Номер 220, страница 56 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.220. Почему при лабораторном получении ацетилена из карбида кальция вместо чистой воды часто используют насыщенные раствор соли или смесь воды с органическим растворителем?

Решение

Реакция получения ацетилена из карбида кальция и воды является очень бурной и экзотермичной, то есть протекает с выделением большого количества тепла. Уравнение реакции:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2\uparrow + Ca(OH)_2$

При использовании чистой воды в лабораторных условиях возникают следующие проблемы:

1. Неконтролируемая скорость реакции. Реакция с чистой водой протекает очень быстро, что затрудняет контроль над процессом. Бурное выделение газа может привести к выбросу реакционной смеси из колбы.
2. Перегрев и побочные реакции. Значительное выделение тепла может привести к вскипанию воды, а также к разложению и полимеризации ацетилена, что снижает выход и чистоту целевого продукта.
3. Интенсивное пенообразование. В ходе реакции образуется гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Пузырьки выделяющегося ацетилена, проходя через суспензию гидроксида кальция, образуют устойчивую пену. Технический карбид кальция часто содержит примеси (например, фосфид кальция $Ca_3P_2$, сульфид кальция $CaS$), которые при реакции с водой образуют газы (фосфин $PH_3$, сероводород $H_2S$), дополнительно способствующие образованию пены. Пена может подняться и попасть в газоотводную трубку, загрязняя ацетилен и создавая опасность закупорки аппаратуры.

Чтобы сделать процесс более управляемым и безопасным, вместо чистой воды часто используют насыщенный раствор соли (например, поваренной соли $NaCl$) или смесь воды с органическим растворителем (например, керосином или этанолом). Это делается по двум основным причинам:

• Для замедления реакции. При растворении соли или добавлении органического растворителя уменьшается активность (эффективная концентрация) молекул воды. В результате реакция гидролиза карбида кальция протекает медленнее, выделение ацетилена становится более равномерным и контролируемым.
• Для предотвращения пенообразования. Насыщенные растворы солей и органические жидкости, особенно несмешивающиеся с водой (как керосин), выступают в роли пеногасителей. Они изменяют поверхностное натяжение и способствуют разрушению пузырьков газа, предотвращая образование устойчивой пены.

Таким образом, использование растворов солей или смесей с органическими растворителями является методом контроля скорости реакции и борьбы с пенообразованием, что повышает безопасность и эффективность лабораторного синтеза ацетилена.

Насыщенные растворы солей или смеси воды с органическими растворителями используют вместо чистой воды для того, чтобы:

1. Замедлить слишком бурную и экзотермическую реакцию гидролиза карбида кальция. Это делает процесс более плавным, контролируемым и безопасным за счет снижения активности воды.
2. Уменьшить или полностью подавить образование устойчивой пены, которая образуется при пропускании ацетилена через образующийся гидроксид кальция. Это обеспечивает чистоту получаемого газа и предотвращает закупорку аппаратуры.