Из каких веществ состоит воздух? Какие газы в его составе необходимы для жизнедеятельности человека и животных?
Выдвигаем гипотезу о составе воздуха
Что может быть проще воздуха? Невидимый, без запаха и вкуса воздух незаметен, но человек не может прожить без него даже нескольких минут. Тем не менее, воздух — это достаточно сложная смесь газов.
Рассмотрите схему. Какого газа в воздухе больше всего? Какие ещё газы присутствуют в воздухе? Подумайте, какие газы в составе воздуха необходимы для человека, а без каких можно обойтись.
М. В. Ломоносов открыл закон сохранения массы веществ, обжигая металлы в «запаянных накрепко стеклянных сосудах». При этом он обнаружил, что часть воздуха не соединяется с металлом. Перечислите вещества, которые входят в эту часть.
Прочитайте, кем и каким образом было доказано, что воздух состоит в основном из азота и кислорода. Какие ещё газы входят в состав воздуха? Вспомните свои предположения и при необходимости дополните их.
Изучаем и вычисляем. Средняя молярная масса воздуха
Воздух — это смесь газов. 1 моль воздуха, так же как и 1 моль любого другого газа, занимает одинаковый объём — 22,4 л при н. у. и содержит одинаковое число частиц (6,02 · 1023). Чему же равна ? Значение средней молярной массы воздуха полезно запомнить: она равна 29 г/моль.
Воздух состоит в основном из газов кислорода (М = 32 г/моль) и азота (М = 28 г/моль). Значение средней молярной массы воздуха должно находиться в промежутке между этими молярными массами, причём быть ближе к молярной массе азота, ведь в 1 моль воздуха большую часть массы составляет масса лёгких молекул азота, а меньшую — масса более тяжёлых молекул кислорода. Вклад молярных масс остальных газов в среднюю молярную массу воздуха практически незаметен, ведь их содержание в воздухе мало.
M(воздуха) = 29 г/моль
Задание с открытым ответом
Определите, какие газы из перечисленных тяжелее, а какие легче воздуха?
Водород H2, кислород О2, гелий He, этан C2H6, ксенон Xe?
Рассуждаем о процентном содержании газов в воздухе
В таблице приведено содержание газов в воздухе, измеренное в процентах по объёму и по массе. Подумайте, с чем могут быть связаны различия в этих цифрах, и запишите своё объяснение.
Пять газов, обнаруженных в воздухе чуть более 100 лет назад, оказались очень необычны. Подумайте, почему получили такое название, выпишите их названия, формулы и области применения.
Гелий, неон, аргон, криптон и ксенон по своим свойствам разительно отличались от других газов, известных к концу XIX века. Они не вступали в реакции ни с какими химическими веществами, т. е. были химически инертны. Кроме того, было доказано, что их молекулы состоят из одного атома. Молекулы всех известных к тому времени газов состояли из двух и более атомов.
Из-за своей инертности эти газы получили название инертных или благородных газов. (Металлы, которые называют благородными — золото, платина, серебро — также крайне неохотно вступают в химические реакции).
Позже, уже во второй половине XX века, учёные обнаружили, что аргон, криптон и ксенон всё-таки могут вступать в реакции и образовывать сложные вещества. А вот соединения гелия и неона так до сих пор и не получены.
Благородные газы широко используются в промышленности и технике благодаря своей инертности, низким температурам кипения, способности светиться разными цветами при пропускании электрического тока.
Гелий в промышленности получают из природного газа. Его там мало, но, тем не менее, в тысячу раз больше, чем в атмосфере. Остальные инертные газы выделяют из воздуха.
Гелий — очень лёгкий газ, он почти в 7,5 раз легче воздуха. Поэтому его используют для заполнения аэростатов, дирижаблей, воздушных шаров. Жидкий гелий применяют в технике и лабораторной практике для создания очень низких температур.
Аргон используют для создания инертной атмосферы, т. е. в таких процессах, где мешает кислород воздуха. Он может понадобиться и металлургам, и химикам, и сварщикам. Криптоном и ксеноном заполняют электрические лампы.
Газоразрядные лампы, заполненные неоном, давно применяют в световой рекламе.
Тренируемся
Благородные газы
Выберите из списка названия всех веществ, которые не относятся к благородным газам.
Учимся анализировать. Разрабатываем способ разделения азота и кислорода
В промышленности широкое применение находят чистые кислород и азот. Источник для их получения практически безграничен — это воздух. Проблема состоит в том, чтобы отделить эти газы друг от друга.
Сравните физические свойства кислорода и азота. Придумайте способ, как, основываясь на различии свойств этих веществ, отделить их друг от друга.
Закончите предложения, выбрав подходящие по смыслу слова из ниспадающего списка.
Кислород собирают в химический стакан. Если в пустой стакан опустить трубку, по которой идёт ток кислорода, то кислород будет собираться в
части стакана и постепенно вытеснит весь воздух. Это возможно потому, что кислород
воздуха.
Азот
собрать этим же способом, так как азот
воздуха.
Физические свойства азота
Выберите все неверные высказывания о физических свойствах азота.
Сравнение азота и кислорода
Выберите все верные высказывания о физических свойствах азота и кислорода.
Вычислите массу азота, который можно получить из 100 л воздуха (объём измерен при н.у.). Считайте, что в воздухе содержится 78 % азота по объёму. Приведите решение задачи.
