Воздух в сосуде состоит из смеси газов
Команда “Газы!” была объявлена еще две недели назад. И что?! Легкие задачи порешали и расслабились?! Или вы думаете, что задачи на газы касаются только 28-х заданий ЕГЭ?! Как бы не так! Если газов пока еще не было в 34-х заданиях, это ничего не значит! Задач на электролиз тоже не было в ЕГЭ до 2018 года. А потом как врезали, мама не горюй! Обязательно прочитайте мою статью “Тайны задач по химии? Тяжело в учении – легко в бою!”. В этой статье очень подробно рассказывается о новых фишках на электролиз. Статья вызвала шквал самых разных эмоций у преподавателей химии. До сих пор мне и пишут, и звонят, и благодарят, и бьются в конвульсиях. Просто цирк с конями, в котором я – зритель в первом ряду.
Однако, вернемся к нашим баранам, вернее, Газам. Я прошла через огонь и воду вступительных экзаменов и знаю точно – хочешь завалить абитуриента, дай ему задачу на Газы. Почитайте на досуге сборник задач И.Ю. Белавина. Я процитирую одну такую “мозгобойню”, чтобы вам жизнь медом не казалась. Попробуйте решить.
И.Ю. Белавин, 2005, задача 229
“Два из трех газов (сероводород, водород и кислород) смешали и получили газовую смесь, плотность которой оказалась равной плотности оставшегося газа. Полученную газовую смесь вместе с равным ей объемом третьего газа под давлением поместили в замкнутый сосуд емкостью 4 л, содержавший азот при н.у. и нагревали при 600 С до окончания химических реакций, затем постепенно охладили. Определите массы веществ, содержавшихся в сосуде после охлаждения, если плотность газовой смеси в сосуде перед нагреванием равнялась 9,25г/л. (Ответ: m(S) = 7,5 г, m(SO2) = 15 г, m(Н2О) = 9 г)”
Ну как, решили? Нет?! А ваши репетиторы?! Извините, это был риторический вопрос. Кстати, мои ученики, абитуриенты 2003-2008 гг. такие задачи щелкали, как семечки, на экзаменах во 2-й медицинский (теперь РНИМУ им. Н.И. Пирогова). Надеюсь, вам понятно, что 34-м задачам ЕГЭ еще есть куда усложняться, perfectio interminatus est (нет предела совершенству), с газами нужно работать, работать и работать. Поэтому команду “Газы!” отменять рано. Итак, поехали!
Сегодня мы поговорим о газовых смесях, затронем понятие плотности газа (абсолютной и относительной), средней молярной массы, решим задачи: определение средней молярной массы и плотности газа по компонентам смеси и наоборот.
• Газовая смесь – смесь отдельных газов НЕ вступающих между собой в химические реакции. К смесям газов относятся: воздух (состоит из азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и др.), природный газ (смесь предельных и непредельных углеводородов, оксида углерода, водорода, сероводорода, азота, кислорода, углекислого газа и др.), дымовые газы (содержат азот, углекислый газ, пары воды, сернистый газ и др.) и др.
• Объемная доля – отношение объема данного газа к общему объему смеси, показывает, какую часть общего объема смеси занимает данный газ, измеряется в долях единицы или в процентах.
• Мольная доля – отношение количества вещества данного газа к общему количеству вещества смеси газов, измеряется в долях единицы или в процентах.
• Плотность газа (абсолютная) – определяется как отношение массы газа к его объему, единица измерения (г/л). Физический смысл абсолютной плотности газа – масса 1 л, поэтому молярный объем газа (22,4 л при н.у. t° = 0°C, P = 1 атм) имеет массу, численно равную молярной массе.
• Относительная плотность газа (плотность одного газа по другому) – это отношение молярной массы данного газа к молярной массе того газа, по которому она находится
• Средняя молярная масса газа – рассчитывается на основе молярных масс составляющих эту смесь газов и их объемных долей
Настоятельно рекомендую запомнить среднюю молярную массу воздуха Мср(в) = 29 г/моль, в заданиях ЕГЭ часто встречается.
Обязательно посетите страницу моего сайта “Изучаем Х-ОбХ-04. Закон Авогадро. Следствия из закона Авогадро. Нормальные условия. Молярный объем газа. Абсолютная и относительная плотность газа. Закон объемных отношений”и сделайте конспекты по теории. Затем возьмите бумагу и ручку и решайте задачи вместе со мной.
ВАНГУЮ: чует мое сердце, что ЕГЭ по химии 2019 года устроит нам газовую атаку, а противогазы не выдаст!
Задача 1
Определить плотность по азоту газовой смеси, состоящей из 30% кислорода, 20% азота и 50% углекислого газа.
Задача 2
Вычислите плотность по водороду газовой смеси, содержащей 0,4 моль СО2, 0,2 моль азота и 1,4 моль кислорода.
Задача 3
5 л смеси азота и водорода имеют относительную плотность по водороду 12. Определить объем каждого газа в смеси.
Несколько задач со страницы моего сайта
Задача 4
Плотность по водороду пропан-бутановой смеси равна 23,5. Определите объемные доли пропана и бутана
Задача 5
Газообразный алкан объемом 8 л (н.у.) имеет массу 14,28 г. Чему равна его плотность по воздуху
Задача 6
Плотность паров альдегида по метану равна 2,75. Определите альдегид
Ну как? Пошло дело? Если туго, вернитесь к задачам и решайте их самостоятельно до тех пор, пока не щелкнет! А для стимуляции – десерт в виде еще одной задачи И.Ю. Белавина на газы. Наслаждайтесь ее решением самостоятельно!
И.Ю. Белавин, 2005, задача 202
“Сосуд емкостью 5,6 л при н.у. заполнили метаном, затем нагрели до высокой температуры, в результате чего произошло частичное разложение метана. Определите массу образовавшейся сажи, если известно, что после приведения к нормальным условиям объем полученной газовой смеси оказался в 1,6 раза больше объема исходного метана, эта газовая смесь обесцвечивает бромную воду и имеет плотность по воздуху 0,2931. (Ответ: m(C) = 0,6 г)”
Задачи И.Ю. Белавина – это крутой драйв! Попробуйте порешать, и вы откажетесь от просмотра любых ужастиков, поскольку запасетесь адреналином надолго! Но нам нужно спуститься на землю к ЕГЭ, простому и надежному, как первый советский трактор. Кстати, у меня в коллекции припасено немало сюрпризов с газовыми фишками, собранными за все годы работы и бережно хранимыми. Думаю, пришло время сказать им: “И снова здравствуйте!”, поскольку ЕГЭ с каждым годом становится “все чудесатее и чудесатее”. Но это уже совсем другая история. Читайте мои статьи – и вы подстелите соломку под свою ЕГЭшную попу.
Вы готовитесь к ЕГЭ и хотите поступить в медицинский? Обязательно посетите мой сайт Репетитор по химии и биологии https://repetitor-him.ru. Здесь вы найдете огромное количество задач, заданий и теоретического материала, познакомитесь с моими учениками, многие из которых уже давно работают врачами. Позвоните мне +7(903)186-74-55, приходите ко мне на курс, на бесплатные Мастер-классы “Решение задач по химии”. Я с удовольствием вам помогу.
Репетитор по химии и биологии кбн В.Богунова
Источник
Тепловое равновесие
Воздух в комнате состоит из смеси газов: кислорода, азота, водорода, водяных паров, углекислого газа и др. Какой из физических параметров обязательно одинаков при тепловом равновесии?
В задаче не указаны соотношения макроскопических параметров отдельных газов, поэтому исходим от условия задачи, в котором сказано о тепловом равновесии.
Давление |
Температура |
Плотность |
Концентрация |
Средняя кинетическая энергия
Заполните пропуски в предложении.
Средняя кинетическая энергия молекул на прямую зависит от теплового движения частиц.
Средняя кинетическая энергия хаотичного поступательного движения молекул газа пропорциональна .
абсолютной температуре
плотности газа
микроскопическим параметрам
макроскопическим параметрам
Физические величины
Установите соответствие между физической величиной и формулой.
Каждой позиции первого столбца соответствует только одно значение из второго столбца.
Энергетическая температура
Средняя кинетическая энергия молекул
Зависимость давления от абсолютной температуры
Заполните пропуск в тексте, выбрав правильный вариант ответа из выпадающего меню.
Используйте выражение зависимости давления от абсолютной температуры.
Абсолютная температура увеличилась в 3 раза, а объём одного моля идеального газа уменьшился в 3 раза. Давление при этом
.
Абсолютный ноль температуры
Заполните пропуски в тексте. Для этого наберите пропущенные слова на клавиатуре компьютера.
Вспомните соотношение макроскопических параметров при тепловом равновесии.
Предельную температуру, при которой
идеального газа обращается в нуль при фиксированном
или при которой
идеального газа стремится к нулю при неизменном
, называют абсолютным нулём температуры.
Развитие термометров
Выделите мышкой 5 слов, которые являются фамилиями учёных, внёсших существенный вклад в историю развития приборов для измерения температуры.
1. Учёный, который первым создал термоскоп в 1597 году.
2. Шкала, предложенная учёным в 1742 г., которая точно устанавливала положение двух точек – 0 и 100 градусов.
3. Учёный, благодаря которому изобрели термометр, данные которого не зависели бы от перепадов атмосферного давления.
4. Шкала, имени этого учёного, была создана на смеси снега с нашатырём или поваренной солью, по которой за температуру здорового человеческого тела принимают 96 градусов.
5. Учёный предложил в термометрах применять спирт, и шкала имела две крайние точки изменения температуры от точки замерзания до точки кипения воды – от 0 до 80 градусов.
Изучите исторические сведения о развитии термометров.
Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул
Заполните пропуск в задаче.
После определения абсолютной температуры, переведите полученное значение в показания по шкале Цельсия.
При температуре средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул равна 6,21·$10^{-21}$Дж.
27$^circ С$
37$^circ С$
283$^circ С$
Шкалы Цельсия и Кельвина
Соедините одинаковые значения температур по шкале Цельсия и Кельвина.
Используйте значение соответствий между шкалами $T = (t + 273)$.
Кинетическая энергия и концентрация молекул
Заполните пропуски в задаче. Ответы дайте целыми числами.
Используйте формулы зависимостей давления от температуры и средней кинетической энергии поступательного движения от температуры.
При температуре 290 К и давлении 0,8 МПа, средняя кинетическая энергия молекул равна
·10$^{-21}$Дж, а концентрация молекул составляет
·10$^{26}$ м$^{-3}$
Абсолютный нуль
Заполните пропуск в тексте. Ответ дайте целым числом.
Используйте соотношение шкалы Цельсия и Кельвина.
Абсолютный нуль по шкале Цельсия равен
$^circ С$.
Используйте соотношение шкалы Цельсия и Кельвина.
На рисунке представлен график изменения температуры воздуха в течение суток. Пользуясь графиком, определите максимальное значение абсолютной температуры в 17:00 часов по местному времени. Вычеркните неправильные варианты.
Для решения задачи используйте соотношение между шкалой Цельсия и Кельвина.
Тепловое движение молекул
Решите задачи с заданными величинами в строках и заполните таблицу.
Используйте ряд формул для вывода уравнения со всеми искомыми параметрами $p=nkT$, $p=frac{NkT}{V}$, $N=frac{m}{M}N_A$ или $p=frac{m}{M}VN_AkT$.
| Т, К | $р$, Па | V, $м^3$ | М, кг/моль | m, кг |
|---|---|---|---|---|
200 | 1,8•$10^5$ | 0,82 | 3,2•$10^{-2}$ | |
303 | 0,6 | 4•$10^{-2}$ | 2,3 | |
6•$10^4$ | 0,93 | 2•$10^{-3}$ | 0,3 |
Концентрация молекул атмосферного воздуха
Практический потолок полёта самолёта Ту-154 равен 12 км. Во сколько раз концентрация молекул атмосферного воздуха на этой высоте меньше, чем на уровне моря? Заполните недостающие значения физических параметров в ячейках таблицы. Известные параметры для стандартной атмосферы* приведены в таблице.
*Стандартная атмосфера – модель земной атмосферы, характеризуемая выведенными на основе долголетних статистических наблюдений средними значениями физических параметров состояния воздуха реальной атмосферы Земли.
Используйте формулу зависимости давления от концентрации молекул газа и абсолютной температуры; рассчитайте отношение двух полученных значений.
| Высота над уровнем моря h, м | Давление p, Па | Температура Т, К | Концентрация молекул атмосферного воздуха n, $м^{-3}$ | Отношение концентраций на разной высоте $frac{n_2}{n_1}$ |
|---|---|---|---|---|
0 | 101325 | 288,15 | ||
12000 | 19399 | 216,65 |
Абсолютная температура
Соедините попарно фигуры так, чтобы каждому значению абсолютной температурысоответствовала характеристика.
Повторите материал видеолекции. Соотнеся значение абсолютной температуры с её характеристиками, Вы получите краткий обзор новой величины.
Источник
В уроке 15 «Воздух как смесь газов» из курса «Химия для чайников» мы выясним из чего состоит воздух; узнаем о получении, собирании и хранении газов, а также об их герметичности.
Вы уже знаете, что вещества могут находиться в различных агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом.
В окружающей нас природе многие вещества при обычных условиях находятся в газообразном состоянии. Прежде всего, это компоненты воздушной оболочки Земли — атмосферы. Очень много газов растворено в водах Мирового океана. Во время извержения вулканов в атмосферу также выбрасывается большое количество вулканических газов. В недрах нашей планеты хранятся огромные запасы природного газа.
Атмосфере принадлежит важнейшая роль в жизни человека, животных и растений. Ее исследованиям были посвящены труды многих ученых прошлого. С давних времен был известен лишь один вид газа — воздух. При этом он изучался в основном физиками и интереса у химиков не вызывал. Лишь во второй половине XVIII в. было установлено, что воздух представляет собой смесь газов.
Состав воздуха
Основные компоненты воздуха — азот и кислород. При нормальных условиях в воздухе объемом 100 дм3 содержится азот объемом около 78 дм3 и кислород объемом около 21 дм3, а на долю всех остальных газов приходится около 1 дм3. В заметных количествах в воздухе присутствуют аргон, углекислый газ, озон и другие газы (табл. 7).
Для решения некоторых задач и проведения расчетов в физике, химии, технике очень удобно рассматривать воздух не как смесь газов, а как одно газообразное вещество. Экспериментальным путем можно установить, что при нормальных условиях масса воздуха объемом 22,4 дм3 равна 29 г. Поскольку такой объем при н. у. занимает любой газ химическим количеством 1 моль, то молярную массу воздуха можно условно считать равной 29 г/моль:
Все газы, молярная масса которых меньше 29 г/моль, принято называть газами легче воздуха (например, водород H2, аммиак NH3, угарный газ CO, метан CH4), а газы, у которых она больше 29 г/моль — газами тяжелее воздуха (например, кислород O2, озон O3, углекислый газ CO2).
Получение, собирание и хранение газов
Газы имеют важное значение в жизни и деятельности человека. Поэтому необходимо уметь их получать, собирать и хранить.
В химической лаборатории небольшие объемы газов можно получать различными способами. Например, газы выделяются при нагревании некоторых твердых веществ (рис. 66).
Газообразные вещества могут образовываться при действии некоторых жидких веществ на твердые. Так, при действии уксуса на мрамор или мел выделяется углекислый газ (рис. 67).
В промышленности используют значительно большие, чем в химических лабораториях, количества различных газов. Большие объемы кислорода и азота получают из воздуха. Позднее вы узнаете, как это делается.
В лабораторных условиях собрать газ в сосуд можно двумя способами: вытеснением воды (рис. 68) и вытеснением воздуха. Первый способ применяют для собирания только нерастворимых в воде газов (кислород, азот, водород). Вто-
рой — для собирания как растворимых (аммиак, углекислый газ), так и нерастворимых в воде газов.
Для собирания газов, которые легче воздуха, сосуд для сбора газа следует закрепить дном вверх, а для газов, которые тяжелее воздуха, — дном вниз (рис. 69)
Для хранения газов следует использовать сосуды, не сообщающиеся с окружающей средой. Такие сосуды называют герметичными (т. е. не имеющими отверстий для выхода газа из сосуда наружу). В быту примером герметичного сосуда является бутылка с плотной пробкой, завязанный воздушный шарик или накачанная камера от велосипедного колеса, в химической лаборатории — пробирка, плотно закрытая пробкой, газометр.
Из курса физики вы знаете, что при нагревании газы расширяются. Это свойство можно использовать для проверки прибора для получения газов на герметичность (рис. 70). Для этого после сборки прибора следует погрузить конец газоотводной трубки в воду, а пробирку на несколько секунд зажать в ладони. Нагреваясь от тепла руки, воздух в пробирке расширяется и выходит из газоотводной трубки в виде пузырьков. Если пузырьки не наблюдаются, то это свидетельствует о том, что прибор собран негерметично и для газа имеется другой выход, кроме газоотводной трубки.
В промышленности для хранения газов чаще всего используют более прочные сосуды — баллоны (рис. 71), в которых сжатые газы находятся под большим давлением; для предупреждения разрушения баллона сжатым газом его стенки делают из толстой стали. Узнать, какой газ содержится в баллоне, можно по окраске баллона, цвету надписи на нем и цвету полосы. Например, баллон с кислородом должен быть окрашен в голубой цвет и иметь черную надпись «Кислород», баллон с азотом должен быть окрашен в черный цвет, иметь желтую надпись «Азот» и коричневую полосу, баллон с очень чистым аргоном должен быть окрашен в серый цвет, иметь зеленую надпись «Аргон» и зеленую полосу.
Краткие выводы урока:
- Вещества могут находиться в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии.
- Воздух представляет собой смесь газов. Основными компонентами воздуха являются азот и кислород.
- При нормальных условиях в воздухе объемом 100 дм3 содержится азот объемом около 78 дм3 и кислород объемом около 21 дм3.
- Воздух можно условно рассматривать как газ, молярная масса которого равна 29 г/моль.
Надеюсь урок 15 «Воздух как смесь газов» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке
Источник