С помощью каких опытов можно определить содержание кислорода и азота в воздухе?

В указанном задании необходимо предоставить реакции, с помощью которых можно определить содержание азота и кислорода в составе воздуха (массовую или объемную долю). Для этого вспомним, какие основные компоненты входят в воздушную смесь (качественный состав):

азот; кислород; углекислый газ; пары воды; инертные, в частности, благородные газы.

Итак, для того чтобы узнать, какая масса или объем приходится на определенный газ, необходимо использовать те реакции, которые протекают необратимо и с максимальным выходом, так называемые реакции связывания. Воздух это многокомпонентная смесь и следует учитывать возможность реакций не только с кислородом и азотом. Поэтому лучше исключить побочные взаимодействия, последовательно убрав из реакционной системы мешающие вещества.

Поглощение мешающих веществ

Поглотить углекислый газ можно с помощью растворов карбонатов щелочных металлов, убрать воду - с помощью осушителей (СаСl2, P2O5), а инертные газы не влияют, так как ни с чем не реагируют. Запишем эти уравнения:

CO2 + K2CO3 + H2O = 2KHCO3; CaCl2 + H2O = Ca (OH) 2 + 2HCl; P2O5 + 3H2O = 2H3PO4. Связывание кислорода и азота воздуха

Кислородом можно окислять раскаленные пластины металлов (Zn, Cu), внесенные в кислородсодержащую атмосферу и считать его массу равной разнице масс полученного оксида и исходного металла:

2Zn + O2 = ZnO.

С азотом все сложнее, он во многом инертен, а если и взаимодействует с чем-либо, то требует определенных условий, но и в этом случае большинство реакций либо обратимы, либо выход продукта мизерный. Одна из наиболее активных для восстановления молекулярного азота при комнатной температуре систем содержит V (OH) 2, в результате получается гидразин (N2H4) или аммиак (NH3). Получаемые продукты также существуют не долго, но с ними гораздо проще провести реакцию, отражающую их содержание. Например, реакции с оксидом меди (2), где количество прореагировавших гидразина или аммиака можно оценить по восстановленной меди. Возможны следующие реакции:

4V (OH) 2 + N2 + 4H2O = 4V (OH) 3 + N2H4; 6V (OH) 2 + N2 + 6H2O = 6V (OH) 3 + NH3; N2H4 + CuO = 2Cu + 2H2O + N2; 2NH3 + 3CuO = 3Cu + N2 + 3H2O.

1. Объемный метод: через взвешенный поглотитель пропускается заданное количество воздуха, соответственно кислород поглощается окисью азота в щелочной среде, а оставшийся объем газа это и есть азот.

2. Весовой метод: определяется точный вес поглотителя (фосфор или медь) с последующим пропусканием воздуха, увеличение массы поглотителя показывает количество кислорода. Остаток азота связывается другим поглотителем (магний, кальций).