Домашний эксперимент, страница 193 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Получение "фараоновой змеи"

В тарелку насыпают конусом песок и пропитывают его спиртом. В центре делают углубление, помещают туда смесь из 2 г питьевой соды и 13 г сахарной пудры и поджигают спирт. Сахар превращается в карамель, а сода разлагается с выделением углекислого газа. Из массы "выползает" толстая темно-серая "змея". Чем больше горит спирт, тем длиннее она получается.

Описание химических процессов

В ходе описанного опыта "фараонова змея" протекает несколько ключевых химических процессов, которые в совокупности приводят к наблюдаемому эффекту. Роль каждого компонента следующая:

• Спирт (предположительно, этиловый $C_2H_5OH$) при поджигании горит и обеспечивает высокую температуру, необходимую для запуска остальных реакций.
• Питьевая сода (гидрокарбонат натрия $NaHCO_3$) при нагревании разлагается с выделением углекислого газа.
• Сахарная пудра (сахароза $C_{12}H_{22}O_{11}$) под действием температуры плавится, превращаясь в вязкую карамель. Углекислый газ от разложения соды вспучивает эту карамельную массу. Одновременно сахар обугливается, образуя пористый черный углерод, который и формирует твердое тело "змеи".

Основные химические уравнения, описывающие эти превращения:

1. Горение этилового спирта с выделением тепла:

$C_2H_5OH + 3O_2 \xrightarrow{t} 2CO_2 + 3H_2O$

2. Термическое разложение питьевой соды с выделением углекислого газа, который "надувает" змею:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2o + CO_2 \uparrow$

3. Карамелизация и обугливание сахарозы, в результате чего образуется твердое пористое тело "змеи" черного цвета:

$C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{t} 12C + 11H_2O$

Ответ:

Процесс получения "фараоновой змеи" основан на трех основных реакциях:

1. Горение спирта: $C_2H_5OH + 3O_2 \xrightarrow{t} 2CO_2 + 3H_2O$

2. Разложение соды: $2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2o + CO_2 \uparrow$

3. Обугливание сахара: $C_{12}H_{22}O_{11} \xrightarrow{t} 12C + 11H_2O$

Расчет объема выделившегося газа

Рассчитаем объем углекислого газа ($CO_2$), который выделяется при разложении питьевой соды. Согласно описанию, именно этот газ является основной причиной роста "змеи".

Дано:

Масса питьевой соды $m(NaHCO_3) = 2$ г

Найти:

Объем углекислого газа $V(CO_2)$ - ?

Решение:

1. Уравнение реакции разложения гидрокарбоната натрия:

$2NaHCO_3 \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2o + CO_2 \uparrow$

2. Найдем молярную массу гидрокарбоната натрия ($NaHCO_3$), используя периодическую таблицу химических элементов:

$M(NaHCO_3) = M(Na) + M(H) + M(C) + 3 \times M(O) = 23 + 1 + 12 + 3 \times 16 = 84$ г/моль

3. Рассчитаем количество вещества $NaHCO_3$, содержащееся в 2 граммах:

$n(NaHCO_3) = \frac{m(NaHCO_3)}{M(NaHCO_3)} = \frac{2 \text{ г}}{84 \text{ г/моль}} \approx 0.0238$ моль

4. По уравнению реакции, из 2 моль $NaHCO_3$ образуется 1 моль $CO_2$. Это означает, что количество вещества выделившегося углекислого газа будет в два раза меньше количества вещества разложившейся соды:

$n(CO_2) = \frac{n(NaHCO_3)}{2} = \frac{0.0238 \text{ моль}}{2} = 0.0119$ моль

5. Найдем объем выделившегося газа. При нормальных условиях (н.у., температура 0°C и давление 1 атм) молярный объем любого газа $V_m$ равен 22.4 л/моль.

$V(CO_2) = n(CO_2) \times V_m = 0.0119 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} \approx 0.26656$ л

Округлим полученное значение до двух значащих цифр после запятой.

Ответ: При термическом разложении 2 г питьевой соды выделится приблизительно 0.27 л углекислого газа (при нормальных условиях).