Réactions avec le dioxyde de carbone. Propriétés physiques et chimiques du dioxyde de carbone. Réaction qualitative au dioxyde de carbone
Objectifs d'apprentissage : - Étudier l'effet des acides sur les carbonates et tirer des conclusions générales.
Comprendre et effectuer des tests de qualité du dioxyde de carbone.
Résultats attendus : Grâce à une expérience chimique, basée sur des observations et une analyse des résultats expérimentaux, les élèves tirent des conclusions sur les méthodes de production de dioxyde de carbone, ses propriétés et l'effet du dioxyde de carbone sur l'eau de chaux. En comparant les méthodes de production d'hydrogène et de dioxyde de carbone par action d'acides dilués sur les métaux et les carbonates,Les élèves tirent des conclusions sur différents produits de réactions chimiques obtenus par l'action d'acides dilués.
Progression de la leçon :
Point d'organisation : 1) Salutation. 2) Détermination des absents. 3) Vérifier l'état de préparation des élèves et de la classe pour la leçon
Enquête devoirs: Présentation d'une vidéo sur le thème : «Réactions chimiques simples, hydrogène.Réaliser une évaluation mutuelle des devoirs, la technique « Deux étoiles et un souhait ». Objectif : Évaluation par les pairs, répétition du matériel étudié sur le thème des réactions chimiques simples ; méthodes et propriétés de production d’hydrogène.
Diviser la classe en groupes. Stratégie : par comptage.
Apprendre du nouveau matériel . Organise des travaux en groupes pour étudier des ressources théoriques sur le thème des réactions chimiques simples - dioxyde de carbone, production et étude des propriétés du dioxyde de carbone. L'enseignant organise le contrôle mutuel des acquis,FO – technique - composer une phrase dans laquelle il faut exprimer la réponse à la question posée par l'enseignant.
- Qu'avez-vous appris de nouveau sur les propriétés des acides ?
Qu’avez-vous appris sur le dioxyde de carbone ?
Objectif : oapprécier la qualité de chaque réponse rapidement et globalement.Notez si les élèves identifient les principaux concepts de la matière abordée et leurs relations.
L'enseignant organise une répétition des règles de sécurité lors du travail avec des acides et des alcalis (eau de chaux) - dictée chimique - 4 min.FO – technique – maîtrise de soi selon le modèle – insérer les mots manquants, travailler avec le texte. L'objectif est de tester le niveau de connaissance des règles pour mener une expérience en toute sécurité.
Dictée
SÉCURITÉ DE FONCTIONNEMENT AVEC DES ACIDES
Acides provoquer un produit chimique ………………….peauet autres tissus.
Selon la rapidité d'action et la vitesse de destruction des tissus corporels, les acides sont classés dans l'ordre suivant, en commençant par le plusfort: ……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……………… …………………………………………
Lors de la dilution des acides, ……………… est versé dans un bâton de ………………… avec un anneau de sécurité en caoutchouc au fond.
Une bouteille d’acide n’est pas autorisée………………les mains sur la poitrine, parce que peut-être ………………… et …………..
PREMIERS SECOURS. Zone de peau affectée par l'acide……….jet froid ………….. pour …………………. min. Posle ………………… de l'eau imbibée est appliquée sur la zone brûléeaucune solution…………. bandage de gaze ou cotonnouveau tampon. Après 10 minutes. pansement……….., peau………….,et lubrifié avec de la glycérine pour réduire la douleurscheniya.
Réaliser une expérience en laboratoire : « Obtenir du dioxyde de carbone et étudier ses propriétés. »
Les élèves réalisent une expérienceremplir un tableau d'observations et de conclusions,enregistrer des observations vidéo pour les placer dansYouTubepour que leurs parents puissent les voir.
Réflexion sur la leçon : professeurdemande d'exprimer son attitude vis-à-vis des formes de conduite de la leçon, d'exprimer ses souhaits pour la leçon.Les élèves remplissent des autocollants colorés - « Feu de circulation »
« Rouge » – le sujet n’est pas clair pour moi, de nombreuses questions demeurent.
« Jaune » – le sujet est clair pour moi, mais j'ai encore des questions.
« Vert » est un thème que je comprends.
Devoirs : Étudiez la ressource théorique. Comparez par écrit les résultats de l'action des acides dilués sur les métaux et les carbonates, comparez les gaz hydrogène et dioxyde de carbone - mini-essai.Créez une vidéo et publiez-la surYouTube. Les groupes évaluent les vidéos d'autres étudiantsFO – technologie - "Deux étoiles et un souhait."
Littérature utilisée :
Méthodes d’enseignement et d’apprentissage activesWWW. CPM. KZ
Évaluation formative dans les écoles primaires.Guide pratique pour les enseignants / Comp. O. I. Dudkina, A. A. Burkitova, R. Kh. Shakirov. – B. : « Bilim », 2012. – 89 p.
Évaluer les résultats scolaires des étudiants.Manuel méthodique/Compilé par R. Kh. Shakirov, A.A. Burkitova, O.I. Doudkina. – B. : « Bilim », 2012. – 80 p.
Annexe 1
Ressource théorique
Dioxyde de carbone
Molécule de CO 2
Propriétés physiques
Monoxyde de carbone (IV) – dioxyde de carbone, un gaz incolore et inodore, plus lourd que l'air, soluble dans l'eau, et lors d'un fort refroidissement, il cristallise sous la forme d'une masse blanche semblable à de la neige - la « glace carbonique ». Il ne fond pas à la pression atmosphérique,et s'évapore, contournant l'état liquide d'agrégation - ce phénomène est appelé sublimation , température de sublimation -78 °C. Le dioxyde de carbone se forme lorsque la matière organique pourrit et brûle. Contenu dans l'air et les sources minérales, libéré lors de la respiration des animaux et des plantes. Légèrement soluble dans l'eau (1 volume de dioxyde de carbone dans un volume d'eau à 15°C).
Reçu
Le dioxyde de carbone est produit par l'action d'acides forts sur les carbonates :
carbonate de métal+ acide →un sel + dioxyde de carbone + eau
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 +H 2 Ô
carbonatecalcium + selacide = carboniquegaz + eau
carbonate de calcium + acide chlorhydrique→ chlorure de calcium + dioxyde de carbone + eau
N / A 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 +H 2 Ô
carbonatesodium +
selacide =
carboniquegaz +
eau
carbonate de sodium + acide chlorhydrique→ chlorure de sodium + dioxyde de carbone + eau
Propriétés chimiques
Réaction qualitative
Une réaction qualitative pour détecter le dioxyde de carbone est la turbidité de l'eau de chaux :
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ +H 2 O.
eau de chaux + dioxyde de carbone = 
+ eau
Au début de la réaction, il se forme un précipité blanc qui disparaît avec un passage prolongé du CO 2 à travers l'eau de chaux, car le carbonate de calcium insoluble se transforme en bicarbonate soluble :
CaCO 3 +H 2 O+CO 2 = AVEC une(HCO 3 ) 2 .
Annexe 2
Expérience de laboratoire n°7
« Production de dioxyde de carbone et sa reconnaissance »
Objectif du travail : obtenir expérimentalement du dioxyde de carbone et mener une expérience caractérisant ses propriétés.
Matériel et réactifs : support avec tubes à essai, support de laboratoire, tubes à essai, tube de sortie de gaz avec bouchon en caoutchouc, dispositif de production de dioxyde de carbone, craie (carbonate de calcium), carbonate de cuivre ( II ), carbonate de sodium, solution d'acide acétique, eau de chaux.
Avancement des travaux :
Préparez au préalable un tube à essai avec 3 ml d’eau de chaux.
Assemblez le dispositif de production de gaz (comme indiqué sur la figure 1). Placer plusieurs morceaux de craie dans un tube à essai, remplir jusqu'à 1/3 du volume du tube à essai avec de l'acide acétique et fermer avec un bouchon muni d'un tube de sortie de gaz dont l'extrémité est dirigée vers le bas. Tirer une conclusion sur la méthode de production de dioxyde de carbone (_______________________?) .
Plongez le tube de sortie de gaz dans un tube à essai avec de l'eau de chaux afin que l'extrémité du tube de sortie de gaz soit en dessous du niveau de la solution. Faites passer le dioxyde de carbone jusqu'à ce que des sédiments se forment. Si vous continuez à évacuer du dioxyde de carbone, les sédiments disparaîtront. Tirez une conclusion sur les propriétés chimiques du dioxyde de carbone.
Sur la base des résultats des expériences, remplissez le tableau et tirez une conclusion.
Exemple de travail
Nous avons assemblé un appareil pour produire du dioxyde de carbone, placé des morceaux de craie dans un tube à essai et ajouté de l'acide chlorhydrique. J'observe : le dégagement de bulles de gaz.
Le dioxyde de carbone peut être produit par l’action de l’acide acétique sur :
craie (carbonate Conclusion: Nous avons obtenu du dioxyde de carbone et étudié ses propriétés.
YouTube encyclopédique
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Le monoxyde de carbone (IV) n'entretient pas la combustion. Seuls quelques métaux actifs y brûlent : :
2 M g + C O 2 → 2 M g O + C (\displaystyle (\mathsf (2Mg+CO_(2)\rightarrow 2MgO+C)))Interaction avec l'oxyde métallique actif :
C a O + C O 2 → C a C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CaO+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3))))Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il forme de l'acide carbonique :
C O 2 + H 2 O ⇄ H 2 C O 3 (\displaystyle (\mathsf (CO_(2)+H_(2)O\rightleftarrows H_(2)CO_(3))))Réagit avec les alcalis pour former des carbonates et des bicarbonates :
C a (O H) 2 + C O 2 → C a C O 3 ↓ + H 2 O (\displaystyle (\mathsf (Ca(OH)_(2)+CO_(2)\rightarrow CaCO_(3)\downarrow +H_( 2)O)))(réaction qualitative au dioxyde de carbone) K O H + C O 2 → K H C O 3 (\displaystyle (\mathsf (KOH+CO_(2)\rightarrow KHCO_(3))))Biologique
Le corps humain émet environ 1 kg de dioxyde de carbone par jour.
Ce dioxyde de carbone est transporté des tissus, où il se forme comme l'un des produits finaux du métabolisme, à travers le système veineux et est ensuite excrété dans l'air expiré par les poumons. Ainsi, la teneur en dioxyde de carbone dans le sang est élevée dans le système veineux, diminue dans le réseau capillaire des poumons et est faible dans le sang artériel. La teneur en dioxyde de carbone d'un échantillon de sang est souvent exprimée en termes de pression partielle, c'est-à-dire la pression qu'aurait une quantité donnée de dioxyde de carbone contenue dans un échantillon de sang si elle occupait à elle seule tout le volume de l'échantillon de sang.
Le dioxyde de carbone (CO2) est transporté dans le sang de trois manières différentes (la proportion exacte de chacun de ces trois modes de transport dépend du fait que le sang soit artériel ou veineux).
L'hémoglobine, la principale protéine des globules rouges qui transporte l'oxygène, est capable de transporter à la fois l'oxygène et le dioxyde de carbone. Cependant, le dioxyde de carbone se lie à l’hémoglobine à un site différent de celui de l’oxygène. Il se lie aux extrémités N-terminales des chaînes de globine plutôt qu’à l’hème. Cependant, en raison des effets allostériques, qui entraînent une modification de la configuration de la molécule d'hémoglobine lors de la liaison, la liaison du dioxyde de carbone réduit la capacité de l'oxygène à s'y lier, à une pression partielle d'oxygène donnée, et vice versa - la la liaison de l'oxygène à l'hémoglobine réduit la capacité du dioxyde de carbone à s'y lier, à une pression partielle de dioxyde de carbone donnée. De plus, la capacité de l’hémoglobine à se lier préférentiellement à l’oxygène ou au dioxyde de carbone dépend également du pH de l’environnement. Ces caractéristiques sont très importantes pour l'absorption et le transport réussis de l'oxygène des poumons vers les tissus et sa libération réussie dans les tissus, ainsi que pour l'absorption et le transport réussis du dioxyde de carbone des tissus vers les poumons et sa libération dans ces derniers.
Le dioxyde de carbone est l’un des médiateurs les plus importants de l’autorégulation du flux sanguin. C'est un puissant vasodilatateur. En conséquence, si le niveau de dioxyde de carbone dans les tissus ou le sang augmente (par exemple, en raison d'un métabolisme intense - causé, par exemple, par l'exercice, une inflammation, des lésions tissulaires ou en raison d'une obstruction du flux sanguin, d'une ischémie tissulaire), alors les capillaires se dilatent. , ce qui entraîne une augmentation du flux sanguin et, par conséquent, une augmentation de l'apport d'oxygène aux tissus et du transport du dioxyde de carbone accumulé depuis les tissus. De plus, le dioxyde de carbone à certaines concentrations (augmentées, mais n'atteignant pas encore des valeurs toxiques) a un effet inotrope et chronotrope positif sur le myocarde et augmente sa sensibilité à l'adrénaline, ce qui entraîne une augmentation de la force et de la fréquence des contractions cardiaques, cardiaques. le débit sanguin et, par conséquent, l'AVC et le volume sanguin minute. Cela aide également à corriger l’hypoxie et l’hypercapnie tissulaires (augmentation des niveaux de dioxyde de carbone).
Les ions bicarbonate sont très importants pour réguler le pH sanguin et maintenir un équilibre acido-basique normal. La fréquence respiratoire affecte la teneur en dioxyde de carbone dans le sang. Une respiration faible ou lente provoque une acidose respiratoire, tandis qu'une respiration rapide et excessivement profonde entraîne une hyperventilation et le développement d'une alcalose respiratoire.
De plus, le dioxyde de carbone joue également un rôle important dans la régulation de la respiration. Bien que notre corps ait besoin d'oxygène pour son métabolisme, de faibles niveaux d'oxygène dans le sang ou dans les tissus ne stimulent généralement pas la respiration (ou plutôt, l'effet stimulant d'un faible niveau d'oxygène sur la respiration est trop faible et « s'active » tardivement, à des niveaux d'oxygène très faibles dans le sang, à cause duquel une personne perd souvent déjà connaissance). Normalement, la respiration est stimulée par une augmentation du taux de dioxyde de carbone dans le sang. Le centre respiratoire est beaucoup plus sensible à l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone qu’au manque d’oxygène. En conséquence, respirer de l'air très raréfié (avec une faible pression partielle d'oxygène) ou un mélange gazeux ne contenant aucun oxygène (par exemple 100 % d'azote ou 100 % de protoxyde d'azote) peut rapidement entraîner une perte de conscience sans provoquer de sensation. du manque d'air (car le taux de dioxyde de carbone n'augmente pas dans le sang, car rien n'empêche son expiration). Ceci est particulièrement dangereux pour les pilotes d'avions militaires volant à haute altitude (en cas de dépressurisation d'urgence de la cabine, les pilotes peuvent rapidement perdre connaissance). Cette caractéristique du système de régulation respiratoire est également la raison pour laquelle les agents de bord des avions demandent aux passagers, en cas de dépressurisation de la cabine de l'avion, de mettre d'abord eux-mêmes un masque à oxygène avant d'essayer d'aider quelqu'un d'autre - ce faisant, l'assistant risque lui-même de perdre rapidement connaissance, et ce même sans ressentir de gêne ni de besoin d'oxygène jusqu'au dernier moment.
Le centre respiratoire humain essaie de maintenir la pression partielle du dioxyde de carbone dans le sang artériel à un niveau ne dépassant pas 40 mmHg. Avec une hyperventilation consciente, la teneur en dioxyde de carbone dans le sang artériel peut diminuer jusqu'à 10-20 mmHg, tandis que la teneur en oxygène dans le sang restera pratiquement inchangée ou augmentera légèrement, et le besoin de reprendre une respiration diminuera en raison d'une diminution dans l'effet stimulant du dioxyde de carbone sur l'activité du centre respiratoire. C’est la raison pour laquelle, après une période d’hyperventilation consciente, il est plus facile de retenir sa respiration longtemps que sans hyperventilation préalable. Cette hyperventilation délibérée suivie d'une rétention de souffle peut entraîner une perte de conscience avant que la personne ne ressente le besoin de respirer. Dans un environnement sûr, une telle perte de conscience ne menace rien de spécial (après avoir perdu connaissance, une personne perdra le contrôle d'elle-même, cessera de retenir sa respiration et inspirera, respirera, et avec elle l'apport d'oxygène au cerveau sera restaurée, puis la conscience sera restaurée). Cependant, dans d'autres situations, comme avant de plonger, cela peut être dangereux (la perte de conscience et le besoin de respirer se produiront en profondeur, et sans contrôle conscient, l'eau pénétrera dans les voies respiratoires, ce qui peut conduire à la noyade). C'est pourquoi l'hyperventilation avant la plongée est dangereuse et déconseillée.
Reçu
En quantités industrielles, le dioxyde de carbone est libéré par les gaz de combustion ou comme sous-produit de processus chimiques, par exemple lors de la décomposition des carbonates naturels (calcaire, dolomite) ou lors de la production d'alcool (fermentation alcoolique). Le mélange des gaz résultants est lavé avec une solution de carbonate de potassium, qui absorbe le dioxyde de carbone et se transforme en bicarbonate. Une solution de bicarbonate se décompose lorsqu'elle est chauffée ou sous pression réduite, libérant du dioxyde de carbone. Dans les installations modernes de production de dioxyde de carbone, à la place du bicarbonate, on utilise plus souvent une solution aqueuse de monoéthanolamine, qui, dans certaines conditions, est capable d'absorber le CO₂ contenu dans les fumées et de le libérer lorsqu'il est chauffé ; Cela sépare le produit fini des autres substances.
Le dioxyde de carbone est également produit dans les usines de séparation de l’air en tant que sous-produit de la production d’oxygène pur, d’azote et d’argon.
En laboratoire, de petites quantités sont obtenues en faisant réagir des carbonates et bicarbonates avec des acides, comme le marbre, la craie ou la soude avec de l'acide chlorhydrique, en utilisant par exemple un appareil Kipp. La réaction de l'acide sulfurique avec la craie ou le marbre entraîne la formation de sulfate de calcium légèrement soluble, qui perturbe la réaction, et qui est éliminé par un excès important d'acide.
Pour préparer des boissons, vous pouvez utiliser la réaction du bicarbonate de soude avec de l'acide citrique ou du jus de citron aigre. C'est sous cette forme qu'apparaissent les premières boissons gazeuses. Les pharmaciens s'occupaient de leur production et de leur vente.
Application
Dans l'industrie alimentaire, le dioxyde de carbone est utilisé comme conservateur et agent levant et est indiqué sur l'emballage avec le code E290.
Le dispositif permettant d'alimenter l'aquarium en dioxyde de carbone peut comprendre un réservoir de gaz. La méthode la plus simple et la plus courante de production de dioxyde de carbone repose sur la conception de la purée de boisson alcoolisée. Pendant la fermentation, le dioxyde de carbone libéré pourrait bien nourrir les plantes d’aquarium.
Le dioxyde de carbone est utilisé pour gazéifier la limonade et l’eau gazeuse. Le dioxyde de carbone est également utilisé comme agent protecteur lors du soudage au fil, mais à haute température, il se décompose et libère de l'oxygène. L'oxygène libéré oxyde le métal. A cet égard, il est nécessaire d'introduire dans le fil de soudure des désoxydants tels que le manganèse et le silicium. Une autre conséquence de l'influence de l'oxygène, également associée à l'oxydation, est une forte diminution de la tension superficielle, qui conduit, entre autres, à des projections de métal plus intenses que lors d'un soudage en milieu inerte.
Le stockage du dioxyde de carbone dans une bouteille en acier à l’état liquéfié est plus rentable que sous forme de gaz. Le dioxyde de carbone a une température critique relativement basse de +31°C. Environ 30 kg de dioxyde de carbone liquéfié sont versés dans un cylindre standard de 40 litres, et à température ambiante, il y aura une phase liquide dans le cylindre et la pression sera d'environ 6 MPa (60 kgf/cm²). Si la température est supérieure à +31°C, le dioxyde de carbone entrera dans un état supercritique avec une pression supérieure à 7,36 MPa. La pression de fonctionnement standard pour une bouteille ordinaire de 40 litres est de 15 MPa (150 kgf/cm²), mais elle doit résister en toute sécurité à une pression 1,5 fois plus élevée, soit 22,5 MPa, donc travailler avec de telles bouteilles peut être considéré comme assez sûr.
Le dioxyde de carbone solide - « glace carbonique » - est utilisé comme réfrigérant dans la recherche en laboratoire, dans le commerce de détail, lors de la réparation d'équipements (par exemple : refroidissement d'une des pièces d'accouplement lors d'un ajustement serré), etc. Le dioxyde de carbone est utilisé pour liquéfier dioxyde de carbone et produire des installations de neige carbonique.
Méthodes d'inscription
La mesure de la pression partielle du dioxyde de carbone est nécessaire dans les processus technologiques, dans les applications médicales - analyse des mélanges respiratoires pendant la ventilation artificielle et dans les systèmes fermés de survie. L'analyse de la concentration de CO 2 dans l'atmosphère est utilisée pour la recherche environnementale et scientifique, afin d'étudier l'effet de serre. Le dioxyde de carbone est enregistré à l'aide d'analyseurs de gaz basés sur le principe de la spectroscopie infrarouge et d'autres systèmes de mesure de gaz. Un analyseur de gaz médicaux permettant d'enregistrer la teneur en dioxyde de carbone dans l'air expiré est appelé capnographe. Pour mesurer de faibles concentrations de CO 2 (ainsi que) dans les gaz de procédé ou dans l'air atmosphérique, une méthode de chromatographie en phase gazeuse avec un méthanateur et un enregistrement sur un détecteur à ionisation de flamme peuvent être utilisées.
Dioxyde de carbone dans la nature
Les fluctuations annuelles de la concentration de dioxyde de carbone atmosphérique sur la planète sont principalement déterminées par la végétation des latitudes moyennes (40-70°) de l'hémisphère Nord.
Une grande quantité de dioxyde de carbone est dissoute dans l'océan.
Le dioxyde de carbone constitue une part importante de l'atmosphère de certaines planètes du système solaire : Vénus, Mars.
Toxicité
Le dioxyde de carbone n'est pas toxique, mais en raison de l'effet de ses concentrations accrues dans l'air sur les organismes vivants qui respirent de l'air, il est classé comme gaz asphyxiant. (Anglais) russe. De légères augmentations de concentration jusqu'à 2 à 4 % à l'intérieur entraînent somnolence et faiblesse chez les personnes. Les concentrations dangereuses sont considérées comme des niveaux d'environ 7 à 10 %, auxquels se développe une suffocation, se manifestant par des maux de tête, des étourdissements, une perte auditive et une perte de conscience (symptômes similaires à ceux du mal des montagnes), selon la concentration, sur une période de plusieurs minutes jusqu'à une heure. Lorsque de l'air contenant de fortes concentrations de gaz est inhalé, la mort survient très rapidement par asphyxie.
Bien qu'en fait, même une concentration de 5 à 7 % de CO 2 ne soit pas mortelle, déjà à une concentration de 0,1 % (ce niveau de dioxyde de carbone est observé dans l'air des mégalopoles), les gens commencent à se sentir faibles et somnolents. Cela montre que même à des niveaux d'oxygène élevés, une concentration élevée de CO 2 a un effet important sur le bien-être.
L'inhalation d'air avec une concentration accrue de ce gaz n'entraîne pas de problèmes de santé à long terme et, après avoir retiré la victime de l'atmosphère polluée, un rétablissement complet de la santé se produit rapidement.
Dioxyde de carbone (dioxyde de carbone),également appelé dioxyde de carbone, est le composant le plus important des boissons gazeuses. Il détermine le goût et la stabilité biologique des boissons, leur confère des propriétés pétillantes et rafraîchissantes.
Propriétés chimiques. Chimiquement, le dioxyde de carbone est inerte. Formé avec le dégagement d'une grande quantité de chaleur, il est, en tant que produit de l'oxydation complète du carbone, très stable. Les réactions de réduction du dioxyde de carbone se produisent uniquement à des températures élevées. Ainsi, par exemple, en interagissant avec le potassium à 230°C, le dioxyde de carbone est réduit en acide oxalique :
En entrant dans une interaction chimique avec l'eau, le gaz, en quantité ne dépassant pas 1% de son contenu dans la solution, forme de l'acide carbonique, qui se dissocie en ions H +, HCO 3 -, CO 2 3-. Dans une solution aqueuse, le dioxyde de carbone entre facilement dans des réactions chimiques, formant divers sels de dioxyde de carbone. Par conséquent, une solution aqueuse de dioxyde de carbone est très agressive envers les métaux et a également un effet destructeur sur le béton.
Propriétés physiques. Pour gazéifier les boissons, on utilise du dioxyde de carbone, amené à l'état liquide par compression à haute pression. Selon la température et la pression, le dioxyde de carbone peut également être sous forme gazeuse ou solide. La température et la pression correspondant à cet état d'agrégation sont représentées dans le diagramme d'équilibre de phases (Fig. 13).
A une température de moins 56,6°C et une pression de 0,52 Mn/m 2 (5,28 kg/cm 2), correspondant au point triple, le dioxyde de carbone peut être simultanément à l'état gazeux, liquide et solide. À des températures et des pressions plus élevées, le dioxyde de carbone se trouve à l’état liquide et gazeux ; à des températures et des pressions inférieures à ces valeurs, le gaz, contournant directement la phase liquide, passe à l'état gazeux (se sublime). À des températures supérieures à la température critique de 31,5 °C, aucune pression ne peut maintenir le dioxyde de carbone sous forme liquide.
À l’état gazeux, le dioxyde de carbone est incolore, inodore et a un léger goût aigre. A une température de 0°C et à pression atmosphérique, la densité du dioxyde de carbone est de 1,9769 kg/f 3 ; il est 1,529 fois plus lourd que l'air. A 0°C et pression atmosphérique, 1 kg de gaz occupe un volume de 506 litres. La relation entre le volume, la température et la pression du dioxyde de carbone est exprimée par l'équation :
où V est le volume de 1 kg de gaz en m 3 /kg ; T - température du gaz en °K ; P - pression du gaz en N/m 2 ; R - constante du gaz ; A est une valeur supplémentaire qui prend en compte l'écart par rapport à l'équation d'état d'un gaz parfait ;
Dioxyde de carbone liquéfié- un liquide incolore, transparent, facilement mobile, rappelant en apparence l'alcool ou l'éther. La densité du liquide à 0°C est de 0,947. A une température de 20°C, le gaz liquéfié est stocké sous une pression de 6,37 Mn/m2 (65 kg/cm2) dans des bouteilles en acier. Lorsque le liquide s'écoule librement du cylindre, il s'évapore et absorbe une grande quantité de chaleur. Lorsque la température descend jusqu'à moins 78,5°C, une partie du liquide gèle et se transforme en glace carbonique. La glace carbonique a une dureté proche de celle de la craie et a une couleur blanc mat. La neige carbonique s’évapore plus lentement que le liquide et se transforme immédiatement en état gazeux.
A une température de moins 78,9°C et une pression de 1 kg/cm 2 (9,8 MN/m 2), la chaleur de sublimation de la neige carbonique est de 136,89 kcal/kg (573,57 kJ/kg).
Dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone - tous ces noms désignent une substance que nous connaissons sous le nom de dioxyde de carbone. Alors, quelles sont les propriétés de ce gaz et quels sont ses domaines d’application ?
Le dioxyde de carbone et ses propriétés physiques
Le dioxyde de carbone est constitué de carbone et d'oxygène. La formule du dioxyde de carbone ressemble à ceci : CO₂. Dans la nature, il se forme lors de la combustion ou de la décomposition de substances organiques. La teneur en gaz de l’air et des sources minérales est également assez élevée. De plus, les humains et les animaux émettent également du dioxyde de carbone lorsqu’ils expirent.
Riz. 1. Molécule de dioxyde de carbone.
Le dioxyde de carbone est un gaz totalement incolore et invisible. Il n'a pas non plus d'odeur. Cependant, à des concentrations élevées, une personne peut développer une hypercapnie, c'est-à-dire une suffocation. Le manque de dioxyde de carbone peut également entraîner des problèmes de santé. En raison du manque de ce gaz, la condition opposée à la suffocation peut se développer : l'hypocapnie.
Si vous placez le dioxyde de carbone dans des conditions de basse température, il cristallise à -72 degrés et devient comme de la neige. Par conséquent, le dioxyde de carbone solide est appelé « neige sèche ».
Riz. 2. Neige sèche – dioxyde de carbone.
Le dioxyde de carbone est 1,5 fois plus dense que l'air. Sa densité est de 1,98 kg/m³. La liaison chimique dans la molécule de dioxyde de carbone est polaire covalente. Il est polaire car l’oxygène a une valeur d’électronégativité plus élevée.
Un concept important dans l’étude des substances est la masse moléculaire et molaire. La masse molaire du dioxyde de carbone est de 44. Ce nombre est formé de la somme des masses atomiques relatives des atomes qui composent la molécule. Les valeurs des masses atomiques relatives sont tirées du tableau de D.I. Mendeleev et sont arrondis aux nombres entiers. En conséquence, la masse molaire du CO₂ = 12+2*16.
Pour calculer les fractions massiques des éléments dans le dioxyde de carbone, il est nécessaire de suivre la formule de calcul des fractions massiques de chaque élément chimique dans une substance.
n– nombre d'atomes ou de molécules.
UN r– masse atomique relative d’un élément chimique.
M– la masse moléculaire relative de la substance.
Calculons la masse moléculaire relative du dioxyde de carbone.Mr(CO₂) = 14 + 16 * 2 = 44 w(C) = 1 * 12 / 44 = 0,27 ou 27 % Puisque la formule du dioxyde de carbone comprend deux atomes d'oxygène, alors n = 2 w(O) = 2 * 16 / 44 = 0,73 ou 73%
Réponse : w(C) = 0,27 ou 27 % ; w(O) = 0,73 ou 73 %
Propriétés chimiques et biologiques du dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone a des propriétés acides car c'est un oxyde acide et, lorsqu'il est dissous dans l'eau, il forme de l'acide carbonique :
CO₂+H₂O=H₂CO₃
Réagit avec les alcalis, entraînant la formation de carbonates et de bicarbonates. Ce gaz ne brûle pas. Seuls certains métaux actifs, comme le magnésium, y brûlent.
Lorsqu'il est chauffé, le dioxyde de carbone se décompose en monoxyde de carbone et en oxygène :
2CO₃=2CO+O₃.
Comme les autres oxydes acides, ce gaz réagit facilement avec d'autres oxydes :
СaO+Co₃=CaCO₃.
Le dioxyde de carbone fait partie de toutes les substances organiques. La circulation de ce gaz dans la nature s'effectue avec l'aide de producteurs, de consommateurs et de décomposeurs. Au cours de sa vie, une personne produit environ 1 kg de dioxyde de carbone par jour. Lorsque nous inspirons, nous recevons de l'oxygène, mais à ce moment-là, du dioxyde de carbone se forme dans les alvéoles. A ce moment, un échange se produit : l'oxygène entre dans le sang, et le dioxyde de carbone en sort.
Le dioxyde de carbone est produit lors de la production d'alcool. Ce gaz est également un sous-produit de la production d'azote, d'oxygène et d'argon. L'utilisation de dioxyde de carbone est nécessaire dans l'industrie alimentaire, où le dioxyde de carbone agit comme conservateur et où le dioxyde de carbone sous forme liquide se trouve dans les extincteurs.
DÉFINITION
Dioxyde de carbone(dioxyde de carbone, anhydride carbonique, dioxyde de carbone) – monoxyde de carbone (IV).
Formule – CO 2. Masse molaire – 44 g/mol.
Propriétés chimiques du dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone appartient à la classe des oxydes acides, c'est-à-dire En interagissant avec l’eau, il forme un acide appelé acide carbonique. L'acide carbonique est chimiquement instable et au moment de sa formation, il se décompose immédiatement en ses composants, c'est-à-dire La réaction entre le dioxyde de carbone et l'eau est réversible :
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 ×H 2 O(solution) ↔ H 2 CO 3 .
Lorsqu'il est chauffé, le dioxyde de carbone se décompose en monoxyde de carbone et en oxygène :
2CO 2 = 2CO + O 2.
Comme tous les oxydes acides, le dioxyde de carbone se caractérise par des réactions d'interaction avec des oxydes basiques (formés uniquement par des métaux actifs) et des bases :
CaO + CO 2 = CaCO 3;
Al 2 O 3 + 3CO 2 = Al 2 (CO 3) 3;
CO 2 + NaOH (dilué) = NaHCO 3 ;
CO 2 + 2NaOH (conc) = Na 2 CO 3 + H 2 O.
Le dioxyde de carbone n'entretient pas la combustion ; seuls les métaux actifs y brûlent :
CO2 + 2Mg = C + 2MgO (t) ;
CO 2 + 2Ca = C + 2CaO (t).
Le dioxyde de carbone réagit avec des substances simples telles que l'hydrogène et le carbone :
CO 2 + 4H 2 = CH 4 + 2H 2 O (t, kat = Cu 2 O) ;
CO 2 + C = 2CO (t).
Lorsque le dioxyde de carbone réagit avec les peroxydes de métaux actifs, des carbonates se forment et de l'oxygène est libéré :
2CO 2 + 2Na 2 O 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2.
Une réaction qualitative au dioxyde de carbone est la réaction de son interaction avec l'eau de chaux (lait), c'est-à-dire avec de l'hydroxyde de calcium, dans lequel se forme un précipité blanc - carbonate de calcium :
CO 2 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O.
Propriétés physiques du dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone est une substance gazeuse sans couleur ni odeur. Plus lourd que l'air. Thermiquement stable. Une fois comprimé et refroidi, il se transforme facilement en état liquide et solide. Le dioxyde de carbone à l’état solide est appelé « glace carbonique » et se sublime facilement à température ambiante. Le dioxyde de carbone est peu soluble dans l'eau et réagit partiellement avec elle. Densité – 1,977 g/l.
Production et utilisation de dioxyde de carbone
Il existe des méthodes industrielles et en laboratoire pour produire du dioxyde de carbone. Ainsi, dans l'industrie il est obtenu par combustion de calcaire (1), et en laboratoire par action d'acides forts sur des sels d'acide carbonique (2) :
CaCO 3 = CaO + CO 2 (t) (1);
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).
Le dioxyde de carbone est utilisé dans l'industrie alimentaire (limonade carbonatée), chimique (contrôle de la température dans la production de fibres synthétiques), métallurgique (protection de l'environnement, comme la précipitation des gaz bruns) et dans d'autres industries.
Exemples de résolution de problèmes
EXEMPLE 1
Exercice Quel volume de dioxyde de carbone sera libéré par l'action de 200 g d'une solution d'acide nitrique à 10 % pour 90 g de carbonate de calcium contenant 8 % d'impuretés insolubles dans l'acide ? Solution Masses molaires de l'acide nitrique et du carbonate de calcium, calculées à l'aide du tableau des éléments chimiques de D.I. Mendeleev – 63 et 100 g/mol, respectivement. Écrivons l'équation de dissolution du calcaire dans l'acide nitrique :
CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O.
ω(CaCO 3) cl = 100 % - ω mélange = 100 % - 8 % = 92 % = 0,92.
Alors, la masse de carbonate de calcium pur est :
m(CaCO 3) cl = m calcaire × ω(CaCO 3) cl / 100 % ;
m(CaCO3) cl = 90 × 92 / 100 % = 82,8 g.
La quantité de substance carbonate de calcium est égale à :
n(CaCO 3) = m(CaCO 3) cl / M(CaCO 3) ;
n(CaCO 3) = 82,8 / 100 = 0,83 mol.
La masse d'acide nitrique en solution sera égale à :
m(HNO 3) = m(HNO 3) solution × ω(HNO 3) / 100 % ;
m(HNO3) = 200 × 10 / 100 % = 20 g.
La quantité d'acide nitrique calcique est égale à :
n(HNO 3) = m(HNO 3) / M(HNO 3) ;
n(HNO3) = 20 / 63 = 0,32 mol.
En comparant les quantités de substances qui ont réagi, nous déterminons que l'acide nitrique est rare. Par conséquent, d'autres calculs sont effectués en utilisant l'acide nitrique. D'après l'équation de réaction n(HNO 3) : n(CO 2) = 2:1, donc n(CO 2) = 1/2×n(HNO 3) = 0,16 mol. Le volume de dioxyde de carbone sera alors égal à :
V(CO 2) = n(CO 2) × V m ;
V(CO2) = 0,16 × 22,4 = 3,58 g.
Répondre Le volume de dioxyde de carbone est de 3,58 g.