Условие задачи

Сравните относительную плотность по воздуху: а) метана; б) этана; в) пропана; г) бутана. Какие из перечисленных газов легче воздуха?

Решение

Дисциплина: Физическая химия (свойства газов, относительная плотность).

Для сравнения газов используют относительную плотность по воздуху, которая определяется как отношение молярной массы газа М₍газ₎ к среднему значению молярной массы воздуха М₍воздуха₎.

Принимаем, что M₍воздуха₎ ≈ 29 г/моль (среднее значение с учетом основных компонентов – азота и кислорода).

1. Метан (CH₄):
Молярная масса CH₄ = 12 (углерод) + 4·1 (водород) = 16 г/моль.
Относительная плотность = 16/29 ≈ 0,55.

2. Этан (C₂H₆):
Молярная масса C₂H₆ = 2·12 + 6·1 = 24 + 6 = 30 г/моль.
Относительная плотность = 30/29 ≈ 1,03.

3. Пропан (C₃H₈):
Молярная масса C₃H₈ = 3·12 + 8·1 = 36 + 8 = 44 г/моль.
Относительная плотность = 44/29 ≈ 1,52.

4. Бутан (C₄H₁₀):
Молярная масса C₄H₁₀ = 4·12 + 10·1 = 48 + 10 = 58 г/моль.
Относительная плотность = 58/29 ≈ 2,00.

Согласно критерию, газ легче воздуха, если его относительная плотность меньше единицы.

Из полученных значений только у метана относительная плотность меньше 1 (0,55). Другие газы (этан – ~1,03, пропан – ~1,52, бутан – ~2,00) имеют относительную плотность равную или больше 1, то есть они тяжелее воздуха.

Ответ: Легче воздуха является только метан.