Reakcje chemiczne 4.4-Lecture Demonstrations-Department of Chemistry-University of Massachusetts Amherst

Reakcje chemiczne I: Równania jonowe netto

4.4 Rozpuszczalność węglanów w kwasach

Przedmioty: Reakcje chemiczne, reakcje gazotwórcze, rozpuszczalność, właściwości kwasów, kinetyka

Opis: Po dodaniu węglanu wapnia do wody jest on praktycznie nierozpuszczalny. Po dodaniu do kwasu rozpuszcza się wytwarzając dwutlenek węgla. (Opcjonalnie kinetyka: Wyższe stężenie kwasu zwiększy szybkość reakcji i wytworzy więcej gazu dwutlenku węgla w krótszym czasie). W procedurze B, węglan żelaza wyprodukowany w demonstracji 4.3 (lub wyprodukowany przed tą demonstracją) jest poddawany reakcji z kwasem chlorowodorowym (HCl). HCl rozpuszcza węglan, wytwarzając chlorek żelaza, który jest rozpuszczalny.

Reakcja A Materiały:	Dodatkowe opcjonalne materiały do kinetyki:
Odłamki marmuru‡ lub proszek CaCO3‡ 1M HCl ‡ woda 2 100 mL zlewki szpatułka i pinceta	Węglan sodu lub wodorowęglan‡ 0.1M HCl‡ 6M HCl‡ 6 zlewek o pojemności 100 mL

Wióry marmurowe i węglany są przechowywane w szafach do przechowywania chemikaliów. Kwas chlorowodorowy jest przechowywany w szafce pod okapem po prawej stronie.

Procedura A: Rozpuszczalność CaCO3

1. Wlej kwas i wodę do każdej z oznaczonych zlewek.
2. Dodaj węglan wapnia do wody, a następnie do kwasu i obserwuj.
3. Węglan wapnia rozpuści się w kwasie wytwarzając gaz CO2. Nie rozpuści się w czystej wodzie. Ksp dla węglanu wapnia w wodzie wynosi 3.4 x 10-9.

Opcja Kinetyka:

1. Dodaj kwasy do wcześniej oznakowanych zlewek.
2. Dodaj węglany do każdego z różnych stężeń kwasów i obserwuj różnicę w szybkości reakcji.

Dyskusja: W wyniku reakcji węglanów lub wodorowęglanów metali z kwasami powstaje halogenek metalu i kwas węglowy, który rozkłada się do dwutlenku węgla i wody w następujący sposób:

CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2CO3(aq)

H2CO3(aq) → H2O(l) + CO2(g)

Ogółem: CaCO3(s) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Na2CO3(s) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H2CO3(aq)

H2CO3(aq) → H2O(l) + CO2(g)

Ogółem: Na2CO3(s) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g)

Stężenie roztworów może mieć wpływ na szybkość reakcji. W tym przypadku, im wyższe stężenie kwasu, tym szybciej zachodzi reakcja.

Procedura B: Węglan żelaza w HCl

Materiały:

• Fe2(CO3)3* w roztworze
• 1M HCl
• 6M HCl
• 2 zlewki 100 mL
• 1. Zlewka 250 mL (jeśli robimy Fe2(CO3)3)
• Pręty do mieszania
• Płytka do mieszania

*(Zachowane z demo 4.3 lub wyprodukować wcześniej przez dodanie ~50 mL 0.1 M Na2CO3 do ~50 mL 0.1M FeCl3 w zlewce o pojemności 250 mL)

Procedura:

1. Dodaj 1M HCl do jednej zlewki 100 mL i dodaj 6M HCl do drugiej zlewki 100 mL
2. Dodaj pręt mieszający do roztworu węglanu żelaza i umieść go na płytce mieszającej i mieszaj.
3. Powoli dodawaj 1M HCl, aż roztwór będzie przezroczysty.
4. Jeśli reakcja przebiega zbyt wolno, dodaj 6M HCl.

Dyskusja:

Fe2(CO3)3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2CO3

3H2CO3(aq) → 3H2O(l) + 3CO2(g)

Ogółem: Fe2(CO3)3(s) + 6HCl(aq) → 2FeCl3(aq) + 3H2O(l) + 3CO2(g)

Bezpieczeństwo:

HCl jest żrący. Należy pamiętać o noszeniu odpowiedniego sprzętu ochronnego, w tym rękawic i okularów ochronnych.

Usuwanie:

Roztwory z procedury A mogą być spłukane wodą w zlewie. Chlorek żelaza powinien być usunięty do odpowiedniego pojemnika na odpady wodne.