Удивительное в газах.
В 1811 году была сформулирована гипотеза: «Число молекул любого газа в одном и том же объёме всегда одинаково». В то время у этой гипотезы было много противников. Да и в современном мире, на первый взгляд, эта гипотеза кажется противоречащей здравому смыслу. Попробуем разобраться, в чем же кажущееся противоречие. Сейчас всем известно, что молекулы состоят из атомов. Молекулы газов бывают очень разные. Так молекулы инертных газов: гелия, неона, аргона, криптона, ксенона, - одноатомны. Молекулы кислорода (О2), водорода (Н2), азота (N2), хлора (Cl2) двухатомны. Молекулы других веществ могут содержать значительно большее количество атомов. Например,
молекула углекислого газа (СО2) - трехатомна и состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода;
молекула газа аммиака (NH3) – четырехатомна и состоит из трех атомов водорода и одного атома азота;
молекула газа метана (СН4) пятиатомна и состоит из одного атома углерода и четырех атомов водорода;
молекула газа бутана (С4Н10) содержит 14 атомов: четыре атома углерода и 10 атомов водорода и она значительно (в несколько раз) больше по размеру, чем все перечисленные выше молекулы.
И несмотря на значительную разницу в размерах молекул, больших молекул газа бутана (С4Н10) в литровую банку помещается столько же, сколько в такую же банку помещается маленьких молекул водорода (Н2), или молекул хлора (Cl2), или любых других молекул газа (при одинаковых условиях).
Задание №1. Из приведенных ниже вариантов выберите тот, который верно объясняет, почему в литровую банку помещается одинаковое количество таких разных по размеру молекул, как бутан (С4Н10) и водород (Н2) (при одинаковых условиях).
Данный факт объясняется тем, что
А) все молекулы газов состоят из атомов;
Б) в молекулы бутана (С4Н10) и водорода (Н2) входят атомы водорода;
В) размер молекул не имеет значения, т.к. расстояние между молекулами намного больше размеров самой молекулы;
Г) молекулы обоих газов многоатомны;
Д) обе молекулы состоят из четного количества атомов;
Е) размер молекулы определяется количеством и размером образующих ее атомов;
Ж) молекулы непрерывно движутся, сталкиваются между собой и со стенками сосуда.
Задание №2. Верно ли следующее утверждение?
Объем, занимаемый газом при определенных условиях, не зависит от того, из каких молекул состоит газ, а зависит только от их числа.
Выбранный ответ внесите в свое решение.
А) Утверждение верно.
Б) Утверждение не верно.
В) Неверно только для смеси газов.
Г) Верно только для газов, состоящих из одинаковых молекул.
Д) Верно только для молекул, состоящих из одного атома.
Задание №3.
В литровой банке при комнатной температуре 25 градусов Цельсия и давлении 101325 Паскаль помещается 246×1020 молекул газа азота (N2). Волшебник Василий заполнил такую же литровую банку при тех же температуре и давлении смесью невзаимодействующих (при данных условиях) газов: кислородом (О2) и углекислым газом (СО2). С помощью волшебных заклинаний ему удалось узнать количество молекул углекислого газа в банке. Оно оказалось 132×1020 молекул. На молекулы кислорода заклинания не действовали, и ему никак не удавалось определить их количество. Волшебник Василий изучал в школе только предмет «волшебные заклинания». В его школе не было таких предметов, как химия, математика и физика. Если Вы не умеете производить вычисления числами, записанными в форме 246×1020, примите за «А» общее количество молекул азота, за «В» - количество молекул углекислого газа.
Помогите волшебнику Василию, определить количество молекул кислорода в банке. Приведите расчет.
Помогите ему определить количество атомов каждого элемента в банке, а также суммарное количество всех атомов в банке. Приведите расчет
Задание №4.
Число молекул газа, которые помещаются в емкость, сильно зависит от условий, а именно от объема самой емкости, температуры и давления.
Все знают, что если проколоть колесо велосипеда, из него будут выходить газ. То есть через дырку из колеса будут уходить наружу молекулы, входящие в состав газа, который был в колесе. Это происходит потому, что внутри колеса давление было больше, чем снаружи. И это большее давление создавали именно молекулы, которых в единице объема внутри колеса было больше, чем в таком же объеме снаружи. Итак, при большем давлении в емкость помещается больше молекул (при одинаковой температуре).
При повышении температуры молекулы газа начинают быстрее двигаться и «мешать» друг другу. Поэтому при более высокой температуре в единице объема при том же давлении помещается меньшее количество молекул.
Количество молекул газов в емкости, объем самой емкости, давление, температуру связывает уравнение Менделеева-Клайперона:
PV=RTN/Na
Здесь
Р- давление, выраженное в паскалях;
V – объем емкости, выраженный в метрах3
R = 8,31(Дж/мольК) = const, универсальная газовая постоянная
T – температура в градусах кельвина = температура в градусах цельсия + 273.
N – количество молекул газов в данном объеме
Nа = 6,02 × 1023 = const – число Авогадро
А) Рассчитайте объем, который займут 6,02 × 1023 молекул кислорода (О2), при температуре 0 градусов Цельсия, давлении 101325 Па (это давление 1 атмосфера). Приведите расчет.
Б) Какой объем займет смесь азота (N2) и углекислого газа (СО2), содержащая суммарно 6,02 × 1023 молекул при температуре 0 градусов Цельсия, давлении 101325 Па (это давление 1 атмосфера). Количество молекул азота и углекислого газа в данной смеси равны. Как изменится объем этой смеси при тех же условиях, если молекул азота будет в 2,5 раза больше, чем молекул углекислого газа, а суммарное количество молекул не изменится. Приведите обоснование своего ответа.
Задание 5.
Воздушный шарик заполнили газом, который легче воздуха (гелием), завязали и отпустили в небо. Изменение каких физических величин будет действовать на объем шарика при его подъеме вверх? Посмотрите на эскиз графика зависимости объема шарика от высоты подъема и предположите, какой из факторов будет иметь большее значение.
Химия и волшебство.
Химия – наука о превращениях веществ. Волшебство – искусство превращать предметы друг в друга. Наука доступна всем участникам олимпиады, а волшебство – лишь волшебникам!
Химические превращения описываются химическими уравнениями. Например:
2Н2 + О2 = 2Н2О
Эта запись означает, что две молекулы водорода (Н2) и одна молекула кислорода (О2) образуют 2 молекулы воды. При этом 2 молекулы водорода и одна молекула кислорода исчезают.
Задание 1. Определите, какое максимальное количество молекул воды можно получить, если смешать
А) 300 молекул водорода (Н2) и 150 молекул кислорода (О2)?
Б) 300 молекул водорода (Н2) и 100 молекул кислорода (О2)?
В) 300 молекул водорода (Н2) и 300 молекул кислорода (О2)?
Ответы подтвердите расчетом.
Задание 2.
В твердом сосуде объемом 10 литров смешали 6,02×1022 молекул кислорода (О2) и 24,08×1022 молекул водорода (Н2). Смесь нагрели до 300 градусов Цельсия. После окончания реакции температуру привели к 200 градусам Цельсия.
А) В каком агрегатном состоянии содержатся вещества после приведения системы к 200 градусам Цельсия?
Б) Определите количество молекул газов (по отдельности), которые будут содержаться в данной емкости после реакции при температуре 200 градусов Цельсия.
В) Используя информацию, приведенную в задании №4 предыдущей задачи, рассчитайте давление в сосуде после реакции при температуре 200 градусов Цельсия.
Г) Сосуд охладили до температуры 2 градуса по Цельсию. Какие молекулы будут присутствовать в газовой части системы. Изменится ли количественный состав (соотношение количеств молекул) в газовой части системы? Ответ обоснуйте.
Все свои ответы подтвердите расчетом.
Ювелирный расчет.
Пилите, Шура, пилите. Они золотые.
И.Ильф, Е. Петорв. Золотой теленок.
В ювелирном производстве используется не чистое золото, а его сплавы с другими металлами. Основные цели добавления других металлов в золото являются повышение твердости получаемых сплавов по сравнению с чистым золотом, а также получение различных оттенков цвета. Для этих целей используют множество разных металлов, из которых наиболее распространены: медь, серебро, платина, палладий, а также никель и даже железо. Ювелирные сплавы могут состоять из двух, трех и более металлов, но маркируются они по содержанию в них золота. Так 585 проба означает, что массовая доля золота в сплаве 58,5%, а остальное – другие металлы. 750 проба содержит 75,0 массовых % золота, а 375 достаточно бедна золотом и его в сплаве чуть больше трети по массе -37,5 массовых %.
Для получения более привлекательного цвета для оригинального ювелирного украшения мастер решил получить несколько новых сплавов. Для этого он решил воспользоваться ювелирным ломом. В его распоряжении в качестве лома были следующие изделия:
| Номер сплава | Количество Компонентов В сплаве | проба | Содержание других металлов в сплаве, массовая доля % | |||
| Сu | Ag | Pt | Pd | |||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| Есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть | ||||||
| есть |
А) Ювелир смешал и сплавил 5,000 граммов сплава №1 с1,000 граммом сплава №10. Определите пробу полученного сплава и массовые доли всех компонентов в нем. Приведите расчеты.
Б) Какое минимальное количество исходных сплавов и какие из приведенных сплавов необходимо использовать, чтобы получить максимально богатый по числу компонентов сплав с максимально возможной массовой долей золота? Ювелир сплавил равные массы этих исходных сплавов. Определите массовые доли каждого из компонентов в получающемся сплаве. Приведите расчеты.
В) Можно ли при сплавлении двух из предложенных в таблице составов получить сплав 375 пробы. Если «да», то то назовите эти сплавы и укажите, в каком соотношении их надо смешать. Если «нет», то обоснуйте свое мнение.