Дополнительный опыт № 6, страница 74 - гдз по химии 7 класс тетрадь для лабораторных и практических работ Габриелян, Аксенова

Опыт с пластиковой бутылкой. Дополнительные опыты - страница 74.

Условие.

Дополнительный опыт № 6

Опыт с пластиковой бутылкой

Цель: выявление зависимости изменения объёма газов от температуры.

Оборудование и реактивы: пустая пластиковая бутылка с крышкой.

Задание. Провести наблюдение за изменением объёма воздуха в зависимости от различных температур и выявить соответствующую закономерность.

Инструкция

1. Пустую пластиковую бутылку плотно закройте пробкой. Что находится в закрытой бутылке?

2. Поставьте эту бутылку в холодильник. Через 5—10 минут посмотрите, что с этой бутылкой произошло. (Стенки бутылки втянулись внутрь, будто из неё откачали часть воздуха.)

3. Объясните наблюдаемое явление.

4. Ответьте на вопросы.

◆ Если вынуть бутылку из холодильника, то примет ли она прежнюю форму? Почему?

◆ Если закрытую пластиковую бутылку поместить на солнцепёк, что произойдёт?

5. Сформулируйте и запишите выявленную закономерность, дайте ей научное обоснование.

Решение.

Решение 2.

1. В пустой, но плотно закрытой пластиковой бутылке находится воздух. Воздух — это смесь газов, в основном состоящая из азота (~78%) и кислорода (~21%), а также небольшого количества других газов.
Ответ: В закрытой бутылке находится воздух.

3. Наблюдаемое явление объясняется изменением физических свойств воздуха при охлаждении. Когда бутылка с воздухом помещается в холодильник, температура воздуха внутри неё понижается. Согласно молекулярно-кинетической теории, температура тела является мерой средней кинетической энергии его частиц. При понижении температуры молекулы газа начинают двигаться медленнее и на меньшие расстояния друг от друга, что приводит к уменьшению занимаемого ими объёма и, как следствие, к падению давления внутри бутылки. Внешнее атмосферное давление, которое осталось неизменным, оказывается значительно выше давления внутри бутылки и сжимает её гибкие стенки.
Ответ: Стенки бутылки втянулись внутрь, так как при охлаждении воздух внутри сжался, его давление упало, и внешнее атмосферное давление сдавило бутылку.

4. ◆ Да, если вынуть бутылку из холодильника, она постепенно примет свою прежнюю форму. Это произойдёт потому, что воздух внутри бутылки начнёт нагреваться до комнатной температуры. При нагревании молекулы воздуха станут двигаться быстрее, газ расширится, и его давление увеличится. Когда внутреннее давление сравняется с внешним атмосферным давлением, оно "выдавит" стенки бутылки обратно, возвращая ей первоначальную форму.
Ответ: Да, бутылка примет прежнюю форму, потому что воздух внутри неё нагреется, расширится, и его давление расправит стенки.
◆ Если закрытую пластиковую бутылку поместить на солнцепёк, воздух внутри неё сильно нагреется. В соответствии с газовыми законами, при увеличении температуры газа в замкнутом объёме его давление значительно возрастает. Бутылка станет очень твёрдой на ощупь, и её стенки могут немного растянуться (бутылка "надуется"). При достаточно сильном нагреве давление может стать настолько большим, что бутылка лопнет.
Ответ: Бутылка станет твёрдой и раздуется из-за сильного увеличения давления нагретого воздуха внутри.

5. Выявленная закономерность: объём данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален его абсолютной температуре. Это означает, что при нагревании газ расширяется, а при охлаждении — сжимается.
Научное обоснование: Эта закономерность известна как закон Гей-Люссака (для изобарного процесса, т.е. процесса при постоянном давлении). Математически он выражается следующей формулой:
$ \frac{V}{T} = \text{const} $
где $V$ — это объём газа, а $T$ — его абсолютная температура, измеряемая в Кельвинах.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории, повышение температуры означает увеличение средней кинетической энергии молекул газа. Они начинают двигаться быстрее и сталкиваться со стенками сосуда чаще и с большей силой. Чтобы давление (сила, действующая на единицу площади) оставалось постоянным, объём, занимаемый газом, должен увеличиться. И наоборот, при охлаждении молекулы замедляются, и для поддержания того же давления объём должен уменьшиться.
Ответ: При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален его абсолютной температуре ($V \sim T$).