в том случае, когда смесь газов подавали через никелевую трубку. Выяснилось, что никель взаимодействует с СО, образуя легколетучее соединение — карбонил никеля Ni (CO)₄. Это открытие вызвало интенсивный поток работ, в результате которых были получены карбонилы многих металлов. Возник новый раздел химической науки — химия карбонилов металлов. Кроме того, карбонил никеля подсказал химикам еще одно направление исследований.

Простое взамен громоздкого

Очистка металлов от примесей всегда была делом трудоемким, и потому химики постоянно искали простые и удобные способы, позволяющие отделять металл от загрязнений.

Основной источник металлического никеля — сульфидные руды, в которых содержатся также примеси сульфидов кобальта и железа (CoS, FeS и др.). Ранее для получения никеля в промышленности поступали следующим образом: медно-никелевую руду вместе с флюсами (веществами, снижающими температуру плавления) плавили в электропечах. Железо отделяли, окисляя его, т.е. продувая расплав воздухом в специальных емкостях (конвертерах). Оставшийся расплав сульфидов никеля, меди и кобальта охлаждали, мелко измельчали и направляли на флотацию (разделение твердых частиц, основанное на их различной смачиваемости водой, содержащей добавки вспенивателей). Таким способом отделяли медные и кобальтовые сульфиды от никелевых. Далее полученный концентрат сульфида никеля обжигали, при этом получали оксид никеля NiO, а сера удалялась в виде газообразного оксида. Затем полученный оксид никеля восстанавливали в электродуговых печах, и в результате получали металлический никель. Как видим, процесс громоздкий и трудоемкий.

Карбонил никеля открыл другой, более короткий путь. Он основан на том, что Ni (CO)₄ — необычайно летучее вещество (t кип. = 43 °С). После обработки смеси сульфидов монооксидом углерода СО под давлением образуется карбонил никеля, который можно легко отогнать (карбонилы остальных металлов гораздо более труднолетучи).

При последующем нагревании до 180 °С полученный карбонил легко разлагается, образуя металлический никель высокой степени чистоты.

Транспортные реакции в промышленности и у нас дома

Итак, основной замысел — очистка металла путем перевода его в летучее соединение. Естественно, эту идею постарались применить и к другим металлам. Необходимо было, чтобы металлы сравнительно легко образовывали летучие соединения. Удачные варианты были найдены: при пониженных температурах иод легко реагирует с такими металлами, как титан, цирконий, гафний и др. Полученные иодиды можно легко отогнать, затем при нагревании они разлагаются, образуя чистый металл. Освободившийся иод может быть вновь направлен на взаимодействие с очередной порцией очищаемого металла. Реакции такого типа называют транспортными, роль транспортного средства играет, естественно, иод.

Способности иода в роли «перевозчика» широки: он реагирует при 1100 °С с элементарным кремнием, образуя летучий SiI₄.

На этом превращения не завершаются, при высокой температуре более устойчивы соединения кремния со степенью окисления два, поэтому получившийся SiI₄ реагирует с имеющимся элементарным кремнием, образуя SiI₂.

Как и в случае с алюминием, окислительно-восстановительная реакция проходит между атомами кремния, только в обратном, нежели у алюминия, направлении: из Si⁴+ и Siº получается Si²+.

Если образовавшийся газообразный SiI₂ направить в холодную зону, то он окажется в условиях, где более устойчивы соединения Si⁴+, в результате пойдет реакция, обратная той, что показана выше.

В холодной зоне останется элементарный кремний (естественно, высокочистый), а SiI₄ можно вновь направить в горячую зону. Потребность в чистом кремнии высока, его используют для изготовления компьютерных процессоров и солнечных батарей.

Чем отличаются процессы очистки металлов и кремния? В конечном итоге чистые металлы получают при термическом разложении летучих иодидов, а элементарный кремний, наоборот, образуется в охлаждаемой зоне. Впрочем, для кремния существует и вторая возможность. Если получившийся при 1100 °СSiI₂ нагреть еще выше (до 1400 °С), он распадется на Si и I₂.

Пожалуй, наиболее эффектное применение транспортной реакции реализовано в лампах накаливания. В вакуумированной ламповой колбе раскаленная вольфрамовая спираль постепенно испаряется и в итоге перегорает. На внутренней стенке такой лампы иногда можно заметить сероватый налет испарившегося вольфрама. Если заранее ввести внутрь стеклянной колбы немного иода, он будет реагировать с осевшим на стенках колбы металлическим вольфрамом, образуя летучий иодид вольфрама. Пары иодида, коснувшись нагретой спирали, разлагаются на вольфрам и иод. Таким образом, вольфрам вновь возвращается на спираль, а иод вовлекается в следующий цикл. В результате срок службы лампы заметно увеличивается. Именно так работают широко известные галогеновые лампы.

В рубрике «Открытое чтение» мы публикуем отрывки из книг в том виде, в котором их предоставляют издатели. Незначительные сокращения обозначены многоточием в квадратных скобках. Мнение автора может не совпадать с мнением редакции.

Читайте нас в Facebook, VK, Twitter, Instagram, Telegram (@tandp_ru) и Яндекс.Дзен.

Углекислый газ — применение — сайт АО «ГРАСИС»

Запрос на оборудование

Углекислый газ формируется при соединении двух элементов: углерода и кислорода. Он образуется в процессе сжигания угля или углеводородных соединений, при ферментации жидкостей, а также как продукт дыхания людей и животных. В небольших количествах он содержится и в атмосфере, откуда он ассимилируется растениями, которые в свою очередь производят кислород. Углекислый газ бесцветен и тяжелее воздуха. Он не пригоден для поддержания жизни. Углекислый газ замерзает при температуре −78,5 °C с образованием снега, состоящего из двуокиси углерода. В виде водного раствора он образует угольную кислоту, однако она не обладает достаточной стабильностью для того, чтобы ее можно было легко изолировать.

Диоксид углерода
Другие названия	углекислый газ, двуокись углерода, сухой лёд(твердый)
Формула	CO2
Молярная масса	44,0095(14) г/моль
В твердом виде	сухой лёд
Вид	бесцветный газ
Номер CAS	[124-38-9]
Свойства
Плотность и фазовое состояние	1,9769 кг/м3, при н. у.; 771 кг/м3, жидкий; 1512 кг/м3, твёрдый
Растворимость в воде	1,45 кг/м3
Удельная теплоемкость	0,846 кДж/(кг*С) при 27 °C
Удельная теплота плавления	25,13 кДж/моль
Точка плавления	−57 °C (216 K), под давлением
Точка кипения	−78 °C (195 K), возгоняется
Константа диссоциации кислоты (pKa)	6,35 и 10,33
Вязкость	0,07 пз при −78 °C
Строение
Форма молекулы	линейная
Кристаллическая решётка	молекулярная
Дипольный момент	ноль
Техника безопасности
MSDS	External MSDS
Главные опасности	удушающее, раздражающее
NFPA 704
R-phrases	R: As, Fb [источник не указан 830 дней]
S-phrases	S9, S23, S36 (ж)
RTECS number	FF6400000
Страница дополнительных сведений
Структура и свойства	n, εr, и т. д.
Спектр	УФ, ИК, ЯМР, Масс-спектроскопия
Родственные соединения
Оксиды	CO C3O2 C2O CO3
Если не указано иное, данные даны для материалов при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа) Infobox disclaimer and references

Химическая отрасль

Углекислый газ используется при производстве синтетических химических веществ и регулировании реакторных температур.

CO₂ также служит для нейтрализации щелочных сточных вод. В закритических условиях диоксид углерода используется в процессах очистки или осушки полимеров, волокон животного или растительного происхождения.

Фармацевтика

Углекислый газ используется для создания инертной среды, синтеза химических веществ, сверхкритической флюидной экстракции (SFE), подкисления (pH) сточных вод или продукта при их низкотемпературной транспортировке (−78 °C или −108 °F).

Пищевая отрасль

В пищевой отрасли выделяются следующие основные направления применения CO

₂

• Насыщение углекислотой шипучих напитков, в том числе безалкогольных напитков, минеральной воды и пива.
• Упаковка пищевых продуктов — инертные и бактерицидные свойства газа успешно используются в азотных смесях (упаковка в модифицированной атмосфере) для увеличения срока хранения многих продуктов питания (§ ALIGAL™).
• Процессы охлаждения или заморозки (в виде криогенной жидкости) и контроль температуры при распределении пищевых продуктов (в виде сухого льда).
• Удаление кофеина из кофе с использованием диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.

Медицина

При проведении операций на искусственных органах углекислый газ служит для создания атмосферных условий, близких к физиологическим.

В качестве одного из компонентов кислородной или воздушной смеси углекислый газ служит стимулятором глубокого дыхания. Другим его применением является хирургическая дилатация при интраабдоминальных инсуффляциях.

Металлургическая отрасль

Наиболее популярным применением углекислого газа в металлургии является защита окружающей среды

• CO₂ применяется для осаждения бурого дыма в процессах завалки лома и закачки углерода, для сокращения объема поглощения азота в процессе вскрытия электродуговых печей, а также для донного перемешивания.
• Отрасль переработки цветных металлов использует углекислый газ для осаждения дыма в процессе ковшовой транспортировки штейна (производство Cu/Ni) или слитков (производство Zn/Pb).
• Небольшое количество жидкого диоксида углерода может использоваться при рециркуляции воды в процессе отвода кислотных шахтных вод.
• Лазеры, использующие CO₂, хорошо известны еще и как потребители некоторых специальных марок диоксида углерода (§ LASAL™).

Лабораторные исследования и анализ

Диоксид углерода в сверхкритическом состоянии представляет собой подвижную фазу, используемую как в процессе хроматографического анализа, так и в процессах экстрагирования.

Целлюлозно-бумажная отрасль

После щелочной отбелки древесной массы или целлюлозы диоксид углерода позволяет с высокой точностью регулировать уровень pH в переработанном сырье.

CO₂ может использоваться в процессах нейтрализации талового масла и в целях повышения производительности бумагоделательных машин.

Электроника

Диоксид углерода стандартно применяется для обработки сточных вод, а в качестве охладителя он используется при испытании электронных приборов на воздействие окружающей среды.

Помимо этого диоксид углерода позволяет повышать проводимость сверхчистой воды, а в виде снега используется для абразивной очистки деталей или удаления осадков на кристаллических пластинах.

Дополнительно диоксид углерода может использоваться в качестве экологически чистой сверхкритической жидкости для удаления фототвердеющих материалов из кристаллических пластин без применения органических растворителей.

Охрана окружающей среды

Добавление диоксида углерода позволяет поддерживать необходимый уровень pH в жидких стоках. В качестве регулятора рН он является прекрасной альтернативой серной кислоте.

Урок 6. Получение углекислоты

Урок 6. Получение углекислоты

Обзор урока:  
Учащиеся познакомятся с понятиями кислотности, щелочности и рН. Они продемонстрируют, как образуется угольная кислота, и расскажут, как она может растворять известняк и создавать пещеры.

Цели:

Учащиеся смогут:

1. Объяснять понятия кислотности, щелочности и рН.
2. Объясните, что углекислый газ вступает в химическую реакцию с водой с образованием угольной кислоты.
3. Продемонстрируйте, как образуется угольная кислота, используя изменение цвета универсального индикатора для отслеживания изменения pH раствора во время химической реакции.
4. Опишите, как углекислота может растворять известняк и создавать пещеры.

Адреса стандартов:
Национальные стандарты естественнонаучного образования: 5-8 классы

• Стандарт содержания A: Наука как исследование
• Стандарт содержания B: Физические науки
• Стандарт содержания D: наука о Земле и космосе

Продолжительность урока/требуемое время: 40 минут

Необходимые материалы:

Примеры кислот и оснований (при наличии) на одного учащегося)
Для каждого учащегося или пары/небольшой группы учащихся:
    Занятие № 2, часть 1:

• Маленькая чашка белого столового уксуса (кислый pH)
• Маленькая чашка дистиллированной воды (нейтральный pH)
• Маленькая чашка раствора пищевой соды/дистиллированной воды (базовый pH)
• 3 шт. красной лакмусовой бумажки
• 3 штуки синей лакмусовой бумажки
• Капельница или пипетка
• Получение углекислоты Рабочий лист (по 1 на учащегося)

    Задание № 2, часть 2:

• Маленькая чашка свежей газированной или сельтерской воды
• Маленькая чашка газированной или сельтерской воды без газа
• 2 шт красной лакмусовой бумажки
• 2 кусочка синей лакмусовой бумажки

    Занятие № 3

• Небольшая прозрачная чашка с дистиллированной водой (1 на учащегося)
• Соломинка для питья (1 на учащегося)
• Универсальный индикаторный раствор
• Цветовая шкала универсального индикатора pH (отображается для использования в классе)

Классная техника:
Компьютер с подключением к Интернету и возможностями проецирования и/или SMART Board (дополнительно)

Безопасность:

Это занятие должно проходить в хорошо проветриваемом помещении. Учащиеся должны надевать подходящие защитные очки во время Упражнений №2 и №3, а после них мыть руки. Универсальный индикаторный раствор на спиртовой основе легко воспламеняется. См. паспорт безопасности материалов универсального индикаторного раствора (MSDS): http://www.sciencelab.com/msds.php?msdsId=9927029.

Прочтите и соблюдайте все предупреждения о безопасности на этикетках материалов.

В конце урока попросите учеников вылить использованные растворы в общий контейнер для отходов. Утилизируйте все жидкие отходы в канализацию или в соответствии с местными правилами.

Подготовка:

Соберите необходимые материалы. Litmus Paper и Universal Indicator Solution можно заказать у нескольких интернет-магазинов, включая:
Sargent-welch 800-727-4368 http://www.sargentwelch.com/store/
The Science Company 800-372-6726 http: // www .sciencecompany.com/
    Frey Scientific                           800-225-3739             http://www. freyscientific.com/
    Ward’s Science                         800-828-7777              https://www.wardsci.com/

Для Задания № 2 налейте небольшое количество белого столового уксуса и дистиллированной воды в маленькие чашки (например, чашки Dixie). Приготовьте раствор пищевой соды и дистиллированной воды и разлейте его по маленьким чашкам. По крайней мере, за два дня до проведения урока откройте банку или бутылку газированной или сельтерской воды и дайте ей отстояться и «остыть». Налейте небольшое количество свежей газированной или сельтерской воды в маленькие чашки.

Для Задания №3 перенесите раствор универсального индикатора в контейнеры меньшего размера, чтобы учащиеся могли ими поделиться (при необходимости). Налейте небольшое количество дистиллированной воды в прозрачные чашки.

Процедура:

Введение
Спросите учащихся, знают ли они, что общего у лимонов и уксуса. (Они оба имеют кислый вкус на вашем языке) Объясните учащимся, что это потому, что они оба являются кислотами, а кислоты имеют кислый вкус. Объясните, что основания являются химическими противоположностями кислот. Обычно они имеют горький вкус и ощущение мыльности. Другое название основания — щелочь, а основания также называют щелочными соединениями. Существуют сильные и слабые кислоты и основания. Объясните учащимся, что кислоты и основания являются одними из самых важных веществ на Земле.

Спросите учащихся, с какими кислотами они знакомы. Какую кислоту они использовали на последнем уроке во время теста на пузыри? (Соляная кислота или белый столовый уксус) Обсудите и объясните характеристики большинства кислот.

К свойствам кислот относятся:

• Разъедающее («обжигает» кожу)
• Кислый вкус (как лимоны и уксус)
• Часто ощущаете «липкость»
• Содержит ионы водорода при растворении в воде
• Имеет рН менее 7,
• Окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красный цвет
• Реагирует с основаниями с образованием соли и воды
• Реагирует с большинством металлов с образованием газообразного водорода
• Реагирует с карбонатами с образованием двуокиси углерода, воды и соли
• Обычно газы или жидкости

Примеры кислот включают:

• Аскорбиновая кислота (витамин С) во фруктах
• Лимонная кислота в апельсинах и лимонах
• Уксусная кислота в уксусе
• Дубильная кислота (в чае и вине)
• Винная кислота (в винограде)
• Соляная кислота (HCl) – желудочный сок
• Серная кислота (h3SO4) является аккумуляторной кислотой
• Азотная кислота (HNO3)
• Углекислота (h3CO3) в газированной воде
• Мочевая кислота в моче

Спросите учащихся, знают ли они, что является противоположностью кислоты. (Основа) Спросите учащихся, знакомы ли они с какими-либо основаниями. Обсудите и объясните характеристики большинства баз.

• Свойства оснований включают:
• Едкий («обжигает» кожу)
• На ощупь мыльный или скользкий
• Горький вкус (как пищевая сода)
• Имеет рН более 7         
• Превращает красную лакмусовую бумагу в синий цвет
• Многие щелочи (растворимые основания) содержат гидроксильные ионы (ОН-)
• Реагирует с маслами и смазками (поэтому они используются в качестве средств для мытья канализации и окон)
• Реагирует с кислотами с образованием соли и воды
• Часто твердые вещества (хотя аммиак — это газ, который обычно растворяется в воде)

Примеры оснований и щелочей (сильных оснований):

• Многие отбеливатели, мыло, зубные пасты и чистящие средства
• Гидроксид магния (Mg(OH)2) или магнезиальное молочко
• Гидроксид аммония (Nh5OH) или аммиачная вода
• Гидроксид кальция (Ca(OH)2) или известковая вода
• Гидроксид натрия (NaOH) или каустическая сода/щелок

Задание №1
Покажите или нарисуйте шкалу рН, чтобы учащиеся могли ее рассмотреть. Спросите учащихся, знают ли они, что это такое, и слышали ли они когда-нибудь термин «pH». Спросите учащихся, могут ли они определить рН. Объясните учащимся, что ученые используют нечто, называемое шкалой pH, для измерения того, насколько кислым или щелочным (также называемым щелочным) является что-то. Шкала рН измеряет кислотность так же, как линейка измеряет длину. pH обозначает потенциальный водород и представляет собой измерение концентрации ионов водорода (H+) в жидкости. Если имеется высокая концентрация H+, pH указывает на то, что раствор очень кислый. Если раствор нейтрален, концентрация H+ незначительна, и pH отражает это. Если раствор основной или щелочной, концентрации H+ почти нет.

Объясните учащимся, что pH — это не что иное, как способ определения концентрации раствора ионов водорода. Шкала рН колеблется от 0 (сильнокислотный) до 14 (сильноосновной/щелочной). Концентрация, которая не является ни кислотной, ни щелочной, является нейтральной и регистрируется в середине шкалы pH. Используйте понятие денег, чтобы сообщить учащимся о силе кислоты/основы. Присвойте нейтральному рН (7) значение 1 цент. pH 6 (или 8) в десять раз сильнее, поэтому стоит 10 центов. рН 5 (или 9) в десять раз сильнее, поэтому он стоит 100 центов (или 1 доллар). pH 4 (или 10) в 10 раз сильнее, поэтому он стоит 10 долларов.

---

Занятие № 2
Часть 1:
Скажите учащимся, что они собираются протестировать некоторые обычные бытовые вещества, чтобы определить, являются ли они кислотными, щелочными или нейтральными. Расскажите о правилах безопасности, которые необходимо соблюдать на уроке. Скажите учащимся, что они должны всегда носить защитные очки. Дайте каждому студенту или паре/небольшой группе студентов маленькую чашку белого столового уксуса, маленькую чашку дистиллированной воды, маленькую чашку раствора пищевой соды/дистиллированной воды, 3 кусочка красной лакмусовой бумаги, 3 кусочка синей лакмусовой бумаги, и пипетка или пипетка. Раздайте копию Рабочего листа каждому учащемуся.

Скажите учащимся, что маленькие полоски красной и синей бумаги называются лакмусовой бумажкой. Объясните, что лакмусовая бумага была обработана грибком, который делает бумагу чувствительной к кислотным или основным свойствам вещества. Поместив одну или две капли каждого образца на лакмусовую бумагу, они не узнают точное значение рН раствора, но смогут получить приблизительную оценку того, является ли каждое вещество кислотой, основанием или нейтральным.

Объясните учащимся, как пользоваться лакмусовой бумажкой и что означает изменение цвета лакмусовой бумажки.

Один из способов помочь учащимся запомнить: думать: Красный = Кислота; Синий = База.

Скажите учащимся, что они должны использовать пипетку, чтобы нанести одну или две капли каждого раствора на полоску красной лакмусовой бумаги и на полоску синей лакмусовой бумаги. Затем они будут наблюдать и записывать свои результаты в свою копию Рабочий лист для учащихся по производству углекислоты . Объясните учащимся, что изменение цвета должно быть мгновенным, но предупредите их, чтобы они внимательно смотрели на результаты. Обсудите результаты и сделайте обзор некоторых распространенных кислот и оснований и связанного с ними рН. (белый столовый уксус — кислота, дистиллированная вода — нейтральная, пищевая сода — щелочь)

---

Часть 2:
Поднимите банку газировки и попросите учащихся поднять руки, если они когда-либо пробовали газировку раньше. Спросите учащихся, считают ли они газировку кислой, щелочной или нейтральной. Почему? Объясните учащимся, что они собираются проверить содовую с помощью лакмусовой бумажки, чтобы определить, является ли она кислой, щелочной или нейтральной. Скажите им, что клубная газировка похожа на газировку, которую они пьют, но в ней нет ароматизаторов. Дайте каждому студенту или небольшой группе студентов небольшую чашку газированной воды, один листок красной лакмусовой бумажки и один листок синей лакмусовой бумажки. Предложите учащимся проверить содовую с помощью своей лакмусовой бумажки, позволив им окунуть конец кусочка лакмусовой бумажки в содовую. Попросите учащихся записать свои наблюдения на своих Изготовление углекислоты Рабочие листы для учащихся .

После того, как все студенты или небольшие группы студентов протестировали свою газировку, спросите их, какого цвета окрасилась лакмусовая бумажка. Почему? (Клубная газировка слегка кислая из-за газирования.) Спросите учащихся, знают ли они, почему газированная вода шипит. Объясните учащимся, что газированные напитки в основном представляют собой газированную воду. Газированная вода – это вода, смешанная с углекислым газом под давлением.

Спросите учащихся, какова химическая формула воды, и напишите на доске h3O. Объясните химическую формулу, сказав учащимся, что вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Спросите учащихся, какое химическое превращение должно произойти, чтобы вода стала кислой. (Водород должен отделиться от кислорода. ) Предложите учащимся сделать глубокий вдох, а затем выдохнуть. Объясните учащимся, что при выдохе наши тела выделяют углекислый газ (CO2). Спросите учащихся, что происходит, когда вода смешивается с углекислым газом. Напишите уравнение на доске: h3O + CO2 = h3CO3 (угольная кислота). Объясните, что ионы водорода теперь связаны с углеродом, а не с кислородом. Вода теперь кислая или слабая углекислота. Скажите учащимся, что углекислота делает газировку шипучей.

Спросите учащихся, что происходит, когда на прилавке нет газировки. (Он теряет углекислый газ и становится плоским.) Дайте каждому учащемуся или небольшой группе учащихся небольшую чашку плоской газированной воды, один листок красной лакмусовой бумаги и один листок синей лакмусовой бумаги. Предложите учащимся проверить сладкую газировку с помощью лакмусовой бумажки и записать свои наблюдения в рабочие листы для учащихся. Спросите учащихся, какого цвета окрасилась лакмусовая бумажка. Почему? Обсудите результаты с учащимися. (Безалкогольная газированная вода нейтральна из-за отсутствия газирования)

Занятие №3 
Сообщите учащимся, что они собираются самостоятельно изготовить углекислоту. Объясните учащимся, что вы дадите каждому из них небольшую прозрачную чашку, наполненную дистиллированной водой. Спросите учащихся, является ли дистиллированная вода кислотой, основанием или нейтральной. (Нейтрально; это должно быть обзором из Действия № 2, часть 1). Сообщите учащимся, что для этого задания они будут использовать раствор универсального индикатора вместо лакмусовой бумаги. Объясните учащимся, что универсальный индикатор – это раствор, который претерпевает несколько изменений цвета в широком диапазоне значений рН. Цвет используется для прямого «указания» рН. Покажите учащимся универсальную цветовую диаграмму рН. Спросите учащихся, какого цвета получится нейтральный раствор? (Зеленый) Кислота? (желто-красный) База? (Зелено-голубой). Какую окраску должен изменить раствор универсального индикатора в дистиллированной воде? (Зеленый)

Скажите учащимся, что, получив свою маленькую чашку с дистиллированной водой, они должны добавить несколько капель универсального индикаторного раствора и размешивать его в воде до тех пор, пока вода не станет заметно зеленой. Предупредите учащихся, что раствор универсального индикатора имеет спиртовую основу и легко воспламеняется. Напомните им о мерах безопасности и проинструктируйте их всегда носить защитные очки.

Спросите учащихся, как они могут превратить дистиллированную воду из нейтральной в кислотную. (Добавить углекислый газ) Ссылайтесь на химическое уравнение из задания № 2, часть 2 и объясните, что требуется химическое изменение. Откуда студенты могут получить углекислый газ? Попросите учащихся сделать глубокий вдох и выдох. (Они могут добавлять углекислый газ в воду, вдувая в нее воздух.) Объясните учащимся, что каждый из них получит по соломинке. Они могут использовать соломинку, чтобы размешать раствор универсального индикатора в дистиллированной воде. Скажите учащимся, что, когда им будет дан сигнал, они должны использовать соломинку, чтобы осторожно дуть воздухом в чашку с дистиллированной водой. Напомните учащимся, что универсальный индикаторный раствор имеет спиртовую основу и легко воспламеняется. Объясните учащимся, что слишком сильное дуновение на соломинку может привести к тому, что раствор прольется на них или попадет на них. Предупредите их, чтобы они не вдыхали через соломинку. Это может привести к проглатыванию раствора универсального индикатора, что может привести к заболеванию и необходимости обращения за медицинской помощью.

Спросите учащихся, что, по их мнению, произойдет с дистиллированной водой, если в нее вдуют углекислый газ. Как они узнают, произошло ли химическое изменение? Что означает изменение цвета воды? Скажите учащимся, чтобы они записали свои прогнозы в свой рабочий лист.

Раздайте материалы ученикам. Дайте им время смешать раствор универсального индикатора в своих чашках с дистиллированной водой и записать свои прогнозы. Дайте сигнал и позвольте учащимся надуть воздух в свои чашки. В течение нескольких секунд учащиеся должны наблюдать изменение цвета с зеленого на красный/оранжевый, что указывает на то, что дистиллированная вода стала кислой. Скажите учащимся при необходимости свериться с универсальной цветовой диаграммой pH и записать свои наблюдения в своих рабочих листах. Обсудите результаты в классе.

Примечание. Если преподаватель не хочет позволять учащимся выполнять это задание самостоятельно, это можно сделать вместо этого в виде демонстрации.

Подведение итогов/заключение
После завершения эксперимента и уборки рабочих мест учащихся спросите учащихся, как вода может превращаться в углекислоту в природе. Объясните учащимся, что после дождя или таяния снега вода будет проходить через почву и собирать углекислый газ с разлагающихся растений и других органических материалов. Этот процесс создает слабую угольную кислоту, подобную той, которую ученики только что создали в классе. Спросите учащихся, куда пойдет углекислота, когда она пройдет через почву. Объясните, что слабая угольная кислота встретится с коренной породой. Попросите учащихся подумать о том, что произойдет, если коренной породой будет известняк. Объясните учащимся, что если коренная порода представляет собой известняк (или другую карбонатную породу), то углекислота будет медленно растворять ее. Спросите учащихся, почему углекислота растворяет известняк. (Основным минералом, содержащимся в известняке, является кальцит, который растворяется в большинстве кислот). Что, по их мнению, произойдет, если этот процесс будет продолжаться в течение длительного периода времени? (Это процесс, который приводит к образованию растворных пещер)

---

lesson_6_making_carbonic_acid.pdf

Download File

---

lesson_6_making_carbonic_acid_student_worksheet.pdf

Download File

---

Carbonic acid | Формула, использование и факты

Похожие темы:

мочевина барбитуровая кислота дициклогексилкарбодиимид изоцианат карбамат

См. все связанные материалы →

угольная кислота , (H ₂ CO ₃ ), соединение элементов водорода, углерода и кислорода. Он образуется в небольших количествах при растворении его ангидрида, двуокиси углерода (CO ₂ ), в воде.

CO ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ Преобладающими видами являются просто свободно гидратированные молекулы CO ₂ . Угольную кислоту можно рассматривать как двухосновную кислоту, из которой могут быть образованы два ряда солей, а именно гидрокарбонаты, содержащие HCO ₃ ⁻ и карбонаты, содержащие CO ₃ ²⁻ . H ₂ CO ₃ + H ₂ O ⇌ H ₃ O ⁺ + HCO ₃ ⁻
HCO ₃ ⁻ + H ₂ O ⇌ H ₃ O ⁺ + CO ₃ ²⁻ Однако кислотно-основное поведение угольной кислоты зависит от различных скоростей некоторых вовлеченных реакций, а также от их зависимости от pH системы. Например, при рН менее 8 основные реакции и их относительная скорость следующие: СО ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ (медленное)
H ₂ CO ₃ + OH ^— ⇌ HCO _{33333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333331 гг. Быстрый) выше рН 10. 2- + H 2 O (быстро) При значениях pH от 8 до 10 все вышеперечисленные равновесные реакции являются значимыми.}

More From Britannica

оксикислота: угольная кислота и карбонатные соли

Углекислота играет роль в формировании пещер и пещерных образований, таких как сталактиты и сталагмиты. Самые большие и наиболее распространенные пещеры образуются в результате растворения известняка или доломита под действием воды, богатой углекислотой, полученной в результате недавних дождей. Кальцит в сталактитах и ​​сталагмитах происходит из вышележащего известняка вблизи границы раздела коренной породы и почвы. Дождевая вода, просачивающаяся через почву, поглощает углекислый газ из богатой углекислым газом почвы и образует разбавленный раствор угольной кислоты. Когда эта кислая вода достигает основания почвы, она вступает в реакцию с кальцитом в известняковой породе и переводит часть его в раствор. Вода продолжает свой нисходящий поток через узкие трещины и трещины в ненасыщенной зоне с незначительной дальнейшей химической реакцией. Когда вода выходит из свода пещеры, углекислый газ теряется в атмосфере пещеры, а часть карбоната кальция выпадает в осадок. Проникающая вода действует как кальцитовый насос, удаляя его с верхней части коренной породы и повторно откладывая в пещере внизу.

Угольная кислота играет важную роль в переносе углекислого газа кровью. Углекислый газ поступает в кровь в тканях, потому что его местное парциальное давление больше, чем его парциальное давление в крови, протекающей через ткани. Когда углекислый газ попадает в кровь, он соединяется с водой с образованием угольной кислоты, которая диссоциирует на ионы водорода (H ⁺ ) и ионы бикарбоната (HCO ₃ ^— ). Высвобождаемые ионы водорода минимально влияют на кислотность крови, поскольку белки крови, особенно гемоглобин, являются эффективными буферными агентами. (Буферный раствор сопротивляется изменению кислотности за счет соединения с добавленными ионами водорода и, по существу, их инактивации.) Естественное превращение двуокиси углерода в угольную кислоту — относительно медленный процесс; однако карбоангидраза, белковый фермент, присутствующий внутри эритроцита, катализирует эту реакцию с достаточной скоростью, чтобы она выполнялась всего за доли секунды.