Распознавание газов — Неорганическая химия для олимпиад

Распознавание газов

9 заданий

Признаки газов

Газ можно предварительно определить по цвету и запаху, но для надёжного вывода обычно требуется качественная проба — наблюдение характерного изменения при взаимодействии газа с другим веществом. Результаты основных проб приведены в таблице.

ГазЦвет, запахХарактерная проба
\(\ce{H2}\)Газ не имеет цвета и запаха.При поджигании небольшой пробы слышен лёгкий хлопок; на холодном стекле образуются капли воды.
\(\ce{O2}\)Газ не имеет цвета и запаха.Тлеющая лучина вспыхивает.
\(\ce{N2O}\)Газ имеет сладковатый запах.Тлеющая лучина тоже вспыхивает, но при смешении газа с NO побурения не происходит.
\(\ce{CO2}\)Газ не имеет цвета и запаха.Газ гасит пламя и вызывает помутнение известковой воды.
\(\ce{N2}\)Газ не имеет цвета и запаха.Газ гасит пламя, но не вызывает помутнения известковой воды.
COГаз не имеет цвета и запаха.Газ горит голубым пламенем; бумажка, смоченная раствором \(\ce{PdCl2}\), чернеет.
\(\ce{NH3}\)Газ имеет резкий запах.Влажная красная лакмусовая бумажка синеет; при контакте с HCl образуется белый дым.
HClГаз имеет резкий запах и дымит во влажном воздухе.При контакте с \(\ce{NH3}\) образуется белый дым; после растворения газа в воде добавление \(\ce{AgNO3}\) вызывает образование осадка.
\(\ce{Cl2}\)Газ жёлто-зелёный, с удушливым запахом.Влажная иодкрахмальная бумажка синеет, а влажная лакмусовая бумажка обесцвечивается.
\(\ce{SO2}\)Газ имеет резкий запах.Газ обесцвечивает раствор \(\ce{KMnO4}\) и иодную воду; известковая вода мутнеет.
\(\ce{H2S}\)Газ имеет запах тухлых яиц.Бумажка, смоченная раствором ацетата свинца, чернеет.
NOГаз не имеет цвета и запаха.При контакте с воздухом газ буреет (\(\ce{NO2}\)).
\(\ce{NO2}\)Газ бурый, с резким запахом.Иодкрахмальная бумажка синеет; при растворении газа в воде образуется кислый раствор.

Одна проба не всегда позволяет различить газы. Например, известковая вода мутнеет как от \(\ce{CO2}\), так и от \(\ce{SO2}\), но только второй газ обесцвечивает иодную воду. Тлеющая лучина вспыхивает и в \(\ce{O2}\), и в \(\ce{N2O}\); различить их позволяет проба с NO, который в присутствии кислорода превращается в бурый газ. Если же исследуемый газ гасит пламя, известковая вода помогает отличить \(\ce{CO2}\) от \(\ce{N2}\).

scienceПробы на газы

  1. \(\ce{NH3 + HCl -> NH4Cl}\) — при контакте газов образуется белый дым.
  2. \(\ce{Cl2 + 2KI -> 2KCl + I2}\) — выделившийся иод даёт с крахмалом синюю окраску.
  3. \(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\) — при контакте с воздухом газ буреет.
  4. \(\ce{SO2 + I2 + 2H2O -> H2SO4 + 2HI}\) — при пропускании газа через иодную воду её окраска исчезает.

Плотность и молярная масса

Если цвет и результаты первых проб не позволяют сразу определить газ, дополнительным признаком служит его плотность. По плотности находят молярную массу:

  • При н. у. плотность измеряют в граммах на литр и используют соотношение \(M = \rho\cdot22{,}4\) л/моль.
  • Если известна относительная плотность по водороду или по воздуху, используют соотношения \(M = D_{\ce{H2}}\cdot2\) или \(M = D_\text{возд}\cdot29\).

Однако одинаковую молярную массу имеют \(\ce{CO2}\), \(\ce{N2O}\) и пропан (44), а также \(\ce{N2}\), CO и \(\ce{C2H4}\) (28). Поэтому плотность сужает круг возможных ответов, но окончательный выбор делают по химическим пробам.

Для смеси по плотности находят среднюю молярную массу: \(\bar{M} = \sum\varphi_iM_i\). В этом соотношении учитываются молярная масса каждого газа и его доля в смеси. Если газов два, по средней молярной массе можно определить их состав.

edit_noteСмесь по плотности

Смесь \(\ce{H2}\) и \(\ce{O2}\) имеет плотность по водороду 7,0, поэтому \(\bar{M} = 14\). Обозначим через x мольную долю водорода. Тогда \(2x + 32(1 - x) = 14\), откуда \(x = 0{,}60\). Следовательно, объёмная доля водорода в смеси составляет 60 %.

Плотность учитывают и при сборе газов вытеснением воздуха. При этом способе важно также помнить о растворимости: газ, который хорошо растворяется в воде, нельзя собирать над водой. Кроме того, контакт с воздухом может изменить состав пробы, как происходит с NO.

boltГазы тяжелее и легче воздуха

Газы тяжелее воздуха (M > 29) — \(\ce{CO2}\), \(\ce{SO2}\), \(\ce{Cl2}\), \(\ce{H2S}\), HCl, \(\ce{NO2}\) — собирают в сосуд, который держат отверстием вверх. Более лёгкие газы \(\ce{H2}\), \(\ce{NH3}\), \(\ce{CH4}\) и He собирают в сосуд, который держат отверстием вниз.

Анализ газовых смесей

Для определения состава смеси недостаточно установить, какие газы в ней присутствуют: нужно найти и количество каждого из них. Один из способов — последовательное поглощение. Смесь поочерёдно пропускают через растворы, поглощающие разные газы, и после каждого поглотителя измеряют уменьшение объёма. Этот способ применяют в газоанализаторе Орса (1874).

  1. Сначала раствор KOH поглощает \(\ce{CO2}\), а также другие кислотные газы.
  2. Затем щелочной раствор пирогаллола поглощает \(\ce{O2}\).
  3. После этого аммиачный раствор CuCl поглощает CO.
  4. Оставшийся газ обычно является азотом.

Порядок поглощения важен: если сначала пропустить смесь через щелочной раствор пирогаллола, он поглотит и \(\ce{CO2}\). Кроме того, при наличии других кислотных газов уменьшение объёма после раствора KOH нельзя целиком приписывать углекислому газу.

Состав смеси горючих газов определяют также сжиганием. Для этого смесь горючего газа с кислородом взрывают, затем измеряют уменьшение объёма после конденсации воды и отдельно — уменьшение объёма после поглощения \(\ce{CO2}\) щёлочью. По этим изменениям определяют содержание \(\ce{H2}\), CO и \(\ce{CH4}\) в горючих газах.

scienceПоглотители и сжигание

  1. \(\ce{CO2 + 2KOH -> K2CO3 + H2O}\) — раствор KOH поглощает углекислый газ.
  2. \(\ce{CuCl + CO -> [CuCl(CO)]}\) — аммиачный раствор CuCl связывает CO в карбонильный комплекс меди(I).
  3. \(\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}\) — после конденсации воды объём уменьшается на 3 объёма из 3; \(\ce{2CO + O2 -> 2CO2}\) — после сжигания объём уменьшается на 1 объём из 3.

push_pinГлавное

Газ распознают по совокупности признаков. При поджигании \(\ce{H2}\) слышен хлопок; в \(\ce{O2}\) и \(\ce{N2O}\) вспыхивает тлеющая лучина, но \(\ce{O2}\) при реакции с NO образует бурый \(\ce{NO2}\). Газ \(\ce{CO2}\) гасит пламя и вызывает помутнение известковой воды; \(\ce{SO2}\) тоже вызывает её помутнение, но, в отличие от \(\ce{CO2}\), обесцвечивает \(\ce{KMnO4}\) и иод. Газ \(\ce{N2}\) гасит пламя, не изменяя известковую воду, а CO горит голубым пламенем и вызывает почернение бумажки с \(\ce{PdCl2}\). Газ \(\ce{NH3}\) узнают по запаху, посинению влажной красной лакмусовой бумажки и белому дыму при контакте с HCl; HCl дымит во влажном воздухе и образует белый дым с \(\ce{NH3}\). Газ \(\ce{Cl2}\) имеет жёлто-зелёную окраску, вызывает посинение иодкрахмальной бумажки и обесцвечивает влажную лакмусовую бумажку; \(\ce{H2S}\) вызывает почернение бумажки с ацетатом свинца. Газ NO буреет на воздухе, а \(\ce{NO2}\) уже имеет бурую окраску. Состав смеси находят последовательным поглощением: KOH поглощает \(\ce{CO2}\), щелочной раствор пирогаллола — \(\ce{O2}\), аммиачный раствор \(\ce{CuCl}\) — CO. Дополнительно используют плотность и соотношение \(M = \rho\cdot22{,}4\), а для горючих газов — сжигание с измерением изменения объёма.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.