Номер 1, страница 96 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

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

Определить количественное содержание кислорода и азота в воздухе можно с помощью экспериментов, в которых кислород удаляется из известного объема воздуха путем химической реакции. Поскольку воздух является смесью газов, удаление одного компонента приводит к уменьшению общего объема, что позволяет рассчитать его долю. Оставшийся газ в основном состоит из азота.

Опыт 1: Сжигание фосфора в замкнутом объеме воздуха

Это классический демонстрационный опыт.

1. В широкий сосуд с водой (кристаллизатор) помещают плавающую подставку (например, пробку) с небольшим количеством красного фосфора.

2. Фосфор поджигают и накрывают его стеклянным колоколом или мерным цилиндром, на котором нанесены деления. Нижний край цилиндра должен быть погружен в воду. Вода выполняет роль затвора, изолируя определенный объем воздуха ($V_{воздуха}$).

3. Внутри замкнутого объема фосфор активно реагирует с кислородом, образуя твердый оксид фосфора(V) в виде густого белого дыма. Реакция горения фосфора:

$4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

4. По мере выгорания кислорода давление внутри цилиндра уменьшается. Из-за разницы давлений снаружи и внутри вода из кристаллизатора поднимается вверх в цилиндр, заполняя объем, который ранее занимал кислород.

5. Когда горение прекращается (весь кислород прореагировал), системе дают остыть до первоначальной температуры. Белый дым $P_2O_5$ постепенно оседает и растворяется в воде.

6. Уровень, до которого поднялась вода, показывает объем потребленного кислорода ($V_{O_2}$). Объем оставшегося газа ($V_{остатка}$) — это в основном азот и инертные газы.

7. По делениям на цилиндре можно определить, что вода заняла примерно 1/5 его объема. Таким образом, объемная доля кислорода ($\phi(O_2)$) в воздухе составляет:

$\phi(O_2) = \frac{V_{O_2}}{V_{воздуха}} \times 100\% \approx \frac{1}{5} \times 100\% = 20\%$ (более точное значение — 21%).

8. Оставшийся газ, объем которого составляет около 4/5 от исходного, — это преимущественно азот ($N_2$). Следует помнить, что в этом остатке также содержится около 1% инертных газов (в основном аргон). Объемная доля азота ($\phi(N_2)$) и инертных газов составляет:

$\phi(N_2 + \text{инерт. газы}) = \frac{V_{остатка}}{V_{воздуха}} \times 100\% \approx \frac{4}{5} \times 100\% = 80\%$ (более точное значение — 79%).

Опыт 2: Пропускание воздуха над раскаленной медью

Другой метод заключается в том, что известный объем воздуха, заключенный между двумя газовыми шприцами, многократно пропускают через нагретую трубку, содержащую медную стружку. Кислород реагирует с медью, а азот — нет.

$2Cu + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2CuO$

По уменьшению объема газа в шприцах судят о содержании кислорода.

Ответ: Содержание кислорода и азота в воздухе можно определить экспериментально, удалив кислород из замкнутого объема воздуха с помощью химической реакции. Например, при сжигании фосфора или пропускании воздуха над раскаленной медью кислород вступает в реакцию, а азот остается. Уменьшение объема газа соответствует объему кислорода (около 21%). Оставшийся объем газа (около 79%) приходится на долю азота и инертных газов.