PRODUZIONE E RICONOSCIMENTO DI ALCUNI GAS

OBIETTIVI:

Verificare che facendo reagire zinco metallico Zn° e acido cloridrico HCl si ottiene idrogeno gassoso H₂.

Verificare che facendo reagire perossido di idrogeno H₂O₂ e cloruro ferrico FeCl₃ si ottiene ossigeno gassoso.

Verificare che facendo reagire carbonato di calcio CaCO₃ con acido cloridrico si ottiene anidride carbonica CO₂.

OCCORRENTE:

Materiali

Beuta

Imbuto separatore con rubinetto

Tubo di vetro a squadra

Due tappi di gomma

Provettone di vetro

Becher grande

Tubo di gomma

Acqua distillata

Asta di sostegno

Morsetto

Braccio metallico di sostegno con anello

Accendino

Bastoncino di legno

Becher piccolo tarato

Sostanze

Acido cloridrico (HCl)

Zinco metallico (Zn)

Cloruro ferrico (FeCl₃)

Carbonato di calcio (CaCO₃)

Perossido di idrogeno (acqua ossigenata, H₂O₂)

DESCRIZIONE DELL'ESPERIENZA:

Montaggio dell'attrezzatura (questa attrezzatura servirà per tutte le tre fasi dell'esperienza).

Il procedimento è sostanzialmente il medesimo per tutte e tre le fasi.

Prima fase:

- Mettere i trucioli di zinco nella beuta.

- Nell'imbuto mettere acido cloridrico, prestando attenzione che il rubinetto sia chiuso (in posizione orizzontale).

- Riempire il provettone con acqua distillata servendosi del becher tarato.

- Chiudere il provettone con il tappo di gomma, senza però esercitare una pressione troppo forte.

NB: i liquidi sono incomprimibili, e se si premesse con troppa forza si provocherebbe la fuoriuscita di una piccola parte di liquido ed entrerebbe dell'aria, che comprometterebbe la corretta riuscita dell'esperimento.

- Immergere il provettone rivolto verso il basso nell'acqua del becher grande. Togliere il tappo restando sott'acqua, in modo da non far entrare aria, e inserirvi il tubo di gomma.

- Aprire il rubinetto dell'imbuto.

Facendo scendere l'acido cloridrico nella beuta, sì da inizio alla reazione tra questo e lo zinco.

NB: assicurarsi che il tappo della beuta sia ben chiuso, per evitare perdite di gas.

Si nota che lo zinco viene immediatamente attaccato dall'acido cloridrico, creando un'effervescenza e un liquido biancastro nella beuta.

- Dopo qualche minuto si osserveranno delle bolle nel provettone.

Si tratta di idrogeno, convogliato nel provettone a reazione avvenuta. Ovviamente non può uscire da esso, perché impedito dall'acqua: tale sistema è denominato bagno idropneumatico.

AVVERTENZA: si consiglia di non considerare riusciti i primi due tentativi, a causa della presenza di una maggiore percentuale di aria rispetto a quella del gas preso in esame. Abbiamo ottenuto risultati attendibili solamente al terzo tentativo.

Seconda fase:

- Mettere nella beuta del perossido di idrogeno.

- Mettere nell'imbuto del cloruro ferrico.

Il cloruro ferrico si presenta come un liquido giallastro.

- Sistemare il provettone come nella prima fase.

- Aprire il rubinetto, senza far scendere troppo liquido.

OSSERVAZIONE: a poco a poco notiamo che il perossido di idrogeno assume una colorazione marrone-giallastra e, dopo qualche minuto, assistiamo alla formazione di una lieve effervescenza prima aderente alle pareti della beuta, poi estesa su tutta la superficie del liquido.

Le pareti, inoltre, si appannano.

Nel provettone assistiamo alla formazione di bollicine (bagno idropneumatico), indice della presenza di ossigeno.

Terza fase:

- Mettere acido cloridrico nell'imbuto separatore.

- Mettere carbonato di calcio nella beuta.

- Aprire il rubinetto dell'imbuto per iniziare la reazione.

OSSERVAZIONE: si crea nella beuta un liquido bianco molto effervescente e un precipitato bianco, mentre nel provettone viene raccolta anidride carbonica, il liquido che vi era prima diventa torbido e opaco, formando anche qui un precipitato bianco.

CONCLUSIONI:

Per verificare la presenza dei gas si effettuano le seguenti prove:

Estrarre dal provettone il tubo di gomma e chiudere il provettone con il tappo (che per comodità sarà già presente sott'acqua), sempre evitando che vi entri aria, quindi tenendo l'estremità aperta sott'acqua. Dopo aver acceso con l'accendino un'estremità del bastoncino di legno, estrarre il provettone dall'acqua, togliere il tappo e immediatamente introdurvi, dopo averlo spento, il tizzone ardente. La fiamma si ravviverà e produrrà un rumore acuto: ecco perché l'idrogeno è detto il 'principe dei comburenti', in quanto contribuisce attivamente alla combustione.

La reazione che si è verificata è la seguente:

Zn° + 2HCl à ZnCl + H₂

È una reazione di ossidazione e riduzione, poiché lo zinco cede e^- e il suo nox passa da 0 a 2; l'idrogeno quindi acquista e^- facendo diminuire il suo nox da 1 a 0.

Per verificare la presenza di ossigeno la procedura è la stessa, ma la fiamma che si ravviva non produce rumore.

La reazione è questa:

H₂O₂ + FeCl₃ à O₂

Questa reazione è di tipo catalitico, in quanto il ferro favorisce solo la dissociazione dell'ossigeno e non contribuisce alla reazione.

La reazione che si crea è la seguente:

CaCO₃ + 2HCl à CaCl₂ + H₂O + CO₂

Per verificare la presenza di anidride carbonica (che è una sostanza acida)

un'altra reazione di neutralizzazione, che da come prodotti un sale e acqua:

CO₂ + Ca(OH)₂ à CaCO₃ + H₂O

L'anidride carbonica è una sostanza acida che libera ioni idroni H⁺ o prende ioni ossidrili OH^-.

Il di-idrossido di calcio è una sostanza basica che libera ioni ossidrili OH^- o prende ioni idroni H⁺.

Il carbonato di calcio è il sale, in questo modo abbiamo nuovamente il sale di partenza.