Страница 62 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

1. Почему некорректно выражение «молекула воздуха»?

Почему некорректно выражение «молекула воздуха»?

Решение

Выражение «молекула воздуха» является некорректным с научной точки зрения, поскольку воздух — это не чистое химическое вещество, а механическая смесь различных газов.

Молекула — это наименьшая частица конкретного вещества, которая сохраняет его химические свойства и состоит из одного или нескольких атомов, соединенных химическими связями. Например, мы можем говорить о молекуле воды ($H_2O$) или молекуле углекислого газа ($CO_2$).

Воздух же представляет собой совокупность молекул и атомов разных веществ. Основной состав сухого атмосферного воздуха у поверхности Земли примерно следующий:

• Азот ($N_2$) — около 78%;
• Кислород ($O_2$) — около 21%;
• Аргон ($Ar$) — около 0,93% (это инертный газ, существующий в виде отдельных атомов);
• Углекислый газ ($CO_2$) — около 0,04%;
• И другие газы (неон, гелий, метан, криптон и т.д.) в очень малых количествах.

Каждый из этих газов состоит из своих уникальных частиц: молекул азота, молекул кислорода, атомов аргона и т.д. Эти частицы имеют разную массу, размер и химическую активность. Поскольку не существует единой структурной единицы, которая представляла бы собой «воздух», говорить о «молекуле воздуха» нельзя. Вместо этого корректно использовать такие термины, как «состав воздуха», «молекулы газов, входящих в состав воздуха» или, в общем смысле, «частицы воздуха».

Ответ: Выражение «молекула воздуха» некорректно, так как воздух является не чистым веществом, а механической смесью газов (в основном азота, кислорода, аргона и др.). Каждый из этих газов состоит из собственных, различных по строению и свойствам молекул (или атомов в случае инертных газов), поэтому единой «молекулы воздуха» не существует.

2. Что называют объёмной долей компонента газовой смеси?

1. Выражение "институт индустрии" является некорректным с точки зрения лексической сочетаемости в русском языке. Причина кроется в семантике (значении) составляющих его слов.

Слово "институт" в значении научно-исследовательского или высшего учебного заведения, как правило, сочетается с названием конкретной научной дисциплины или определённой отрасли народного хозяйства. Например:

• Институт физики (конкретная наука)
• Институт машиностроения (конкретная отрасль промышленности)
• Институт пищевой промышленности (конкретная отрасль промышленности)

Слово "индустрия" является очень широким, обобщающим понятием, которое обозначает всю промышленность в целом. Оно не указывает на какую-либо конкретную область деятельности. Поэтому сочетание "институт индустрии" звучит так же странно, как "факультет науки" (вместо "факультет физики" или "факультет химии") или "кафедра искусства" (вместо "кафедра живописи" или "кафедра музыки"). Для названия учреждения требуется конкретизация.

Если рассматривать слово "институт" в социологическом смысле (как совокупность норм и учреждений, например, "институт семьи"), то сочетание "институт индустрии" также некорректно, поскольку индустрия сама по себе является сложной социально-экономической системой, а не "институтом" в узком социологическом понимании.

Ответ: Выражение "институт индустрии" некорректно из-за нарушения лексической сочетаемости. Слово "институт" в значении учебного или научного учреждения требует сочетания с названием конкретной науки или отрасли (например, "институт металлургии"), в то время как "индустрия" — это слишком общее, абстрактное понятие, обозначающее всю промышленность в целом.

2. Объёмной долей компонента газовой смеси называют безразмерную величину, равную отношению объёма, который занимал бы данный компонент при тех же температуре и давлении, что и вся смесь (этот объём также называют парциальным объёмом), к общему объёму смеси.

Объёмная доля обычно обозначается греческой буквой $ \phi $ (фи) или $ r $. Формула для расчёта объёмной доли i-го компонента:

$ \phi_i = \frac{V_i}{V_{смеси}} $

где:

• $ \phi_i $ – объёмная доля i-го компонента;
• $ V_i $ – парциальный объём i-го компонента (объём, который занимал бы газ $i$, если бы он один находился в тех же условиях температуры и давления, что и смесь);
• $ V_{смеси} $ – общий объём газовой смеси, который согласно закону Амагата равен сумме парциальных объёмов всех компонентов: $ V_{смеси} = \sum V_i $.

Объёмную долю часто выражают в процентах, для этого полученное значение умножают на 100%.

Для смесей идеальных газов объёмная доля компонента численно равна его мольной доле ($x_i$) и отношению его парциального давления ($p_i$) к общему давлению смеси ($p_{смеси}$), что следует из уравнения состояния идеального газа и законов Дальтона и Амагата.

$ \phi_i = \frac{V_i}{V_{смеси}} = \frac{n_i}{n_{смеси}} = x_i = \frac{p_i}{p_{смеси}} $

где $n_i$ — количество вещества (число молей) i-го компонента, а $n_{смеси}$ — суммарное количество вещества всех компонентов смеси.

Ответ: Объёмная доля компонента газовой смеси — это отношение парциального объёма данного компонента к общему объёму смеси. Для идеальных газов она также равна мольной доле этого компонента в смеси.

3. Каков объёмный состав воздуха? Как изменяется состав воздуха в закрытом кабинете во время проведения урока?

Каков объёмный состав воздуха?

Воздух, которым мы дышим, представляет собой не однородное вещество, а сложную смесь различных газов. Состав сухого атмосферного воздуха у поверхности Земли по объёму примерно следующий:

• Азот ($N_2$) — 78,084%
• Кислород ($O_2$) — 20,946%
• Аргон (Ar) — 0,934%
• Углекислый газ ($CO_2$) — около 0,04% (концентрация растёт)

Оставшаяся незначительная часть (менее 0,01%) приходится на другие газы, такие как неон (Ne), гелий (He), метан ($CH_4$), криптон (Kr), водород ($H_2$) и ксенон (Xe). Важно отметить, что в воздухе всегда присутствует водяной пар ($H_2O$), его количество непостоянно и зависит от погодных условий, температуры и географического положения (может колебаться от 0,2% до 4%). Для общих расчетов и понимания состав воздуха принято округлять: 78% азота, 21% кислорода и 1% приходится на все остальные газы.

Ответ: Воздух — это смесь газов, в которой по объёму содержится примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов (включая аргон, углекислый газ, неон и другие).

Как изменяется состав воздуха в закрытом кабинете во время проведения урока?

В закрытом, непроветриваемом помещении, таком как учебный кабинет, во время урока состав воздуха заметно изменяется под воздействием находящихся в нём людей. Главной причиной изменений является процесс дыхания.

В процессе жизнедеятельности человек потребляет кислород и выдыхает углекислый газ, водяной пар и тепло. Это приводит к следующим изменениям в составе и свойствах воздуха в кабинете:

1. Уменьшение концентрации кислорода ($O_2$): Ученики и учитель в процессе дыхания поглощают кислород из воздуха для обеспечения энергетических потребностей организма.
2. Увеличение концентрации углекислого газа ($CO_2$): Углекислый газ является конечным продуктом клеточного дыхания и выделяется в атмосферу помещения с каждым выдохом. Накопление $CO_2$ выше определённого уровня (более 0,1%) приводит к ощущению духоты, усталости, снижению работоспособности и концентрации внимания.
3. Увеличение влажности: Человек выдыхает воздух, насыщенный водяным паром, что повышает относительную влажность в помещении.
4. Повышение температуры: Тело человека постоянно выделяет тепло, что приводит к постепенному нагреву воздуха в замкнутом пространстве.
5. Увеличение количества микроорганизмов: При дыхании и разговоре в воздух попадают микроскопические капельки слюны, содержащие бактерии и вирусы.

При этом процентное содержание азота и инертных газов (например, аргона) остаётся практически неизменным, так как они не участвуют в биологических процессах дыхания. Для поддержания здорового микроклимата и работоспособности необходимо регулярно проветривать учебные помещения.

Ответ: В закрытом кабинете во время урока из-за дыхания людей уменьшается объёмная доля кислорода, но увеличивается объёмная доля углекислого газа и водяного пара. Также повышается температура воздуха и концентрация микроорганизмов.

4. Объёмная доля аргона в воздухе $0,9 \, \%$. Какой объём воздуха необходим для получения $125 \text{ м}^3$ аргона?

Дано:

Объёмная доля аргона в воздухе ($\phi_{Ar}$) = $0,9\%$

Требуемый объём аргона ($V_{Ar}$) = $125 \text{ м³}$

Единица измерения объёма (м³) является основной в системе СИ. Для проведения расчётов необходимо перевести процентное значение объёмной доли в безразмерную величину (десятичную дробь).

Найти:

Объём воздуха ($V_{воздуха}$) — ?

Решение:

Объёмная доля компонента в смеси — это отношение объёма этого компонента к общему объёму смеси. Для аргона в воздухе эта зависимость выражается формулой:

$\phi_{Ar} = \frac{V_{Ar}}{V_{воздуха}}$

Из этой формулы выразим искомый объём воздуха ($V_{воздуха}$), который необходим для получения заданного объёма аргона ($V_{Ar}$):

$V_{воздуха} = \frac{V_{Ar}}{\phi_{Ar}}$

Прежде чем выполнять расчёт, представим объёмную долю, данную в процентах, в виде десятичной дроби:

$\phi_{Ar} = 0,9\% = \frac{0,9}{100} = 0,009$

Теперь подставим числовые значения в выведенную формулу:

$V_{воздуха} = \frac{125 \text{ м³}}{0,009}$

Выполним вычисление:

$V_{воздуха} \approx 13888,888... \text{ м³}$

Округлив результат до двух знаков после запятой, получаем:

$V_{воздуха} \approx 13888,89 \text{ м³}$

Ответ: для получения 125 м³ аргона необходим объём воздуха, равный примерно 13888,89 м³.

5. При разделении воздуха было получено $500 \text{ м}^3$ азота. Сколько литров кислорода и углекислого газа было получено при этом?

Объем полученного азота $V(N_2) = 500 \text{ м}^3$.

Для решения задачи необходимы справочные данные о составе воздуха (приблизительные объемные доли):

• Азот ($N_2$): $\varphi(N_2) \approx 78\%$
• Кислород ($O_2$): $\varphi(O_2) \approx 21\%$
• Углекислый газ ($CO_2$): $\varphi(CO_2) \approx 0.04\%$

Объем $V(N_2)$ уже дан в единицах СИ (кубические метры). Конечный ответ требуется дать в литрах. Для перевода используется соотношение $1 \text{ м}^3 = 1000 \text{ л}$.

Объем кислорода $V(O_2)$ в литрах (л).

Объем углекислого газа $V(CO_2)$ в литрах (л).

При одинаковых условиях температуры и давления (что предполагается в задаче) объемы газов в смеси соотносятся так же, как их объемные доли. Зная объем азота и процентное содержание газов в воздухе, можно найти объемы кислорода и углекислого газа с помощью пропорций.

Кислород ($O_2$)

Составим пропорцию для объемов и объемных долей кислорода и азота:

$\frac{V(O_2)}{V(N_2)} = \frac{\varphi(O_2)}{\varphi(N_2)}$

Из этой пропорции выразим искомый объем кислорода:

$V(O_2) = V(N_2) \times \frac{\varphi(O_2)}{\varphi(N_2)}$

Подставим известные значения в формулу:

$V(O_2) = 500 \text{ м}^3 \times \frac{21\%}{78\%} = 500 \times \frac{21}{78} \text{ м}^3 \approx 134.615 \text{ м}^3$

Теперь переведем полученный объем из кубических метров в литры:

$V(O_2) \approx 134.615 \text{ м}^3 \times 1000 \frac{\text{л}}{\text{м}^3} = 134615 \text{ л}$

Углекислый газ ($CO_2$)

Аналогично найдем объем углекислого газа, составив пропорцию для него и азота:

$\frac{V(CO_2)}{V(N_2)} = \frac{\varphi(CO_2)}{\varphi(N_2)}$

Выразим объем углекислого газа:

$V(CO_2) = V(N_2) \times \frac{\varphi(CO_2)}{\varphi(N_2)}$

Подставим числовые значения:

$V(CO_2) = 500 \text{ м}^3 \times \frac{0.04\%}{78\%} = 500 \times \frac{0.04}{78} \text{ м}^3 \approx 0.2564 \text{ м}^3$

Переведем объем в литры:

$V(CO_2) \approx 0.2564 \text{ м}^3 \times 1000 \frac{\text{л}}{\text{м}^3} \approx 256.4 \text{ л}$

При разделении воздуха было получено примерно 134 615 литров кислорода и 256.4 литра углекислого газа.

6. Объёмная доля метана в природном газе составляет 92 %. В каком объёме этой газовой смеси будет содержаться 300 мл метана?

Дано:

Объёмная доля метана, $φ(CH_4) = 92\%$

Объём метана, $V(CH_4) = 300 \text{ мл}$

Найти:

Объём газовой смеси, $V(смеси) - ?$

Решение:

Объёмная доля ($φ$) компонента в газовой смеси — это отношение объёма данного компонента ($V_{компонента}$) к общему объёму смеси ($V_{смеси}$).

Формула для расчёта объёмной доли:

$φ(компонента) = \frac{V(компонента)}{V(смеси)}$

Для того чтобы найти общий объём газовой смеси, необходимо выразить его из данной формулы:

$V(смеси) = \frac{V(компонента)}{φ(компонента)}$

Перед расчётом переведём объёмную долю из процентов в доли единицы:

$φ(CH_4) = 92\% = \frac{92}{100} = 0.92$

Теперь подставим известные значения в формулу для расчёта объёма смеси:

$V(смеси) = \frac{V(CH_4)}{φ(CH_4)} = \frac{300 \text{ мл}}{0.92}$

Выполним вычисление:

$V(смеси) \approx 326.0869... \text{ мл}$

Округлим полученное значение до двух знаков после запятой.

$V(смеси) \approx 326.09 \text{ мл}$

Ответ: объём газовой смеси, в котором будет содержаться 300 мл метана, составляет приблизительно 326.09 мл.

7. Смешали 16 л кислорода и 12 л углекислого газа. Найдите объёмную долю каждого газа в полученной смеси.

Дано:

Объём кислорода $V(O_2) = 16$ л

Объём углекислого газа $V(CO_2) = 12$ л

Перевод в систему СИ:

$V(O_2) = 16 \text{ л} = 16 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.016 \text{ м}^3$

$V(CO_2) = 12 \text{ л} = 12 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.012 \text{ м}^3$

Найти:

Объёмную долю кислорода $\phi(O_2)$

Объёмную долю углекислого газа $\phi(CO_2)$

Решение:

Объёмная доля $(\phi)$ компонента в газовой смеси — это отношение объёма, занимаемого этим компонентом $(V_{компонента})$, к общему объёму всей смеси $(V_{смеси})$. Рассчитывается по формуле:

$\phi = \frac{V_{компонента}}{V_{смеси}}$

1. Сначала найдём общий объём газовой смеси. В соответствии с законом Авогадро, при постоянных температуре и давлении объём смеси газов равен сумме объёмов её компонентов.

$V_{смеси} = V(O_2) + V(CO_2) = 16 \text{ л} + 12 \text{ л} = 28 \text{ л}$

2. Далее рассчитаем объёмные доли для каждого газа в смеси.

Объёмная доля кислорода

$\phi(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_{смеси}} = \frac{16 \text{ л}}{28 \text{ л}} = \frac{4}{7} \approx 0.5714$

Чтобы выразить объёмную долю в процентах, необходимо умножить полученное значение на 100%:

$\phi(O_2) \approx 0.5714 \times 100\% = 57.14\%$

Объёмная доля углекислого газа

$\phi(CO_2) = \frac{V(CO_2)}{V_{смеси}} = \frac{12 \text{ л}}{28 \text{ л}} = \frac{3}{7} \approx 0.4286$

В процентах:

$\phi(CO_2) \approx 0.4286 \times 100\% = 42.86\%$

Проверим, что сумма долей равна 100%:

$57.14\% + 42.86\% = 100\%$

Ответ: объёмная доля кислорода в полученной смеси составляет 57.14%, а объёмная доля углекислого газа — 42.86%.

8. Вдыхаемый человеком воздух содержит около 78 % азота, 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа и водяной пар. Воздух, который человек выдыхает, содержит около 16 % кислорода. Количество углекислого газа в выдыхаемом воздухе увеличивается до 4 %, больше становится и водяных паров. Не изменяется лишь количество азота. Постройте круговые диаграммы, показывающие состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Дано:

Найти:

Решение:

Для построения круговых диаграмм необходимо определить процентное соотношение всех компонентов в каждом случае и рассчитать соответствующие им центральные углы секторов. Полный круг составляет $360^\circ$. Угол сектора рассчитывается по формуле: $Угол = \frac{Процент}{100} \times 360^\circ$.

1. Диаграмма для вдыхаемого воздуха

Рассчитаем процентное содержание компонентов и углы для секторов диаграммы вдыхаемого воздуха.

• Азот: 78%.
  Угол сектора: $0.78 \times 360^\circ = 280.8^\circ$.
• Кислород: 21%.
  Угол сектора: $0.21 \times 360^\circ = 75.6^\circ$.
• Прочие газы (включая углекислый газ и водяной пар):
  Оставшийся процент: $100\% - 78\% - 21\% = 1\%$. Этот 1% включает углекислый газ (0,03%) и другие газы.
  Угол сектора: $0.01 \times 360^\circ = 3.6^\circ$.

Ответ: Круговая диаграмма для вдыхаемого воздуха должна быть разделена на три сектора: "Азот" ($280.8^\circ$, что соответствует 78%), "Кислород" ($75.6^\circ$, что соответствует 21%) и "Прочие газы" ($3.6^\circ$, что соответствует 1%).

2. Диаграмма для выдыхаемого воздуха

В условии сказано, что количество азота не изменяется. В школьном курсе биологии это обычно упрощают, принимая процентное содержание азота в выдыхаемом воздухе также равным 78%, так как он является инертным газом в процессе дыхания и его доля остается доминирующей. Исходя из этого, рассчитаем доли остальных компонентов.

• Азот: 78% (согласно допущению).
  Угол сектора: $0.78 \times 360^\circ = 280.8^\circ$.
• Кислород: 16% (по условию).
  Угол сектора: $0.16 \times 360^\circ = 57.6^\circ$.
• Углекислый газ: 4% (по условию).
  Угол сектора: $0.04 \times 360^\circ = 14.4^\circ$.
• Прочие газы (включая увеличившееся количество водяного пара):
  Оставшийся процент: $100\% - 78\% - 16\% - 4\% = 2\%$.
  Угол сектора: $0.02 \times 360^\circ = 7.2^\circ$.

Ответ: Круговая диаграмма для выдыхаемого воздуха должна быть разделена на четыре сектора: "Азот" ($280.8^\circ$, 78%), "Кислород" ($57.6^\circ$, 16%), "Углекислый газ" ($14.4^\circ$, 4%) и "Прочие газы" ($7.2^\circ$, 2%).

9. Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об охране атмосферы. Укажите электронные адреса использованных вами источников.

Введение

Атмосфера — это жизненно важная газовая оболочка, окружающая нашу планету. Она обеспечивает нас кислородом для дыхания, защищает от вредного ультрафиолетового излучения Солнца и метеоритов, а также регулирует климат на Земле, поддерживая температуру, пригодную для жизни. Однако деятельность человека, особенно в последние столетия, привела к значительному загрязнению атмосферного воздуха, что ставит под угрозу здоровье людей, состояние экосистем и стабильность климата. Охрана атмосферы от загрязнения является одной из самых насущных глобальных экологических проблем современности.

Основные источники загрязнения атмосферы

Источники загрязнения атмосферы делятся на природные и антропогенные (созданные человеком). Хотя природные источники, такие как извержения вулканов и лесные пожары, могут вызывать значительные выбросы, основной вклад в долгосрочное загрязнение вносят антропогенные факторы:
• Промышленность и энергетика: Тепловые электростанции, сжигающие ископаемое топливо (уголь, мазут, газ), металлургические и химические заводы выбрасывают в атмосферу огромное количество вредных веществ, таких как диоксид серы ($SO_2$), оксиды азота ($NO_x$), угарный газ ($CO$), твердые частицы (сажа, пыль) и тяжелые металлы.
• Транспорт: Автомобили, самолеты и корабли являются основным источником загрязнения в крупных городах. Их двигатели выбрасывают оксиды углерода ($CO$, $CO_2$), углеводороды, оксиды азота и соединения свинца.
• Сельское хозяйство: Использование азотных удобрений приводит к выбросам закиси азота ($N_2O$), а животноводство является крупным источником метана ($CH_4$) и аммиака ($NH_3$).
• Коммунальное хозяйство: Сжигание бытовых отходов и газы, выделяющиеся со свалок, также вносят свой вклад в загрязнение воздуха.

Последствия загрязнения атмосферы

Загрязнение воздуха имеет серьезные и многообразные последствия для окружающей среды и здоровья человека:
• Кислотные дожди: Оксиды серы и азота, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты, которые выпадают на землю в виде кислотных дождей. Они наносят вред лесам, закисляют почву и водоемы, что ведет к гибели рыбы и других организмов, а также разрушают здания и памятники архитектуры.
• Парниковый эффект и изменение климата: Накопление в атмосфере парниковых газов (в первую очередь $CO_2$) приводит к удержанию тепла у поверхности Земли. Это вызывает глобальное потепление, следствием которого являются таяние ледников, подъем уровня мирового океана, увеличение частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений (засух, наводнений, ураганов).
• Разрушение озонового слоя: Выбросы хлорфторуглеродов (фреонов) привели к истончению озонового слоя в стратосфере, который защищает все живое от жесткого ультрафиолетового излучения. Это увеличивает риск развития рака кожи и других заболеваний у людей.
• Смог: В крупных промышленных городах часто образуется смог — ядовитая смесь дыма, тумана и пыли, которая вызывает серьезные проблемы с дыхательной системой у жителей.

Способы охраны атмосферы

Борьба с загрязнением атмосферы требует комплексного подхода, включающего технологические, законодательные и общественные меры:
• Технологические решения: Внедрение на промышленных предприятиях и ТЭЦ современных очистных сооружений (фильтров, катализаторов) для улавливания вредных выбросов. Переход на более чистые виды топлива и развитие возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, гидроэнергетики), которые не производят вредных выбросов.
• Законодательное регулирование: Принятие и строгий контроль за соблюдением законов об охране атмосферного воздуха, установление предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ и штрафов за их превышение.
• Международное сотрудничество: Поскольку загрязнение воздуха не знает границ, необходимы совместные усилия всех стран. Примерами таких усилий являются Парижское соглашение по климату, направленное на сокращение выбросов парниковых газов, и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой.
• Личный вклад каждого: Сокращение использования личного автомобиля в пользу общественного транспорта, велосипеда или ходьбы. Экономия электроэнергии и тепла в быту. Участие в акциях по озеленению, а также правильная утилизация и переработка отходов.

Заключение

Охрана атмосферы — это общая задача всего человечества. Чистый воздух является незаменимым ресурсом, и его сохранение критически важно для поддержания здоровья планеты и благополучия будущих поколений. Только совместными и последовательными усилиями государств, промышленности и каждого человека можно решить эту глобальную проблему.

Электронные адреса использованных источников:

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Загрязнение_атмосферы
• https://www.un.org/ru/global-issues/climate-change
• https://ecology-of-russia.ru/ekologiya-atmosfery/

Ответ: Выше представлено развернутое сообщение об охране атмосферы, подготовленное с использованием ресурсов Интернета, с указанием электронных адресов использованных источников.