Номер 7, страница 33, часть 2 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. Как можно доказать опытным путем, что в воздухе есть азот? Отличается ли по содержанию азота почвенный воздух от атмосферного? Дайте обоснованный ответ.

Как можно доказать опытным путем, что в воздухе есть азот?

Доказать наличие азота в воздухе можно методом исключения, то есть удалив из воздуха другие его основные компоненты. Наиболее распространенным компонентом после азота является кислород.

Решение

Для этого проводят следующий опыт:

1. В закрытый сосуд с известным объемом воздуха, например, в цилиндр, перевернутый над водой, помещают вещество, которое будет реагировать с кислородом. Чаще всего для этой цели используют фосфор.
2. При поджигании фосфор активно горит в воздухе, вступая в реакцию с кислородом. В результате реакции образуется твердое вещество — оксид фосфора(V):

   $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$

3. По мере выгорания кислорода горение прекращается. Образовавшийся оксид фосфора(V) в виде белого дыма постепенно оседает и растворяется в воде.
4. Давление внутри цилиндра падает, и вода поднимается, занимая объем, который ранее занимал кислород. Объем поднявшейся воды составит примерно 1/5 от начального объема воздуха, что соответствует содержанию кислорода в атмосфере (около 21%).
5. Оставшийся в цилиндре газ (около 4/5 от первоначального объема) и есть преимущественно азот. Этот газ бесцветен, не имеет запаха, не поддерживает горение (внесенная в него тлеющая лучинка погаснет) и не вызывает помутнения известковой воды, что отличает его от углекислого газа.

Таким образом, удалив из воздуха кислород, мы доказываем, что большая часть оставшегося газа представляет собой азот.

Ответ: Наличие азота в воздухе можно доказать, удалив из замкнутого объема воздуха кислород путем сжигания в нем фосфора. Оставшийся газ, составляющий около 4/5 объема, который не поддерживает горение, и является преимущественно азотом.

Отличается ли по содержанию азота почвенный воздух от атмосферного? Дайте обоснованный ответ.

Решение

Да, состав почвенного воздуха отличается от состава атмосферного, в том числе и по содержанию азота. Это обусловлено биологическими и химическими процессами, протекающими в почве.

Атмосферный воздух имеет относительно постоянный состав: примерно 78% азота ($N_2$), 21% кислорода ($O_2$), около 0.04% углекислого газа ($CO_2$) и около 1% инертных газов.

Состав почвенного воздуха, находящегося в порах почвы, значительно более изменчив:

• Содержание кислорода и углекислого газа: В почве постоянно происходят процессы дыхания корней растений, почвенных животных и микроорганизмов. В ходе дыхания потребляется кислород и выделяется углекислый газ. Поэтому в почвенном воздухе содержание кислорода, как правило, ниже (может опускаться до 15-20% и ниже), а содержание углекислого газа — значительно выше (в 10-100 раз, достигая 0.5-1% и более), чем в атмосфере.
• Содержание азота: Из-за уменьшения процентной доли кислорода и увеличения доли углекислого газа, относительное содержание (процент) азота в почвенном воздухе обычно оказывается немного выше, чем в атмосферном (например, 79% вместо 78%). Кроме того, в почве протекают специфические процессы азотного цикла:
  • Денитрификация: В анаэробных (бескислородных) условиях некоторые бактерии восстанавливают нитраты до молекулярного азота ($N_2$) и его оксидов, которые поступают в почвенный воздух. Этот процесс увеличивает содержание азота.
  • Азотфиксация: Некоторые микроорганизмы (азотфиксирующие бактерии) способны связывать атмосферный азот, превращая его в аммиак и другие соединения. Этот процесс, наоборот, изымает молекулярный азот из почвенного воздуха.

Таким образом, содержание азота в почвенном воздухе не является постоянной величиной и отличается от его содержания в атмосфере. Оно зависит от активности почвенной биоты, влажности, аэрации и других факторов.

Ответ: Да, отличается. Содержание азота в почвенном воздухе, как правило, несколько выше, чем в атмосферном, из-за снижения концентрации кислорода в результате дыхания почвенных организмов. Кроме того, его количество подвержено колебаниям из-за биологических процессов денитрификации (которая увеличивает содержание $N_2$) и азотфиксации (которая его уменьшает).