Визначення карбон(IV) оксиду (вуглекислого газу; CO2) у газових сумішах

Шаповалов ЄвгенійНауковий співробітник НЦ «Мала академія наук України». Сфера наукових інтересів: екологія, біотехнологія, аналітична хімія, загальна хімія, органічна хімія, біохімія, харчова експертиза, фізіологія харчування. Переможець Всеукраїнського конкурсу студентських наукових робіт за напрямом «Хімічні технології» (2014 р.), ІІ місце у конкурсі найкращих дипломних робіт за напрямом «Біотехнологія» (2014 р). Автор посібників по використанню цифрових вимірників на уроках хімії та біології
Tarasenko Roman

Завдання роботи

  1. Навчитися визначати карбон(IV) оксид у газових сумішах хімічним методом.
  2. Зрозуміти механізм нейтралізації карбон(IV) оксиду натрій гідроксидом.
  3. Навчитися застосувати методику на практиці.

Обладнання

  1. Медична ємність для прокапувань.
  2. Голка медична.
  3. Шприц 50 см3.
  4. Штатив.
Хімічні речовини:
  1. NaOH, натрій гідроксид, 2%.
  2. C20H14O4, фенофталеїн (опціонально).

Теоретична частина

Карбон(IV) оксид - це досить поширена речовина. Його вміст у повітрі становить 0,0393%.

Варто зауважити, що методика, викладена нижче, не є досить точною. Хоча експресність, а, отже, й забезпечення значної повторюваності експерименту, дають змогу забезпечити можливість застосування цієї методики, навіть, у наукових цілях.

УВАГА! Для вимірювання газових сумішей, де концентрація карбон(IV) оксиду є низькою, методика не є рекомендованою. Окрім того,  в реакцію нейтралізації будуть вступати й інші речовини, наприклад, гідроген сульфід (сірководень, H2S), оксиди Сульфуру, оксиди Нітрогену та інші сполуки, які мають кислотні властивості. Тому, вимірювання є доцільним в сумішах газів, де даний компонент є основним (наприклад, в біогазі).

Принцип методу полягає у нейтралізації карбон(IV) оксиду розчином натрій гідроксиду з утворенням натрій карбонату. Відповідно, карбон(IV) оксид, що прореагував із натрій гідроксидом, не буде створювати надлишкового тиску, а інші складові газу - будуть.

NaOH+CO2→Na2CO3+H2O

Для підготовки до вимірювань необхідно підготувати установку за таким алгоритмом:

  1. У медичну ємність перелийте натрій гідроксид (об'єм не є принциповим - заповніть ємність повністю).
https://youtu.be/i6NbxU1YwOI

2. Додайте в медичну ємність фенолфталеїн  (опціонально).

УВАГА! Фенолфталеїн у дуже лужному середовищі - безбарвний. Він використовується як індикатор концентрації натрій гідроксиду, адже відбувається хімічна реакція, що призводить до нейтралізації лугу та зменшення концентрації натрій гідроксиду. При зниження концентрації натрій гідроксиду, розчин почне рожевіти, що й буде свідчити про необхідність заміни розчину натрій гідроксиду на свіжий.

3. Закрийте ємність гнучкою пробкою та проткніть її медичною голкою.

https://youtu.be/t85fxDzrmaM

4. Переверніть ємність та зафіксуйте її у штативі.

https://youtu.be/R2HIFjXCX_k

5. Розмістіть циліндр під ємністю та підлаштуйте висоту ємності так, щоб отвір голки був чітко над циліндром.

https://youtu.be/-CHPGcz3yV8

Хід роботи

  1. Відберіть пробу досліджуваного газу об'ємом 50 см3.
  2. Закрийте шприц голкою.
  3. Проткніть голкою ємність з натрій гідроксидом.
  4. Натискаючи на поршень шприца, плавно пропустіть досліджувану пробу газу через розчин натрій гідроксиду.
https://youtu.be/rpzM3iARDWc 5. Визначте об'єм виділеної рідини за допомогою міток на циліндрі.

Аналіз даних

Розрахуйте вміст карбон(IV) оксиду за формулою: С=(50-x)*100/50, де С - вміст карбон(IV) оксиду, %; 50 - об'єм проби, см3; x - об'єм натрій гідроксиду, що виділився в циліндр, см3 .