§ 16. Відносна густина газів. Другий наслідок із закону Авогадро

По суті, відносна густина газів показує, у скільки разів один газ легше або важче іншого газу. Щоби з’ясувати, який газ легше або важче, слід порівняти густини газів.

де М₁— це молярна маса газу 1, густину якого ми визначаємо, а М₂— молярна маса газу 2, за яким густину визначають. D — відносна густина газів, величина безрозмірна.

Щоби визначити густину газу Х за воднем, треба молярну масу газу Х розділити на молярну масу водню:

або, знаючи, що молярна маса водню дорівнює 2 г/моль:

Можна в такий спосіб обчислити густину газу Х за будь-яким іншим газом, наприклад, за киснем:

або, враховуючи, що молярна маса кисню дорівнює 32 г/моль:

Спробуйте розв’язати самостійно:

• Визначте густину вуглекислого газу за воднем.

Підказка: спочатку визначте молярні маси газів, а потім застосуйте формулу розрахунку відносної густини за воднем.

• У скільки разів амоніак NH₃ легший за кисень?

Підказка: якщо в задачі запитується, у скільки разів один газ легше або важче від іншого — треба розраховувати відносну густину. Визначте молярні маси газів, а потім застосуйте формулу розрахунку відносної густини.

Часто обчислюють відносну густину газу за повітрям, але повітря — суміш газів, молекули повітря не існує, тому для розрахунків беруть умовну середню молярну масу повітря 29 г/моль. Цю величину розраховують як середнє значення молярних мас азоту і кисню з урахуванням відсотків вмісту їх у повітрі за масою (w(N₂) — 75,5%, w(О₂) — 23,15%). Спробуйте самі розрахувати!

Густина газу Х за повітрям буде дорівнювати:

Поміркуємо, чому піднімаються вгору кульки, наповнені гелієм.

Молярна маса Не дорівнює 4 г/моль, отже,

Тобто, Не в 7,25 разу легше повітря.

Молярна маса вуглекислого газу більше, ніж середня молярна маса повітря, тому СО₂ за деякий час може скупчуватися в глибоких колодязях, печерах. Вуглекислий газ отруйний, тому є випадки загибелі людей.

До речі, перш ніж людина збирається спуститися в глибокий колодязь, фахівці радять опустити туди запалену свічку. Навіщо?

Підказка: точно не тому, щоб світліше було.

Під час розв’язування задач, у яких дано (або потрібно обчислити) відносну густину за будь-яким з інертних газів, необхідно враховувати, що їхні молекули одноатомні, тобто молекула, наприклад, гелію записується як Не (але не Не₂), і його молярна маса дорівнює 4 г/моль.

Відносну густину часто використовують для визначення молярної маси невідомого газу.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

1. Сформулюйте другий наслідок із закону Авогадро.

В яких одиницях виражають ці величини?

3. Якому числу дорівнює середня молярна маса повітря? Як її розраховують?

4. Під час яких розрахунків використовують поняття відносної густини газів?

5. Як ви вважаєте, чому повітряні кульки, які ми самі надуваємо, не підіймаються в небо?

НАВЧАЄМОСЬ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Обчислення відносної густини газів

Спочатку розглянемо приклади розв’язування задач, а потім виконаємо завдання для самостійного розв’язування.

Приклад 1. Обчисліть відносну густину за воднем метану CH₄.

Відповідь: відносна густина метану за воднем дорівнює 8, тобто метан у 8 разів легше водню.

1. Відносна густина газу за воднем дорівнює 17. Визначте молярну масу газу.

2. Обчисліть відносну густину хлору за повітрям. Виберіть правильну відповідь: а) 2,45; б) 3,0; в) можна визначити тільки дослідним шляхом.

3. Обчисліть відносну густину за гелієм:

а) азоту; б) кисню; в) амоніаку; г) метану.

Приклад 2. Відносна густина газу за повітрям дорівнює 0,966. Визначте молярну масу газу.

4. Деякий газ має відносну густину за повітрям 4,41. Визначте відносну густину цього газу за воднем.

5. Визначте відносну густину за воднем і за повітрям карбон(IV) оксиду.

Відповідь: за воднем — 22, за повітрям — 1,5.

6. Відносна густина деякого газу за повітрям дорівнює 2,448. Визначте молярну масу цього газу.

Приклад 3. Маса одного літра газуватої сполуки за н. у. становить 1,52 г. Визначте молярну масу газу та його відносну густину за воднем.

Відповідь: молярна маса газу 34 г/моль; густина за воднем 17.

7. Розташуйте наведені гази за збільшенням їхньої відносної густини за воднем: N₂, H₂, CH₄, CO₂, CO, N₂O, NO₂.

8. Відносна густина газу за воднем становить 8. Карбон складає 75 % його маси, Гідроген — 25 %. Визначте молекулярну формулу речовини.

9. *Густина сполуки Гідрогену з галогеном за воднем становить 10. Визначте, атоми якого галогену входять до складу сполуки. Скільки молекул галогеноводню міститься у зразку масою 16 г?

Відповідь: Флуору; 4,8 · 10 23 .

10. *Обчисліть відносну густину за воднем газової суміші, яка складається з нітроген(ІІ) оксиду об’ємом 86 л і нітроген(ІV) оксиду об’ємом 18 л.

11. *Маса 1 л газу за н. у. дорівнює 1,251 г. Обчисліть відносну густину газу за воднем.

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

1. Обчисліть відносну густину метану, вуглекислого газу, звеселяючого газу (нітроген(І) оксиду), амоніаку (гідроген нітриду), сірководню (гідроген сульфіду) за: а) воднем, б) киснем, в) повітрям.

2. Зразок безбарвного газу містить 12,04 · 10 23 молекул і має масу 88 г. Обчисліть молярну масу цього газу й виберіть із запропонованих формул можливу формулу цього газу (можливі декілька варіантів):

3. Яким газом можна заповнити повітряну кульку, щоб вона полетіла:

4. Одним зі способів збирання газів є витіснення повітря, яким можна збирати будь-який газ. Які з газів — Не, O₂, H₂, CO₂, CH₄, Cl₂, N₂O, C₃H₈ — можна збирати у спосіб А, а який — у спосіб Б?

5. Невідомий газ, що є простою, дуже отруйною речовиною жовто-зеленого кольору і складається з двохатомних молекул, має відносну густину за воднем 35,5. Визначте формулу цієї сполуки. Як треба держати ємність при його збиранні методом витіснення повітря під витяжною шафою?

6. Пари білого фосфору мають густину за гелієм 31. Визначте формулу білого фосфору, якщо відомо, що він є простою речовиною.

7. Заповніть прогалини в тексті, виконуючи всі розрахунки усно:

• Азот кількістю речовини 3 моль має масу. г і містить. молекул і. атомів. Він займає об’єм. л за н. у.
• У воді масою 36 г кількістю речовини. моль міститься. молекул і. атомів. Ця маса містить. моль атомів Гідрогену і. моль атомів Оксигену.

8. Визначте формули оксидів Нітрогену, якщо відносна густина першого за воднем дорівнює 15, а другого — 23. Назвіть їх. Чи полетять дві повітряні кульки, якщо їх заповнити цими газами?

9. Визначте формули оксидів Карбону, якщо відносна густина першого за азотом дорівнює 1 і відносна густина другого за нітроген(І) оксидом також дорівнює 1. Виведіть формули відповідних оксидів і назвіть їх.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

1. *Один газуватий вуглеводень C_xH_2x має відносну густину за гелієм 14, а другий газуватий вуглеводень C_xH_2x+2 має відносну густину за повітрям 2. Визначте формули цих речовин. Чи полетять догори дві повітряні кульки, якщо їх заповнити цими газами?

2. Густина газу А, що є простою речовиною і складається з двохатомних молекул, за н. у. дорівнює 1,43 г/л. Обчисліть молярну масу газу А й назвіть його.

3. Маса газу А об’ємом 4 л дорівнює 7,5 г, а газу Б такого самого об’єму — 4,64 г. Який із газів важче? Визначте:

• а) молярні маси газів, якщо об’єми газів виміряно за н. у.,
• б) відносну густину газу А за газом Б,
• в) густини газів.

4. Дві однакові колби об’ємом 1 л заповнили газами киснем і азотом за н. у. і поставили на терези. Чи буде порушена рівновага? Якщо так, який газ переважить?

5. *Дві однакові колби заповнені за н. у. газами: киснем і невідомим газом. Маса кисню 8 г, а маса невідомого газу — 0,5 г. Обчисліть молярну масу невідомого газу, напишіть його формулу, якщо відомо, що він є простою речовиною й містить двохатомні молекули. Назвіть його. Який із двох газів можна збирати в колбу, перевернуту догори дном, а який — у колбу звичайним чином?

6. Сполука складається з Карбону й Гідрогену, їхні маси відносяться як 3:1. Виведіть формулу сполуки, назвіть її. Чи полетить кулька, заповнена цим газом? Чи можна цей газ збирати в колбу методом витіснення повітря?

7. *Маса колби з киснем дорівнює 158 г, маса цієї ж колби з азотом дорівнює 157 г. Якщо цю колбу заповнити сумішшю двох газів — киснем і невідомим газом — у співвідношенні 1:1, тоді маса колби буде дорівнювати 159 г. Обчисліть масу колби, молярну масу невідомого газу, назвіть цей газ, якщо відомо, що він є простою речовиною.

8. Обчисліть середню молярну масу суміші, що містить два гази в мольному співвідношенні 1:1:

Обчисліть відносну густину першої суміші за воднем, другої суміші — за гелієм. Чи полетять повітряні кульки, заповнені цими сумішами?

ДОМАШНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ

Перед виконанням експерименту треба підготувати на кухні робоче місце, надіти спеціальний одяг, наприклад фартух, заслати стіл клейонкою, підібрати спеціальний посуд і обладнання, які потім не використовуватимуться для приготування їжі. Після закінчення роботи все прибрати та помити руки.

1. Надування кульок

У півлітрову пластикову пляшку налити розчин оцту на 1/4 її об’єму. У надувну кульку насипати питну соду й надіти цю кульку із содою обережно на шийку пляшки. Висипати з кульки соду в пляшку з оцтом. Спостерігати як кулька буде надуватися газом. Яким газом заповнилася кулька? Зав’яжіть кульку й покладіть її на стіл.

Чи піднімається кулька вгору? Зробіть висновок про густину газу порівняно з повітрям (легше він чи важче від повітря).

Підтвердьте ваш висновок розрахунками відносної густини цього газу за повітрям.

2. Цікавий дослід з мильними бульбашками

У широкий невеличкий тазок насипте півпачки питної соди (200-250 г) і налийте півпляшки оцту. Почекайте 1-2 хвилини й почніть опускати свічку, що горить, у тазок. Чи одразу згасла свічка?

В атмосфері якого газу вона згасла? Витягніть свічку й почніть видувати мильні бульбашки в тазок. Чому мильні бульбашки не опускаються в самий низ, а начебто зависають і гойдаються на невидимому батуті?

Покажіть цей дослід своїм молодшим друзям і поясніть їм усе, що вони побачили.

§ 15. Повітря, його склад. Оксиген. Кисень

Повітря, його склад. Перші спроби вивчення та визначення складу повітря належать А. Лавуазьє.

Лавуазьє Антуан Лоран (1743-1794) — французький хімік, один з основоположників сучасної хімії. Пояснив, що процеси горіння й окиснення речовин, дихання живих організмів відбуваються за участю кисню, що спростувало існуючу на той час теорію флогістону. Учений був першим, хто встановив хімічний склад води, сульфур(ІV) і карбон(ІV) оксидів, сульфатної та нітратної кислот. Керував розробкою нової хімічної номенклатури й склав перший систематизований перелік назв. Під час хімічних досліджень А. Лавуазьє застосовував методи кількісного аналізу. Його вважають одним із засновників термохімії. Праці вченого сприяли перетворенню хімії на науку, що спирається на факти й точні вимірювання.

Учений провів низку дослідів, які довели наявність у повітрі кисню та азоту. Найбільш відомий з них такий. Учений поклав у реторту металічну ртуть і нагрівав її впродовж 12 днів (рис. 57). Кінець реторти дослідник помістив під дзвін, що був уміщений у посудину зі ртуттю. За тривалого нагрівання в реторті на поверхні ртуті утворилася речовина у вигляді порошку червоного кольору. Водночас під дзвоном рівень ртуті піднявся.

Рис. 57. Прилад, яким користувався А. Лавуазьє, вивчаючи склад повітря: 1 — реторта; 2 — дзвін; 3 — посудина зі ртуттю

Отриманий порошок А. Лавуазьє прожарив. Унаслідок реакції він отримав ртуть і газ кисень. Важливим було те, що об’єм газу відповідав об’єму частини повітря, що сполучилася зі ртуттю.

Учений дослідив, що залишається в повітрі, якщо забрати кисень. Він помістив під дзвін запалену свічку, і вона погасла. У повітрі під ковпаком гинули миші. Зважаючи на ці факти, А. Лавуазьє назвав газ, що залишився під ковпаком, азотом, тобто «тим, що не підтримує життя».

Уміст кисню в повітрі вчений довів експериментально. Цей дослід неважко повторити. Під час спалювання фосфору в повітрі під дзвоном рівень води піднімається приблизно на 1/5 об’єму дзвону. Так А. Лавуазьє довів, що в повітрі кисень становить 1/5 й азот — 4/5 частин за об’ємом.

Майже через століття виявилося, що в повітрі наявна ціла група газів, які є одноатомними, не мають кольору й запаху та хімічно інертні. До них належать: гелій Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Їх називають благородними газами.

Унаслідок детального вивчення складу повітря були отримані більш точні результати. Об’ємні частки газів у повітрі становлять: азот — 78,08 %, кисень — 20,95 %, благородні гази — 0,94 %, карбон(ІV) оксид — 0,03 % (рис. 58).

Охорона повітря від забруднення. Як вам уже відомо, кисень підтримує життя на Землі. Цей газ необхідний не тільки людині, а й тваринам і рослинам. Тому для підтримання життя на Землі людство має зберігати чистоту повітря.

Рис. 58. Діаграма складу повітря за об’ємом

Забруднення повітря відбувається як природним шляхом, так і внаслідок господарської діяльності людини.

До природних чинників належать: виверження вулканів і поширення вулканічного пилу в повітрі, урагани й бурі, що розносять пил, пори й пилок рослин тощо.

Чинниками, що спричиняють забруднення повітря внаслідок господарської діяльності людини, є спалювання побутового сміття, сухого листя, трави восени тощо. У повітрі нагромаджуються домішки газів, що потрапляють до нього завдяки викидам заводів, фабрик, роботі вутле-, нафто- й метало- добувних підприємств тощо. Зокрема, це сульфур(ІV) оксид SO₂, карбон(ІІ) оксид СО, нітроген(ІV) оксид ΝΟ₂, метан СН₄, амоніак ΝΗ₃. Випробовування атомної зброї та недбале поводження з мирним атомом часто стає причиною забруднення повітря радіоактивними речовинами (рис. 59).

Збереження чистоти повітря — справа всієї міжнародної спільноти й України в тому числі.

Рис. 59. Аварія на ЧАЕС (1986 р.)

Оксиген — хімічний елемент. Назва Оксиген означає «той, що породжує кислоти». Цей елемент є найпоширенішим у природі.

Пригадайте й назвіть основні оболонки планети Земля.

Оксиген міститься в літосфері (47 % за масою), атмосфері (21 % за масою) і гідросфері (89 % за масою). Цей хімічний елемент входить до складу води, гірських порід і мінералів, багатьох неорганічних та органічних речовин.

Пригадайте й запишіть хімічний символ Оксигену. Знайдіть цей елемент у періодичній системі. Охарактеризуйте Оксиген за даними клітинки періодичної системи.

Кисень. Фізичні властивості кисню. Кисень є простою речовиною хімічного елемента Оксигену.

Пригадайте, що вам відомо про кисень з вашого життєвого досвіду, з інших шкільних предметів.

Ще у VIII ст. китайський учений Мао Хоа виявив у складі повітря кисень — газ, що підтримує дихання й горіння. Через 10 століть цей газ був знову відкритий двома європейськими вченими — К. Шеєле (1771 р.) і Дж. Прістлі (1774 р.). Однак в історії відкриття кисню належить Дж. Прістлі, бо К. Шеєле опублікував своє відкриття на три роки пізніше (1777 р.).

Шеєле Карл Вільгельм (1742-1786) — шведський учений-хімік. Завдяки самоосвіті досягнув великих успіхів у хімічних дослідженнях. Робота експериментатора зробила його популярним у всьому світі. Він першим визначив склад повітря, хоча ні кисень, ні азот на той час не були відкриті. Запропонував спосіб добування фосфору, виділив у чистому вигляді манган, хлор і барій оксид, а також сечову, молочну, синильну й інші кислоти. Довів шкідливість для людини вдихання хлору, відкрив здатність вугілля вбирати шкідливі гази. Відкриття молібдену й вольфраму теж належить К. Шеєле.

Прістлі Джозеф (1733-1804) — англійський учений, натураліст, філософ, громадський діяч. Дослідження Дж. Прістлі у галузі хімії були присвячені вивченню газів. Відкрив кисень і вуглекислий газ. Добув кисень розкладом меркурій(ІІ) оксиду та дослідив його властивості. Розчиняючи вуглекислий газ у воді, він отримав відому вам газовану воду. Досліджуючи ріст і живлення рослин, виявив, що рослини поглинають із повітря вуглекислий газ і виділяють кисень. Так було відкрито фотосинтез. Добув нітроген(ІІ) оксид, гідроген хлорид, амоніак; пояснив перетворення нітроген(ІІ) оксиду на нітроген(ІV) оксид. Знав 9 іноземних мов.

Молекула кисню складається з двох атомів. Хімічна формула кисню — О₂. За нормальних умов (температура 0 °С, тиск 101,3 кПа) кисень перебуває в газоподібному стані, не має смаку, запаху, трохи важчий за повітря. Маса повітря об’ємом 1 л (н. у.) становить 1,29 г, а маса такого самого об’єму кисню — 1,43 г.

Обчисліть відносну молекулярну масу кисню. У скільки разів кисень важчий за повітря?

Кисень є малорозчинним у воді: в 1 л можна розчинити тільки 0,04 г кисню. За температури -183 °С кисень перетворюється на рухливу рідину блакитного кольору. За подальшого охолодження (до -219 °С) він стає твердою речовиною синього кольору, дуже подібною до кристалів льоду.

Фізіологічна дія кисню на живі організми. Кисень бере активну участь у процесах дихання всіх живих організмів.

Для людини дихання — життєво важливий процес. Через легені кисень потрапляє в кров, яка розносить його до всіх органів і клітин організму. На клітинному рівні відбуваються реакції окиснення з виділенням теплоти й вуглекислого газу. Отже, кисень, який міститься в чистому повітрі, потрапляючи в кров, забезпечує життєдіяльність людського організму: допомагає підтримувати постійну температуру тіла, роботу м’язів, а відтак і гарний настрій, і здоровий життєвий тонус.

У цьому для кожного з вас полягає цінність знань про повітря, Оксиген, кисень.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Повітря — природна суміш газів, до складу якої входять за об’ємом: азот (78,08 %), кисень (20,95 %), благородні гази (0,94 %), карбон(ІV) оксид (0,03 %).
• Оксиген — хімічний елемент, порядковий номер якого — 8, символ — О, відносна атомна маса — 16. У ядрі атома Оксигену міститься 8 протонів і 8 нейтронів. Навколо ядра атома рухаються 8 електронів.
• Кисень — проста газоподібна речовина, утворена елементом Оксигеном. Хімічна формула — О₂, відносна молекулярна маса — 32. Малорозчинний у воді, за певних умов перетворюється на рідину блакитного кольору, а остання — на кристали синього кольору, подібні до льоду. Не має запаху й смаку.
• Кисень є життєво важливою для живих організмів речовиною. За його участю відбувається процес дихання, обмін речовин.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

• 1. Охарактеризуйте склад повітря.
• 2. Поясніть, яке значення має чисте повітря для живих організмів і здоров’я людини.
• 3. Охарактеризуйте елемент Оксиген, використавши періодичну систему елементів.
• 4. Охарактеризуйте кисень, його фізичні властивості, поширення в природі.
• 5. Поясніть фізіологічну дію кисню на живий організм.
• 6. Запропонуйте способи діяльності людини, що запобігають забрудненню повітря.

ЦІКАВО ЗНАТИ

В історії хімічної науки кисень був відкритий тричі: К. Шеєле зробив це в 1771 р., А. Лавуазьє та Дж. Прістлі — у 1774 р. Між іншим, Дж. Прістлі провів такі самі дослідження, як і А. Лавуазьє.

Презентація до уроку “Я досліджую світ” 3 клас.” Властивості повітря. Склад повітря. ” за підручником Надії Бібік, Галини Бондарчук.

Презентація до уроку “Я досліджую світ” 3 клас.” Властивості повітря. Склад повітря. ” за підручником Надії Бібік, Галини Бондарчук. Презентація містить повторення вивченого матеріалу, подачу нової теми. Вчитель та учні можуть перевірити засвоєння матеріалу під час виконання творчих завдань.

Я досліджую світ3 клас. Автор Шаталова О. О.,учитель початкових класів. Білоцерківськоїпочаткової школи №23 Властивості повітря. Склад повітря

Властивості повітрябезбарвнепрозоребез запахузатримуєтеплопостійно рухаєтьсязаповнюєвсі порожнечіпри нагріванні розширюється,при охолодженні стискається

Наша планета Земля з усіх боків оточена повітрям. Голубе небо – це товстий шар повітря, освітлений променями Сонця. Воно має блакитний колір завдяки вмісту в ньому краплинок водяної пари, освітлених Сонцем.

Атмосферне повітря розсіює сонячні промені вдень, уночі оберігає Землю від охолодження, є також своєрідним щитом планети. Ви бачили зірки, що падають? Це метеорні тіла. Проходячи через атмосферу, вони згоряють від тертя об повітря.

Повітря захищає Землю від смертоносних космічних променів,як скафандр космонавта.

Повітря погано проводить тепло. Цю властивість повітря використовують у будівництві.

У комбінезоні взимку тепліше, ніж в осінньому пальто. Чому?

На зиму між густими волосинами шерсті у звірів, пуховими пір’їнками у птахів затримується більше повітря, яке не дає теплу виходити назовні.

барвінок. Чому трав’янисті рослини не замерзають підшаром пухкого снігу? ( Між сніжинками снігу багато повітря, яке не дає теплу від землі виходити назовні, а холодупроникати до рослин. )Тепло зберігається біля рослин і допомагає їмвижити взимку навіть у люті морози.

Властивість повітря при нагріванні розширюватись використовують при польотах на повітряних кулях,які заповнюють гарячим повітрям.

Склад повітря. Азот(безжиттєвий)Кисень. Вуглекислий газ,водяна пара,інші гази,сажа, пил, дим.

Будь-який газ при дуже низьких температурах перетворюється в рідину. Так, вуглекислий газ, охолоджений до твердогостану, називають сухий лід. Його використовують при замороженні продуктів.

Рідкий азот використовують в медицині. На заводах з азоту повітря роблять добрива для рослин.

Чистий кисень використовують для дихання хворих. Ним наповнюють акваланги для підводного плавання.

Я впевнена, що тепер ти зможеш відповісти на ці запитання !Чому влітку Земля не перегрівається, а взимку не переохолоджується?Чому вікна мають подвійне, а іноді потрійнескло?Коли холодно, ми одягаємо кілька одежин. Чому?Чому навіть у найлютіші морози температурапід снігом не буває нижчою за +5º ?Чому птахи настовбурчують пір’я під часморозів?

Ура! Ми знаємо так Багато про повітря!