مهام. 1. الحصول على ثاني أكسيد الكربون عن طريق تفاعل الرخام مع حمض الهيدروكلوريك.
2. دراسة بعض الخواص الفيزيائية لثاني أكسيد الكربون (IV) (اللون، الرائحة، الذوبان في الماء، الكثافة النسبية).
3. أ) دراسة تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء، ب) إجراء التحولات التالية؛
4. التعرف على الحجر الجيري ضمن العينات المعدنية الصادرة .
5. احصل على كربونات الباريوم باستخدام تفاعل التبادل.
معدات. جهاز للحصول على غازات مملوءة بقطع الرخام وحمض الهيدروكلوريك، حامل مختبر، حامل به أنابيب اختبار، ماصات، أكواب سعة 150 مل (2 قطعة)، دائرة من الورق المقوى للزجاج، حاملات أنابيب اختبار (2 قطعة)، جهاز التدفئة.
مواد. محلول 10% من كربونات الصوديوم وكلوريد الباريوم، 10% حمض الهيدروكلوريك، ماء الجير، محلول عباد الشمس، الماء المقطر، معادن الجبس، الكاولين، الحجر الجيري، الكوارتز.
استكمال العمل
1. الحصول على أول أكسيد الكربون (IV). قم بشحن الجهاز لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (الشكل 22.4). احصل على ثاني أكسيد الكربون، واجمعه في كوب وغطيه بدائرة من الورق المقوى. (لماذا؟)
2. دراسة خواص أول أكسيد الكربون (IV). ضع عود ثقاب مشتعل في كوب. ماذا تشاهد؟ "صب" المحتويات في كوب آخر. استخدم عود ثقاب مشتعل للتأكد من أن ثاني أكسيد الكربون قد "فاض" بالفعل من كوب إلى آخر.
ما خاصية ثاني أكسيد الكربون الكامنة وراء هذه التجربة؟ وصف الخواص الفيزيائية للغاز قيد الدراسة.
صب الماء المقطر في أنبوب اختبار (لربع حجمه)، ثم قم بتلوينه باللون الأرجواني
لص عباد الشمس وتمرير ثاني أكسيد الكربون عبر هذا الماء حتى يتغير لون المؤشر. لماذا تغير لون عباد الشمس؟ اكتب معادلة للتفاعل المقابل. سخني محتويات أنبوب الاختبار حتى يبدأ بالغليان. لماذا تغير لون عباد الشمس مرة أخرى؟ وضح ذلك باستخدام معادلة التفاعل.
3. صب ماء الجير في أنبوب اختبار (ربع حجمه) وتمرير ثاني أكسيد الكربون من خلاله. ماذا تلاحظ؟ أين يتم استخدام رد الفعل هذا عمليا؟ استمر في غلي ثاني أكسيد الكربون عبر الخليط الغائم حتى يصبح المحلول صافيًا تمامًا. ماذا حدث؟ اكتب معادلات للتفاعلات المرصودة.
قسّم محتويات أنبوب الاختبار مع بيكربونات الكالسيوم الناتجة إلى قسمين متساويين. أضف ماء الليمون إلى أحد أنبوبي الاختبار، وقم بتسخين الآخر حتى يبدأ المحلول في الغليان. ماذا تلاحظ؟ اشرح ما يحدث باستخدام معادلات التفاعل. استخلص النتائج: أ) كيف يمكن تحويل الكربونات إلى بيكربونات؛ ب) كيف يمكن تحويل البيكربونات إلى كربونات.
4. من المعادن الممنوحة لك، استخدم التفاعلات الكيميائية لتحديد الحجر الجيري. اكتب المعادلات الأيونية للتفاعل.
5. الحصول على كربونات الباريوم عن طريق تفاعل التبادل. أثبت تجريبيا أن الراسب هو في الواقع كربونات. اكتب المعادلات الأيونية الكاملة والمخفضة للتفاعلات المنجزة.
1.
قم بتغطية الزجاج بدائرة من الورق المقوى حتى لا يهرب ثاني أكسيد الكربون.
وصف طرق الحصول على الغازات الصناعية وإنتاجها (النيتروجين، الأرجون، الهيدروجين، الهيليوم، الأكسجين، البروبان، حمض الكربونيك).
الحصول على الغازات الصناعية وإنتاجها.
في الوقت الحاضر، الطريقة الرئيسية للحصول على الغازات الصناعية في الغلاف الجوي - الأكسجين والنيتروجين والأرجون - هي فصل الهواء. هناك ثلاث طرق لفصل الهواء - المبردة، والامتزاز والغشاء.
فصل الهواء المبرد
الهواء المجفف في الغلاف الجوي عبارة عن خليط يحتوي على 21٪ أكسجين و 78٪ نيتروجين من حيث الحجم، و 0.9٪ أرجون وغازات خاملة أخرى وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وما إلى ذلك. وللحصول على غازات جوية نقية تقنيًا، يتعرض الهواء للتبريد العميق وتسييله (درجة الحرارة). غليان الهواء السائل عند الضغط الجوي -194.5 درجة مئوية.)
تبدو العملية كما يلي: يمر الهواء الذي يتم امتصاصه بواسطة ضاغط متعدد المراحل أولاً عبر مرشح الهواء، حيث يتم تنظيفه من الغبار، ويمر عبر مزيل الرطوبة، حيث يتكثف الماء عند ضغط الهواء، ومبرد الماء الذي يبرد الهواء. ويزيل الحرارة المتولدة أثناء الضغط. لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء، يتم تشغيل جهاز - جهاز تكليس مملوء بمحلول مائي من الصودا الكاوية. تعد الإزالة الكاملة للرطوبة وثاني أكسيد الكربون من الهواء أمرًا ضروريًا، حيث أن تجميد الماء وثاني أكسيد الكربون عند درجات حرارة منخفضة يسد خطوط الأنابيب ومن الضروري إيقاف التثبيت لإزالة الجليد والنفخ.
بعد المرور عبر بطارية التجفيف، يدخل الهواء المضغوط إلى ما يسمى بالموسع، حيث يحدث تمدد حاد، وبالتالي تبريده وتسييله. يخضع الهواء السائل الناتج إلى التقطير التجزيئي أو التصحيح في أعمدة التقطير. مع التبخر التدريجي للهواء السائل، يتبخر النيتروجين بشكل أساسي في البداية، ويتم إثراء السائل المتبقي بشكل متزايد بالأكسجين. وبتكرار عملية مماثلة عدة مرات على ألواح التقطير لأعمدة فصل الهواء، يتم الحصول على الأكسجين السائل والنيتروجين والأرجون بدرجة النقاء المطلوبة. تعتمد إمكانية التقطير الناجح على وجود فرق كبير إلى حد ما (حوالي 13 درجة مئوية) بين نقاط غليان النيتروجين السائل (-196 درجة مئوية) والأكسجين (-183 درجة مئوية). يصعب إلى حد ما فصل الأرجون عن الأكسجين (-185 درجة مئوية). علاوة على ذلك، تتم إزالة الغازات المنفصلة لتراكمها في خزانات مبردة خاصة، والتي يتم توريدها منها لاستخدامها الخاص أو للبيع.
تتيح الطريقة المبردة لفصل الهواء الحصول على غازات بأعلى جودة - الأكسجين بنسبة تصل إلى 99.9٪، والأرجون والنيتروجين بنسبة تصل إلى 99.9995٪. يمكن أن تصل الإنتاجية إلى 70.000 متر مكعب في الساعة.
طريقة الامتزاز بالدورة القصيرة (PSA).
يعد فصل الهواء المبرد، بكل معاييره النوعية، وسيلة مكلفة إلى حد ما للحصول على الغازات الصناعية. إن طريقة الامتزاز لفصل الهواء، التي تعتمد على الامتصاص الانتقائي لغاز أو آخر بواسطة المواد الماصة، هي طريقة غير مبردة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع بسبب المزايا التالية:
- قدرة فصل عالية للمكونات الممتزة، اعتمادًا على اختيار المادة المازة؛
- البدء والتوقف السريع بالمقارنة مع التركيبات المبردة؛
- مرونة أكبر في التثبيت، أي. القدرة على تغيير طريقة التشغيل والإنتاجية والنظافة بسرعة حسب الحاجة؛
- التحكم في الوضع التلقائي
- إمكانية التحكم عن بعد
- انخفاض تكاليف الطاقة مقارنة بالوحدات المبردة؛
- تصميم الأجهزة البسيطة؛
- تكاليف صيانة منخفضة.
- انخفاض تكلفة التركيبات مقارنة بالتقنيات المبردة؛
يتم استخدام طريقة الامتزاز لإنتاج النيتروجين والأكسجين، حيث أنها توفر معايير جودة ممتازة بتكلفة منخفضة.
مبدأ الاستلام نتروجينمع التقييم القطري المشترك بسيط ولكنه فعال. يتم تزويد الهواء إلى جهاز الامتزاز - كربونالمناخل الجزيئية عند الضغط المرتفع ودرجة الحرارة المحيطة. أثناء العملية، يتم امتصاص الأكسجين (O 2 ) بواسطة المادة المازة بينما يمر النيتروجين (N 2 ) عبر الجهاز. يمتص الممتز الغاز حتى يصل إلى حالة التوازن بين الامتزاز والامتزاز، وبعد ذلك يجب إعادة توليد الممتز، أي. إزالة المكونات الممتصة من سطح الممتزات. يمكن القيام بذلك إما عن طريق رفع درجة الحرارة أو عن طريق تحرير الضغط. عادة، يستخدم الامتزاز المتأرجح للضغط التجديد عن طريق إزالة الضغط. المدة القصيرة لدورات الامتزاز والتجديد، عادة خلال بضع دقائق، أعطت الاسم الفعلي للعملية - "امتزاز الدورة القصيرة". تصل نسبة نقاء النيتروجين باستخدام هذه التقنية إلى 99.999%.
في مصانع الإنتاج الأكسجينالحقيقة المعروفة هي أن النيتروجين يتم امتصاصه ألومينوسيليكاتالمناخل الجزيئية أسرع بكثير من الأكسجين. لفصل النيتروجين عن الأكسجين، يتم ضغط الهواء أولاً ثم تمريره عبر جهاز امتزاز، مما يؤدي إلى إنتاج أكسجين نقي نسبيًا عند المخرج. تصل نسبة نقاء الأكسجين كمنتج تم الحصول عليه بهذه التقنية إلى 95%. شوائبها الملوثة الرئيسية هي الأرجون بشكل رئيسي. يتم تجديد المادة المازة عند الضغط الجوي أو الفراغ.
عادةً ما يتم تجميع محطات الامتزاز المتأرجحة بالضغط بالكامل واختبارها في المصنع، أي في المصنع. يتم تسليمها للمستهلك في حالة جاهزية المصنع الكاملة، مما يضمن التثبيت السريع، ولها نطاق أداء من 10 إلى 6000 نانومتر 3 / ساعة.
تكنولوجيا الغشاء
بدأ الاستخدام الصناعي لتقنية فصل الغاز الغشائي في السبعينيات وأحدث ثورة حقيقية في صناعة فصل الغاز. حتى يومنا هذا، تتطور هذه التكنولوجيا بنشاط وتصبح أكثر انتشارًا بسبب كفاءتها الاقتصادية العالية. في الحالات التي لا يكون فيها الغاز النقي جدًا، وخاصة النيتروجين، مطلوبًا، مع كميات كبيرة نسبيًا من الاستهلاك، فقد حلت هذه التكنولوجيا بالكامل تقريبًا محل الطرق البديلة للحصول على الغازات - المبردة والامتزاز. في إنتاج النيتروجين بنقاء يصل إلى 99.9% وسعة تصل إلى 5000 نانومتر مكعب/ساعة، تكون مصانع الأغشية أكثر ربحية بشكل ملحوظ من غيرها. إن تصميم محطات فصل الغاز الغشائي ومحطات فصل الهواء الحديثة موثوق به بشكل استثنائي. بادئ ذي بدء، يتم ضمان ذلك من خلال حقيقة أنه ليس لديهم أي أجزاء متحركة، لذلك يتم استبعاد الأعطال الميكانيكية تقريبا. لم يعد غشاء فصل الغاز الحديث، وهو العنصر الرئيسي في التركيب، عبارة عن غشاء أو فيلم مسطح، بل عبارة عن ألياف مجوفة. يتكون غشاء الألياف المجوف من ألياف بوليمر مسامية مع طبقة فصل الغاز المترسبة على سطحه الخارجي. جوهر تشغيل وحدة الغشاء هو النفاذية الانتقائية لمادة الغشاء بواسطة مكونات الغاز المختلفة. يعتمد فصل الهواء باستخدام أغشية انتقائية على حقيقة أن جزيئات مكونات الهواء لها نفاذية مختلفة من خلال أغشية البوليمر. يتم ترشيح الهواء، وضغطه إلى الضغط المطلوب، وتجفيفه ثم تغذيته من خلال وحدة الغشاء. تمر المزيد من جزيئات الأكسجين والأرجون "السريعة" عبر الغشاء ويتم إزالتها إلى الخارج. كلما زاد عدد الهواء الذي يمر عبر الوحدات، زاد تركيز النيتروجين N 2. يعتبر الحصول على النيتروجين بمحتوى مادة أساسية يتراوح بين 93-99.5% هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة.
وفيما يلي رسوم بيانية لاختيار استخدام أنواع معينة من الغازات الصناعية حسب حجم الاستهلاك ودرجة النقاء المطلوبة.
الحصول على الهيليوم
الهيليوم هو غاز شفاف، عديم الرائحة والطعم، وهو ثاني أكبر عنصر في الوزن الذري بعد الهيدروجين. وهو خامل تمامًا، أي أنه لا يدخل في أي ردود فعل. من بين جميع المواد، يمتلك الهيليوم أدنى درجة غليان تبلغ -269 درجة مئوية. الهيليوم السائل هو أبرد سائل. "يتجمد" الهيليوم عند -272 درجة مئوية. درجة الحرارة هذه أعلى بدرجة واحدة فقط من درجة حرارة الصفر المطلق. على المستوى الصناعي، يمكن الحصول على الهيليوم بطريقتين - إما من أحشاء الأرض، أو عن طريق فصل الهواء. وهذا الغاز نادر على الأرض: حيث أن 1 م3 من الهواء يحتوي فقط على 5.2 سم3 من الهيليوم، أي. 0.00052% فقط، وكل كيلوغرام من المواد الأرضية يحتوي على 0.003 ملغ من الهيليوم. من حيث الانتشار في الكون، يحتل الهيليوم المرتبة الثانية بعد الهيدروجين: يمثل الهيليوم حوالي 23٪ من الكتلة الكونية.
على الأرض، يتم إنتاج الهيليوم باستمرار عن طريق اضمحلال اليورانيوم والثوريوم والعناصر المشعة الأخرى. يتراكم الهيليوم في تراكمات الغاز الحرة في الأمعاء وفي الزيت. تصل هذه الودائع إلى نطاق صناعي. تم العثور على أقصى تركيز للهيليوم (10-13%) في تراكمات الغاز الحر وغازات مناجم اليورانيوم و(20-25%) في الغازات المنطلقة تلقائياً من المياه الجوفية. كلما تقدم عمر الصخور الرسوبية الحاملة للغاز وكلما زاد محتوى العناصر المشعة فيها، زادت نسبة الهيليوم في تركيب الغازات الطبيعية.
يتم إنتاج الهيليوم على نطاق صناعي من الغازات الطبيعية والبترولية ذات التركيب الهيدروكربوني والنيتروجين. وفقًا لجودة المواد الخام، تنقسم رواسب الهيليوم إلى: غنية (محتوى > 0.5% من حيث الحجم)؛ عادي (0.10-0.50) وضعيف (<0,10). Месторождения таких газов имеются в России, США, Канаде, Китае, Алжире, Польше и Катаре.
للفصل عن الغازات الأخرى، يتم استخدام التقلب الاستثنائي للهيليوم المرتبط بدرجة حرارة تميعه المنخفضة. وبعد تكثيف جميع مكونات الغاز الطبيعي الأخرى بالتبريد العميق، يتم ضخ غاز الهيليوم إلى الخارج. ثم يتم تنقيته من الشوائب. تصل نسبة نقاء الهيليوم المصنع إلى 99.995%. أكبر منتج للهيليوم في أوروبا هو مصنع أورينبورغ للهيليوم (10 ملايين لتر من الهيليوم السائل سنويًا).
عند تلقي الهيليوم بها فصل الهواءتم تجهيز محطات فصل الهواء الكبيرة (1000 - 3000 طن من الأكسجين يوميًا) بمركزات خاصة وأجهزة من النوع العمودي تعمل على فصل وتجميع خليط الكريبتون والزينون في الأكسجين والنيون والهيليوم في النيتروجين. تتم بعد ذلك معالجة المخاليط الخام للحصول على منتج نقي. يمكن أن تصل نسبة نقاء الهيليوم إلى 99.9999%. تعد شركة Iceblick واحدة من أكبر الشركات المنتجة للهيليوم من الهواء.
الحصول على ثاني أكسيد الكربون
هناك الطرق الصناعية التالية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون:
- عن طريق استعادة ثاني أكسيد الكربون من غازات التخميرفي معامل التقطير ومصانع الجعة.
- عن طريق استعادة ثاني أكسيد الكربون من غازات النفاياتعمليات الإنتاج المختلفة.
- بالتعدين من باطن الأرض مصادر طبيعية؛
من غازات المداخنومنتجات الاحتراق؛
– عن طريق إنتاج ثاني أكسيد الكربون عن طريق الاحتراق المباشرالوقود الغازي أو السائل.
وبناء على ذلك، اعتمادا على تركيز ثاني أكسيد الكربون، يمكن تقسيم مصادره بشكل مشروط إلى ثلاث مجموعات.
الأول تتكون المجموعة من مصادر المواد الخام التي يمكن إنتاج ثاني أكسيد الكربون النقي منها دون معدات خاصة لزيادة تركيزه. تشمل هذه المجموعة:
أ) غازات الصناعات الكيماوية والبتروكيماوية (إنتاج الأمونيا والهيدروجين وغيرها من المنتجات) التي تحتوي على نسبة 98-99٪ من ثاني أكسيد الكربون؛ ب) غازات التخمير الكحولي في مصانع الجعة والتقطير ومصانع التحلل المائي بنسبة 98-99% من ثاني أكسيد الكربون؛ ج) الغازات من المصادر الطبيعية بنسبة 92-99% ثاني أكسيد الكربون.
ثانية تتكون المجموعة من مصادر المواد الخام التي يضمن استخدامها إنتاج ثاني أكسيد الكربون النقي بطريقة التكثيف الجزئي.
تشمل هذه المجموعة غازات بعض الصناعات الكيميائية التي تحتوي على 80-95% ثاني أكسيد الكربون.
إعدادات استعادةتم تصميم ثاني أكسيد الكربون لاستخراج ثاني أكسيد الكربون من غازات المجموعتين الأولى والثانية. الغازات التي يتم الحصول عليها في عمليات التخمير في إنتاج الكحول أو البيرة هي ثاني أكسيد الكربون النقي عمليا، والذي يحتوي على بخار الماء وآثار المركبات العضوية (أنهيدريد الكبريت، كبريتيد الهيدروجين، زيوت الفيوزيل والألدهيدات)، والتي يمكن غسلها بسهولة بالماء. محتوى ثاني أكسيد الكربون في ما يسمى. تعتمد الغازات المتوسعة على نوع العمليات التكنولوجية لإنتاج المواد الكيميائية ويمكن أن تصل إلى 99.9٪. أما باقي الحجم فيشغله بخار الماء والشوائب منخفضة الغليان، خاصة الهيدروجين. لجلب ثاني أكسيد الكربون إلى جودة الغذاء (99.995% CO 2 و0.0005% O 2)، تم تجهيز هذه المحطات بنظام تنقية التقطير (التقطير).
في ثالث تضم المجموعة مصادر للمواد الخام التي يتيح استخدامها إنتاج ثاني أكسيد الكربون النقي فقط بمساعدة معدات خاصة. تتضمن هذه المجموعة المصادر:
أ) يتكون بشكل رئيسي من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون (منتجات احتراق المواد المحتوية على الكربون، على سبيل المثال، الغاز الطبيعي والوقود السائل وفحم الكوك في الغلايات ومكبس الغاز ومحطات توربينات الغاز التي تحتوي على 8-20٪ ثاني أكسيد الكربون؛ من -
غازات المداخن الصادرة عن مصانع الجير والأسمنت بنسبة 30-40% من ثاني أكسيد الكربون؛ الغازات العلوية للأفران العالية بنسبة 21-23% من ثاني أكسيد الكربون)؛
ب) تتكون أساسًا من الميثان وثاني أكسيد الكربون وتحتوي على شوائب كبيرة من الغازات الأخرى (الغاز الحيوي وغاز مدافن النفايات من المفاعلات الحيوية بنسبة 30-45٪ من ثاني أكسيد الكربون؛ والغازات المصاحبة في استخراج الغاز الطبيعي والنفط بمحتوى 20-40٪ من ثاني أكسيد الكربون) .
عند استخدام مصادر المواد الخام من المجموعة الثالثة، غالبا ما تستخدم محطات ثاني أكسيد الكربون من نوع الامتصاص والامتصاص مع المواد الماصة الكيميائية السائلة. وتعد هذه إحدى الطرق الصناعية الرئيسية للحصول على ثاني أكسيد الكربون النقي. تعتبر غازات المداخن المادة الخام الأكثر شيوعًا لإنتاج ثاني أكسيد الكربون، ويعتبر الغاز الطبيعي المصدر الأمثل للمواد الأولية. عند حرق الغاز الطبيعي، لا توجد مركبات كبريتية وشوائب ميكانيكية في الدخان.
يبدو المخطط النموذجي للحصول على ثاني أكسيد الكربون كما يلي: يدخل البخار المخصب بثاني أكسيد الكربون إلى أجهزة غسل الغاز، حيث يتم فصل الشوائب الميكانيكية والهيدروكربونات الثقيلة. يتم ضغط الغاز وتمريره عبر جهاز تنقية يزيل الرطوبة والغازات غير المرغوب فيها.
ويمكن تجميع ثاني أكسيد الكربون المنتج في صهاريج تخزين طويلة الأجل، وتغذيته إلى محطة شحن الأسطوانات وطفايات الحريق، وصهاريج النقل، ومصانع إنتاج الثلج الجاف، مباشرة إلى خطوط إنتاج الغاز.
الحصول على الهيدروجين
هناك نوعان من المخططات الرئيسية للحصول على الهيدروجين.
محطات التحليل الكهربائي. بالنسبة لصغار مستهلكي الهيدروجين، يتم توفير محللات كهربائية بسعة 0.5 إلى 1000 م 3 / ساعة. نقاء 99.9% وما فوق يمكن أن يلبي متطلبات الصناعات الغذائية والكيميائية والإلكترونية. إنتاج الهيدروجين الفني عن طريق التحليل الكهربائييتضمن المراحل المتسلسلة الرئيسية التالية: التحلل الكهربائي للماء إلى هيدروجين وأكسجين 2H2O → 2H2+O2؛ التنقية الحفزية للهيدروجين الناتج من الأكسجين؛ ضغطه في الضواغط الترددية. تجفيف الامتزاز تعبئة في اسطوانات أو حاويات.
إصلاح البخار. باستخدام مصدر الهيدروكربونات وعملية الإصلاح، من الممكن إنتاج الهيدروجين بكميات صغيرة ومتوسطة وكبيرة وبالجودة التي يحتاجها المستهلك. وعادة ما يتم تقديم محطات من 100 إلى 5000 م3/ساعة، وتستخدم مصافي النفط محطات بسعة تزيد عن 20000 م3/ساعة. تبدو العملية كما يلي:فييتم خلط الهيدروكربونات (الميثانول، البروبان، الغاز الطبيعي، النفط) المستخدمة كوقود مع بخار المعالجة، ويتم تسخينها إلى 480 درجة مئوية وفصلها في مفاعل باستخدام محفز قائم على النيكل وفقًا للصيغة البسيطة CH 4 + H 2 O + 230 كيلوجول. \u003d ثاني أكسيد الكربون + 3H2
تم دمج محطة امتزاز الهيدروجين في نظام التحكم الحالي وهي مؤتمتة بالكامل.
الحصول على الأسيتيلين
تم الحصول على الأسيتيلين لأول مرة في عام 1836 من قبل إدموند ديفي عن طريق معالجة كربيد البوتاسيوم K2C2 مع الماء، وقد أطلق عليه الكيميائي بيرثيلوت هذا الاسم في عام 1860.
بدأ الإنتاج الصناعي للأسيتيلين بإنتاج كربيد الكالسيوم بكميات كبيرة. وفي المقابل، يتم الحصول على كربيد الكالسيوم عن طريق تلبيد الحجر الجيري وفحم الكوك (الفحم) CaO + 3C = CaC 2 + CO. لا يوجد إنتاج كبير من كربيد الكالسيوم في أوكرانيا.
عند معالجة كربيد الكالسيوم بالماء يتكون الأسيتيلين:
CaC 2 + 2H 2 O \u003d C 2 H 2 + Ca (OH) 2
يتم الحصول على معظم الأسيتيلين المنتج في أوكرانيا من كربيد الكالسيوم. ولهذا تستخدم مولدات صناعية خاصة، يتم فيها تنقية الأسيتيلين من شوائب الكبريت والأمونيا والفوسفور، ومن الرطوبة، ومن ثم ضخه في اسطوانات بواسطة الضواغط.
وللاستخدام المنزلي، يتم استخدام مولدات محمولة صغيرة، ولكن الأسيتيلين المنتج فيها عادة ما يكون رطبًا وبه شوائب. بالإضافة إلى ذلك، من المستحيل إيقاف عملية تكوين الأسيتيلين، الأمر الذي قد يكون غير مناسب للوظائف الصغيرة. في الطقس البارد، يعد استخدام المولدات الصغيرة أيضًا مشكلة بسبب خطر تجمد الماء.
الطريقة الثانية للحصول على الأسيتيلين - الانحلال الحراري التأكسدي للميثانوالهيدروكربونات الأخرى وفقًا للصيغة 2CH 4 →C 2 H 2 +3H 2، يتم إجراؤها عند درجة حرارة مرتفعة تبلغ 1200-1500 درجة. يتبعه التبريد السريع. الأسيتيلين هنا هو منتج وسيط في إنتاج المزيد من منتجات التخليق العضوي. تعتبر طريقة الانحلال الحراري غير مربحة اقتصاديًا فقط لإنتاج الأسيتيلين، لذلك يتم استخدامها في المصانع التي تنتج معالجتها الإضافية في المطاط الصناعي، وخلات الفينيل، وكلوريد الفينيل، والإيثيلين، والبوتادين، والستيرين وغيرها من المنتجات. في أوكرانيا، هذا هو سيفيرودونيتسك أزوت.
الحصول على البروبان.
يُفهم البروبان عادة على أنه خليط مسال من الهيدروكربونات، والذي يتضمن الغازات التالية:
الإيثان - C2H6غاز قريب الكثافة من الهواء. يدخل في تكوين الغازات المسالة بكميات صغيرة. السبب الرئيسي لتقييد محتواه هو أنه عند درجة حرارة 45 درجة مئوية، لا يمكن أن يكون الإيثان في حالة مسالة. عند 30 درجة مئوية، يصل ضغط البخار إلى 4.8 ميجا باسكال، في حين أن ضغط التشغيل لأنظمة إمداد الغاز المسال فوق الأرض هو 1.6 ميجا باسكال، وتحت الأرض - 1.0 ميجا باسكال. وفي الوقت نفسه، تؤدي كمية صغيرة من الإيثان في خليط البروبان والبيوتان إلى زيادة إجمالي ضغط البخار المشبع لخليط الغاز، والذي يوفر في الشتاء الضغط الزائد اللازم لإمدادات الغاز العادية.
البروبان - C3H8— غاز ثقيل (كثافة الهواء 1.52). يعتبر البروبان التقني هو المكون الرئيسي للغازات المسالة، ويجب أن لا تقل نسبته في الخليط الشتوي عن 75%. نقطة الغليان - 42.1 درجة مئوية.
البيوتان - C4H10— غاز ثقيل (كثافة الهواء 2.06). نقطة الغليان -0.5 درجة مئوية.
البنتان - ج5 ح12- الغاز الثقيل (كثافة الهواء 2.49). نقطة الغليان +36 درجة مئوية. المحتوى الموجود في الخليط هو 1-2٪ من الحجم.
عادة ما يتم الحصول على الغاز المسال بطريقتين - أثناء معالجة الغاز الطبيعي في محطات معالجة الغاز التابعة لمحطات معالجة الغاز وفي مصافي النفط التابعة للمصافي، مما يحدد سعرًا مناسبًا للمستهلك.
تبدأ سلسلة العمليات لإنتاج الغازات المسالة بإنتاج النفط "الخام" أو الغاز الطبيعي "الرطب" وتنتهي بتخزين البروبان والبيوتان السائلين، خاليين تماماً من الغازات الخفيفة والنفط الثقيل ومنقى من آثار المركبات الكبريتية. و الماء.
على حقول الغازغالبًا ما يكون استخراج الغاز الطبيعي الغني بالميثان مصحوبًا بإطلاق كميات صغيرة من خليط من الهيدروكربونات الثقيلة: من الإيثان والمكونات الرئيسية للغاز المسال إلى مركبات مكونات نواتج التقطير ("البنزين الطبيعي"). إذا كانت موجودة بكميات كبيرة، تتم إزالة الغازات المسالة ونواتج التقطير من الغاز الطبيعي لتجنب المضاعفات التكنولوجية للمكثفات عند ضغط الغاز قبل توصيله إلى خط الأنابيب، وكذلك للحصول على المواد الكيميائية اللازمة أو الوقود الإضافي. الخليط الناتج من الغازات المسالة ونواتج التقطير منخفض الجودة، لكنه مع ذلك مطلوب بسبب انخفاض سعره.
في إنتاج النفطمباشرة في مكان الإنتاج، يتم تثبيت النفط "الخام" من أجل إعداده لمزيد من النقل عبر خطوط الأنابيب أو في الناقلات إلى مكان الاستهلاك. وتعتمد درجة التثبيت، التي تعتمد فعاليتها على الظروف الموجودة في رأس البئر (درجة الحرارة والضغط)، بدورها على كمية الغازات الخفيفة التي يتم إزالتها. يتم حرق هذه الغازات في بعض الأحيان، ولكنها تستخدم الآن بشكل متزايد كمنتجات ثانوية ويشار إليها باسم "الغاز الطبيعي المصاحب". وتعتمد كمية الغازات المسالة المتبقية في النفط "الخام" على درجة استقراره في مكان إنتاجه. يمكن في بعض الأحيان استكمال بعض أنواع النفط بشكل خاص بالغاز المسال قبل النقل. يتم التقاط الغازات المسالة الموجودة في الزيت الذي يتم تسليمه إلى المصفاة أثناء عملية التقطير. ويتراوح إنتاجها من 2 إلى 3% من حجم الزيت المعالج. تخضع الغازات المسالة التي يتم الحصول عليها عن طريق التقطير التجزيئي إلى تحويل لاحق، والذي يتم في المقام الأول لزيادة العائد وتحسين جودة البنزين، ولكنه أيضًا يفصل الشوائب عن الغاز المسال نفسه.
وبالتالي، يفضل استخدام الغاز المسال الذي يتم الحصول عليه في عملية تكرير النفط، حيث أنه يتمتع بتركيبة أكثر ثباتاً، ولا يحتوي على شوائب الرطوبة والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون، والتي توجد عادة في الغاز المسال الذي يتم الحصول عليه من حقول الغاز.
الأهداف:
- توسيع فهم تاريخ الاكتشاف والخصائص والتطبيق العملي لثاني أكسيد الكربون.
- تعريف الطلاب بالطرق المعملية للحصول على ثاني أكسيد الكربون.
- مواصلة تكوين المهارات التجريبية للطلاب.
التقنيات المستخدمة:"بيانات الصواب والخطأ"، "متعرج -1"، مجموعات.
معدات المختبرات:منصة مختبر، جهاز للحصول على الغازات، دورق سعة 50 مل، قطع من الرخام، حمض الهيدروكلوريك (1:2)، ماء جير، مشبك موهر.
I. مرحلة الاتصال
وفي مرحلة التحدي، يتم استخدام تقنية "التصريحات الصحيحة والكاذبة".
صياغات |
||
ثانيا. مرحلة الفهم
1. تنظيم الأنشطة في مجموعات العمل، والتي يتلقى المشاركون فيها نصوصًا حول المواضيع الخمسة الرئيسية لـ "المتعرج":
- تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون
- ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
- الحصول على ثاني أكسيد الكربون
- خصائص ثاني أكسيد الكربون
- التطبيقات العملية لثاني أكسيد الكربون
هناك معرفة أولية بالنص، والقراءة الأولية.
2. العمل في مجموعات الخبراء.
تعمل مجموعات الخبراء على توحيد "المتخصصين" في قضايا محددة. وتتمثل مهمتهم في قراءة النص بعناية، أو إبراز العبارات الرئيسية والمفاهيم الجديدة، أو استخدام المجموعات والمخططات المختلفة لتصوير محتوى النص بيانياً (يتم تنفيذ العمل بشكل فردي).
3. اختيار المادة وهيكلتها وإضافتها (العمل الجماعي)
4. التحضير لترجمة النص في مجموعات العمل
- المجموعة الأولىيقوم الخبراء بإعداد ملخص مرجعي "تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون"
- المجموعة الثانيةيقوم الخبراء بوضع مخطط لتوزيع ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
- المجموعة الثالثةيضع الخبراء مخططًا للحصول على ثاني أكسيد الكربون ورسمًا لمنشأة إنتاجه
- المجموعة الرابعةيقوم الخبراء بتصنيف خصائص ثاني أكسيد الكربون
- المجموعة الخامسةيضع الخبراء مخططًا للاستخدام العملي لثاني أكسيد الكربون
5. التحضير للعرض (ملصق)
ثالثا. مرحلة الانعكاس
العودة إلى مجموعات العمل
- البث في مجموعة من المواضيع 1-5 على التوالي. جمع النبات لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. الحصول على ثاني أكسيد الكربون ودراسة خواصه.
- مناقشة نتائج التجربة.
- عرض المواضيع الفردية.
- العودة إلى "الأقوال الصحيحة والكاذبة". التحقق من الافتراضات الأولية الخاصة بك. وضع أيقونات جديدة.
قد يبدو كالتالي:
صياغات |
||
| 1. ثاني أكسيد الكربون هو غاز بري. | ||
| 2. تحتوي البحار والمحيطات على ثاني أكسيد الكربون أكثر بـ 60 مرة من الغلاف الجوي للأرض. | ||
| 3. تسمى المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكربون بالموفيت. | ||
| 4. يوجد بالقرب من نابولي "كهف للكلاب" لا يمكن للكلاب التواجد فيه. | ||
| 5. في المختبرات، يتم إنتاج ثاني أكسيد الكربون بفعل حمض الكبريتيك على قطع الرخام. | ||
| 6. ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة، وأخف من الهواء، وقابل للذوبان بدرجة عالية في الماء. | ||
| 7. ثاني أكسيد الكربون الصلب يسمى "الثلج الجاف". | ||
| 8. ماء الجير هو محلول هيدروكسيد الكالسيوم في الماء. |
نصوص حول المواضيع الخمسة الرئيسية لـ "المتعرج"
1. تاريخ اكتشاف ثاني أكسيد الكربون
كان ثاني أكسيد الكربون هو الأول من بين جميع الغازات الأخرى المعارضة للهواء تحت اسم "الغاز البري" من قبل الخيميائي في القرن السادس عشر. فانت هيلمونت.
كان اكتشاف ثاني أكسيد الكربون بمثابة بداية لفرع جديد من الكيمياء - الكيمياء الهوائية (كيمياء الغاز).
أثبت الكيميائي الاسكتلندي جوزيف بلاك (1728 - 1799) في عام 1754 أن الرخام المعدني الجيري (كربونات الكالسيوم) يتحلل مع إطلاق الغاز عند تسخينه ويشكل الجير الحي (أكسيد الكالسيوم):
كربونات الكالسيوم 3 كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2
كربونات الكالسيوم أكسيد الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون
يمكن إعادة دمج الغاز المتسرب مع أكسيد الكالسيوم والحصول مرة أخرى على كربونات الكالسيوم:
كربونات الكالسيوم + ثاني أكسيد الكربون 2 كربونات الكالسيوم 3
أكسيد الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون كربونات الكالسيوم
كان هذا الغاز مطابقًا لـ "الغاز البري" الذي اكتشفه فان هيلمونت، لكن بلاك أعطاه اسمًا جديدًا - "الهواء المرتبط" - لأن هذا الغاز يمكن ربطه وإعادة تشكيله إلى مادة صلبة، كما أن له القدرة على تنجذب إلى ماء الجير (هيدروكسيد الكالسيوم) وتسبب طمسه:
ثاني أكسيد الكربون هيدروكسيد الكالسيوم كربونات الكالسيوم الماء
وبعد بضع سنوات، اكتشف كافنديش اثنين من الخصائص الفيزيائية المميزة لثاني أكسيد الكربون - كثافته العالية وقابليته الكبيرة للذوبان في الماء.
2. ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة
محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي منخفض نسبيًا، فقط 0.04-0.03% (من حيث الحجم). تبلغ كتلة ثاني أكسيد الكربون المتمركز في الغلاف الجوي 2200 مليار طن.
يوجد 60 مرة أكثر من ثاني أكسيد الكربون في شكله المذاب في البحار والمحيطات.
خلال كل عام، يتم إزالة حوالي 1/50 من إجمالي ثاني أكسيد الكربون الموجود فيه من الغلاف الجوي بواسطة الغطاء النباتي للكرة الأرضية في عملية التمثيل الضوئي، والتي تحول المعادن إلى مواد عضوية.
يتكون الجزء الأكبر من ثاني أكسيد الكربون في الطبيعة نتيجة لعمليات تحلل المواد العضوية المختلفة. يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء تنفس النباتات والحيوانات والكائنات الحية الدقيقة. تتزايد باستمرار كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من مختلف الصناعات. يوجد ثاني أكسيد الكربون في تركيبة الغازات البركانية، كما يتم إطلاقه من الأرض في المناطق البركانية. يعمل لعدة قرون كمولد دائم لثاني أكسيد الكربون في "كهف الكلاب" بالقرب من مدينة نابولي في إيطاليا. ويشتهر بعدم إمكانية تواجد الكلاب فيه، ويمكن للإنسان أن يبقى فيه بحالة طبيعية. والحقيقة هي أنه في هذا الكهف يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الأرض، وبما أنه أثقل بمقدار 1.5 مرة من الهواء، فهو يقع أدناه، على ارتفاع كلب تقريبًا (0.5 م). في مثل هذا الهواء، حيث يبلغ ثاني أكسيد الكربون 14٪، لا تستطيع الكلاب (والحيوانات الأخرى بالطبع) التنفس، لكن الشخص البالغ الواقف لا يشعر بوجود فائض من ثاني أكسيد الكربون في هذا الكهف. توجد نفس الكهوف في حديقة يلوستون الوطنية (الولايات المتحدة الأمريكية).
تسمى المصادر الطبيعية لثاني أكسيد الكربون mofetes. تتميز Mofety بالمرحلة الأخيرة والمتأخرة من توهين البراكين، والتي يقع فيها، على وجه الخصوص، بركان إلبروس الشهير. لذلك، هناك العديد من مخارج الينابيع الساخنة المشبعة بثاني أكسيد الكربون التي تخترق الثلج والجليد.
خارج الكرة الأرضية، تم العثور على أول أكسيد الكربون (IV) في الغلاف الجوي للمريخ والزهرة، الكواكب "الأرضية".
3. الحصول على ثاني أكسيد الكربون
في الصناعة، يتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون بشكل رئيسي كمنتج ثانوي للتخمير الكحولي وتحميص الحجر الجيري، وما إلى ذلك.
أما في المعامل الكيميائية فيتم إما استخدام أسطوانات جاهزة تحتوي على ثاني أكسيد الكربون السائل، أو الحصول على ثاني أكسيد الكربون في جهاز كيب أو جهاز لإنتاج الغازات بفعل حمض الهيدروكلوريك على قطع الرخام:
CaCO 3 + 2HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
كربونات الكالسيوم حمض الهيدروكلوريك كلوريد الكالسيوم ماء ثاني أكسيد الكربون
من المستحيل استخدام حمض الكبريتيك بدلاً من حمض الهيدروكلوريك، لأنه بدلاً من كلوريد الكالسيوم القابل للذوبان في الماء، سيتم الحصول على الجبس - كبريتات الكالسيوم (CaSO 4) - وهو ملح قابل للذوبان قليلاً في الماء. يتم ترسيب الجبس على قطع من الرخام، مما يجعل الوصول إليها صعبًا للغاية بالنسبة للأحماض وبالتالي يبطئ مسار التفاعل بشكل كبير.
للحصول على ثاني أكسيد الكربون:
- قم بتثبيت جهاز الحصول على الغازات في ساق الحامل ثلاثي القوائم للمختبر
- قم بإزالة سدادة القمع من أنبوب الاختبار
- ضع 2-3 قطع من الرخام بحجم ؟ بازيلاء
- أدخل سدادة القمع في الأنبوب مرة أخرى. المشبك المفتوح
- صب حمض الهيدروكلوريك (1:2) في القمع (بعناية!) بحيث يغطي الحمض قطعة الرخام قليلًا
- املأ الدورق بأول أكسيد الكربون (IV) وأغلق المشبك.
4. خصائص ثاني أكسيد الكربون
ثاني أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون، عديم الرائحة، أثقل بمقدار 1.5 مرة من الهواء، ولا يكاد يختلط به (وفقًا لـ D. I. Mendeleev، فهو "يغرق" في الهواء)، وهو ما يمكن إثباته من خلال التجربة التالية: فوق كوب يحترق فيه شمعة ثابتة، تقلب كوبًا مملوءًا بثاني أكسيد الكربون. تنطفئ الشمعة على الفور.
أول أكسيد الكربون (IV) له خصائص حمضية، وعندما يذوب هذا الغاز في الماء، يتكون حمض الكربونيك. عند مرور ثاني أكسيد الكربون عبر الماء الملون بزهرة عباد الشمس، يمكن ملاحظة تغير في لون المؤشر من اللون الأرجواني إلى اللون الأحمر.
إن قابلية ذوبان ثاني أكسيد الكربون في الماء بشكل جيد تجعل من المستحيل جمعه بطريقة "إزاحة الماء".
رد الفعل النوعي لمحتوى ثاني أكسيد الكربون في الهواء هو مرور الغاز من خلال محلول مخفف من هيدروكسيد الكالسيوم (ماء الجير). يتسبب ثاني أكسيد الكربون في تكوين كربونات الكالسيوم غير القابلة للذوبان في هذا المحلول، ونتيجة لذلك يصبح المحلول غائما:
CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O
ثاني أكسيد الكربون هيدروكسيد الكالسيوم كربونات الكالسيوم الماء
عند إضافة كمية زائدة من ثاني أكسيد الكربون، يصبح المحلول الغائم صافياً مرة أخرى بسبب تحويل الكربونات غير القابلة للذوبان إلى كربونات هيدروجين الكالسيوم القابلة للذوبان:
كربونات الكالسيوم 3 + H2O + CO2 Ca (HCO3) 2
كربونات الكالسيوم ماء ثاني أكسيد الكربون بيكربونات الكالسيوم
5. التطبيق العملي لثاني أكسيد الكربون
ويسمى ثاني أكسيد الكربون الصلب المضغوط "الثلج الجاف".
يشبه ثاني أكسيد الكربون الصلب ثلجًا كثيفًا مضغوطًا، ويشبه الطباشير في صلابة. درجة حرارة "الثلج الجاف" هي -78 درجة مئوية. الثلج الجاف كثيف، على عكس جليد الماء. يغرق في الماء ويبرده بشدة. يمكن إطفاء البنزين المحترق بسرعة عن طريق رمي بضع قطع من الثلج الجاف في اللهب.
الاستخدام الرئيسي للثلج الجاف هو تخزين ونقل المنتجات الغذائية: الأسماك واللحوم والآيس كريم وما إلى ذلك. لا تكمن قيمة الثلج الجاف في تأثيره التبريدي فحسب، بل أيضًا في حقيقة أن المنتجات لا تتعفن أو تتعفن. ثاني أكسيد الكربون.
يستخدم الثلج الجاف في المختبرات لاختبار الأجزاء والأجهزة والآليات التي ستخدم في درجات حرارة منخفضة. يستخدم الثلج الجاف لاختبار مقاومة الإطارات المطاطية للصقيع.
يستخدم ثاني أكسيد الكربون لكربنة الفاكهة والمياه المعدنية، وفي الطب - لحمامات ثاني أكسيد الكربون.
ويستخدم ثاني أكسيد الكربون السائل في طفايات حريق ثاني أكسيد الكربون، وأنظمة إطفاء حرائق الطائرات والسفن، ومحركات إطفاء ثاني أكسيد الكربون. وهو فعال بشكل خاص في الحالات التي يكون فيها الماء غير مناسب، على سبيل المثال، عند إطفاء السوائل القابلة للاشتعال أو في حالة وجود أسلاك كهربائية أو معدات فريدة في الغرفة يمكن أن تتلف بسبب الماء.
في كثير من الحالات، لا يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون في شكله النهائي، ولكن يتم الحصول عليه من خلال استخدام، على سبيل المثال، مساحيق الخبز التي تحتوي على خليط من بيكربونات الصوديوم مع طرطرات البوتاسيوم الحمضية. عندما يتم خلط هذه المساحيق مع العجين، تذوب الأملاح ويحدث تفاعل مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون. ونتيجة لذلك، يرتفع العجين، وملء فقاعات ثاني أكسيد الكربون، والمنتج المخبوز منه يتحول إلى أن يكون طريا ولذيذا.
الأدب
- تغيير // مجلة عالمية متخصصة في تنمية التفكير من خلال القراءة والكتابة. - 2000. - العدد 1، 2.
- الطالب الحديث في مجال الإعلام والاتصال: الوسائل التعليمية. - سانت بطرسبورغ: بتروك، 2000.
- Zagashev I.O.، Zair-Bek S.I.التفكير النقدي: تكنولوجيا التنمية. - سانت بطرسبرغ : دار النشر "تحالف دلتا" 2003.
تعريف
ثاني أكسيد الكربون(ثاني أكسيد الكربون، أنهيدريد الكربونيك، ثاني أكسيد الكربون) - أول أكسيد الكربون (الرابع).
الصيغة - ثاني أكسيد الكربون 2. الكتلة المولية - 44 جم / مول.
الخواص الكيميائية لثاني أكسيد الكربون
ينتمي ثاني أكسيد الكربون إلى فئة الأكاسيد الحمضية، أي. عند تفاعله مع الماء، فإنه يشكل حمض يسمى حمض الكربونيك. حمض الكربونيك غير مستقر كيميائيا وفي لحظة التكوين يتحلل على الفور إلى مكونات، أي. تفاعل تفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الماء قابل للعكس:
CO 2 + H 2 O ↔ CO 2 × H 2 O(محلول) ↔ H 2 CO 3 .
عند تسخينه، يتحلل ثاني أكسيد الكربون إلى أول أكسيد الكربون والأكسجين:
2CO 2 \u003d 2CO + O 2.
كما هو الحال مع جميع الأكاسيد الحمضية، يتميز ثاني أكسيد الكربون بتفاعلات التفاعل مع الأكاسيد الأساسية (التي تتكون فقط من المعادن النشطة) والقواعد:
CaO + CO 2 \u003d CaCO 3 ؛
آل 2 يا 3 + 3CO 2 \u003d آل 2 (CO 3) 3؛
CO 2 + NaOH (مخفف) = NaHCO 3 ؛
CO 2 + 2NaOH (conc) \u003d Na 2 CO 3 + H 2 O.
ثاني أكسيد الكربون لا يدعم الاحتراق، بل تحترق فيه المعادن النشطة فقط:
CO 2 + 2Mg \u003d C + 2MgO (t)؛
CO 2 + 2Ca \u003d C + 2CaO (ر).
يدخل ثاني أكسيد الكربون في التفاعلات مع مواد بسيطة مثل الهيدروجين والكربون:
CO 2 + 4H 2 \u003d CH 4 + 2H 2 O (t، kat \u003d Cu 2 O)؛
CO 2 + C \u003d 2CO (ر).
عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع بيروكسيدات المعادن النشطة، تتشكل الكربونات وينطلق الأكسجين:
2CO 2 + 2Na 2 O 2 \u003d 2Na 2 CO 3 + O 2.
التفاعل النوعي لثاني أكسيد الكربون هو تفاعل تفاعله مع ماء الجير (الحليب) أي. مع هيدروكسيد الكالسيوم، حيث يتكون راسب أبيض - كربونات الكالسيوم:
CO 2 + Ca (OH) 2 \u003d CaCO 3 ↓ + H 2 O.
الخصائص الفيزيائية لثاني أكسيد الكربون
ثاني أكسيد الكربون هو مادة غازية عديمة اللون والرائحة. أثقل من الهواء. مستقرة حراريا. عند ضغطه وتبريده، فإنه يتحول بسهولة إلى الحالة السائلة والصلبة. يُطلق على ثاني أكسيد الكربون في الحالة الصلبة المتجمعة اسم "الثلج الجاف" ويتسامى بسهولة في درجة حرارة الغرفة. ثاني أكسيد الكربون قليل الذوبان في الماء ويتفاعل معه جزئيًا. الكثافة - 1.977 جم / لتر.
الحصول على ثاني أكسيد الكربون واستخدامه
تخصيص الطرق الصناعية والمخبرية لإنتاج ثاني أكسيد الكربون. لذلك، في الصناعة يتم الحصول عليها عن طريق تحميص الحجر الجيري (1)، وفي المختبر - عن طريق عمل الأحماض القوية على أملاح حمض الكربونيك (2):
CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 (ر) (1) ؛
CaCO 3 + 2HCl \u003d CaCl 2 + CO 2 + H 2 O (2).
يستخدم ثاني أكسيد الكربون في الغذاء (كربنة عصير الليمون)، والكيميائية (التحكم في درجة الحرارة في إنتاج الألياف الاصطناعية)، والمعادن (حماية البيئة، مثل ترسيب الغاز البني) وغيرها من الصناعات.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
| يمارس | ما حجم ثاني أكسيد الكربون الذي سيتم إطلاقه تحت تأثير 200 جرام من محلول 10% من حمض النيتريك على 90 جرام من كربونات الكالسيوم التي تحتوي على 8% شوائب غير قابلة للذوبان في الحمض؟ |
| حل | الكتل المولية لحمض النيتريك وكربونات الكالسيوم، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. مندليف - 63 و 100 جم / مول على التوالي. نكتب معادلة ذوبان الحجر الجيري في حامض النيتريك: CaCO 3 + 2HNO 3 → Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O. ω(CaCO 3) cl \u003d 100% - ω خليط \u003d 100% - 8% \u003d 92% \u003d 0.92. إذن كتلة كربونات الكالسيوم النقية هي: m(CaCO 3) cl = m حجر جيري × ω(CaCO 3) cl / 100%؛ م (CaCO 3) cl \u003d 90 × 92 / 100٪ \u003d 82.8 جم. كمية مادة كربونات الكالسيوم هي : ن (CaCO 3) \u003d م (CaCO 3) cl / M (CaCO 3) ؛ ن (CaCO 3) \u003d 82.8 / 100 \u003d 0.83 مول. كتلة حمض النيتريك في المحلول ستكون مساوية لـ: m(HNO 3) = محلول m(HNO 3) × ω(HNO 3) / 100%؛ م (HNO 3) \u003d 200 × 10 / 100٪ \u003d 20 جم. كمية مادة حمض الكالسيوم النيتريك هي: ن (HNO 3) = م (HNO 3) / M (HNO 3)؛ ن (HNO 3) \u003d 20/63 \u003d 0.32 مول. بمقارنة كميات المواد التي دخلت التفاعل، نحدد أن حمض النيتريك غير متوفر، لذلك نقوم بإجراء المزيد من الحسابات لحمض النيتريك. حسب معادلة التفاعل n (HNO 3): n (CO 2) \u003d 2: 1، لذلك n (CO 2) \u003d 1 / 2 × n (HNO 3) \u003d 0.16 مول. فيكون حجم ثاني أكسيد الكربون مساويًا لـ: V(CO 2) = n(CO 2)×V م ; V(CO 2) \u003d 0.16 × 22.4 \u003d 3.58 جم. |
| إجابة | حجم ثاني أكسيد الكربون هو 3.58 جم. |
ويستخدم ثاني أكسيد الكربون، الذي يتمتع بخصائص عالمية، في الصناعة والطب والزراعة. اليوم، يعتبر ثاني أكسيد الكربون سمادًا في الزراعة، وأداة طبية، ومنظمًا لدرجة الحرارة، ومصدرًا للطاقة الجديدة.
إن إنتاج ثاني أكسيد الكربون في الصناعة متنوع منهجيًا. يوجد في نفايات المداخن المنبعثة في الغلاف الجوي بواسطة محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة، ويتم الحصول عليه أثناء تخمير الكحول ويعمل كمنتج تفاعل مع الكربونات الطبيعية.
صناعة إنتاج ثاني أكسيد الكربون واسعة النطاق. يمكن امتصاص الغاز بعدة طرق من مصدر واحد. في جميع الحالات، هذه عملية تنظيف خطوة بخطوة من الشوائب (لتحقيق متطلبات GOST) وتحقيق الاتساق المطلوب وحالة التجميع.
إنتاج ثاني أكسيد الكربون الغازي
يتم استرداد ثاني أكسيد الكربون الغازي من الأبخرة الصناعية (البترولية) عن طريق امتزاز أحادي الإيثانول أمين (مفيد تجاريًا) وكربونات البوتاسيوم (نادرًا). مبدأ جمع جزيئات الكربون هو نفسه لكلا المادتين. يتم إرسالها عبر خط الأنابيب إلى النفايات وجمع ثاني أكسيد الكربون. بعد التجميع، يتم إرسال الغازات المشبعة بثاني أكسيد الكربون للتنقية.
في حاويات خاصة، يتم التفاعل عند درجة حرارة مرتفعة أو ضغط منخفض. في هذه العملية، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون النقي ومنتجات التحلل (الأمونيا وغيرها).
مصنع ثاني أكسيد الكربون
من الناحية التخطيطية، تبدو العملية كما يلي:
- يتم خلط دخان العادم مع الممتزات (كربونات البوتاسيوم الغازية أو أحادي الإيثانول أمين)؛
- تدخل الغازات التي تراكمت فيها ثاني أكسيد الكربون في حامل غاز خاص للتنقية؛
- في التفاعل مع درجة حرارة عالية أو ضغط منخفض، يتم فصل ثاني أكسيد الكربون عن المادة المازة.
الصناعة الكيميائية:
- يشارك في تركيب المواد الكيميائية الاصطناعية.
- ينظم درجة الحرارة في التفاعلات.
- يحيد القلويات.
- ينقي أنسجة الحيوانات والنباتات؛
- يمكن اختزاله إلى غاز الميثان.
تعدين:
- ترسب دخان العادم.
- ينظم اتجاه تدفق المياه أثناء إزالة الألغام؛
- تستخدم بعض أجهزة الليزر ثاني أكسيد الكربون كمصدر للطاقة (النيون).
إنتاج الورق:
- ينظم درجة الحموضة في لب الخشب أو لب الخشب؛
- يقوي آلات الإنتاج في السلطة.
يلعب الثلج الجاف دورًا خاصًا في الصناعات الصناعية والصناعات ذات الصلة. يتم تطبيقه على النحو التالي:
- مصدر التبريد في المجمدات أثناء النقل؛
- التبريد أثناء تصلب السبائك.
- تنظيف المعدات بالثلج الجاف (cryoblast).
الأسماك المجمدة في الثلج الجاف.
التطبيق في مجالات النشاط الأخرى
يستخدم الإنسان أيضًا ثاني أكسيد الكربون في مجالات النشاط الأخرى وفي الحياة اليومية. يؤدي توفر ثاني أكسيد الكربون إلى انتشاره على نطاق واسع، كما أن خصائصه مطلوبة حتى بين الناس العاديين.
في أي مكان آخر يتم استخدام ثاني أكسيد الكربون؟
- عند اللحام. يحمي المعدن من التسخين والأكسدة عن طريق التدفق حول قوس كهربائي.
- في الزراعة. يعد ثاني أكسيد الكربون مع ضوء الشمس الطريقة المثالية لتخصيب أي محصول. يؤدي رش الغاز في الدفيئة أو الدفيئة إلى زيادة العائد بمقدار 2-3 مرات؛
- في الطب، يتم استخدامه لخلق جو قريب من الجو الحقيقي أثناء العمليات الاصطناعية على الأعضاء. يُستخدم كمنشط لإعادة التنفس للمريض وعند إدخاله للتخدير؛
- المستحضرات الصيدلانية. يخلق بيئة مثالية لتخليق الكيمياء والنقل المائي في درجات الحرارة المنخفضة؛
- الأجهزة والمعدات. يبرد المعدات والوحدات بشكل عشوائي إلى وحدات، ويعمل كعنصر تنظيف كاشط؛
- حماية البيئة. ينظم نسبة الهيدروجين في المصارف؛
- الصناعات الغذائية. يستخدم كمادة حافظة ومسحوق الخبز. يتم إضافته إلى المشروبات مما يجعلها غازية؛
- لخلق الضغط في الأسلحة الهوائية.
إن استخدام ثاني أكسيد الكربون مطلوب بشكل خاص في أنظمة إطفاء الحرائق. يتم ملؤها في طفايات الحريق بغاز ثاني أكسيد الكربون، وعند اشتعالها، تسمح لك بعزل النار عن مصدر الأكسجين. لا يمكن أن يستمر الاحتراق لفترة طويلة دون إمداد الهواء، ولن يسمح له التغويز بثاني أكسيد الكربون باختراق النار.
يتم الحصول عليه بكميات صغيرة من التخمير الكحولي، ويستخدم كوسيلة لمشروبات الكربونات. كما أنه يحافظ على الدقيق والفواكه المجففة والفول السوداني خاليًا من الحشرات دون التأثير على جودة وسرعة فسادها.
يعتبر ثاني أكسيد الكربون بيئة من الدرجة الأولى لزراعة الزهور وتغذية الخضروات والنباتات تحت الماء. إنه يسرع عملية التمثيل الضوئي ويحسن عمليات التمثيل الغذائي في الخلايا النباتية. الشيء الرئيسي هو أن سعره في متناول الجميع حتى بالنسبة للأشخاص العاديين.
يمكن أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون في التدمير بالتبريد، كتجميد. يحرق سطح الثآليل والشامات بالبرد، مما يؤدي إلى سقوطها، لكنه لا يترك ندبات من المشرط والغرز.
خاتمة
ثاني أكسيد الكربون هو مادة بسيطة وواسعة الانتشار في جميع أنحاء الكوكب، والتي تلعب وظيفة عملية في الصناعات الرئيسية. الصناعة والطب وصناعة المواد الغذائية وحتى حياة الإنسان البسيطة لا يمكنها الاستغناء عنها.
وفي الآونة الأخيرة، تم استخدام ثاني أكسيد الكربون كأساس لإنتاج مصدر الوقود (الميثانول). تكتسب هذه الطريقة شعبية كمصدر للطاقة الحرارية الأرضية المتجددة التي يمكن أن تزيد من إنتاج الكهرباء و.
