ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЕКТУЄМО
Дослідіть горіння деяких спиртів.
Хід роботи
У порцелянову чашу, по черзі наливаємо по 5–10 мл спиртів: етанолу, пропанолу, пентанолу (за наявності можна дослідити й інші спирти). Підпалюємо зразки спиртів і відзначаємо колір полум’я кожного з них.
Спостерігаємо: етанол і пропанол горять ледь помітним синім полум’ям, яке в хімії вважають безбарвним, а полум’я пентанолу є помітно жовтішим.
Формулюємо гіпотезу: полум’я стає жовтим через наявність у ньому розпечених твердих часточок сажі (вуглецю), які випромінюють світло при неповному згорянні речовини.
Формулюємо гіпотезу: наявність сажі можна довести шляхом піднесення до жовтого полум’я холодної скляної пластинки, після чого на якій буде помітна чорна пляма кіптяви.
Формулюємо гіпотезу: сажа з’являється за неповного згоряння спиртів, внаслідок чого частина атомів Карбону не встигає повністю окиснитися до вуглекислого газу й виділяється у вигляді дрібних твердих часточок вуглецю.
Хімічні рівняння реакцій горіння етанолу та пентанолу.
С2H5OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O
2C5H11OH + 15O2 = 10CO2 + 12H2O
На горіння 1 об'єму випарів пентанолу витрачається 7,5 об'ємів кисню, а випарів етанолу — 3 об'єми кисню. Чим більше кисню витрачається на горіння речовини, тим більша ймовірність, що для горіння певних порцій речовини кисню не вистачатиме й окиснення буде неповним, а в продуктах згоряння буде сажа (вуглець). Отже, для спалювання пентанолу потрібно у 2,5 раза більше кисню, тому при горінні пентанолу ймовірність неповного окиснення та появи сажі значно вища.
Вправа 250
За наведеною в параграфі інформацію припустіть можливі напрями застосування чадного газу. Перевірте свої гіпотези за додатковими джерелами інформації.
Гіпотеза. Оскільки чадний газ відновлює метали з оксидів, то його доцільно застосовувати для одержання металів з металічних руд. Оскільки великі кількості чадного газу можна отримати під час водної конверсії, або риформінгу, метану, то отриману суміш газів (чадного та водню) доцільно використовувати як сировину в подальшому синтезі органічних речовин.
Наші гіпотези підтверджуються. Чадний газ застосовують для промислового відновлення металів з металічних руд в металургії, а чадний газ у складі суміші, яку називають синтез–газом, є реагентом у промисловому виготовленні спиртів, зокрема оцтової кислоти, і палива, зокрема синтетичного бензину.
Вправа 251
Дізнайтеся про механізм отруйної дії чадного газу на людину, симптоми отруєння та домедичну допомогу постраждалому. Створіть пам'ятку та презентуйте її в класі.
ПАМ'ЯТКА
НЕБЕЗПЕКА ЧАДНОГО ГАЗУ ТА ДОМЕДИЧНА ДОПОМОГА ПРИ ОТРУЄННІ!
Механізм дії: чадний газ, потрапляючи в організм, сполучається з гемоглобіном крові і позбавляє його здатності транспортувати кисень. Виникає дефіцит кисню в крові і тканинах, що загрожує отруєнням організму і навіть загибеллю.
Симптоми отруєння: головний біль, нудота, кашель, дезорієнтування, втома, непритомність.
Домедична допомога: негайно вивести потерпілого на свіже повітря, викликати швидку допомогу (103), розтебнути тісний одяг, забезпечити спокій та зігріти, не залишати без нагляду.
Вправа 252
Знайдіть інформацію про способи виявлення чадного газу в повітрі помешкань і підготуйте коротку доповідь.
Чадний газ безбарвний і без запаху, тому для його виявлення в помешканнях, будинки з печами і камінами, а також квартири з газовими плитами або колонками обладнують електронними датчиками диму і чадного газу. Ці прилади звуковими або світловими сигналами завчасно попереджають про небезпечну кількість чадного газу в приміщенні, що дозволяє попередити отруєння і зберегти життя. Для запобігання накопиченню отруйних газів важливим є регулярне провітрювання і профілактичний огляд газового обладнання.
Вправа 253
Порівняйте фізичні властивості чадного газу з властивостями вуглекислого газу та кисню. У якого з газів найбільша / найменша густина? Чи характерна сублімація для чадного газу (за нормального тиску)? Який з газів простіше / складніше перевести в рідкий і твердий стани?
Усі три гази безбарвні, без запаху і без смаку. Чадний газ отруйний навіть при малих концентраціях.
Найбільшу густину має вуглекислий газ, а найменшу — чадний газ. Для цього достатньо порівняти молярні маси чадного газу (СО), кисню (О2) і вуглекислого газу (СО2): 28 < 32 < 44.
За нормального тиску для чадного газу не характерна сублімація, а тільки для вуглекислого газу.
Вуглекислий газ можна перевести в рідкий стан за підвищеного тиску при кімнатній температурі, а в твердий стан — за нижчої температури від кімнатної.
Кисень стає рідким при вищих температурах порівняно з чадним газом, але обидва потребують значного охолодження нижче –100°C та високого тиску. Легше перевести в твердий стан кисень, бо має вищу температуру кипіння, ніж чадний газ.
Отже, простіше перевести в рідкий і твердий стани вуглекислий газ, а складніше — чадний газ.
Вправа 254
Порівняйте масову частку Карбону в етанолі та пентанолі. Чи правильним є твердження: чим більша масова частка Карбону в речовині, тим більша й ймовірність утворення кіптяви?
Обчислюємо масову частку Карбону в етанолі.
M(C2H5OH)=2•12+6•1+16=46 г/моль
ω(C) = 24 : 46 • 100% = 52,2%
Обчислюємо масову частку Карбону в пентанолі.
M(C5H11OH)=5•12+12•1+16=88 г/моль
ω(C) = 60 : 88 • 100% = 68,2%
ω(C) = 60 : 88 • 100% = 68,2%
Відповідь: масова частка Карбону в етанолі становить 52,2%, а в пентанолі — 68,2%.
Твердження є правильним. У разі нестачі кисню сполука окиснюється неповністю й чим більша масова частка Карбону в ній, тим більша ймовірність утворення кіптяви — розжарених часточок сажі. Більша кіптява утвориться при неповному згорянні пентанолу, бо більшим є уміст Карбону в ньому.
Вправа 255
Бензин є сумішшю вуглеводнів, але його можна описати хімічною формулою С8Н8. Порівняйте масову частку Карбону в метані СН4 та бензині.
Обчислюємо масову частку Карбону в метані.
M(CH4)=12+4•1=16 г/моль
ω(C) = 12 : 16 • 100% = 75%
Обчислюємо масову частку Карбону в бензині.
M(C8H18)=12•8+1•8=114 г/моль
ω(C) = 96 : 114 • 100% = 84,21%
ω(C) = 96 : 114 • 100% = 84,21%
75% < 84,21%
Відповідь: масова частка Карбону більша в бензині.
Складіть хімічні рівняння повного згоряння метану та бензину.
Складіть хімічні рівняння повного згоряння метану та бензину.
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
2C8H18 + 25O2 = 16CO2 + 18H2O
2C8H18 + 25O2 = 16CO2 + 18H2O
Чи можна стверджувати, що бензин має згоряти кіптявим полум'ям?
Так, можна стверджувати, що бензин має згоряти кіптявим полум'ям.
На горіння 1 об'єму випарів метану витрачається 2 об'єми кисню, а випарів етанолу — 12,5 об'ємів кисню. Чим більше кисню витрачається на горіння речовини, тим більша ймовірність, що для горіння певних порцій речовини кисню не вистачатиме й окиснення буде неповним, а в продуктах згоряння буде сажа (вуглець). Отже, для спалювання бензину потрібно у 6 разів більше кисню, а в разі його нестачі бензин окиснюється неповністю й полум'я стане кіптявим, завдяки розжареним часточкам сажі.
Вправа 256
Обчисліть об'єм чадного газу (н.у.), необхідний для відновлення залізної руди масою 1 кг, якщо вона складається з оксиду Fe3O4.
Дано: m(Fe3O4) = 1 кг = 1000 г.
Знайти: V(CO) – ?
Розв'язання
Обчислимо кількість речовини Fe3O4.
M(Fe3O4)=56•3+16•4=232 г/моль
n(Fe3O4) = m(Fe3O4) : M(Fe3O4) = 1000 г : 232 = 4,31 моль
Записуємо рівняння реакції: Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
n(Fe3O4)/n(CO)=1/4, тому n(CO) = n(Fe3O4) • 4 = 4,31 моль • 4 = 17,24 моль
Обчислимо кількість речовини Fe3O4.
M(Fe3O4)=56•3+16•4=232 г/моль
n(Fe3O4) = m(Fe3O4) : M(Fe3O4) = 1000 г : 232 = 4,31 моль
Записуємо рівняння реакції: Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
n(Fe3O4)/n(CO)=1/4, тому n(CO) = n(Fe3O4) • 4 = 4,31 моль • 4 = 17,24 моль
Обчислюємо об'єм чадного газу.
V(CO) = n(CO) • Vm = 17,24 моль • 22,4 л/моль = 387 л.
Відповідь: 387 л чадного газу.
V(CO) = n(CO) • Vm = 17,24 моль • 22,4 л/моль = 387 л.
Відповідь: 387 л чадного газу.
Вправа 257
Унаслідок згоряння 1 л бензину в середньому утворюється до 200 г чадного газу. Обчисліть частку бензину (у відсотках за масою), яка за таких умов згоряє з утворенням чадного газу. Прийміть, що хімічна формула бензину С8Н18, а його густина дорівнює 750 г/л.
Дано: V(C8H18) = 1л, ρ(C8H18) = 750 г/л; m(CO) = 200 г
Знайти: ω(CO) – ?
Розв'язання
Обчислюємо масу бензину.
Обчислюємо масу бензину.
m(C8H18) = ρ(C8H18) • V(C8H18) = 750 г/л • 1 л = 750 г
Обчислюємо масову частку чадного газу (припадає на частку бензину):
Обчислюємо масову частку чадного газу (припадає на частку бензину):
ω(CO) = m(CO) : (m(C8H18)) • 100% = 200 г : 750 г • 100% ≈ 26,7%
Відповідь: 26,7% бензину згоряє з утворенням чадного газу.
Відповідь: 26,7% бензину згоряє з утворенням чадного газу.
Вправа 258
Запропонуйте дії для запобігання отруєнню чадним газом, якщо для освітлення використовувати лише свічки.
Для запобігання отруєнню чадним газом під час використання свічок, їх необхідно використовувати лише в добре вентильованих кімнатах, не залишати без нагляду та не запалювати надмірну кількість на тривалий час в закритих приміщеннях.
Вправа 259
Поширений сьогодні промисловий спосіб одержання заліза — доменний процес. У величезні споруди (доменні печі) завантажують залізну руду та кокс (очищене вугілля, яке складається з майже чистого вуглецю С). За інформацією з параграфа складіть хімічні реакції, що відбуваються в доменній печі, унаслідок яких одержують залізо. Припустіть, що залізна руда — це чистий ферум (3+) оксид.
Хімічні реакції, що відбуваються в доменній печі:
1. Горіння палива (вугілля): C + O2 = CO2.
2. Відновлення вугілля вуглекислим газом: С + CO2 = 2CO.
3. Відновлення оксиду заліза чадним газом: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
1. Горіння палива (вугілля): C + O2 = CO2.
2. Відновлення вугілля вуглекислим газом: С + CO2 = 2CO.
3. Відновлення оксиду заліза чадним газом: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2.
Вправа 260
Іра, Микола та Сергій по телевізору почули про труднощі гасіння магнію, що палає. У передачі говорили, що зі звичайних засобів пожежогасіння для гасіння магнію можна використовувати лише азбестову ковдру. Оцініть правильність тверджень щодо можливості загасити палаючий магній.
• Іра сказала, що магній, який палає, не можна гасити водою, оскільки за підвищеної температури магній реагує з водою з утворенням вогненебезпечного газу.
Твердження правильне. Утворюється вогненебезпечний газ — водень, який від високої температури миттєво займається, посилюючи полум'я.
• Микола зауважив, що пісок (силіцій оксид) реагує з магнієм, тож у разі гасіння магнію, який палає, піском теплота, яка виділяється під час реакції, посилює горіння.
Твердження правильне. Магній за підвищеної температури активно реагує з піском (SiO2), реакція є екзотермічною і супроводжується виділенням великої кількості теплоти, що посилює горіння.
• За думкою Сергія, магній, який палає, не можна гасити вуглекислим газом, оскільки він реагуватиме з магнієм з утворенням ще небезпечнішого чадного газу.
Твердження правильне. Вуглекислий газ реагує з магнієм утворюючи сажу, а якщо під час горіння утворюється сажа, це означає, що можлива хімічна реакція з утворенням проміжного продукту окиснення — чадного газу.