Номер 9, страница 55 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 12. Сернистый газ. Глава 1. Неметаллы - номер 9, страница 55.

Условие.

9. Разделите химическим способом смесь сернистого газа, метил-амина и кислорода на индивидуальные вещества. Запишите уравнения реакций.

Решение.

Решение 2.

Решение

Исходная газовая смесь состоит из сернистого газа ($SO_2$), метиламина ($CH_3NH_2$) и кислорода ($O_2$). Для их разделения используется метод, основанный на различии их химических свойств. Сернистый газ является кислотным оксидом, метиламин — органическим основанием, а кислород в данных условиях химически малоактивен.

Процесс разделения можно провести в несколько этапов.

1. Отделение сернистого газа ($SO_2$)

Первоначально газовую смесь пропускают через раствор сильного основания, например, гидроксида натрия ($NaOH$). Кислотный оксид $SO_2$ вступает в реакцию с щелочью, образуя растворимую соль — сульфит натрия. Метиламин и кислород не реагируют со щелочью и проходят дальше в виде газовой смеси.

Уравнение реакции поглощения сернистого газа:

$SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

2. Отделение метиламина ($CH_3NH_2$)

Газовую смесь, оставшуюся после удаления $SO_2$ (состоящую из $CH_3NH_2$ и $O_2$), пропускают через раствор сильной кислоты, например, серной кислоты ($H_2SO_4$). Метиламин, проявляя основные свойства, реагирует с кислотой, образуя соль — сульфат метиламмония.

Уравнение реакции поглощения метиламина:

$2CH_3NH_2 + H_2SO_4 \rightarrow (CH_3NH_3)_2SO_4$

3. Выделение кислорода ($O_2$)

После последовательного пропускания смеси через раствор щелочи и раствор кислоты, оставшийся газ представляет собой чистый кислород ($O_2$). Его собирают на выходе из системы.

4. Регенерация индивидуальных веществ

Чтобы получить сернистый газ и метиламин в чистом виде, необходимо выделить их из полученных растворов солей.

а) Регенерация сернистого газа ($SO_2$)

К раствору сульфита натрия ($Na_2SO_3$), полученному на первом этапе, добавляют сильную кислоту (например, соляную, $HCl$). Соляная кислота, будучи более сильной, вытесняет из соли слабую и неустойчивую сернистую кислоту ($H_2SO_3$), которая немедленно разлагается на сернистый газ и воду. Процесс можно ускорить легким нагреванием.

Уравнение реакции регенерации $SO_2$:

$Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + SO_2 \uparrow + H_2O$

б) Регенерация метиламина ($CH_3NH_2$)

К раствору сульфата метиламмония ($(CH_3NH_3)_2SO_4$), полученному на втором этапе, добавляют раствор сильного основания (например, $NaOH$). Гидроксид натрия вытесняет более слабое основание — метиламин — из его соли. Метиламин является газом (т. кип. -6,3 °C), поэтому он легко выделяется из реакционной смеси, особенно при нагревании.

Уравнение реакции регенерации $CH_3NH_2$:

$(CH_3NH_3)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow 2CH_3NH_2 \uparrow + Na_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ:

Для разделения смеси газов ($SO_2$, $CH_3NH_2$, $O_2$) ее последовательно пропускают через раствор гидроксида натрия для поглощения $SO_2$, а затем через раствор серной кислоты для поглощения $CH_3NH_2$. Оставшийся газ – чистый кислород. Далее из полученных растворов солей регенерируют исходные вещества: сернистый газ – действием сильной кислоты ($HCl$) на раствор сульфита натрия; метиламин – действием сильной щелочи ($NaOH$) на раствор сульфата метиламмония.

Уравнения реакций:

1. Поглощение $SO_2$: $SO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

2. Поглощение $CH_3NH_2$: $2CH_3NH_2 + H_2SO_4 \rightarrow (CH_3NH_3)_2SO_4$

3. Регенерация $SO_2$: $Na_2SO_3 + 2HCl \rightarrow 2NaCl + SO_2 \uparrow + H_2O$

4. Регенерация $CH_3NH_2$: $(CH_3NH_3)_2SO_4 + 2NaOH \rightarrow 2CH_3NH_2 \uparrow + Na_2SO_4 + 2H_2O$