Цели урока:

• изучить химические свойства солей угольной кислоты – карбонатов и гидрокарбонатов;
• приобрести навыки в решении расчётных и экспериментальных задач

Оборудование и реактивы. Коллекция минералов карбонатов и гидрокарбонатов (мел, мрамор, известняк, кальцит, доломит, сидерит, малахит), растворы гидроксида натрия, карбонат натрия, известковая вода, соляная кислота (1:3), 10%-я серная кислота, фенолфталеин, прибор для получения газов, стеклянная трубка, горелка, стаканы, пробирки, чашка Петри.
Плакаты. «Схема образования сталактитов, сталагмитов, «Соли угольной кислоты и их названия.», таблица растворимости, периодическая система химических элементов.

Ход урока

Учитель. Сегодня мы должны изучить свойства угольной кислоты и её солей, но прежде чем отправиться в увлекательный мир карбонатов, нам надо сосредоточиться. В связи с этим, как всегда, тест-опрос.
У каждого учащегося на столе листок с вопросами.
Время размышления – не более 20 с.
Тест – экспресс.

1) Электронная конфигурация атома углерода?

2) Разновидности простого вещества, образованные одним и тем же химическим элементом?

3) Количество электронов на внешней электронной оболочке элементов IV группы главной подгруппы?

4) Летучие водородные соединения углерода и кремния?

5) Формула высших оксидов элементов IVа группы?

6) Масса 0,5 моль свинца?

7) Объем 2 моль метана при н.у.?

8) Чего больше по массе в угарном газе – кислорода или углерода?

9) Степень окисления углерода в угарном и углекислом газах?

10) Где больше атомов – в 1 литре угарного или в 1 литре углекислого газах?

Коллективно обсуждаем правильность ответов и проверяем сами свои работы. Ставим себе оценку.
Учитель. На предыдущем уроке мы рассмотрели свойства углекислого газа. Как обнаружить его среди других газообразных веществ?
Ученик. CO2 не поддерживает горения; лучина, внесённая в сосуд с ним, гаснет.
Учитель. Хорошо, но подобным свойством обладают некоторые другие газы, например азот.
Ученик. Если пропускать СО2 через известковую воду, то она мутнеет.
Учитель. Замечательно. Запишем уравнение этой реакции.
Ученик пишет уравнение реакции, а затем его просят продемонстрировать это самым доступным способом. Проще всего подуть через стеклянную трубку в пробирку с известковой водой. Из уроков биологии вспоминают, что при дыхании поглощается кислород и выделяется СО2. Фокус-покус для народа: стоит лишь подуть сквозь воду, как она легко –легко превратится в молоко!
CO2 + CaCO3 + H2O2

Учитель. Как получить углекислый газ в лабораторных условиях в больших количествах?
Ученик. Получить CO2 можно действием сильных кислот на соли угольной кислоты, например карбонат кальция.
Учитель. Решим конкретную экспериментальную задачу. На ваших столах в пробирках находятся кристаллы кальцита. Какую кислоту вы предпочли бы для получения CO2: серную, соляную или азотную?
У доски 3 ученика записывают уравнения реакций, а затем учащиеся выполняют задачу экспериментально.
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2H+ + 2Cl- → Ca2+ + 2Cl- + H2O + CO2
CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + H2O + CO2
CaCO3 + H2SO4 →CaSO4 + H2O +CO2
CaCO3 + 2H+ + SO4(2-) → CaSO4 + H2O + CO2
CaCO3 + 2HNO3 →Ca(NO3)2 + H2O + CO2
CaCO3 + 2H+ +2NO3- →Ca2+ + 2NO3- + H2O + CO2
CaCO3 + 2H+ → Ca2+ + H2O + CO2
Для получения CO2 лучше всего использовать HNO3 или HCl. При действии серной кислоты образуется поверхностная плёнка CaSO4 – малорастворимая соль, препятствующая дальнейшему течению реакции.
Обратите внимание на краткое ионное уравнение. Действие сильной кислоты может служить качественной реакцией на карбонаты. Геологи в полевых условиях именно так отличают карбонатные V от силикатных.
Демонстрационный опыт.
На образцы горных пород наносится капля соляной кислоты. «Вскипание» — свидетельствует о присутствии солей угольной кислоты.
Об удивительном свойстве некоторых минералов растворяться в кислотах знала, очевидно, и египетская царица Клеопатра, которая, по преданию, выпила во время пира кубок вина с растворенной жемчужиной. А жемчуг – это минерал арагонит CaCO3.
Впрочем, знание азов химии необходимо не только великим, но и простым людям. На одной из железнодорожных станций в восьмидесятые годы прошлого века произошла авария, при которой на рельсы из повреждённых цистерн вылилась серная кислота. За двое суток руководство станции так и не решило проблемы нейтрализации кислоты, которая за это время «съела» рельсы, не считая экономического ущерба, который был нанесён остановкой движения.
Каково же решение проблемы, если учесть, что рядом со станцией работали два карьера – песчаный и меловой. (рельсы надо было посыпать мелом).
Вернёмся к получению CO2 в лабораторных условиях. Каким методом можно собирать CO2.
А: метод вытеснения воздуха, т. К. M(CO2)=44; Mвозд=29, т. е. CO2 тяжелее воздуха.
Б: метод вытеснения воды невозможен из-за протекания реакции: CO2 + H2O ↔ H2CO3.
Демонстрационный опыт.
Учитель демонстрирует пропускание CO2 через налитую в пробирку воду, подкрашенную лакмусом – через некоторое время лакмус краснеет из-за получившейся кислоты.
Когда пьют любой газированный напиток, то пьют в какой-то мере растворы угольной кислоты, которая благополучно разлагается в желудке.
Учитель: дайте хар-ку угольной кислоты.
Ученик: кислородсодержащая, двухосновная, слабая, непрочная, а поэтому летучая. Существует только в растворе, при нагревании или стоянии разлагается.
Учитель: как диссоциирует угольная кислота
Ученик: ступенчато:
1. H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
2. HCO3 ↔ H+ CO3(2-)
Вывод:                                                                          соли угольной кислоты

нормальные – карбонаты                                      кислые – гидрокарбонаты

Ученик выполняет опыт и записывает уравнения реакции.
Демонстрируется помутнение известковой воды с последующим растворением выпавшего осадка при дальнейшем пропускании CO2 через смутный раствор и новое появление осадка при нагревании ставшего прозрачным раствора.

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2
Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

Записанные уравнения реакции играют огромную роль в формировании облика нашей планеты. Углекислый газ создает подземные дворцы в толщах карбонатных пород. Он способен под землёй перемещать тысячи тонн известняка. По трещинам в горных породах вода, содержащая растворенный в ней CO2, попадает в толщу известняка, образуя полости карстовые пещеры. Гидрокарбонат кальция существует только в растворе. Грунтовые воды перемещаются в земной коре, испаряя в подходящих условиях воду.
Ca(HCO3)2 CaCO3 + CO2 + H2O
Так образуются в пещерах свисающие вниз причудливые сталактиты и прямостоящие сталагмиты. Очень много карстовых пещер у нас в Крыму. Их изучением занимается наука спемология.
В повседневной жизни нам часть приходится сталкиваться с солями угольной кислоты. У вас на столе раздаточный материал.
Рассмотрим их и запишем в тетрадь тривиальные названия солей в тетрадь.
Соли угольной кислоты: известняк, мрамор, мел (CaCO3)
На земле живут три брата
Из семейства Карбонатов.
Старший брат – красавец Мрамор,
Славен именем Карары,
Превосходный зодчий. Он
Строил Рим и Парфенон.

Всем известен Известняк,
Потому и назван так,
Знаменит своим трудом,
Возводя за домом дом.

И способен, и умел
Младший мягкий братец Мел.
Как рисует, посмотри,
Этот CaCO3!

Доломит CaCO3 MgCO3 – обычно содержит глины и известняки, применяется для получения извести, солей магния, как удобрение (доломитовая мука).
Малахит Cu2(OH)2CO3 – хрупкий, цвет ярко-зелёный, темно-зелёный, блестит. Из него изготавливают художественно – декоративные предметы, используют для получения меди. Сидерит FeCO3 – минерал бурого цвета, служит рудой для получения железа.
Кальцинированная сода Na2CO3 – белый порошок, используется в производстве стекла, мыла, бумаги, моющих средств.
Питьевая сода NaHCO3 – белый порошок, плохо растворяется в воде; применяется в медицине, в пищевой промышленности, как средство огнетушения.
А теперь представьте: у вас в квартире ремонт. В двух ведрах приготовлены материалы для ремонта: суспензия мела для побелки потолков в комнате и суспензия гашеной извести для побелки кухни. Помогите родителям их отличить.
Ответ: различить два раствора можно с помощью уксусной кислоты: при ее добавлении к суспензии мела будет выделяться CO2, который обнаруживается по пузырькам и шипению, а при добавлении кислоты к суспензии Ca(OH)2 происходит реакция нейтрализация, которая не сопровождается внешними эффектами.
CaCO3 + 2CH3COOH (CH3COO)2Ca + CO2 + H2O
Ca(OH)2 + 2CH3COOH (CH3COO)2Ca + 2H2O

Задача:
Вычислить массу оксида кальция, полученного при прокаливании 250г известняка.

Скачать урок по химии #2: «Карбонаты»