Страница 61 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Установите соответствие между газом и положением сосуда для собирания газа способом вытеснения воздуха.

ГАЗ

1)Водород

2)Кислород

3)Углекислый газ

4)Аммиак

5)Метан

6)Оксид серы(IV)

ПОЛОЖЕНИЕ СОСУДА

А) Дном вверх

Б) Дном вниз

Ответ:

1 2 3 4 5 6

Для того чтобы установить правильное положение сосуда для собирания газа способом вытеснения воздуха, необходимо сравнить молярную массу ($M$) данного газа со средней молярной массой воздуха ($M_{воздуха} \approx 29$ г/моль). Газы, которые легче воздуха ($M_{газа} < 29$ г/моль), собирают в сосуд, расположенный дном вверх (А). Газы, которые тяжелее воздуха ($M_{газа} > 29$ г/моль), собирают в сосуд, расположенный дном вниз (Б).

1) Водород
Химическая формула водорода — $H_2$. Его молярная масса $M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2$ г/моль. Поскольку $2 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, водород значительно легче воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вверх.
Ответ: А

2) Кислород
Химическая формула кислорода — $O_2$. Его молярная масса $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль. Поскольку $32 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, кислород тяжелее воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вниз.
Ответ: Б

3) Углекислый газ
Химическая формула углекислого газа — $CO_2$. Его молярная масса $M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль. Поскольку $44 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, углекислый газ значительно тяжелее воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вниз.
Ответ: Б

4) Аммиак
Химическая формула аммиака — $NH_3$. Его молярная масса $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль. Поскольку $17 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, аммиак легче воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вверх.
Ответ: А

5) Метан
Химическая формула метана — $CH_4$. Его молярная масса $M(CH_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$ г/моль. Поскольку $16 \text{ г/моль} < 29 \text{ г/моль}$, метан легче воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вверх.
Ответ: А

6) Оксид серы(IV)
Химическая формула оксида серы(IV) (сернистого газа) — $SO_2$. Его молярная масса $M(SO_2) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль. Поскольку $64 \text{ г/моль} > 29 \text{ г/моль}$, оксид серы(IV) значительно тяжелее воздуха. Следовательно, его собирают в сосуд, расположенный дном вниз.
Ответ: Б

4. Из газов, перечисленных в предыдущем задании, способом вытеснения воды нельзя собрать ________

Решение

Способ собирания газа методом вытеснения воды основан на том, что газ, поступающий в перевёрнутый и заполненный водой сосуд, вытесняет из него воду. Этот метод подходит только для газов, которые не вступают в химическую реакцию с водой и, что самое главное, очень плохо в ней растворяются. Примерами таких газов являются водород ($H_2$), кислород ($O_2$), азот ($N_2$) и метан ($CH_4$).

Если же газ хорошо растворим в воде, то при пропускании через воду он будет не вытеснять её, а растворяться в ней. В результате собрать газ в сосуде таким способом не получится.

В условии не дан список газов из предыдущего задания, однако в школьном курсе химии рассматриваются газы с различной растворимостью в воде. Газом, который категорически нельзя собирать методом вытеснения воды из-за его чрезвычайно высокой растворимости, является аммиак ($NH_3$).

Растворимость аммиака в воде очень велика: при температуре 20°C и атмосферном давлении в 1 объёме воды может раствориться около 700 объёмов аммиака. Это свойство делает невозможным его сбор над водой и используется для демонстрации опыта «химический фонтан», где вода под давлением атмосферы устремляется в колбу с аммиаком, так как газ быстро растворяется и создаёт внутри сильное разрежение.

Другими примерами хорошо растворимых в воде газов, которые нельзя собирать этим методом, являются хлороводород ($HCl$) и диоксид серы ($SO_2$). Однако классическим примером в учебной литературе служит именно аммиак.

Ответ: аммиак ($NH_3$).

5. Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

a) $C \to CH_4 \to CO_2$

б) $N_2 \to NH_3 \to NO \to NO_2$

a) C → CH₄ → CO₂

Данная цепочка превращений описывает получение метана из углерода и последующее его окисление до диоксида углерода.

1. Первый этап: получение метана ($CH_4$) из углерода (C). Это можно осуществить реакцией прямого синтеза (гидрирования) при взаимодействии углерода с водородом при высокой температуре, давлении и в присутствии катализатора (например, никеля).

$C + 2H_2 \xrightarrow{t, p, кат.} CH_4$

2. Второй этап: получение диоксида углерода ($CO_2$) из метана ($CH_4$). Это реакция полного сгорания метана в избытке кислорода.

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Ответ:

1. $C + 2H_2 \xrightarrow{t, p, кат.} CH_4$

2. $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

б) N₂ → NH₃ → NO → NO₂

Эта цепочка превращений иллюстрирует ключевые стадии промышленного получения азотной кислоты.

1. Первый этап: получение аммиака ($NH_3$) из атмосферного азота ($N_2$). Это промышленный процесс Габера-Боша, в котором азот реагирует с водородом при высоком давлении, температуре и с использованием железного катализатора.

$N_2 + 3H_2 \xrightarrow{t, p, Fe} 2NH_3$

2. Второй этап: получение оксида азота(II) ($NO$) из аммиака ($NH_3$). Аммиак каталитически окисляется кислородом на платино-родиевом катализаторе при нагревании. Это первая стадия процесса Оствальда.

$4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t, Pt} 4NO + 6H_2O$

3. Третий этап: получение оксида азота(IV) ($NO_2$) из оксида азота(II) ($NO$). Оксид азота(II) — бесцветный газ, который на воздухе самопроизвольно окисляется кислородом до оксида азота(IV) — бурого газа.

$2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

Ответ:

1. $N_2 + 3H_2 \xrightarrow{t, p, Fe} 2NH_3$

2. $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{t, Pt} 4NO + 6H_2O$

3. $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$