Глава II. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии. § 12. Воздух и его состав — с. 62
§ 12. Проверьте свои знания.
1. Почему некорректно выражение «молекула воздуха»?
Молекула — наименьшая частица индивидуального вещества, имеющая определённый состав. Воздух — не индивидуальное вещество, а смесь газов (азота, кислорода, углекислого газа, инертных газов, водяного пара) с переменным составом. В нём есть молекулы N₂, O₂, CO₂ и других веществ, но «молекулы воздуха» как единой частицы не существует, поэтому выражение некорректно.
§ 12. Проверьте свои знания.
2. Что называют объёмной долей компонента газовой смеси?
Объёмной долей компонента газовой смеси называют отношение объёма данного газа к общему объёму смеси. Её обозначают греческой буквой φ («фи») и вычисляют по формуле:
φ(газа) = V(газа) / V(смеси) · 100 %,
где V(газа) — объём газа, V(смеси) — объём смеси (в одинаковых единицах: л, мл, м³). Объёмная доля показывает, какую часть общего объёма смеси занимает данный компонент.
φ(газа) = V(газа) / V(смеси) · 100 %,
где V(газа) — объём газа, V(смеси) — объём смеси (в одинаковых единицах: л, мл, м³). Объёмная доля показывает, какую часть общего объёма смеси занимает данный компонент.
§ 12. Проверьте свои знания.
3. Каков объёмный состав воздуха?
Как изменяется состав воздуха в закрытом кабинете во время проведения урока?
Состав атмосферного воздуха по объёму: азот N₂ — 78 %, кислород O₂ — 21 %, углекислый газ CO₂ — 0,03 %, другие газы (инертные газы — аргон и др., водяной пар) — около 0,97 %.
В закрытом кабинете во время урока люди дышат: они поглощают кислород и выделяют углекислый газ и водяной пар. Поэтому доля кислорода постепенно уменьшается (ниже 21 %), доля углекислого газа и водяных паров увеличивается, а доля азота практически не меняется. Воздух становится «душным», поэтому помещение нужно проветривать.
В закрытом кабинете во время урока люди дышат: они поглощают кислород и выделяют углекислый газ и водяной пар. Поэтому доля кислорода постепенно уменьшается (ниже 21 %), доля углекислого газа и водяных паров увеличивается, а доля азота практически не меняется. Воздух становится «душным», поэтому помещение нужно проветривать.
§ 12. Проверьте свои знания.
4. Объёмная доля аргона в воздухе 0,9 %. Какой объём воздуха необходим для получения 125 м³ аргона?
Дано: φ(Ar) = 0,9 % = 0,009; V(Ar) = 125 м³.
Найти: V(воздуха) — ?
Решение: φ(Ar) = V(Ar) / V(воздуха), отсюда
V(воздуха) = V(Ar) / φ(Ar) = 125 м³ / 0,009 ≈ 13 889 м³.
Ответ: V(воздуха) ≈ 13 889 м³ (около 13,9 тыс. м³).
Оговорка: в списке «Ответов» в конце учебника для этого задания напечатано 1,125 м³; по данным условия (125 м³ аргона при объёмной доле 0,9 %) получается 13 889 м³, поэтому в учебнике, по-видимому, опечатка.
Найти: V(воздуха) — ?
Решение: φ(Ar) = V(Ar) / V(воздуха), отсюда
V(воздуха) = V(Ar) / φ(Ar) = 125 м³ / 0,009 ≈ 13 889 м³.
Ответ: V(воздуха) ≈ 13 889 м³ (около 13,9 тыс. м³).
Оговорка: в списке «Ответов» в конце учебника для этого задания напечатано 1,125 м³; по данным условия (125 м³ аргона при объёмной доле 0,9 %) получается 13 889 м³, поэтому в учебнике, по-видимому, опечатка.
§ 12. Проверьте свои знания.
5. При разделении воздуха было получено 500 м³ азота. Сколько литров кислорода и углекислого газа было получено при этом?
Дано: V(N₂) = 500 м³; φ(N₂) = 78 % = 0,78; φ(O₂) = 21 % = 0,21; φ(CO₂) = 0,03 % = 0,0003.
Найти: V(O₂) — ? л; V(CO₂) — ? л.
Решение:
1) Находим объём воздуха: V(воздуха) = V(N₂) / φ(N₂) = 500 м³ / 0,78 ≈ 641,03 м³.
2) V(O₂) = V(воздуха) · φ(O₂) = 641,03 м³ · 0,21 ≈ 134,6 м³ = 134 600 л (≈ 1,35 · 10⁵ л).
3) V(CO₂) = V(воздуха) · φ(CO₂) = 641,03 м³ · 0,0003 ≈ 0,192 м³ ≈ 192 л.
Ответ: получено около 134 600 л кислорода и около 192 л углекислого газа.
(1 м³ = 1000 л.)
Найти: V(O₂) — ? л; V(CO₂) — ? л.
Решение:
1) Находим объём воздуха: V(воздуха) = V(N₂) / φ(N₂) = 500 м³ / 0,78 ≈ 641,03 м³.
2) V(O₂) = V(воздуха) · φ(O₂) = 641,03 м³ · 0,21 ≈ 134,6 м³ = 134 600 л (≈ 1,35 · 10⁵ л).
3) V(CO₂) = V(воздуха) · φ(CO₂) = 641,03 м³ · 0,0003 ≈ 0,192 м³ ≈ 192 л.
Ответ: получено около 134 600 л кислорода и около 192 л углекислого газа.
(1 м³ = 1000 л.)
§ 12. Проверьте свои знания.
6. Объёмная доля метана в природном газе составляет 92 %. В каком объёме этой газовой смеси будет содержаться 300 мл метана?
Дано: φ(CH₄) = 92 % = 0,92; V(CH₄) = 300 мл.
Найти: V(смеси) — ?
Решение: φ(CH₄) = V(CH₄) / V(смеси), отсюда
V(смеси) = V(CH₄) / φ(CH₄) = 300 мл / 0,92 ≈ 326 мл.
Ответ: 300 мл метана содержится в ≈ 326 мл природного газа.
Найти: V(смеси) — ?
Решение: φ(CH₄) = V(CH₄) / V(смеси), отсюда
V(смеси) = V(CH₄) / φ(CH₄) = 300 мл / 0,92 ≈ 326 мл.
Ответ: 300 мл метана содержится в ≈ 326 мл природного газа.
§ 12. Проверьте свои знания.
7. Смешали 16 л кислорода и 12 л углекислого газа. Найдите объёмную долю каждого газа в полученной смеси.
Дано: V(O₂) = 16 л; V(CO₂) = 12 л.
Найти: φ(O₂) — ?; φ(CO₂) — ?
Решение:
1) V(смеси) = 16 л + 12 л = 28 л.
2) φ(O₂) = V(O₂) / V(смеси) = 16 л / 28 л ≈ 0,571, или 57,1 %.
3) φ(CO₂) = 12 л / 28 л ≈ 0,429, или 42,9 %.
Проверка: 57,1 % + 42,9 % = 100 %.
Ответ: φ(O₂) ≈ 57,1 %; φ(CO₂) ≈ 42,9 %.
Найти: φ(O₂) — ?; φ(CO₂) — ?
Решение:
1) V(смеси) = 16 л + 12 л = 28 л.
2) φ(O₂) = V(O₂) / V(смеси) = 16 л / 28 л ≈ 0,571, или 57,1 %.
3) φ(CO₂) = 12 л / 28 л ≈ 0,429, или 42,9 %.
Проверка: 57,1 % + 42,9 % = 100 %.
Ответ: φ(O₂) ≈ 57,1 %; φ(CO₂) ≈ 42,9 %.
§ 12. Примените свои знания.
8. Вдыхаемый человеком воздух содержит около 78 % азота, 21 % кислорода, 0,03 % углекислого газа и водяной пар. Воздух, который человек выдыхает, содержит около 16 % кислорода. Количество углекислого газа в выдыхаемом воздухе увеличивается до 4 %, больше становится и водяных паров. Не изменяется лишь количество азота. Постройте круговые диаграммы, показывающие состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.
Круговая диаграмма — круг, который принимается за 100 %; каждому газу отводится сектор с центральным углом, равным доле газа · 360° / 100.
Вдыхаемый воздух: азот 78 % (≈ 281°), кислород 21 % (≈ 76°), углекислый газ 0,03 % (≈ 0,1°, едва заметная линия), остальное (водяной пар, аргон и др.) 0,97 % (≈ 3,5°).
Выдыхаемый воздух: азот 78 % (≈ 281°, не изменился), кислород 16 % (≈ 58°), углекислый газ 4 % (≈ 14°), остальное (водяной пар, инертные газы) 100 − 78 − 16 − 4 = 2 % (≈ 7°).
Вывод: при дыхании кислорода становится меньше (21 % → 16 %), углекислого газа и водяного пара — больше, доля азота не меняется.
Оговорка: водяной пар в книге не задан числом, поэтому он включён в сектор «остальное».
Вдыхаемый воздух: азот 78 % (≈ 281°), кислород 21 % (≈ 76°), углекислый газ 0,03 % (≈ 0,1°, едва заметная линия), остальное (водяной пар, аргон и др.) 0,97 % (≈ 3,5°).
Выдыхаемый воздух: азот 78 % (≈ 281°, не изменился), кислород 16 % (≈ 58°), углекислый газ 4 % (≈ 14°), остальное (водяной пар, инертные газы) 100 − 78 − 16 − 4 = 2 % (≈ 7°).
Вывод: при дыхании кислорода становится меньше (21 % → 16 %), углекислого газа и водяного пара — больше, доля азота не меняется.
Оговорка: водяной пар в книге не задан числом, поэтому он включён в сектор «остальное».
§ 12. Используйте дополнительную информацию.
9. Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об охране атмосферы. Укажите электронные адреса использованных вами источников.
Охрана атмосферы
Атмосфера — воздушная оболочка Земли, защищающая живые организмы от ультрафиолетового излучения и перепадов температуры и обеспечивающая дыхание. Основные загрязнители воздуха — оксиды углерода, серы и азота (выбросы автотранспорта, тепловых электростанций, металлургических и химических предприятий), пыль, сажа, соединения тяжёлых металлов. Оксиды серы и азота вызывают кислотные дожди, которые разрушают растительность, здания и загрязняют водоёмы. Накопление углекислого газа и метана усиливает парниковый эффект и ведёт к потеплению климата. Фреоны разрушают озоновый слой, который защищает всё живое от жёсткого ультрафиолета.
Меры охраны: установка фильтров и газоочистных сооружений на предприятиях; переход на экологически чистые виды энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергетика); использование каталитических нейтрализаторов, электро- и газомобилей; запрет веществ, разрушающих озоновый слой (Монреальский протокол); озеленение городов, поскольку растения поглощают CO₂ и выделяют кислород; международные соглашения по сокращению выбросов. Каждый человек может вносить вклад: экономить энергию, сортировать отходы, пользоваться общественным транспортом.
Оговорка: адреса источников не указаны; их нужно записать самостоятельно по тем сайтам, которые вы использовали.
Атмосфера — воздушная оболочка Земли, защищающая живые организмы от ультрафиолетового излучения и перепадов температуры и обеспечивающая дыхание. Основные загрязнители воздуха — оксиды углерода, серы и азота (выбросы автотранспорта, тепловых электростанций, металлургических и химических предприятий), пыль, сажа, соединения тяжёлых металлов. Оксиды серы и азота вызывают кислотные дожди, которые разрушают растительность, здания и загрязняют водоёмы. Накопление углекислого газа и метана усиливает парниковый эффект и ведёт к потеплению климата. Фреоны разрушают озоновый слой, который защищает всё живое от жёсткого ультрафиолета.
Меры охраны: установка фильтров и газоочистных сооружений на предприятиях; переход на экологически чистые виды энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергетика); использование каталитических нейтрализаторов, электро- и газомобилей; запрет веществ, разрушающих озоновый слой (Монреальский протокол); озеленение городов, поскольку растения поглощают CO₂ и выделяют кислород; международные соглашения по сокращению выбросов. Каждый человек может вносить вклад: экономить энергию, сортировать отходы, пользоваться общественным транспортом.
Оговорка: адреса источников не указаны; их нужно записать самостоятельно по тем сайтам, которые вы использовали.