ДОСЛІДЖУЄМО, МОДЕЛЮЄМО, ПРОЕКТУЄМО
Дослідіть горіння деяких спиртів.
Під час дослідження горіння різних спиртів я спостерігаю, що вони мають різну інтенсивність та колір світіння.
У порцелянову чашу, по черзі наливайте по 5-10 мл спиртів: етанолу, пропанолу, пентанолу (за наявності можна дослідити й інші спирти). Підпалюйте зразки спиртів і відзначайте колір полум’я кожного з них.
Етанол і пропанол горять ледь помітним синім полум’ям, яке в хімії вважають безбарвним, а полум’я пентанолу є помітно жовтішим.
Сформулюйте гіпотезу: чому полум’я під час горіння деяких спиртів жовте?
Я думаю, що полум’я стає жовтим через наявність у ньому розпечених твердих часточок сажі (вуглецю), які випромінюють світло при неповному згорянні речовини.
Сформулюйте гіпотезу: як можна довести наявність часточок сажі в полум’ї.
На мою думку, наявність сажі можна довести, якщо піднести до жовтого полум’я холодну скляну пластинку, на якій після цього залишиться помітна чорна пляма кіптяви.
Сформулюйте гіпотезу: звідки з’являється сажа в полум’ї.
Я думаю, що сажа з’являється внаслідок термічного розкладу молекул палива в умовах нестачі кисню, через що частина атомів Карбону не встигає повністю окиснитися до вуглекислого газу й виділяється у вигляді дрібних твердих часточок.
Порівняймо хімічні рівняння реакцій горіння етанолу та пентанолу.
Рівняння горіння етанолу: $C_2H_5OH + 3O_2 = 2CO_2 + 3H_2O$.
Рівняння горіння пентанолу: $2C_5H_{11}OH + 15O_2 = 10CO_2 + 12H_2O$.
Для спалювання 1 об’єму випарів пентанолу потрібно 7,5 об’ємів кисню, що у 2,5 раза більше, ніж для етанолу (3 об’єми), тому при горінні пентанолу ймовірність неповного окиснення та появи сажі значно вища.
РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ
250. За наведеною в параграфі інформацію припустіть можливі напрями застосування чадного газу. Перевірте свої гіпотези за додатковими джерелами інформації.
На мою думку, чадний газ доцільно використовувати як потужний відновник у металургії для отримання металів з оксидів, а також як сировину для синтезу органічних речовин, наприклад, спиртів. Додаткові джерела підтверджують, що CO є складником “синтез-газу” для виробництва палива та важливим реагентом у промисловому отриманні оцтової кислоти.
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: ОБЕРЕЖНО, ЧАДНИЙ ГАЗ!
- Механізм дії: CO зв’язується з гемоглобіном у 200–300 разів швидше за кисень, утворюючи стійку сполуку — карбоксигемоглобін, що блокує доставку кисню до тканин і викликає гіпоксію.
- Симптоми: сильний головний біль, нудота, задишка, кашель, дезорієнтація, м’язова слабкість, а при високих концентраціях — втрата свідомості та смерть.
- Допомога: негайно вивести потерпілого на свіже повітря, викликати швидку допомогу (103), розстебнути тісний одяг, забезпечити спокій та зігріти.
252. Знайдіть інформацію про способи виявлення чадного газу в повітрі помешкань і підготуйте коротку доповідь.
Оскільки чадний газ не має кольору та запаху, виявити його органами чуття неможливо. Головним способом контролю в приміщеннях є встановлення побутових сигналізаторів — електронних датчиків, які подають звуковий сигнал при перевищенні допустимої концентрації CO. Також існують хімічні індикатори у вигляді карток або наклейок, робоча зона яких темніє при контакті з газом, проте вони є менш точними за електронні прилади.
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?
Серед цих газів вуглекислий газ має найбільшу густину, а чадний газ — найменшу. Сублімація для чадного газу за нормального тиску не є характерною, ця властивість притаманна вуглекислому газу. Найпростіше перевести в рідкий і твердий стани вуглекислий газ, а найскладніше — чадний газ, оскільки він має дуже низьку температуру кипіння.
254. Порівняйте масову частку Карбону в етанолі та пентанолі. Чи правильним є твердження: чим більша масова частка Карбону в речовині, тим більша ймовірність утворення кіптяви?
Масова частка Карбону в етанолі ($C_2H_5OH$) становить приблизно 52,2 %, а в пентанолі ($C_5H_{11}OH$) — близько 68,2 %. На мою думку, твердження є правильним, оскільки для повного згоряння сполуки з вищим вмістом Карбону потрібно значно більше кисню, і в разі його нестачі утворюється сажа.
255. Бензин є сумішшю вуглеводнів, але його можна описати хімічною формулою С8Н18. Порівняйте масову частку Карбону в метані СН4 та бензині. Складіть хімічні рівняння повного згоряння метану та бензину. Чи можна стверджувати, що бензин має згоряти кіптявим полум’ям?
Масова частка Карбону в метані становить 75 %, тоді як у бензині вона значно вища і дорівнює приблизно 84,2 %. Рівняння повного згоряння метану: $CH_4 + 2O_2 =CO_2 + 2H_2O$, а бензину: $2C_8H_{18} + 25O_2 =16CO_2 + 18H_2O$. Я думаю, що бензин може згоряти кіптявим полум’ям, оскільки велика кількість Карбону в молекулі потребує інтенсивного притоку кисню, дефіцит якого призводить до появи сажі.
256. Обчисліть об’єм чадного газу (н. у.), необхідний для відновлення залізної руди масою 1 кг, якщо вона складається з оксиду Fe3O4.
ВІДОМО:
$m(Fe_3O_4) = 1\text{ кг} = 1000\text{ г}$
$V_m = 22,4\text{ л/моль}$
$M(Fe_3O_4) = 232\text{ г/моль}$
ОБЧИСЛИТИ:
$V(CO) – ?$
РОЗВ’ЯЗАННЯ:
Складаємо рівняння реакції:
$Fe_3O_4 + 4CO = 3Fe + 4CO_2$
Обчислюємо кількість речовини магнітного залізняку:
$n(Fe_3O_4) = \dfrac{m}{M} = \dfrac{1000\text{ г}}{232\text{ г/моль}} \approx 4,31\text{ моль}$
За рівнянням реакції $n(CO) = 4 \cdot n(Fe_3O_4)$:
$n(CO) = 4 \cdot 4,31\text{ моль} = 17,24\text{ моль}$
Обчислюємо об’єм чадного газу:
$V(CO) = n \cdot V_m = 17,24\text{ моль} \cdot 22,4\text{ л/моль} \approx 386,18\text{ л}$
Відповідь: необхідно приблизно 386,18 л чадного газу.
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.
ВІДОМО:
$V(\text{бензину}) = 1\text{ л}$
$\rho(\text{бензину}) = 750\text{ г/л}$
$m(CO) = 200\text{ г}$
$M(CO) = 28\text{ г/моль}$
$M(C_8H_{18}) = 114\text{ г/моль}$
ОБЧИСЛИТИ:
$w(\text{бензину, що згорів до CO}) – ?$
РОЗВ’ЯЗАННЯ:
Знаходимо загальну масу бензину:
$m_{\text{заг}} = V \cdot \rho = 1\text{ л} \cdot 750\text{ г/л} = 750\text{ г}$
Складаємо рівняння неповного згоряння бензину:
$2C_8H_{18} + 17O_2 = 16CO + 18H_2O$
Обчислюємо кількість речовини утвореного $CO$:
$n(CO) = \dfrac{200\text{ г}}{28\text{ г/моль}} \approx 7,143\text{ моль}$
За рівнянням реакції на 16 моль $CO$ припадає 2 молі $C_8H_{18}$, тобто $n(C_8H_{18}) = \dfrac{n(CO)}{8}$:
$n(C_8H_{18}) = \dfrac{7,143}{8} \approx 0,893\text{ моль}$
Обчислюємо масу бензину, що витратився на утворення $CO$:
$m(C_8H_{18}) = 0,893\text{ моль} \cdot 114\text{ г/моль} \approx 101,8\text{ г}$
Обчислюємо масову частку цього бензину від загальної маси:
$w = \dfrac{101,8\text{ г}}{750\text{ г}} \cdot 100\% \approx 13,57\%$
Відповідь: частка бензину становить приблизно 13,57 %.
РОЗУМІННЯ ЯВИЩ ПРИРОДИ (РОБОТА В ГРУПАХ)
258. Запропонуйте дії для запобігання отруєнню чадним газом, якщо для освітлення використовувати лише свічки.
Для запобігання накопиченню чадного газу необхідно забезпечити постійне надходження свіжого повітря, відкривши кватирку або встановивши режим мікропровітрювання на вікнах. На мою думку, також важливо не запалювати занадто багато свічок одночасно в тісному закритому приміщенні та обов’язково гасити їх перед сном або виходом з кімнати.
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.
Спочатку вуглець (кокс) реагує з вуглекислим газом або киснем, утворюючи чадний газ, який є відновником:
C + CO₂ → 2CO (за високої температури)
Потім отриманий чадний газ відновлює залізо з ферум(III) оксиду:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
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.
На мою думку, усі висловлені твердження є науково обґрунтованими та правильними. Твердження Іри правильне, оскільки при контакті розпеченого магнію з водою виділяється водень, який є вибухонебезпечним. Микола має рацію, бо магній вступає в хімічну реакцію з піском (силіцій оксидом), що лише посилює виділення енергії. Твердження Сергія також правильне, адже магній здатний горіти навіть у вуглекислому газі, відновлюючи його до небезпечного чадного газу.