Номер 8-4, страница 97 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-4. Изучите устройство аппарата Киппа и рассмотрите принципы его работы. Подумайте и предложите аналогичное устройство упрощенной конструкции.

Устройство и принцип работы аппарата Киппа

Аппарат Киппа — это лабораторный прибор, предназначенный для получения газов в результате реакции между твердым и жидким веществами. Его главное преимущество — возможность регулировать и при необходимости прекращать реакцию, а затем возобновлять ее, что позволяет получать газ по мере надобности.

Устройство:

1. Нижний резервуар: Шарообразная или грушевидная емкость, служащая для сбора отработанного раствора. В нижней части имеет кран для слива жидкости.
2. Средний (реакционный) резервуар: Шарообразная емкость, в которую помещают твердое вещество (например, гранулы цинка или куски мрамора). Этот резервуар имеет боковой отвод с краном для выпуска получаемого газа.
3. Верхняя воронка с длинной трубкой: Длинная трубка этой воронки проходит через горловину среднего резервуара и доходит почти до дна нижнего. Через эту воронку в аппарат заливают жидкий реагент (например, кислоту).

Принцип работы:

Рассмотрим на примере получения водорода из цинка и соляной кислоты ($Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$) или углекислого газа из мрамора (карбоната кальция) и соляной кислоты ($CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2 \uparrow$).

1. Загрузка: В средний резервуар помещают твердый реагент (например, гранулы цинка). Через верхнюю воронку наливают жидкий реагент (соляную кислоту). Кислота заполняет нижний резервуар, а затем поднимается в средний резервуар до уровня твердого вещества.
2. Начало реакции: Как только кислота соприкасается с цинком, начинается химическая реакция с выделением газа (водорода). При открытом газоотводном кране газ выходит из аппарата.
3. Прекращение реакции: Когда кран для отвода газа закрывают, газ накапливается в среднем резервуаре. Давление газа возрастает и вытесняет кислоту из среднего резервуара обратно в нижний резервуар и далее вверх по трубке в воронку. Контакт между кислотой и цинком прекращается, и реакция останавливается.
4. Возобновление реакции: При открытии крана давление газа в среднем резервуаре падает, кислота под действием гидростатического давления вновь поднимается, вступает в контакт с цинком, и выделение газа возобновляется.

Таким образом, аппарат Киппа является саморегулирующимся генератором газа.

Ответ: Аппарат Киппа состоит из трех сообщающихся сосудов и работает по принципу автоматического регулирования реакции: при закрытии газоотводного крана давление образующегося газа вытесняет жидкий реагент от твердого, прекращая реакцию; при открытии крана давление падает, и жидкость снова вступает в контакт с твердым веществом, возобновляя реакцию.

Аналогичное устройство упрощенной конструкции

В качестве упрощенного аналога аппарата Киппа можно предложить конструкцию, собранную из доступной лабораторной посуды, например, из колбы, пробирки и газоотводной трубки.

Устройство и сборка:

1. В большую пробирку помещают твердый реагент (например, куски мрамора $CaCO_3$). В дне или в нижней части стенок пробирки предварительно проделывают одно или несколько небольших отверстий.
2. Пробирку с твердым веществом подвешивают (например, с помощью проволоки или нити) или просто ставят внутрь колбы.
3. В колбу наливают жидкий реагент (например, соляную кислоту $HCl$) так, чтобы ее уровень был достаточен для контакта с твердым веществом через отверстия.
4. Колбу плотно закрывают пробкой с газоотводной трубкой. На гибкую часть газоотводной трубки надевают зажим.

Принцип работы:

1. При открытом зажиме кислота в колбе через отверстия попадает в пробирку и контактирует с твердым веществом. Начинается выделение газа, который выходит через газоотводную трубку.
2. Чтобы прекратить реакцию, на газоотводную трубку надевают зажим. Давление газа внутри колбы и пробирки возрастает. Это избыточное давление вытесняет кислоту из пробирки обратно в колбу через нижние отверстия.
3. Как только уровень кислоты опускается ниже твердого реагента, реакция прекращается.
4. Для возобновления получения газа достаточно снять зажим с трубки. Давление упадет, и кислота снова поднимется в пробирку, запуская реакцию.

Этот прибор, хоть и менее удобен и производителен, чем аппарат Киппа, но полностью повторяет его принцип действия.

Ответ: Упрощенным аналогом аппарата Киппа может служить система из колбы и помещенной в нее пробирки с отверстиями. В пробирку кладут твердый реагент, а в колбу наливают жидкий. Газ образуется при контакте реагентов. Реакция прекращается, когда давление газа вытесняет жидкость из пробирки, и возобновляется при стравливании давления.