§7. Газы и газовые смеси. Объемная доля компонента газовой смеси

Вопрос перед параграфом ✓

В 1774 г. французский учёный Антуан Лавуазье нагревал ртуть в реторте (рис. 23) в течение 12 суток. Конец реторты был подведён под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5 . Оставшийся под колоколом газ был непригоден для дыхания. О чём свидетельствует опыт А. Лавуазье? Сделайте вывод об объёмных долях основных компонентов воздуха.
Рис. 23. Установка Лавуазье для изучения состава воздуха

Ответ

Этим опытом было доказано, что в воздухе содержится примерно 80% азота и 20% кислорода.

Проверьте свои знания

Задание №1

Почему неверно выражение «молекула природного газа»?

Ответ

Выражение «молекула природного газа» некорректно, так как природный газ − это смесь веществ: метан, пропан, этан, водород, азот.

Задание №2

Что называют объёмной долей компонента газовой смеси?

Ответ

Объёмной долей компонента газовой смеси называют отношение объёма данного газа к общему объёму смеси.

Задание №3

Каков объёмный состав воздуха? Как изменяется состав воздуха в закрытом кабинете во время проведения урока?

Ответ

Азот составляет 4/5 от объёма воздуха, или 80%, а кислород — 1/5, или 20%. Детальное изучение состава воздуха позволило придти к выводу, что он представляет собой многокомпонентную смесь, состоящую из азота, кислорода, углекислого газа, инертных газов, водяного пара.
В закрытом кабинете во время проведения урока объемная доля углекислого газа увеличится, а кислорода уменьшится, так как для дыхания люди используют кислород, а выдыхают углекислый газ.

Задание №4

Объёмная доля аргона в воздухе 0,9 %. Какой объём воздуха необходим для получения 125 $м^{3}$ аргона?

Ответ

Дано:
φ(Ar) = 0,9%
V(Ar) = 125 $м^{3}$
Найти: V(воздуха) − ?
Решение:
Запишем формулу объемной доли аргона в газовой смеси:
φ = V(Ar) : V(смеси)
V(смеси) = V(Ar) : φ
V(смеси) = 125 $м^{3}$ : 0,009 = 13889 $м^{3}$
Ответ: 13889 $м^{3}$.

Задание №5

При разделении воздуха было получено 500 $м^{3}$ азота. Сколько литров кислорода и углекислого газа было получено при этом?

Ответ

Дано:
V($N_{2}$) = 500 $м^{3}$
Найти:
V($O_{2}$) − ?
V($CO_{2}$) − ?
Решение:
Известно, что воздух содержит 78% азота, 21% кислорода и 0,03% углекислого газа. Значит:
500 $м^{3}$ = 78%.
Задачу будем решать методом пропорций.
1) Составим пропорцию:
500 $м^{3}$ − 78%
x $м^{3}$ − 21%
x = 500 * 21 : 78 = 134,62 $м^{3}$
Переведем $м^{3}$ в л, получим, что объем кислорода равен 134620 л
2) Составим вторую пропорцию:
500 $м^{3}$ − 78%
x $м^{3}$ − 0,03%
x = 500 * 0,03 : 78 = 0,19 $м^{3}$
Переведем $м^{3}$ в л, получим, что объем углекислого газа равен 190 л
Ответ: V($O_{2}$) = 134620 л; V($CO_{2}$) = 190 л

Задание №6

Объёмная доля метана в природном газе составляет 92 %. В каком объёме этой газовой смеси будет содержаться 300 мл метана?

Ответ

Дано:
φ($CH_{4}$) = 92%
V($CH_{4}$) = 300 мл
Найти: V(смеси) − ?
Решение:
Запишем формулу объемной доли метана в газовой смеси:
φ = V($CH_{4}$) : V(смеси)
V(смеси) = V($CH_{4}$) : φ
V(смеси) = 300 мл : 0,92 = 326 мл
Ответ: 326 мл

Задание №7

Смешали 16 л кислорода и 12 л углекислого газа. Найдите объёмную долю каждого газа в полученной смеси.

Ответ

Дано:
V($O_{2}$) = 16 л
V($CO_{2}$) = 12 л
Найти:
φ($O_{2}$) − ?
φ($CO_{2}$) − ?
Решение:
Найдем общий объем смеси: V(смеси) = 16 л + 12 л = 28 л
Запишем формулу объемной доли компонента в газовой смеси:
φ = (V(газа) : V(смеси)) * 100%
φ($O_{2}$) = (16л : 28 л) * 100% = 57%
φ($CO_{2}$) = (12л : 28 л) * 100% = 43%
Ответ: φ($O_{2}$) = 57%; φ($CO_{2}$) = 43%

Примените свои знания

Задание №1

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. Изобразите круговые диаграммы, показывающие состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Ответ

Вдыхаемый человеком воздух содержит около 79 % азота, 21 % кислорода, 0,03% углекислого газа и водяной пар. Воздух, который человек выдыхает, содержит около 79% азота, 16 % кислорода, 4% углекислого газа и 1% водяных паров.

Используйте доп.информацию

Задание №1

Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об охране атмосферы. Укажите электронные адреса использованных вами источников.

Ответ

Меры по охране атмосферного воздуха:
1) Безотходная технология эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное производство, сопостовимое с циклическими процессами в биосфере, − это будущее промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей среды.
2) Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения − переход на использование новых экологически безопасных источников энергии. Например, строительство станций, использующих энергию приливов и отливов, использование гелиоустановок и ветряных мельниц.