Оксиди вуглецю (II) і (IV)

Інтегрований урок з хімії та біології

завдання:вивчити та систематизувати знання про оксиди вуглецю (II) і (IV); розкрити взаємозв'язок живої і неживої природи; закріпити знання про вплив оксидів вуглецю на організм людини; закріпити навички вміння працювати з лабораторним обладнанням.

устаткування:розчин НСl, лакмус, Ca (OH) 2, CaCO 3, скляна паличка, саморобні таблиці, переносна дошка, шаростержневих модель.

ХІД УРОКУ

Вчитель біологіїповідомляє тему і завдання уроку.

Вчитель хімії.Грунтуючись на вченні про ковалентного зв'язку, складіть електронну та структурну формулиоксидів вуглецю (II) і (IV).

Хімічна формула оксиду вуглецю (II) - СО, атом вуглецю знаходиться в нормальному стані.

За рахунок спарювання неспарених електронів утворюються дві ковалентні полярні зв'язку, а третя ковалентний зв'язок утворюється за донорно-акцепторного механізму. Донором є атом кисню, тому що він надає вільну пару електронів; акцептором - атом вуглецю, тому що надає вільну орбіталь.

У промисловості оксид вуглецю (II) отримують, пропускаючи СО 2 над розпеченим вугіллям при високій температурі. Він утворюється також в процесі згоряння вугілля при нестачі кисню. ( Учень записує рівняння реакції на дошці)

У лабораторії СО отримують дією концентрованої Н 2 SО 4 на мурашину кислоту. ( Рівняння реакції записує вчитель.)

Вчитель біології.Отже, ви познайомилися з отриманням оксиду вуглецю (II). А якими фізичними властивостямиволодіє оксид вуглецю (II)?

Учень.це безбарвний газ, Отруйний, без запаху, легший за повітря, погано розчиняється у воді, температура кипіння -191,5 ° C, твердне при -205 ° С.

Вчитель хімії.Чадний газ в кількостях, небезпечних для життя людини, Міститься у вихлопних газах автомобілів. Тому гаражі повинні добре провітрюватися, особливо при запуску двигуна.

Вчитель біології.Який вплив робить чадний газ на організм людини?

Учень.Чадний газ вкрай отруйний для людини - це пояснюється тим, що він утворює карбоксигемоглобін. Карбоксигемоглобин - дуже міцне з'єднання. В результаті його освіти гемоглобін крові не взаємодіє з киснем, і при сильному отруєнні людина може загинути від кисневого голодування.

Вчитель біології.Яку першу допомогу необхідно надати людині при отруєнні чадним газом?

Учні.Треба викликати «швидку допомогу», потерпілого треба винести на вулицю, зробити штучне дихання, приміщення добре провітрити.

Вчитель хімії.Напишіть хімічну формулу оксиду вуглецю (IV) і, використовуючи шаростержневих модель, побудуйте його структуру.

Атом вуглецю знаходиться в збудженому стані. Всі чотири ковалентні полярні зв'язкуутворилися за рахунок спарювання неспарених електронів. Однак через лінійного будови молекула його в цілому неполярна.
У промисловості СО 2 отримують при розкладанні карбонату кальцію у виробництві вапна.
(Учень записує рівняння реакції.)

У лабораторії СО 2 отримують при взаємодії кислот з крейдою або мармуром.
(Учні виконують лабораторний експеримент.)

Вчитель біології.В результаті яких процесів утворюється вуглекислий газв організмі?

Учень.Вуглекислий газ утворюється в організмі в результаті реакцій окислення органічних речовин, що входять до складу клітини.

(Учні виконують лабораторний експеримент.)

Вапняний розчин став каламутним, тому що утворюється карбонат кальцію. Крім процесу дихання, СО2 виділяється в результаті бродіння, гниття.

Вчитель біології.Чи впливає фізичне навантаження на процес дихання?

Учень.При надмірному фізичному (м'язової) навантаженні м'язи використовують кисень швидше, ніж кров встигає його доставити, і тоді вони синтезують необхідну для їх роботи АТФ шляхом бродіння. У м'язах утворюється молочна кислота C 3 H 6 O 3, яка надходить у кров. Накопичення великої кількості молочної кислоти шкідливо для організму. Після важкого фізичного навантаження ми ще деякий час важко дихаємо - виплачуємо «кисневу заборгованість».

Вчитель хімії.Велика кількість оксиду вуглецю (IV) виділяється в атмосферу при спалюванні органічного палива. Вдома ми як паливо використовуємо природний газ, а він майже на 90% складається з метану (СН 4). Я пропоную одному з вас вийти до дошки, скласти рівняння реакції і розібрати його з точки зору окислення-відновлення.

Вчитель біології.Чому не можна використовувати газові печі для опалення приміщення?

Учень.метан - складова частинаприродного газу. При його горінні вміст вуглекислого газу в повітрі підвищується, а кисню - знижується. ( Робота з таблицею «ЗмістСО 2 в повітрі".)
При вмісті в повітрі 0,3% СО 2 у людини спостерігається прискорене дихання; при 10% - втрата свідомості, при 20% - миттєвий параліч і швидка смерть. Особливо потребує чистому повітрі дитина, тому що споживання кисню тканинами організму, що росте більше, ніж у дорослого. Отже, необхідно регулярно провітрювати приміщення. Якщо в крові є надлишок СО 2, збудливість дихального центру підвищується і дихання стає частішим і глибшим.

Вчитель біології.Розглянемо роль оксиду вуглецю (IV) в життя рослин.

Учень.У рослин освіту органічних речовин відбувається з СО 2 і Н 2 O на світлі, крім органічних речовин утворюється кисень.

Фотосинтез регулює вміст вуглекислого газу в атмосфері, що перешкоджає підвищенню температури на планеті. Щорічно рослини поглинають з атмосфери 300 млрд т вуглекислого газу. У процесі фотосинтезу в атмосферу щорічно виділяється 200 млрд т кисню. З кисню під час грози утворюється озон.

Вчитель хімії.Розглянемо Хімічні властивостіоксиду вуглецю (IV).

Вчитель біології.Яке значення має вугільна кислотав організмі людини в процесі дихання? ( фрагмент диафильма.)
Вміщені в крові ферменти перетворюють вуглекислий газ у вугільну кислоту, яка дисоціює на іони водню і бікарбонату. Якщо в крові міститься надлишок іонів Н +, тобто якщо кислотність крові підвищена, то частина іонів Н + з'єднується з гідрокарбонат-іонами, утворюючи вугільну кислоту і звільняючи тим самим кров від надлишку Н + -іонів. Якщо ж в крові занадто мало Н + -іонів, то вугільна кислота дисоціює і концентрація Н + -іонів в крові підвищується. При температурі 37 ° С рН крові дорівнює 7,36.
В організмі вуглекислий газ переноситься кров'ю у вигляді хімічних сполук - гідрокарбонатів натрію і калію.

закріплення матеріалу

тест

Із запропонованих процесів газообміну в легенях і тканинах виконують перший варіант повинні вибрати шифри правильних відповідей зліва, а другий - праворуч.

(1) Перехід O 2 з легких в кров. (13)
(2) Перехід O 2 з крові в тканини. (14)
(3) Перехід СО2 з тканин в кров. (15)
(4) Перехід СО2 з крові в легені. (16)
(5) Поглинання O 2 еритроцитами. (17)
(6) Виділення O 2 з еритроцитів. (18)
(7) Перетворення артеріальної крові у венозну. (19)
(8) Перетворення венозної крові в артеріальну. (20)
(9) Розрив хімічного зв'язку O 2 з гемоглобіном. (21)
(10) Хімічне зв'язування O 2 з гемоглобіном. (22)
(11) Капіляри в тканинах. (23)
(12) Легеневі капіляри. (24)

Питання першого варіанту

1. Процеси газообміну в тканинах.
2. Фізичні процеси при газообміні.

Питання другого варіанту

1. Процеси газообміну в легенях.
2. хімічні процесипри газообміні

завдання

Визначте обсяг оксиду вуглецю (IV), який виділяється при розкладанні 50 г карбонату кальцію.

(IV) (СО 2, Діоксид вуглецю, вуглекислий газ)являє собою безбарвний газ без смаку і запаху, який важчий за повітря і розчинний у воді.

У звичайних умовах твердий діоксид вуглецю переходить відразу в газоподібний стан, минаючи стан рідини.

при великій кількостіоксид вуглецю люди починають задихатися. Концентрація більше 3% призводить до прискореного дихання, а понад 10% спостерігається втрата свідомості і смерть.

Хімічні властивості оксиду вуглецю.

Оксид вуглецю - це ангідрид вугільної кислоти Н 2 СО 3.

Якщо пропускати оксид вуглецю через гідроксид кальцію (вапняна вода), то спостерігається випадання осаду білого кольору:

Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O,

Якщо вуглекислий газ узятий в надлишку, то спостерігається утворення гідрокарбонатів, які розчиняються у воді:

CaCO 3 + H 2 O + CO 2 = Ca (HCO 3) 2,

Які потім розпадаються при нагріванні:

2KNCO 3 = K 2 CO 3 + H 2 O + CO 2

Застосування оксиду вуглецю.

Використовують діоксид вуглецю в різних областяхпромисловості. У хімічному виробництві - як холодоагент.

У харчовій промисловості використовують його як консервант Е290. Хоч йому і присвоїли «умовно безпечний», насправді це не так. Медики довели, що часте вживання в їжу Е290 призводить до накопичення токсичного отруйного з'єднання. Тому треба уважніше читати етикетки на продуктах.

Вуглець утворює два надзвичайно стійких оксиду (СО і СО2), три значно менш стійких оксиду (С 3 O 2, З 5 O 2 і С 12 O 9), ряд нестійких або погано вивчених оксидів (С 2 O, З 2 O 3 і ін.) і Нестехіометричні оксид графіту. Серед перелічених оксидів особливу рольграють СО і СО2.

ВИЗНАЧЕННЯ

монооксид вуглецюпри звичайних умовах горючий газ без кольору і запаху.

Він досить токсичний через його здатності утворювати комплекс з гемоглобіном, який приблизно в 300 разів стійкіше, ніж комплекс кисень-гемоглобін.

ВИЗНАЧЕННЯ

Диоксид вуглецюпри звичайних умовах - безбарвний газ, приблизно в 1,5 рази важчий за повітря, завдяки чому його можна переливати, як рідина, з однієї судини в іншій.

Маса 1 л CO 2 при нормальних умовах становить 1,98 м Розчинність діоксиду вуглецю у воді невелика: 1 об'єм води при 20 o С розчиняє 0,88 обсягу CO 2, а при 0 o С - 1,7 обсягу.

Пряме окислення вуглецю при нестачі кисню або повітря призводить до утворення СО, при достатньому їх кількості утворюється СО2. Деякі властивості цих оксидів представлені в табл. 1.

Таблиця 1. Фізичні властивості оксидів вуглецю.

Одержання оксиду вуглецю

Чистий СО може бути отриманий в лабораторії дегідратірованіем мурашиної кислоти (НСООН) концентрованої сірчаної кислотою при ~ 140 ° С:

HCOOH = CO + H 2 O.

У невеликих кількостях діоксид вуглецю можна легко отримати дією кислот на карбонати:

CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2.

В промисловому масштабі CO 2 отримують головним чином як побічний продукт в процесі синтезу аміаку:

CH 4 + 2H 2 O = CO 2 + 4H 2;

CO + H 2 O = CO 2 + H 2.

Великі кількості вуглекислого газу отримують при випалюванні вапняку:

CaCO 3 = CaO + CO 2.

Хімічні властивості оксиду вуглецю

Монооксид вуглецю хімічно активний при високих температурах. Він проявляє себе як сильний відновник. Реагує з киснем, хлором, сіркою, аміаком, лугами, металами.

CO + NaOH = Na (HCOO) (t = 120 - 130 o C, p);

CO + H 2 = CH 4 + H 2 O (t = 150 - 200 o C, kat. Ni);

CO + 2H 2 = CH 3 OH (t = 250 - 300 o C, kat. CuO / Cr 2 O 3);

2CO + O 2 = 2CO 2 (kat. MnO 2 / CuO);

CO + Cl 2 = CCl 2 O (t = 125 - 150 o C, kat. C);

4CO + Ni = (t = 50 - 100 o C);

5CO + Fe = (t = 100 - 200 o C, p).

Діоксид вуглецю проявляє кислотні властивості: Реагує з лугами, гідратом аміаку. відновлюється активними металами, Воднем, вуглецем.

CO 2 + NaOH dilute = NaHCO 3;

CO 2 + 2NaOH conc = Na 2 CO 3 + H 2 O;

CO 2 + Ba (OH) 2 = BaCO 3 + H 2 O;

CO 2 + BaCO 3 + H 2 O = Ba (HCO 3) 2;

CO 2 + NH 3 × H 2 O = NH 4 HCO 3;

CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t = 200 o C, kat. Cu 2 O);

CO 2 + C = 2CO (t> 1000 o C);

CO 2 + 2Mg = C + 2MgO;

2CO 2 + 5Ca = CaC 2 + 4CaO (t = 500 o C);

2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.

Застосування оксиду вуглецю

Монооксид вуглецю широко використовується як паливо у вигляді генераторного газу або водяної газу і утворюється також прівиделеніі багатьох металів з їх оксидів відновленням вугіллям. Генераторний газ отримують, пропускаючи повітря черезраскаленний вугілля. У його склад входить близько 25% СО, 4% СO2 і 70% N 2 зі слідами Н 2 і СН 4 62.

Застосування діоксиду вуглецю найчастіше обумовлено його фізичними властивостями. Його використовують як охолоджуючий агент, для газування напоїв, при отриманні полегшених (спінених) пластмас, а також як газ для створення інертної атмосфери.

Приклади розв'язання задач

ПРИКЛАД 1

ПРИКЛАД 2

завдання	Визначте у скільки разів важчий за повітря оксид вуглецю (IV) CO 2.
Рішення	Відношення маси даного газу до маси іншого газу, взятого в тому ж обсязі, при тій же температурі і тому ж тиску, називається відносною щільністю першого газу за другим. Дана величина показує, у скільки разів перший газ важчий або легше другого газу. Відносну молекулярну масу повітря приймають рівною 29 (з урахуванням змісту в повітрі азоту, кисню та інших газів). Слід зазначити, що поняття «відносна молекулярна маса повітря» вживається умовно, так як повітря - це суміш газів. D air (CO 2) = M r (CO 2) / M r (air); D air (CO 2) = 44/29 = 1,517. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44.
відповідь	Оксид вуглецю (IV) CO 2 важчий за повітря в 1,517 разів.

Вуглекислий газ, відомий також як 4, реагує з рядом речовин, утворюючи найрізноманітніші за своїм складом і хімічними властивостями сполуки. Що складається з неполярних молекул, він має дуже слабкі міжмолекулярні зв'язкиі може знаходитися тільки в якщо температура вище, ніж 31 градус за Цельсієм. Вуглекислий газ є хімічне з'єднання, Що складається з одного атома вуглецю і двох атомів кисню.

Оксид вуглецю 4: формула і основна інформація

Вуглекислий газ присутній в атмосфері Землі при низькій концентрації і діє як парниковий газ. його хімічна формулаСО 2. При високій температурі він може існувати виключно в газоподібному стані. У своєму твердому стані його називають сухим льодом.

Вуглекислий газ є важливим компонентом вуглецевого циклу. Він виходить з безлічі природних джерел, включаючи вулканічну дегазацію, спалювання органічного речовини і дихальні процеси живих аеробних організмів. Антропогенні джерела вуглекислого газу в основному пов'язані з спалюванням різних викопних видів палива для виробництва електроенергії і транспорту.

Він також продукується різними мікроорганізмами з ферментації і клітинного дихання. Рослини перетворюють вуглекислий газ в кисень під час процесу, званого фотосинтезом, використовуючи як вуглець, так і кисень для утворення вуглеводів. Крім того, рослини також виділяють кисень в атмосферу, який потім використовується для дихання гетеротрофних організмами.

Вуглекислий газ (СО2) в організмі

Оксид вуглецю 4 реагує з різними речовинами і є газоподібним продуктом відходів від метаболізму. Існує більш ніж 90% його в крові у формі бікарбонату (НСО 3). Решта - це або розчинений СО2, або вугільна кислота (H2CO 3). За балансування цих сполук в крові відповідають такі органи, як печінка і нирки. Бікарбонат - це хімічна речовина, Яке діє як буфер. Вона утримує рівень рН крові на необхідному рівні, уникаючи підвищення кислотності.

Структура і властивості вуглекислого газу

Двоокис вуглецю (CO 2) являє собою хімічну сполуку, яка є газом при кімнатній температурі і вище. Він складається з одного атома вуглецю і двох атомів кисню. Люди і тварини виділяють вуглекислий газ, коли видихають. Крім того, він утворюється завжди, коли щось органічне спалюється. Рослини використовують вуглекислий газ для виробництва продуктів харчування. Цей процес називається фотосинтезом.

Властивості вуглекислого газу вивчалися шотландським вченим Джозефом Блеком ще в 1750-х роках. здатний вловлювати теплову енергіюі впливати на клімат і погоду на нашій планеті. Саме він є причиною глобального потеплінняі підвищення температури поверхні Землі.

біологічна роль

Оксид вуглецю 4 реагує з різними речовинами і є кінцевим продуктом в організмах, які отримують енергію від руйнування цукрів, жирів і амінокислот. Це процес відомий як характерне для всіх рослин, тварин, багатьох грибів і деяких бактерій. У вищих тварин вуглекислий газ переміщається в крові з тканин тіла в легені, де він видихається. Рослини отримують його з атмосфери для використання при фотосинтезі.

Сухий лід

Сухий лід або твердий діоксид вуглецю є твердий стангазу CO 2 з температурою -78,5 ° C. У природному вигляді ця речовина не зустрічається в природі, але виробляється людиною. Воно безбарвно і може використовуватися для приготування газованих напоїв, як охолоджуючий елемент в ємностях з морозивом і в косметології, наприклад для заморожування бородавок. Пари сухого льоду викликають задуху і можуть привести до смерті. При використанні сухого льоду варто проявляти обережність і професіоналізм.

При звичайному тиску він не буде плавитися з в рідину, а замість цього переходить безпосередньо з твердої речовинив газ. Це називається сублімацією. Він буде змінюватися безпосередньо від твердого тіла до газу при будь-якій температурі, що перевищує екстремально низькі температури. Сухий лід сублімується при нормальній температурі повітря. При цьому виділяється вуглекислий газ, який не має запаху і кольору. Двоокис вуглецю може бути зріджений при тиску вище 5,1 атм. Газ, який виділяється з сухого льоду, настільки холодний, що при змішуванні з повітрям він охолоджує водяна пара в повітрі до туману, який виглядає як густий білий дим.

Отримання, хімічні властивості і реакції

У промисловості оксид вуглецю 4 отримують двома способами:

1. Шляхом спалювання палива (C + O 2 = CO 2).
2. Шляхом термічного розкладання вапняку (CaCO 3 = CaO + CO 2).

Отриманий обсяг оксиду вуглецю 4 піддається очищенню, зріджується і закачується в спеціальні балони.

Будучи кислотним, оксид вуглецю 4 реагує з такими речовинами, як:

• Вода. При розчиненні утворюється вугільна кислота (H 2 CO 3).
• Лужні розчини. Оксид вуглецю 4 (формула CO 2) вступає в реакцію з лугами. При цьому утворюються середні та кислі солі(NaHCO 3).
• При цих реакціях утворюються солі карбонати (CaCO 3 і Na 2 CO 3).
• Вуглець. Коли оксид вуглецю 4 реагує з гарячим вугіллям, утворюється оксид вуглецю 2 (чадний газ), який може призвести до отруєння. (CO 2 + C = 2CO).
• Магній. Як правило, вуглекислий газ не підтримує горіння, тільки при дуже високих температурах він може реагувати з деякими металами. Наприклад, запалений магній буде продовжувати горіти в CO 2 під час окислювально-відновної реакції (2Mg + CO 2 = 2MgO + C).

Якісна реакція оксиду вуглецю 4 проявляється при пропущенні його через вапнякову воду (Ca (OH) 2 або через баритові воду (Ba (OH) 2. Можна спостерігати помутніння і випадання осаду. Якщо після цього продовжувати далі пропускати вуглекислий газ, то вода знову стане прозорою , так як нерозчинні карбонати перетворюються в розчинні гідрокарбонати (кислі солі вугільної кислоти).

Двоокис вуглецю також утворюється при спалюванні всього вуглець палива, такого, як метан (природний газ), нафтові дистиляти (бензин, дизельне паливо, гас, пропан), вугілля або деревина. У більшості випадків вода також виділяється.

Вуглекислий газ (двоокис вуглецю) складається з одного атома вуглецю і двох атомів кисню, які утримуються разом ковалентними зв'язками(Або розподілом електронів). Чистий вуглець дуже рідкісний. Він зустрічається в природі тільки у вигляді мінералів, графіту і алмазу. Незважаючи на це, він є будівельним блоком життя, який в поєднанні з воднем і киснем утворює основні сполуки, з яких складається все на планеті.

Такі вуглеводні, як вугілля, нафта і природний газ - це сполуки, які з водню і вуглецю. Цей елемент міститься в кальциті (CaCo 3), мінералах в осадових і метаморфічних породах, вапняку і мармурі. Це елемент, який містить всі органічні речовини- від викопного палива до ДНК.