Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)
§ 20. Чадний газ
Фізичні властивості
У природі Карбон може утворювати два оксиди. Про один — карбон(ІV) оксид — ви вже дізналися, але існує ще карбон(II) оксид, який називають чадним газом, або карбон монооксидом. Його хімічна формула — CO.
Чадний газ:
• безбарвна речовина без смаку та запаху;
• розчинність у воді: за 0 °С в 1 л води розчиняється 0,044 г чадного газу, а за 20 °С — 0,026 г;
• густина за 0 °С та нормального атмосферного тиску — 1,25 г/л;
• tпл. = -205 °С, tкип. = -195,5 °С;
• токсичний, вогненебезпечний.
Модель молекули чадного газу
Обидва оксиди Карбону — безбарвні гази без запаху, але чадний газ легший за повітря. Проте головна відмінність — отруйність чадного газу. Уже за вмісту в повітрі від 0,01 % чадний газ спричиняє погіршення самопочуття та головний біль. А за вмісту 0,16 % стає смертельно небезпечним.
Досліджуємо, моделюємо, проєктуємо
Дослідіть горіння деяких спиртів.
У порцелянову чашу, по черзі наливайте по 5-10 мл спиртів: етанолу, пропанолу, пентанолу (за наявності можна дослідити й інші спирти). Підпалюйте зразки спиртів і відзначайте колір полум'я кожного з них. Етанол і пропанол горять ледь помітним синім полум'ям (яке в хімії називають безбарвним). А полум'я пентанолу помітно жовтіше. Сформулюйте гіпотезу: чому полум'я під час горіння деяких спиртів жовте? У разі повного згоряння речовин полум'я має бути безбарвним (ледь синім). Якщо полум'я жовте, це свідчить про наявність у ньому твердих часточок, зокрема сажі (вуглецю С). Саме ці розпечені часточки сажі й випромінюють жовте світло.
Сформулюйте гіпотезу: як можна довести наявність часточок сажі в полум'ї. Про наявність часточок сажі свідчить також те, що здебільшого жовте полум'я коптить, а кіптява — це сажа, що дещо охолонула. Навіть якщо кіптяви не помітно, до такого полум'я можна піднести скляну пластинку, після чого на ній буде помітна пляма кіптяви.
Сформулюйте гіпотезу: звідки з'являється сажа в полум'ї.
Порівняймо хімічні рівняння реакцій горіння етанолу та пентанолу.
|
Етанол С2Н5ОН + 3О2 = 2СО2 + 3Н2О Продукти реакції — безбарвні газуваті вуглекислий газ і вода. Нагріті гази світяться синім. На горіння 1 об'єму випарів етанолу витрачається 3 об'єми кисню. |
Пентанол 2С5Н11ОН + 15О2 = 10СО2 + 12Н2О Усі продукти реакції також газуваті й полум'я має бути безбарвним. На горіння 1 об'єму випарів пентанолу витрачається 7,5 об'ємів кисню. |
|
Згоряння пентанолу потребує кисню більше ніж удвічі |
|
Чим більше кисню витрачається на горіння речовини, тим більша ймовірність, що для горіння певних порцій речовини кисню не вистачатиме й окиснення буде неповним, а в продуктах згоряння буде сажа (вуглець):
2C5Н11ОН + 5О2 = 10С + 12Н2О
Якщо під час горіння утворюється сажа, це означає, що можлива хімічна реакція з утворенням проміжного продукту окиснення — чадного газу:
С5Н11ОН + 5О2 = 5СО + 6Н2О
Отже, якщо ви спостерігаєте жовте полум'я, це означає, що під час горіння утворюється чадний газ (хоча й у невеликій кількості).
Якщо в закритому приміщенні тривалий час горять багато свічок, то за декілька годин там може накопичитися чадний газ у небезпечній кількості.
Якщо в побутових газових пічках під час горіння природного газу полум'я пальника жовте, це означає, що на кухні виділяється чадний газ. Необхідно відрегулювати пальник або очистити його від нагару.
Способи одержання чадного газу
• Унаслідок згоряння вугілля за умови нестачі кисню утворюється чадний газ:
2С + О2 = 2СО
• Одним із промислових способів одержання чадного газу взаємодія вугілля з вуглекислим газом:
С + СО2 =t 2СО
Така реакція також може відбуватися за умови неправильного використання печей, у яких паливом є вугілля або дрова.
• Великі кількості чадного газу в промисловості одержують під час водної конверсії, або риформінгу, метану:
СН4 + Н2О =t CO + 3H2
Утворену суміш газів (чадного газу та водню) називають синтез-газом і використовують у подальшому синтезі органічних речовин, зокрема спиртів і синтетичного бензину.
Хімічні властивості чадного газу
• Горіння. На відміну від вуглекислого газу, чадний газ добре горить:
2СО + О2 = 2СО2
Повітря з умістом чадного газу понад 12,5 % стає вибухонебезпечним.
• Чадний газ відновлює метали з оксидів, що широко застосовують для промислового одержання металів:
РbО + CO = Pb + CO2
Fe2O3 + 3СО = 2Fe + 3СО2
Запобігання отруєнню чадним газом
У щоденному житті із чадним газом ми можемо стикнутися в будь-якій ситуації, пов’язаній з горінням. Тому слід дотримуватися заходів для уникнення контакту з цим небезпечним газом.
До сьогодні в усьому світі трапляється багато смертельних випадків отруєння чадним газом унаслідок неправильної експлуатації вугільних або дров’яних печей. В Україні, особливо в зимовий період, сотні людей труяться чадним газом, навіть зі смертельним результатом.
У невеликих кількостях чадний газ виділяється з вихлопних труб автівок унаслідок неповного окиснення пального.
Сьогодні обов’язковим елементом кожної автівки є каталітичний конвертер (або каталітичний нейтралізатор) у вихлопній системі (мал. 20.1).
Мал. 20.1. Завдяки каталізаторам у вихлопних газах чадного газу стає набагато менше
За наявності каталізаторів чадний газ окиснюється до вуглекислого:
2СО + О2 =кат. 2СО2
Обов’язковим етапом проходження технічного огляду будь-якої автівки є визначення вмісту чадного газу у вихлопних газах.
Хоча вміст чадного газу у вихлопних газах невеликий і регулюється законодавством, проте перебування в закритому гаражі поряд з автівкою з двигуном, що працює, може бути смертельно небезпечним. Також концентрація чадного газу підвищується в місцях великого скупчення автівок із двигунами, що працюють, у заторах, особливо в довгих тунелях.
Останнім часом в Україні збільшилося використання бензинових електрогенераторів. У їхніх вихлопних газах є чадний газ, тому користуватися такими генераторами в приміщеннях дуже небезпечно. Установлювати їх можна лише на відстані кількох метрів від приміщення, де є люди.
Але найбільша небезпека отруєння чадним газом для людини — під час пожежі. Якщо горіння відбувається за нестачі кисню, утворюється чадний газ. У пожежі найбільшу небезпеку становить не полум’я, а саме отруєння небезпечними газуватими продуктами згоряння. Важливо контролювати наявність чадного газу в приміщеннях, тому встановлюють спеціальні датчики (мал. 20.2).
Мал. 20.2. Датчик умісту чадного газу в повітрі
Для запобігання отруєнню під час пожежі слід користуватися спеціальними протигазами, фільтри яких обладнані гопкалітом — сумішшю каталізаторів, за наявності яких чадний газ перетворюється на менш небезпечний вуглекислий газ.
Дізнайтеся більше
Багато випадків «спостереження» привидів пояснюється поганою системою опалення. Якщо в приміщенні накопичується чадний газ, то навіть у малій концентрації він призводить до отруєння, яке спричиняє зорові та слухові галюцинації.
Робота з інформацією
250. За наведеною в параграфі інформацію припустіть можливі напрями застосування чадного газу. Перевірте свої гіпотези за додатковими джерелами інформації.
251. Дізнайтеся про механізм отруйної дії чадного газу на людину, симптоми отруєння та домедичну допомогу постраждалому. Створіть пам’ятку та презентуйте її в класі.
252. Знайдіть інформацію про способи виявлення чадного газу в повітрі помешкань і підготуйте коротку доповідь.
253. Порівняйте фізичні властивості чадного газу з властивостями вуглекислого газу та кисню. У якого з газів найбільша / найменша густина? Чи характерна сублімація для чадного газу (за нормального тиску)? Який з газів простіше / складніше перевести в рідкий і твердий стани?
254. Порівняйте масову частку Карбону в етанолі та пентанолі. Чи правильним є твердження: чим більша масова частка Карбону в речовині, тим більша ймовірність утворення кіптяви?
255. Бензин є сумішшю вуглеводнів, але його можна описати хімічною формулою С8Н18. Порівняйте масову частку Карбону в метані СН4 та бензині. Складіть хімічні рівняння повного згоряння метану та бензину. Чи можна стверджувати, що бензин має згоряти кіптявим полум’ям?
256. Обчисліть об’єм чадного газу (н. у.), необхідний для відновлення залізної руди масою 1 кг, якщо вона складається з оксиду Fe3O4.
257. Унаслідок згоряння 1 л бензину в середньому утворюється до 200 г чадного газу. Обчисліть частку бензину (у відсотках за масою), яка за таких умов згоряє з утворенням чадного газу. Прийміть, що хімічна формула бензину С8Н18, а його густина дорівнює 750 г/л.
Розуміння явищ природи (робота в групах)
258. Запропонуйте дії для запобігання отруєнню чадним газом, якщо для освітлення використовувати лише свічки.
259. Поширений сьогодні промисловий спосіб одержання заліза — доменний процес. У величезні споруди (доменні печі) завантажують залізну руду та кокс (очищене вугілля, яке складається з майже чистого вуглецю С). За інформацією з параграфа складіть хімічні реакції, що відбуваються в доменній печі, унаслідок яких одержують залізо. Припустіть, що залізна руда — це чистий ферум(3+) оксид.
260. Іра, Микола та Сергій по телевізору почули про труднощі гасіння магнію, що палає. У передачі говорили, що зі звичайних засобів пожежогасіння для гасіння магнію можна використовувати лише азбестову ковдру. Оцініть правильність тверджень щодо можливості загасити палаючий магній.
• Іра сказала, що магній, який палає, не можна гасити водою, оскільки за підвищеної температури магній реагує з водою з утворенням вогненебезпечного газу.
• Микола зауважив, що пісок (силіцій оксид) реагує з магнієм, тож у разі гасіння магнію, який палає, піском теплота, яка виділяється під час реакції, посилює горіння.
• За думкою Сергія, магній, який палає, не можна гасити вуглекислим газом, оскільки він реагуватиме з магнієм з утворенням ще небезпечнішого чадного газу.
