Номер 13, страница 56 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

Задания с развёрнутым ответом

13. Какие вещества, кроме углекислого газа, попадают в атмосферу при сжигании: а) угля; б) нефти; в) природного газа? Как уменьшить загрязнение атмосферы продуктами горения углеводородного топлива?

При сжигании любого ископаемого топлива в идеальных условиях (полное сгорание чистого углеводорода в чистом кислороде) образуются только углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Однако в реальности топливо содержит примеси, а сгорание происходит в воздухе и часто является неполным. Это приводит к выбросу в атмосферу множества вредных веществ.

а) угля:

Уголь, помимо углерода, содержит значительное количество примесей, таких как сера, азотсодержащие соединения и негорючие минеральные вещества. При его сжигании в атмосферу, кроме углекислого газа, попадают:

• Оксид серы(IV) ($SO_2$): образуется при сгорании серы, содержащейся в угле. Является основной причиной кислотных дождей.
• Оксиды азота ($NO$ и $NO_2$, общее обозначение $NO_x$): образуются при высоких температурах в топках котлов из азота воздуха. Также способствуют образованию кислотных дождей и смога.
• Угарный газ ($CO$): образуется при неполном сгорании углерода из-за недостатка кислорода. Является токсичным газом.
• Твердые частицы: сажа (несгоревший углерод) и летучая зола (продукты сгорания минеральных примесей). Эти частицы загрязняют воздух и вредны для дыхательной системы.

Ответ: При сжигании угля в атмосферу, кроме углекислого газа, попадают оксид серы(IV) ($SO_2$), оксиды азота ($NO_x$), угарный газ ($CO$), сажа и зола.

б) нефти:

Нефть и продукты ее переработки (мазут, бензин, дизельное топливо) представляют собой сложные смеси углеводородов, также содержащие сернистые соединения. При их сжигании выделяются:

• Оксид серы(IV) ($SO_2$): из-за наличия серы в составе нефти.
• Оксиды азота ($NO_x$): образуются по той же причине, что и при сжигании угля – высокотемпературная реакция азота и кислорода воздуха.
• Угарный газ ($CO$) и сажа: продукты неполного сгорания, особенно характерные для дизельных двигателей.
• Летучие органические соединения (ЛОС): несгоревшие углеводороды, которые могут вступать в фотохимические реакции с образованием смога.
• Соединения тяжелых металлов (например, свинца в этилированном бензине, хотя его использование сейчас сильно ограничено).

Ответ: При сжигании нефти и нефтепродуктов в атмосферу, кроме углекислого газа, попадают оксид серы(IV) ($SO_2$), оксиды азота ($NO_x$), угарный газ ($CO$), сажа и летучие органические соединения.

в) природного газа:

Природный газ является наиболее чистым видом ископаемого топлива, так как состоит преимущественно из метана ($CH_4$) и содержит очень мало примесей. Тем не менее, при его сжигании также образуются загрязняющие вещества:

• Оксиды азота ($NO_x$): их образование неизбежно при любом высокотемпературном горении в воздушной среде.
• Угарный газ ($CO$): образуется при неполном сгорании, например, в неисправных газовых колонках или при недостаточном притоке воздуха.
• Метан ($CH_4$): часть газа может не сгорать и попадать в атмосферу в виде утечек. Метан является сильным парниковым газом, его парниковый эффект в десятки раз выше, чем у $CO_2$.

Ответ: При сжигании природного газа в атмосферу, кроме углекислого газа, могут попадать оксиды азота ($NO_x$), угарный газ ($CO$) и несгоревший метан ($CH_4$).

Как уменьшить загрязнение атмосферы продуктами горения углеводородного топлива?

Для уменьшения загрязнения атмосферы применяется комплексный подход, включающий в себя меры на разных стадиях:

1. Очистка топлива до сжигания. Этот метод включает удаление вредных примесей из топлива. Например, десульфуризация (удаление серы) нефти и угля, обогащение угля для снижения его зольности.
2. Оптимизация процесса горения. Создание условий для наиболее полного сгорания топлива позволяет снизить выбросы угарного газа и сажи. Это достигается за счет правильной подачи воздуха (кислорода). Применение технологий низкотемпературного сжигания (например, в "кипящем слое") позволяет значительно сократить образование оксидов азота.
3. Очистка отходящих (дымовых) газов. Это наиболее распространенный метод.
   • Для улавливания твердых частиц (золы, сажи) используют циклоны, тканевые (рукавные) фильтры и электростатические фильтры.
   • Для удаления оксида серы($SO_2$) применяют скрубберы, где дымовые газы промываются раствором, связывающим $SO_2$ (например, известковым молоком).
   • Для нейтрализации оксидов азота ($NO_x$) и угарного газа ($CO$) в выхлопных газах автомобилей используют каталитические нейтрализаторы (конвертеры), которые превращают их в безвредный азот ($N_2$), углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$).
4. Повышение энергоэффективности и переход на альтернативные источники энергии. Снижение потребления топлива за счет более эффективного использования энергии – ключевой способ сокращения выбросов. Глобальным решением является постепенный отказ от ископаемого топлива и переход на возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая, гидроэнергетика) и атомную энергетику, которые не производят выбросов продуктов горения.

Ответ: Уменьшить загрязнение можно путем предварительной очистки топлива (например, от серы), оптимизации процесса сжигания для его полноты и снижения температуры горения, установки систем очистки дымовых газов (фильтры, скрубберы, каталитические нейтрализаторы), а также за счет повышения энергоэффективности и перехода на возобновляемые и ядерные источники энергии.