Składniki powietrza - tlenek węgla(IV)

W wirtualnym laboratorium możesz wykonać sześć różnych prób. 

We wnioskach uwzględnij nazwy gazów, których obecność udało Ci się wykazać w poszczególnych próbach. Pamiętaj, aby odnieść się do postawionej hipotezy.

Ile z prób udało Ci się przeprowadzić w wirtualnym laboratorium? Poniżej znajduje się przykładowo uzupełniony dziennik laboratoryjny. Ile z zawartych w nim informacji znalazło się w Twojej notatce?

Problem badawczy nr $1$: Czy można można doświadczalnie potwierdzić obecność tlenu, tlenku węgla($\text{IV}$) i pary wodnej w powietrzu?

Hipoteza nr $1$: Wykorzystując odpowiedni sprzęt laboratoryjny i odczynniki, można doświadczalnie potwierdzić obecność tlenu, tlenku węgla($\text{IV}$) i pary wodnej w powietrzu.

Problem badawczy nr $2$: Czy powietrze wdychane do płuc ma taki sam skład, jak powietrze wydychane z płuc?

Hipoteza nr $2$: Skład powietrza wdychanego do płuc różni się od składu powietrza wydychanego z płuc.

Co będzie potrzebne (sprzęt laboratoryjny i odczynniki):

• cylinder miarowy o pojemności $100 {\text{cm}}^3$;

• zlewki;

• krystalizatory;

• długa wąska szklana, żaroodporna rurka, z dwoma gumowymi korkami;

• strzykawki;

• igły do strzykawek;

• świeczki (podgrzewacze);

• zapałki/zapalarka;

• szalka Petriego;

• łyżka laboratoryjna;

• bagietki laboratoryjne;

• dwa metalowe statywy z łapami;

• cylinder miarowy o pojemności $100 {\text{cm}}^3$ wypełniony powietrzem; wydychanym z płuc (zatkany korkiem);

• strzykawki wypełnione powietrzem wydychanym z płuc;

• termos z kostkami lodu (lub zlewka z kostkami lodu);

• łyżka do lodu;

• woda destylowana;

• miedź;

• siarczan($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) (stały, bezwodny);

• nasycony wodny roztwór wodorotlenku wapnia (woda wapienna).

Instrukcja:

Część $1$:

1. W centralnej części szklanej (żaroodpornej) rurki umieść niewielką ilość czystych wiórek miedzi. Rurkę z dwóch stron zatkaj gumowymi korkami.

2. Tłok jednej strzykawki przesuń na pozycję “$0 {\text{cm}}^3$”, a tłok drugiej – na pozycję “$100 {\text{cm}}^3$”.

3. Połącz obydwie strzykawki z rurką (ostrożnie, by nie przesunąć ich tłoków), przebijając igłą jednej ze strzykawek pierwszy korek, a drugą – ten zamykający rurkę.

4. Zestaw umieść na dwóch statywach, tak aby każda ze strzykawek podtrzymywana była przez jeden statyw i by mieć możliwość manewrowania ich tokami.

5. Pod centralną częścią rurki (bezpośrednio pod wiórkami miedzi) ustaw palnik.

6. Zapal palnik.

7. Przesuwaj powoli tłoki strzykawek, tak by przetaczać pomiędzy nimi ich zawartość.

8. Manewrowanie tłokami strzykawek zakończ w momencie, kiedy przestaniesz obserwować zmiany świadczące o przebiegu reakcji chemicznej.

9. Odczytaj objętość gazowej mieszaniny znajdującej się w strzykawce.

Część $2$:

Próba $1$:

1. Zapal dwie świece.

2. Jedną ze świec nakryj zlewką.

Próba $2$:

1. Zapal dwie świece.

2. W miarę możliwości, jednocześnie, jedną ze świec nakryj „pustym” cylindrem miarowym, a drugą – cylindrem miarowym wypełnionym uprzednio powietrzem wydychanym z płuc.

Próba $3$:

1. Do dwóch krystalizatorów wlej z tryskawki jednakową objętość wody destylowanej.

2. W każdym z krystalizatorów ustaw jedną świecę. 3.Zapal obydwie świece.

3. W miarę możliwości, jednocześnie, jedną ze świec nakryj „pustym” cylindrem miarowym, a drugą – cylindrem miarowym wypełnionym uprzednio powietrzem wydychanym z płuc.

Próba $4$:

1. Do dwóch zlewek nalej jednakową objętość nasyconego wodnego roztworu wodorotlenku wapnia (wody wapiennej).

2. Do pustej strzykawki nabierz powietrze, tak by jej tłok ustawił się na pojemności $100 {\text{cm}}^3$.

3. Nabrane do strzykawki powietrze atmosferyczne wprowadź bezpośrednio do wody wapiennej w jednej ze zlewek.

4. Do wody wapiennej w drugiej ze zlewek wprowadź bezpośrednio, zebrane uprzednio w strzykawce, powietrze wydychane z płuc.

Próba $5$:

1. Na szalkę Petriego nanieś za pomocą łyżki laboratoryjnej niewielką ilość bezwodnego siarczanu($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$).

2. Do pustej suchej zlewki wprowadź kilka kostek lodu.

3. Krople cieczy zebranej na zewnętrznych ściankach zlewki zbierz za pomocą bagietki i nanieś na siarczan($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$).

Próba $6$:

1. Na szalkę Petriego nanieś za pomocą łyżki laboratoryjnej niewielką ilość bezwodnego siarczanu($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$).

2. Próbkę pozostaw na co najmniej godzinę.

Obserwacje:

Część $1$:

Zaobserwowano, że z każdym przesunięciem tłoków strzykawek objętość zawartej w nich gazowej mieszaniny nieznacznie się zmniejszała. Jednocześnie miedź pokrywała się stopniowo czarnym nalotem. Wspomniane zmiany przestały być widoczne w momencie, kiedy objętość gazowej mieszaniny zawartej w strzykawkach zmniejszyła się do $79 {\text{cm}}^3$”.

Część $2$:

Próba $1$: Płomień świecy nakrytej zlewką po chwili gaśnie. Płomień drugiej ze świec pali się nadal.

Próba $2$: Płomień świecy nakrytej cylindrem miarowym, zawierającym powietrze wydychane z płuc, gaśnie szybciej niż płomień świecy z cylindrem miarowym zawierającym powietrze atmosferyczne.

Próba $3$: Płomień świecy nakrytej cylindrem miarowym, zawierającym powietrze wydychane z płuc, gaśnie szybciej niż płomień świecy z cylindrem miarowym zawierającym powietrze atmosferyczne. W obydwu przypadkach część wody z krystalizatora zostaje zassana do cylindra miarowego. Poziom gazowej mieszaniny w cylindrze wypełnionym uprzednio powietrzem wdychanym do płuc wynosi około $80 {\text{cm}}^3$, a wydychanym z płuc – około $82 {\text{cm}}^3$.

Próba $4$: W obydwu przypadkach zaobserwowano zmętnienie wody wapiennej, przy czym było ono znacznie bardziej widoczne w przypadku wprowadzenia do wody wapiennej powietrza wydychanego z płuc.

Próba $5$: Po wprowadzeniu kostek lodu do suchej zlewki zaobserwowano, że na ściankach po zewnętrznej jej stronie pojawiły się krople bezbarwnej cieczy. Biała substancja w kontakcie ze wspomnianą cieczą zabarwiła się na niebiesko.

Próba $6$: Pozostawiony na powietrzu biały proszek zmienia stopniowo swoje zabarwienie na niebieskie.

Wnioski:

Część $1$:

Czarny nalot, powstający na miedzi, to tlenek miedzi($\text{II}$) ($\text{CuO}$). Tlenek ten powstaje w wyniku reakcji miedzi z tlenem podczas ogrzewania. Można zatem wnioskować, że ponieważ zaobserwowano objawy reakcji, w strzykawce znajdował się tlen. W czasie trwania doświadczenia zaobserwowano, że w pewnym momencie objawy reakcji ustały – oznacza to, że w układzie skończył się tlen (miedź nadal była widoczna w rurce). Odczytana objętość gazowej mieszaniny zawartej w strzykawkach, po ustaniu objawów reakcji, pozwala na stwierdzenie, że tlen stanowił około $21 {\text{cm}}^3$ tej mieszaniny, a więc $21\%$ jej objętości. Pozostałą część ($79\%$ objętości) stanowiły substancje, które nie brały udziału w reakcji z miedzią w warunkach doświadczenia.

Część $2$:

Próba $1$: Substancją podtrzymującą spalanie jest tlen. Ponieważ świece palą się, można wnioskować, że jest on zawarty w powietrzu. Po zakryciu świecy zlewką, odcinamy dostęp powietrza do świecy – świeca pali się jeszcze przez chwilę, po czym gaśnie. Oznacza to, że w czasie spalania się świecy tlen zawarty w zlewce został wyczerpany.

Próba $2$: Płomień świecy gaśnie w momencie, kiedy w układzie zaczyna brakować tlenu. Można wnioskować, że w powietrzu wydychanym z płuc, podczas spalania, tlen wyczerpał się wcześniej niż w powietrzu atmosferycznym. Zatem powietrze wydychane z płuc zawiera mniej tlenu niż powietrze wdychane do płuc.

Próba $3$: Woda zajmuje w cylindrach miejsce po wykorzystanym do spalania świec tlenie. Można zatem wnioskować, że zawartość tlenu w powietrzu wydychanym z płuc jest mniejsza niż w powietrzu wdychanym do płuc.

Uwaga: W ćwiczeniu nie analizowano rozpuszczalności tlenku węgla($\text{IV}$) w wodzie. Ponieważ powstający w procesach spalania tlenek węgla($\text{IV}$) jest stosunkowo dobrze rozpuszczalny w wodzie (około $\mathrm{0,2} \text{g}$ na $100 \text{g}$ wody), wyniki przeprowadzonego doświadczenia, wskazujące na zawartość procentową tlenu w powietrzu, należy uznać za przybliżone (objętość gazowej mieszaniny, która pozostała w cylindrze, jest pomniejszona o objętość tlenku węgla($\text{IV}$), który rozpuścił się w wodzie). Wykonane doświadczenie pozwala jednak na stwierdzenie, że w powietrzu wydychanym z płuc znajduje się mniej tlenu niż w powietrzu wdychanym do płuc.

Próba $4$: Woda wapienna mętnieje w kontakcie z tlenkiem węgla($\text{IV}$). Po intensywności zmętnienia można wnioskować, że powietrze wydychane z płuc zawiera więcej tlenku węgla($\text{IV}$) niż powietrze wdychane do płuc.

Próba $5$: Bezwodny siarczan($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) zmienia zabarwienie na niebieskie w kontakcie z wodą. Można zatem wnioskować, że obserwowane na zewnętrznych ściankach zlewki krople cieczy, to skroplona para wodna. Zatem jednym ze składników powietrza wdychanego do płuc jest para wodna.

Próba $6$: Bezwodny siarczan($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) zmienia zabarwienie na niebieskie w kontakcie z wodą. Można zatem wnioskować, że jednym ze składników powietrza wdychanego do płuc (powietrza atmosferycznego) jest para wodna.

Podsumowanie wniosków: W powietrzu wdychanym do płuc i wydychanym z płuc wykryto tlen oraz tlenek węgla($\text{IV}$). Zawartość tych gazów w powietrzu wdychanym do płuc jest inna niż w powietrzu wydychanym z płuc. Powietrze wdychane do płuc zawiera więcej tlenu, a mniej tlenku węgla($\text{IV}$). Z kolei w powietrzu wydychanym z płuc znajduje się mniej tlenu, a więcej tlenku węgla($\text{IV}$). W powietrzu wdychanym do płuc wykryto również parę wodną.