Номер 1, страница 91 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис

Глава 2. Кислород. Горение. Параграф 27. Воздух и его состав. Подумай, ответь, выполни... - номер 1, страница 91.

Условие.

1. С помощью каких опытов можно определить содержание кислорода и азота в воздухе?

Решение.

Решение 2.

Определить содержание кислорода и азота в воздухе можно с помощью опытов, основанных на поглощении кислорода каким-либо веществом из замкнутого объёма воздуха. Поскольку азот является химически малоактивным газом, он в этих реакциях не участвует. Таким образом, измерив уменьшение объёма воздуха, можно рассчитать объёмную долю кислорода, а оставшийся объём будет приходиться в основном на азот.

Опыт 1: Горение фосфора в замкнутом объёме воздуха

Это классический и наглядный эксперимент для определения состава воздуха.

1. Подготовка и проведение: В широкий сосуд с водой (кристаллизатор) помещают небольшой тигель или ложечку с красным фосфором. Фосфор поджигают и накрывают его мерным цилиндром или колоколом, опустив края цилиндра в воду. Начальный объём воздуха в цилиндре ($V_{воздуха}$) отмечают по шкале.

2. Наблюдение: Фосфор ярко горит в замкнутом пространстве, расходуя кислород. Внутри цилиндра образуется густой белый дым — оксид фосфора(V). Реакция горения: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$. По мере расходования кислорода и остывания газов, давление внутри цилиндра падает, и вода под действием атмосферного давления поднимается вверх, занимая объём, который занимал кислород. Белый дым $P_2O_5$ постепенно растворяется в воде.

3. Измерение и расчёт: После полного сгорания фосфора и остывания системы до начальной температуры, измеряют объём оставшегося газа ($V_{ост.}$). Этот газ представляет собой в основном азот (с примесью инертных газов). Объём кислорода, вступившего в реакцию, равен разности начального объёма воздуха и объёма оставшегося газа: $V_{O_2} = V_{воздуха} - V_{ост.}$.

4. Определение состава воздуха:

   • Объёмная доля кислорода ($\phi(O_2)$) вычисляется по формуле:
     $\phi(O_2) = \frac{V_{O_2}}{V_{воздуха}} \times 100\% = \frac{V_{воздуха} - V_{ост.}}{V_{воздуха}} \times 100\%$.
     В результате эксперимента получается значение, близкое к 21%.

   • Объёмная доля азота (и других инертных газов, $\phi(N_2)$) вычисляется как отношение объёма оставшегося газа к начальному объёму воздуха:
     $\phi(N_2) \approx \frac{V_{ост.}}{V_{воздуха}} \times 100\%$.
     В результате получается значение около 79%.

Опыт 2: Поглощение кислорода медленно окисляющимися веществами

Более безопасный, но и более длительный способ — использование веществ, которые медленно реагируют с кислородом при комнатной температуре. Например, можно поместить влажные железные стружки или медную проволоку в закрытый мерный цилиндр, перевёрнутый в сосуд с водой. Железо будет медленно ржаветь, поглощая кислород. Через несколько дней можно будет зафиксировать подъём уровня воды в цилиндре и по изменению объёма газа рассчитать содержание кислорода и азота аналогично первому опыту.

Ответ: Содержание кислорода и азота в воздухе можно определить экспериментально, удалив кислород из известного объёма воздуха с помощью химической реакции (например, сжигая фосфор или окисляя металлы) в замкнутом сосуде. Уменьшение объёма газа соответствует объёму кислорода. Оставшийся газ — это преимущественно азот. Зная начальный объём воздуха и объём оставшегося газа, можно рассчитать их объёмные доли, которые составляют примерно 21% для кислорода и 79% для азота (с примесями).