Номер 6, страница 166 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. В изображённый на рисунке сосуд можно собрать каждый из двух газов, формулы которых

1) $H_2$ и $NH_3$

2) $N_2$ и $O_2$

3) $HCl$ и $O_2$

4) $CH_4$ и $NH_3$

Для решения этой задачи необходимо определить, какую пару газов можно собрать одним и тем же лабораторным способом. Способ собирания газа зависит от его физических свойств: плотности относительно воздуха и растворимости в воде.

• Собирание вытеснением воздуха: Этот метод применяется для газов, плотность которых заметно отличается от плотности воздуха.
  • Газы, которые легче воздуха, собирают в перевернутый сосуд (газоприемник), вытесняя из него воздух.
  • Газы, которые тяжелее воздуха, собирают в сосуд с отверстием вверх, так как они опускаются на дно и вытесняют воздух вверх.
• Собирание вытеснением воды: Этот метод подходит для газов, которые не растворяются или очень плохо растворяются в воде.

Чтобы сравнить плотности газов с плотностью воздуха, нужно сравнить их молярные массы. Средняя молярная масса воздуха составляет примерно $M_{возд} \approx 29$ г/моль. Газ легче воздуха, если его молярная масса меньше 29 г/моль, и тяжелее, если больше.

Рассчитаем молярные массы ($M$) всех газов, представленных в вариантах ответа:

• $M(H_2) = 2 \cdot 1 = 2$ г/моль
• $M(NH_3) = 14 + 3 \cdot 1 = 17$ г/моль
• $M(N_2) = 2 \cdot 14 = 28$ г/моль
• $M(O_2) = 2 \cdot 16 = 32$ г/моль
• $M(HCl) = 1 + 35.5 = 36.5$ г/моль
• $M(CH_4) = 12 + 4 \cdot 1 = 16$ г/моль

Теперь проанализируем каждую пару газов:

Водород ($M(H_2) = 2$ г/моль) и аммиак ($M(NH_3) = 17$ г/моль) оба значительно легче воздуха ($M < 29$ г/моль). Следовательно, оба газа можно собрать методом вытеснения воздуха, направляя газ в перевернутый вверх дном сосуд. Аммиак хорошо растворим в воде, поэтому его нельзя собирать методом вытеснения воды.

Азот ($M(N_2) = 28$ г/моль) имеет молярную массу, очень близкую к молярной массе воздуха, поэтому его сбор вытеснением воздуха затруднителен. Кислород ($M(O_2) = 32$ г/моль) тяжелее воздуха и может быть собран в прямой сосуд. Так как для них требуются разные подходы при вытеснении воздуха, этот способ не является общим. Однако оба газа плохо растворимы в воде, поэтому их обоих можно собрать методом вытеснения воды.

Хлороводород ($M(HCl) = 36.5$ г/моль) и кислород ($M(O_2) = 32$ г/моль) оба тяжелее воздуха ($M > 29$ г/моль). Их можно собрать методом вытеснения воздуха, направляя газ в сосуд, стоящий дном вниз. Хлороводород очень хорошо растворяется в воде, поэтому метод вытеснения воды для него не подходит.

Метан ($M(CH_4) = 16$ г/моль) и аммиак ($M(NH_3) = 17$ г/моль) оба легче воздуха ($M < 29$ г/моль). Их обоих можно собрать методом вытеснения воздуха из перевернутого сосуда. Кроме того, их молярные массы очень близки, что делает условия их собирания практически идентичными.

Решение

Поскольку на рисунке (который отсутствует) изображен один сосуд, предполагается, что для обоих газов используется один и тот же метод сбора. Анализ показывает, что для пар 1, 3 и 4 подходит метод вытеснения воздуха, а для пары 2 — метод вытеснения воды. Это создает неоднозначность. Однако в задачах такого типа, при наличии нескольких формально подходящих вариантов, часто правильным является тот, в котором вещества обладают наиболее схожими свойствами.

Сравним пары, которые можно собирать вытеснением воздуха:

• В паре 1 ($H_2$ и $NH_3$) молярные массы (2 и 17 г/моль) сильно различаются.
• В паре 3 ($HCl$ и $O_2$) молярные массы (36.5 и 32 г/моль) довольно близки.
• В паре 4 ($CH_4$ и $NH_3$) молярные массы (16 и 17 г/моль) практически одинаковы.

Наибольшее сходство по плотности наблюдается в паре метан-аммиак. Оба газа легче воздуха и имеют почти одинаковую молярную массу, поэтому их можно собирать в абсолютно одинаковых условиях вытеснением воздуха из перевернутого сосуда. Это делает данный вариант наиболее вероятным ответом.

Ответ: 4