3.2. На весах уравновешены две закрытые пробками колбы объёмом 1 л и 3 л соответственно. Первую колбу заполнили газом озоном О₃ и герметично закупорили. Каким из приведённых в таблице газов следует заполнить вторую колбу, чтобы вернуть весы в состояние равновесия? Укажите номер вещества.

Объяснение:

Для того чтобы весы пришли в состояние равновесия, массы газов в колбах должны быть равны. В условии задачи сказано, что колбы уравновешены, то есть их масса одинакова. Колба объемом 1 л заполнена озоном (O₃). Вторая колба объемом 3 л должна быть заполнена газом так, чтобы масса этого газа была равна массе озона в первой колбе.

Расчеты:

1. Молярная масса озона (O₃): Молярная масса кислорода (O) ≈ 16 г/моль. Молярная масса O₃ = 3 * 16 = 48 г/моль.


2. Масса озона в колбе 1 л: Так как молярная масса - это масса 1 моля вещества, а объем колбы 1 л, нам нужно найти плотность газа при нормальных условиях, или использовать молярный объем (22.4 л/моль). Однако, проще найти соотношение молярных масс.


3. Масса газа в колбе 3 л: Чтобы уравновесить 1 л O₃ (молярная масса 48 г/моль), 3 л газа должны иметь такую же массу. Это означает, что плотность газа в 3 л колбе должна быть в 3 раза меньше, чем плотность озона в 1 л колбе, чтобы общая масса была одинаковой.


4. Сравнение с предложенными газами:




• N₂ (Молярная масса = 28 г/моль): Если бы 1 л N₂ имел ту же массу, что и 1 л O₃, то 3 л N₂ имели бы массу 3 * (28/22.4) * 16 (приблизительно).


• PH₃ (Молярная масса = 34 г/моль):


• CH₄ (Молярная масса = 16 г/моль):

Логическое рассуждение:

Чтобы весы были в равновесии, масса газа в первой колбе (1 л O₃) должна быть равна массе газа во второй колбе (3 л другого газа). Это означает, что плотность газа во второй колбе должна быть в 3 раза меньше, чем плотность озона. Плотность газа прямо пропорциональна его молярной массе (при одинаковых объеме и температуре).

Значит, молярная масса газа во второй колбе должна быть в 3 раза меньше молярной массы озона.

Молярная масса O₃ = 48 г/моль.

Требуемая молярная масса газа = 48 г/моль / 3 = 16 г/моль.

Из таблицы мы видим, что метан (CH₄) имеет молярную массу 16 г/моль.

Ответ: 3