Поглощение и превращения газов
Объёмы в реакциях газов
Гей-Люссак в 1808 году заметил: объёмы реагирующих газов относятся как небольшие целые числа. 2 объёма водорода и 1 объём кислорода дают 2 объёма водяного пара. Объяснение дал Авогадро: в равных объёмах — равные числа молекул, значит, отношение объёмов равно отношению коэффициентов.
При сжигании газов в эвдиометре — толстостенной трубке с впаянными электродами — после охлаждения вода конденсируется, и объём смеси уменьшается. Сжатие — главная измеряемая величина:
| Реакция | Сжатие на объём горючего | Новый газ |
|---|---|---|
| \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O (ж)}\) | 1,5 | нет |
| \(\ce{2CO + O2 -> 2CO2}\) | 0,5 | \(\ce{CO2}\) — 1 |
| \(\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O (ж)}\) | 2 | \(\ce{CO2}\) — 1 |
| \(\ce{C2H2 + 5/2O2 -> 2CO2 + H2O (ж)}\) | 1,5 | \(\ce{CO2}\) — 2 |
history_eduГенри Кавендиш взрывает воздух
В 1781 году Генри Кавендиш взрывал в эвдиометре смесь «горючего воздуха» (водорода) с обычным воздухом и обнаружил на стенках росу — воду. Так впервые показали, что вода — не элемент, а соединение. Продолжая опыты, Кавендиш пропускал искры через воздух с избытком кислорода и заметил неустранимый остаток — около 1/120 объёма. Через сто лет в этом «остатке» Рэлей и Рамзай открыли аргон.
scienceРеакции газов с изменением объёма
- \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) — сжатие на 3 объёма (вода — жидкость).
- \(\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}\) — объём уменьшается вдвое при полном превращении.
- \(\ce{2O3 -> 3O2}\) — объём увеличивается (распад озона).
- \(\ce{H2 + Cl2 ->[h\nu] 2HCl}\) — объём не меняется: по давлению реакцию не проследить.
Сбор над водой и газовый анализ
Газ, собранный над водой, всегда насыщен водяным паром. По закону Дальтона атмосферное давление складывается из давления газа и давления пара: \(p_\text{газа} = p_\text{атм} - p(\ce{H2O})\). Давление пара зависит только от температуры.
Газовый анализ разделяет смесь последовательным поглощением: каждый реагент связывает один компонент, и убыль объёма даёт его долю.
scienceПоглотители газового анализа
- \(\ce{CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O}\) — кислотные газы.
- Щелочной раствор пирогаллола жадно поглощает \(\ce{O2}\), окисляясь до тёмных продуктов.
- \(\ce{CO + CuCl + NH3}\) — аммиачный раствор хлорида меди(I) связывает угарный газ в комплекс.
- \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) и \(\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}\) — горючие газы сжигают, считают по сжатию и по новому \(\ce{CO2}\).
errorПорядок поглотителей важен
Щелочной пирогаллол поглощает и \(\ce{CO2}\), поэтому сначала удаляют \(\ce{CO2}\) щёлочью. Аммиачный раствор меди(I) поглощает и кислород — его ставят после пирогаллола. Переставив склянки, можно «найти» кислород там, где был углекислый газ.
history_eduПрибор Орса
Аппарат для газового анализа с поглотительными пипетками предложил в 1874 году французский инженер Луи Орса. Им десятилетиями проверяли дымовые газы котельных: по доле \(\ce{CO2}\) и \(\ce{CO}\) судили, полностью ли сгорает топливо. Приборы Орса работали на заводах до конца XX века.
push_pinГлавное
В реакциях газов объёмы относятся как коэффициенты (при одинаковых условиях). Сжатие смеси при сгорании = объём исчезнувших газов минус объём новых; вода после охлаждения — жидкость. Газ, собранный над водой, насыщен паром: \(p_\text{газа} = p_\text{атм} - p(\ce{H2O})\). Газовый анализ: \(\ce{KOH}\) поглощает \(\ce{CO2}\), щелочной пирогаллол — \(\ce{O2}\), аммиачный \(\ce{CuCl}\) — \(\ce{CO}\), горючие газы сжигают и считают по сжатию.
Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.