Повітря - суміш газів кисню й азоту

Схема досліду

Повітря, яке всім нам потрібне для дихання, прозоре. Тож можна було б подумати, що повітря - це "ніщо". Але це не так.

Повітря здебільшого складається з азоту. Крім азоту, у повітрі у більших кількостях є ще й потрібний нам усім кисень. Але кисень потрібен не лише нам, а й, серед іншого, полум'ю свічки, щоб воно горіло далі. І саме цим полум'ям свічки ми можемо довести, що повітря - це суміш різних газів: одного, який дбає про те, щоб свічка горіла далі, і другого, який полум'я свічки просто-таки гасить.

Попередні знання

Учні та студенти вже мають мати теоретичні знання про склад повітря і горіння. Крім того, вони мають знати закон збереження маси.

Принцип

Полум'ю свічки для горіння потрібен кисень. Якщо його не додавати, полум'я згасає. Повітря має бути сумішшю щонайменше двох газів. Один газ підтримує горіння. Його частка в об'ємі повітря має становити приблизно 1/5, тобто 20 %. Другий газ гасить горіння. Він має частку приблизно 4/5 об'єму повітря.

Навчальна мета

Учні та студенти на практиці дізнаються, що повітря приблизно на 1/5 складається з кисню і приблизно на 4/5 - з інших, негорючих газів.

Завдання

Учні та студенти виявляють кисень у повітрі й досліджують залишкове повітря.

• Носити рукавички і захисні окуляри!
• Водень - безбарвний горючий газ, який утворює з повітрям вибухонебезпечні суміші. При реакціях в апаратурі її треба перевіряти на відсутність кисню (проба на гримучий газ).
• Утилізація: розчини, що містять іони важких металів, збирати в контейнер для розчинів солей важких металів. Тверді залишки, що містять важкі метали чи їхні солі, збирають у той самий контейнер.
• Щодо H- і P-фраз звертайтеся, будь ласка, до відповідних паспортів безпеки.
• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

• Трубку для спалювання з кварцового скла (розміри: l = 300 мм; d = 20 мм) заповнюють приблизно 30 г оксиду міді(II) у вигляді дроту. Щоб оксид міді заповнював увесь внутрішній переріз, його вкладають між двома жмутами кварцової скловати (рисунок праворуч).
• У шліфові муфти трубки для спалювання вставляють насадки (NS 19/26 - GL 18/8 мм), у яких з одного боку міститься 3-ходовий кран, а з другого - зігнута під прямим кутом скляна трубка з відтягнутим кінцем, у яку як запобіжник від зворотного удару запхнули жмут кварцової скловати. Насадки фіксують затискачами для притертих з'єднань.

Схема досліду

• Потім оксид міді повністю відновлюють воднем (порядок дій: пропустити водень крізь трубку, виконати пробу на гримучий газ, потім нагріти оксид міді й підпалити водень, що витікає з кінцевого сопла).
• Щоб щойно відновлена мідь знову не окиснилася, їй дають охолонути в слабкому струмені водню.
• Після цієї підготовчої роботи до 3-ходового крана приєднують газометр (1000 мл) (рисунок праворуч) і засмоктують ним 1000 мл повітря через 3-ходовий кран (положення a).

До 3-ходового крана приєднують газометр

• У високий циліндр ставлять коротку свічку і запалюють її (рисунок праворуч).
• Потім залишкове повітря повільно виштовхують із газометра, приєднаного до скляної трубки, у циліндр крізь зігнуту під прямим кутом скляну трубку, яка занурена в циліндр якомога глибше.
• Спостерігай, що станеться з полум'ям свічки.

Запали свічку у високому циліндрі

Спостереження

1. Мідь чорніє (= утворення оксиду), а в газометр II надходить менший об'єм повітря. Продовження: тепер повітря перетискають між газометрами туди й назад доти, доки об'єм більше не змінюється. Цього стану зазвичай досягають уже після третього переміщення. Тоді лишається приблизно 800 мл повітря. Отже, п'ята частина початкового об'єму повітря витратилася під час окиснення міді.
2. Свічка одразу гасне. Залишкове повітря більше не підтримує горіння.

Опрацювання результатів

Повітря має бути сумішшю щонайменше двох газів. Один газ підтримує горіння. Його частка в об'ємі повітря має становити приблизно 1/5, тобто 20 %. Другий газ гасить горіння. Він має частку приблизно 4/5 об'єму повітря. Після цього висновку гази можна назвати киснем і азотом та повідомити точний склад повітря:
78,09 об. % азоту (N2)
20,95 об. % кисню (O2)
0,93 об. % аргону (Ar)
0,04 об. % вуглекислого газу (C02)