Інтелект-шоу «Багатоликий Карбон»

Ведучий. Сьогодні представники чотирьох 11-х класів візьмуть участь у хімічній грі «Багатоликий Карбон». Для початку варто розповісти про героя нашого вечора, а також послухати легенду про нього.

Карбон — один із найбільш важливих елементів періодичної системи: його органічні сполуки є складовою частиною всього живого на Землі. Вміст Карбону в живих організмах становить від 0,1 до 26% їх живої маси. У сухій масі рослинних і тваринних решток, у гумусі ґрунту міститься 46-60% Карбону. У земній корі вміст Карбону становить 2,3 х 10-20% (17-е місце серед інших елементів), у воді — 0,002% за масою, а в атмосферному повітрі — 0,03% за об’ємом.

Ведучий. Карбон — один із небагатьох елементів «без роду, без племені». Ім’я його першовідкривача невідомо. Невідомо й те, яка з алотропних форм Карбону — алмаз чи графіт — була відкрита раніше. Стверджувати можна лише те, що до алмазу і графіту людина знала вугілля і не розуміла, що благородний алмаз і непоказний графіт — близнюки. Карбон визнали хімічним елементом лише в 1775 р. завдяки роботам А. Лавуазье.

Легенда про Карбон

Давним-давно, в одній країні, президентом якої був Д. Менделєєв, у будинку № 4 на другому поверсі, в шостій квартирі жив собі старий Вуглець. І було в нього троє дітей — сини Алмаз і Графіт та дочка Сажа. Сажа завжди сиділа дома біля вогнища і займалася господарством. Алмаз і Графіт були настільки різними, що тільки в 1797 р. англійський хімік С. Теннант зміг довести їхню спорідненість, коли в ході хімічного досліду спалив однакову кількість алмазів і графіту, одержавши однакову кількість Карбон (IV) оксиду. І не дивно, що цього не могли зробити раніше, адже зовнішній вигляд і принципи життя синів Вуглецю настільки відмінні, що нікому й на думку не спадало об’єднати їх в одну родину.

Для досягнення власних цілей кожен із синів використовував свої власні зв’язки. Алмаз завжди домагався всього, бо друзів у нього було багато — по чотири на кожен атом, і всі вони перебували на однаковій відстані. А кут кристалічних граток 109° 28´ забезпечував йому надзвичайну міцність і твердість характеру.

Непрозорий, сірий Графіт був за характером м’яким, легко розшаровувся на дрібні пластини.

Його друзі-атоми знаходилися на різних відстанях один від одного і, навіть у різних площинах. За таких умова спробуй зміцнити свій авторитет! Кристалічна гратка і та не допомогла, адже мала кут 120°. Дуже переживав через це Графіт, але здаватися не збирався. Він вирішив довести всім, що щастя не тільки в міцності та блиску. І взявся Графіт відразу за багато справ: де тільки не знаходилися його атоми Карбону! І в торфі, і в нафті, вугіллі, крейді, і в усіх живих організмах. Усе нічого б, так довідався якось Алмаз про те, що Графіт теж захотів мати твердий характер, влаштувавшись у мармур і доломіт. Алмаз же, завсідник музеїв і галерей, обурився: як це так, якийсь там м’який Графіт теж знаходитиметься в музеї у вигляді мармурових колон та стін, підсвічників, поряд з алмазами «Кулліаном» та «Орловим». Не бувати цьому!

Поміркувавши, Алмаз вирішив діяти. Одного разу вночі, щоб ніхто не довідався, узяв він Графіта та й сховав під землю, сподіваючись, що без доступу повітря той загине. Сам залишився поруч, стеріг, щоб брат, бува, не втік. Але під дією високої температури (1600°C) і тиску 104 Мпа Графіт перетворився на Алмаз. І коли одного чудового дня добули братів із землі, то на Графіта відразу звернули увагу: «Який гарний! Який прозорий!» Алмаз подумав: «Що це з ним? Адже це все про мене, а ці дурні люди чомусь Графіта вихваляють!» Оглянув себе Алмаз і побачив, що став він точнісінько таким, яким раніше був Графіт. І заплакав Алмаз вугільними чорними сльозами.

(Для участі в інтелект-шоу запрошують 4 учнів. Хто з них першим правильно відповів на запитання-жереб, одержує 1 бал і обирає тему, за якою відповідатиме в І турі. Якщо студент правильно відповів на всі 6 запитань теми, одержує бонус — додатково З бали. Питання тем проектують на екран за допомогою мультимедійного проектора).

Запитання-жереб. У якому віці Д.І. Менделєєв зробив своє найбільше відкриття — періодичний закон хімічних елементів? (У 35 років)

І ТУР

Тема «Запитує Незнайко»

1.           За який елемент у вигляді простої речовини платять більше, ніж за золото, а також платять за те, щоб позбутися від нього?  

Відповідь. Елемент — С, прості речовини — алмаз і сажа.

2.           «Цікаво, чому чадний газ горить, а вуглекислий газ — ні?» — замислився Незнайко.

Відповідь. Процес горіння є процесом окиснення (у CO₂ карбон окиснений повністю і більше окиснюватися не може).

3.           «Цікаво, для чого в кузнях бризкають на вугілля водою?» — подумав Незнайко.

Відповідь. Щоб посилити жар: t > 1200ºС С + Н₂О; CO + Н₂

4.           Незнайко взяв 2 відра із суспензіями крейди і вапна. Але по дорозі до кімнати забув, де яка суспензія. Як Незнайку розпізнати речовини?

Відповідь. Двома способами: за допомогою фенолфталеїну (у відрі з вапном індикатор змінить забарвлення на малинове) або за допомогою розчину будь-якої кислоти (крейда даватиме характерне «закипання» з кислотою).

5.           Незнайко взяв поліетиленовий пакет, поклав у нього свіже яблуко, надув у пакет ротом повітря, міцно зав’язав і поклав у холодильник. «Тепер я спокійний — яблуко довго зберігатиметься», — подумав Незнайко. Для чого Незнайко надув ротом повітря у пакет?

Відповідь. Видихуване повітря містить СO₂, а в атмосфері газоподібного CO₂ чи N₂ фрукти добре зберігаються, впадаючи у «сплячку».

Тема «Читаючи класиків»

1.           Які властивості вуглекислого газу описав А.К. Дойл у творі «Маракотова безодня»? «Повітря було важким, спертим. Воно так було просякнуте вуглекислотою, що живильний струмінь стиснутого кисню ледве виходив із балона. Ставши на диван, можна ще було ковтнути чистого повітря, але отруєна зона піднімалася все вище і вище».

Відповідь. Вуглекислий газ важчий за повітря, не підтримує дихання і горіння.

2.           Чи правильно Жуль Верн описав хімічні процеси у романі «Таємничий острів»?

«Потім руда і вугілля були розміщені шарами, що чергуються, — шар руди на шарі вугілля і т.д. Тепер, після того як вугілля буде запалене і в купу стануть нагнітати повітря міхами, у ній повинні відбутися такі хімічні процеси: вугілля, згоряючи перетворюється у вуглекислоту».

Відповідь. Вуглекислий газ під час згоряння вугілля реагує з новими порціями вугілля з утворенням чадного газу, який, будучи відновником, віднімає кисень від руди. Залізо, що виділяється, не чисте, містить домішки вуглецю:

С + О₂ → СО₂ + Q

СО₂ + С → 2СО

Fe₂О₃ + 3СО → 2Fe + 3СО₂

3.           Який напій випила Клеопатра з однойменного твору Г.Р. Хаггарда, і що сталося з перлиною? «Вона вийняла з вуха одну з тих величезних перлин... і ...опустила в оцет. Запанувала тиша, вражені гості, завмерши, спостерігали, як незрівнянна перлина повільно розчиняється в міцному оцті. От від неї не залишилося і сліду. І тоді Клеопатра підняла келих, покрутила його і випила весь до останньої краплі».

Відповідь. Напій, який коштував 100000 сестерцій(дуже велика сума), являє собою кальцій ацетат:

СаСО₃ + 2СН₃СООН → (СН₃СОО)₂Са + СО0₂↑ + Н₂О перлина

4.           Коли і чому треба закривати трубу печі, послуговуючись порадами Мороза Івановича з однойменної російської народної казки?

«— А навіщо ти, Морозе Івановичу, — запитала рукодільниця, — узимку по вулицях ходиш та у віконце стукаєш?

— А я тому у віконце стукаю, — відповів Мороз Іванович, — щоб не забували печі топити та труби вчасно закривати; адже я знаю, є такі нечупари, що грубку затоплять, а трубу закрити не закривають. Та й не вчасно, поки ще не всі вуглини прогоріли, а від того у світлиці чадно буває, голова у людей болить, в очах зеленіє і навіть взагалі вмерти від чаду можна.»

Відповідь. Не можна закривати піч негайно після того, як дрова перетворилися на купу розпечених вуглин, оскільки завдяки сильному розжаренню вуглин ще існують умови для реакції:

С + СО₂ = 2СО

Однак, коли вугілля охоплене, піч можна закрити. Про те, що підходящий момент настав, можна довідатися завдяки зникненню блакитних вогників, які спалахують під розпеченими вуглинами.

5. Які хімічні реакції відбулися у творі Л. Буссенара «Викрадачі діамантів»? Напишіть відповідні рівняння реакцій. «Пожежа палала кілька годин підряд. Печера перетворилася на справжню піч для випалювання вапняку. Нечуваної сили полум’я обпекло весь вапняний пласт, що являє собою вуглекислу сіль кальцію. Під дією вогню вапняк розклався... І вийшло те, що називають негашеним вапном. Залишилося тільки, щоб на нього потрапила певна кількість води. Так і трапилося. Злива залила всю величезну масу негашеного вапна. Вона розбухла, стала з нездоланною силою розпирати вугілля,

що стискало її, і виштовхувати його в напрямку до прірви.» Відповідь:

СаСО₃ = СаО + СО₂

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂  

Тема «Хімія в побуті»

1.           Чому накип частіше утворюється в чайниках, ніж у каструлях?

Відповідь. Накип не утворюється в каструлях, адже ми їх часто миємо. Накип — це нерозчинні карбонати кальцію і магнію. Позбутися накипу в чайнику можна, вимивши його розчином харчової кислоти (оцтової, лимонної).

2.           Чому суворо заборонено заводити автомобілі в зачиненому гаражі?

Відповідь. До 12% чадного газу входить до складу вихлопних газів автомобіля. Чадний газ — смертоносна і підступна отрута, яка зв’язується з гемоглобіном крові значно міцніше, ніж життєдайний кисень. Смерть наступає вже тоді, коли близько 80% гемоглобіну сполучається з чадним газом. Тому, заводити мотор у гаражі при зачинених дверях — самогубство.

3.           Чому палаючі предмети ефективніше гасити питною содою, ніж водою та піском?

tºС

Відповідь. 2МаНСО₃ → N₂СО₃ + СО₂↑ + Н₂О↑

Унаслідок розкладу МаНСО₃ поглинається тепло, виділяється пара СО₂ і Н₂О, що огортає палаючий предмет і перешкоджає доступу О₂.

4.           Чому краще побілити стелю і стіни на кухні вапном, а в інших кімнатах — крейдою.

Відповідь. Як паливо для газових плит найчастіше використовується природний газ, що являє собою суміш СН₄, С₃Н₈, С₂H₆. Після згорання вуглеводнів утворюються вуглекислий газ і вода. У природному газі як домішки можуть знаходитися сірчистий газ і сірководень.

100º

2Н₂S + 3О₂ → 2SO₂ + 2Н₂О

Різноманітні леткі хімічні сполуки потрапляють у повітря кухні під час смаження продуктів. Усі ці забруднення повітря поглинаються штукатуркою (внаслідок адсорбції). Якщо кухня побілена крейдою відбувається реакція:

СаСО₃ + СО₂ = СаСО₃ + СО₂↑

У результаті виділення вуглекислого газу його концентрація в приміщенні зростатиме. Побілка гашеним вапном, навпаки, сприяє хімічному очищенню повітря:

Са(ОН)₂ + СО₂ → СаСО₃ + Н₂О

Са(ОН)₂ + 2СО₂ → Са(НСО3)₂

5.Як можна довідатися, що в повітрі є чадний газ?

Відповідь. Фільтрувальний папір, змочений 0,02% розчином паладій (II) хлориду, чорніє і вказує на небезпеку. Якщо в повітрі 9 мг/л СО, папір чорніє миттєво, якщо 0,02 мг/л через — 1 хвилину:  РdСl₂ + СО + Н₂О = Рd + СО₂ + 2НСl

II  ТУР

(Учасники показують досліди й оцінюють один одного).

Знебарвлення розчинів

У циліндр кладуть кілька таблеток активованого вугілля(або карболену) і наливають до них 10-15 мл 0,01% розчину метиленової сині. Закривають пробкою і добре збовтують вміст: забарвлення зникає, рідина стає прозорою. У даному випадку відбувається адсорбція — вбирання газоподібних або розчинених речовин поверхнею твердих речовин або рідинами. Карболен має велику активну поверхню, що вимірюється сотнями квадратних метрів на 1 г речовини, за рахунок чого здатен адсорбувати гази, токсини, солі важких металів.

Чорна змія У тарілку насипають гірку річкового піску, яку просочують спиртом. У заглиблення на вершині конуса кладуть добре розтерту в ступці суміш (2 г питної соди і 13 г цукрової пудри). Підпалюють спирт. Із цукрової маси, що перетворюється спочатку в карамель, «випливає» так звана «чорна змія». Розміри змії залежать від тривалості горіння спирту: чим довше горітиме спирт, тим більше виділятиметься СО₂ і пористого вугілля, а отже, довшою буде «змія».

Чарівна вода

На керамічну плитку купкою висипають 1-2 г розтертого у ступці перманганату калію. У зроблену на її поверхні ямку обережно крапають кілька крапель гліцерину. Відбувається спалах — реакція окислення гліцерину до вуглекислого газу й відновлення перманганату.

tº

2KMnО₄ = K₂МnO₄ + МnO₂ + О₂ ↑  

Діючий вулкан

У шийку конічної колби вставляють тигель з амоній дихроматом. У центрі горбочка роблять невеликий «кратер», у який помішують джгутик вати, змоченої спиртом. Потім запалюють «вулкан» скіпкою. Реакція екзотермічна, відбувається бурхливо, разом з азотом вилітають розжарені частинки хром (III) оксиду. Якщо погасити світло, виникає враження діючого вулкана, з кратера якого вириваються розжарені маси: (NН₄)₂Cr₂О₃ = N₂ + Cr₂О₃ + 4Н₂О.

Ведучий. Перед тим як журі оголосить переможця, послухайте цікаві факти, пов’язані з хімією:

•             Шотландська королева Марія Стюарт, побоюючись отруєння, завжди носила із собою алмаз, який був символом хоробрості й твердості.

•             Доросла людина протягом доби видихає близько 660 л вуглекислого газу, що відповідає приблизно 353 г спаленого вуглецю.

•             На всіх тварин і людину Карбон (II) оксид діє як смертельна отрута. З теплокровних тварин найбільш витривалими є звірі, які впадають у зимову сплячку. А холоднокровні тварини (жаби, риби) здатні переносити в 1000 разів більші кількості Карбон (II) оксиду, ніж теплокровні.

•             В атмосфері газоподібного СО₂ чи N₂ овочі та фрукти добре зберігаються, бо впадають у своєрідну «сплячку».

•             Ми позіхаємо для того, щоб видихнути вуглекислий газ, який виділяється із стомлених клітин. СО₂, що знаходиться у крові, примушує мозок посилати м’язам легенів відповідні сигнали, і тоді виникає глибокий конвульсивний вдих — позіх.

(Підбиваються підсумки інтелект-шоу, визначається і нагороджується переможець).