Урок 15. Воздух как смесь газов
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 дм 3 содержится азот объемом около 78 дм 3 и кислород объемом около 21 дм 3 , а на долю всех остальных газов приходится около 1 дм 3 . 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 дм 3 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 дм 3 содержится азот объемом около 78 дм 3 и кислород объемом около 21 дм 3 .
- 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.
Источник
Лабораторный опыт 2.
Сборка простейших приборов для получения и собирания газов.
1. Из имеющихся на вашем рабочем столе частей соберите один из приборов для получения газов в химической лаборатории (см. рис.).
2. Проверьте прибор на герметичность и укрепите его в штативе. (Почему прибор следует проверять на герметичность перед началом работы с газами?)
3. Соберите прибор для собирания газа методом вытеснения воздуха. (Как следует расположить приемный сосуд для собирания газа, который легче воздуха, и для газа, который тяжелее воздуха?)
4. Соберите прибор для собирания газа методом вытеснения воды (используется для газов, малорастворимых в воде).
ОТВЕТЫ
2. Прибор нужно проверять на герметичность во избежание утечки газа. При плохой герметичности газ вообще может весь уходить в атмосферу, что не позволит провести опыт. Кроме того, некоторые газы горючи и взрывоопасны (водород, метан и др.), а некоторые вредны или даже ядовиты (диоксид азота, хлор и др.).
3. Газ легче воздуха поднимается вверх, поэтому сосуд для собирания должен быть расположен сверху.
Газ тяжелее воздуха будет опускаться вниз, поэтому сосуд для собирания должен быть расположен снизу.
Цитата:
Знания должны постоянно улучшаться, оспариваться и увеличиваться, иначе они исчезнут.
Питер Фердинанд Друкер
американский учёный, экономист, публицист, педагог.
Источник
Собрать газ способ собирания
Аппарат Киппа используют для получения водорода, углекислого газа и сероводорода. Твердый реагент помещают в средний шарообразный резервуар аппарата на пластмассовый кольцевой вкладыш, предохраняющий попадание твердого реагента в нижний резервуар. В качестве твердого реагента для получения водорода используют цинковые гранулы, углекислого газа — куски мрамора, сероводорода — куски сульфида железа. Куски насыпаемого твердого вещества должны быть размером около Пользоваться порошком не рекомендуется, так как ток газа получится очень сильным. После загрузки твердого реагента в аппарат через верхнее горло заливают жидкий реагент (например, разбавленный раствор соляной кислоты при получении водорода, углекислого газа и сероводорода). Жидкость наливают в таком количестве, чтобы её уровень (при открытом газоотводном кране) достигал половины верхнего шарообразного расширения нижней части. Пропускают газ в течение 5-10 минут, чтобы вытеснить воздух из аппарата, после этого закрывают газоотводный кран, в верхнее горло вставляют предохранительную воронку. Газоотводную трубку соединяют с тем прибором, куда нужно пропускать газ.
При закрытом кране выделяющийся газ вытесняет жидкость из шарообразного расширения аппарата, и он перестает работать. При открывании крана кислота вновь поступает в резервуар с твердым реагентом, и аппарат начинает работать. Это один из самых удобных и безопасных методов получения газов в лаборатории.
Собирать газ в сосуд можно различными методами. Наиболее распространены два метода: метод вытеснения воды и метод вытеснения воздуха. Выбор метода обусловлен свойствами газа, который нужно собрать.
Метод вытеснения воздуха. Этим методом можно собрать практически любой газ. Прежде чем отбирать газ, надо определить, легче он воздуха или тяжелее. Если относительная плотность газа по воздуху больше единицы, то сосуд-приемник следует держать отверстием вверх, так как газ тяжелее воздуха и будет опускаться на дно сосуда (например, углекислый газ, сероводород, кислород, хлор и др.). Если относительная плотность газа по воздуху меньше единицы, то сосуд-приемник следует держать отверстием вниз, так как газ легче воздуха и будет подниматься вверх сосуда (например, водород и др.). Контролировать наполнение сосуда можно по-разному, в зависимости от свойств газа. Например, для определения кислорода используют тлеющую лучину, которая при поднесении к краю сосуда (но не внутрь!) вспыхивает; при определении углекислого газа горячая лучина потухает.
Метод вытеснения воды. Этим методом можно собирать только газы, которые не растворяются в воде (или мало растворяются) и не реагируют с ней. Для собирания газа необходим кристаллизатор, на 1/3 заполненный водой. Сосуд-приемник (чаще всего пробирку) наполняют до верху водой, закрывают пальцем и опускают в кристаллизатор. Когда отверстие сосуда окажется под водой, его открывают и вводят в сосуд газоотводную трубку. После того, как вся вода будет вытеснена из сосуда газом, отверстие закрывают под водой пробкой и вынимают сосуд из кристаллизатора.
Проверка газа на чистоту. Многие газы горят на воздухе. Если поджечь смесь горючего газа с воздухом, то произойдет взрыв, поэтому газ нужно проверять на чистоту. Проверка заключается в сжигании небольшой порции газа (около 15 мл) в пробирке. Для этого газ собирают в пробирку и поджигают от пламени спиртовки. Если газ не содержит примесей воздуха, то горение сопровождается легким хлопком. Если же раздается резкий лающий звук, то газ загрязнен воздухом и необходима его очистка.
Источник
Какие способы собирания газа вам известны?
Основные способы:
1. Вытеснением воздуха
2. Вытеснением воды
3. В перевёрнутую пробирку.
Способы собирания газов видоизменяются в зависимости от условий, в которых приходится работать.
Часто употребляют трубки, оттянутые с одной стороны и запаянные с другой, когда газовая среда легко доступна. Выкачав из такой трубки воздух ртутным насосом, оттянутую шейку запаивают паяльной трубкой; введя потом шейку в атмосферу газа, который хотят собирать, запаянный кончик отламывают и, когда трубка наполнится газом, его вновь запаивают. Подобного рода прием употреблялся, напр. , С. -К. -Девиллем для собирания газов, выделяющихся из кратеров потухших вулканов. Чтобы избежать употребления паяльной трубки, делают трубки для собирания газа с краном или даже двумя на одном и другом конце, и тогда, чтобы наполнить трубку исследуемым газом, достаточно, открыв краны, прососать через нее газ некот. время (для полного удаления воздуха) . Так собирают газы, выделяемые нефтью, бродящими жидкостями и т. п.
Из жидкостей растворенные в них газы извлекаются кипячением или при помощи ртутного насоса. Наполнив колбу исследуемою жидкостью доверху, закупоривают ее плотно пробкой, в которую проходит отводная трубка, также наполняемая до краев выдавливаемой жидкостью. Конец трубки подводят под цилиндр с ртутью, опрокинутый над ртутной же ванной, и затем колбу нагревают до кипения, причем растворенный газ выделяется и собирается в цилиндре.
Источник
Собирание газов
Получение газов термическим разложением твердых веществ
Газообразные вещества образуются также при прокаливании твердых со-
единений. Для получения газов таким способом разлагаемое вещество помещают в реторту или пробирку из тугоплавкого стекла и нагревают. При прокаливании веществ необходимо следить за наличием свободного выхода выделяющегося газа.
Способы собирания газов определяются их свойствами: растворимостью и
взаимодействием с водой, с воздухом, ядовитостью газа. Различают два основных способа собирания газов: вытеснением воздуха и вытеснением воды.
Вытеснением воздуха собирают газы, которые не взаимодействуют с воздухом. По относительной плотности газа по воздуху делают заключение, как расположить сосуд для собирания газов (рис. 30, а, б) На рис. 30, показано собирание газа с плотностью по воздуху более единицы, например, оксид азота (IV), плотность которого по воздуху равна 1,58. На рис. 30, б показано собирание газа с плотностью по воздуху менее единицы, например водорода, аммиака и др.
Вытеснением воды собирают газы, которые не взаимодействуют с водой и
плохо в ней растворяются (рис. 30, в). Цилиндр или банку заполняют водой и закрывают стеклянной пластинкой так, чтобы в цилиндре не оставалось пузырьков воздуха. Пластинку придерживают рукой, цилиндр переворачивают и опускают в стеклянную ванну с водой. Под водой пластинку удаляют, в открытое отверстие
цилиндра подводят газоотводную трубку. Газ постепенно вытесняет воду из цилиндра и заполняет его, после чего отверстие цилиндра под водой закрывают стеклянной пластинкой и цилиндр, заполненный газом, вынимают. Если газ тяжелее воздуха, то цилиндр ставят дном на стол, а если легче, то дном вверх на пластинку. Газы над водой можно собирать в пробирки, которые, так же как и цилиндр, заполняют водой, закрывают пальцем и опрокидывают в стакан или в стеклянную ванну с водой. Для собирания газа чаще всего применяют цилиндры с притертыми к ним стеклянными пластинками для закрывания.
Ядовитые газы собирают обычно вытеснением воды, так как при этом легко
отметить, когда газ целиком заполнит сосуд. Если необходимо собрать газ вытеснением воздуха, то поступают следующим образом (рис. 29, г). В колбу (банку, цилиндр) вставляют пробку с двумя газоотводными трубками. Через одну, которая доходит почти до дна, впускают газ, конец другой опускают в стакан с раствором, поглощающим газ. Например, для поглощения оксида серы (IV) в стакан наливают раствор щелочи, для поглощения хлороводорода – воду. После заполнения колбы (банки) газом вынимают из нее пробку с газоотводными трубками и сосуд быстро закрывают пробкой или стеклянной пластиной, а пробку с газоотводными трубками помещают в газопоглощающий раствор.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
