Номер 10, страница 103 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава III. Вещества и их свойства. Параграф 19. Неорганические и органические основания. Используйте дополнительную информацию - номер 10, страница 103.

Условие.

10. Подготовьте сообщение о производстве и областях применения одной из щелочей. Аргументируйте выбор щёлочи.

Решение.

Решение 2.

Аргументация выбора щёлочи

Для доклада была выбрана одна из самых известных и широко используемых щелочей — гидроксид натрия ($NaOH$), также известный как каустическая сода или едкий натр. Выбор аргументирован следующими факторами:

• Масштабы производства: Гидроксид натрия является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Мировое производство исчисляется десятками миллионов тонн в год, что свидетельствует о его колоссальной востребованности.
• Широчайший спектр применения: $NaOH$ используется практически во всех отраслях промышленности: от производства бумаги, мыла и алюминия до пищевой промышленности и фармацевтики. Это делает его прекрасным примером многоцелевого химического реагента.
• Важность производственного процесса: Основной метод получения $NaOH$ — электролиз раствора поваренной соли — является фундаментальным электрохимическим процессом, иллюстрирующим ключевые принципы промышленной химии и инженерных решений для защиты окружающей среды (например, переход от ртутных методов к мембранным).

Таким образом, гидроксид натрия является идеальным объектом для рассмотрения, поскольку его производство и применение наглядно демонстрируют роль щелочей в современной экономике и технологиях.

Ответ: В качестве примера выбрана щелочь гидроксид натрия ($NaOH$) из-за огромных объемов ее производства, чрезвычайно широкого спектра применения в различных отраслях и важности промышленного процесса ее получения.

Производство

Основным промышленным способом получения гидроксида натрия является электролиз водных растворов хлорида натрия ($NaCl$). В ходе этого процесса одновременно получают еще два ценных продукта — хлор ($Cl_2$) и водород ($H_2$). Суммарное уравнение реакции выглядит так:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + Cl_2\uparrow + H_2\uparrow$

Существуют три основных метода электролиза, различающихся способом разделения катодного и анодного пространств:

1. Ртутный метод: Исторически первый метод, использующий жидкий ртутный катод. На катоде образуется амальгама натрия ($Na(Hg)$), которая затем разлагается водой в отдельном аппарате с образованием чистого раствора $NaOH$. Этот метод позволяет получать очень чистую щелочь, но является экологически опасным из-за использования и потерь токсичной ртути, поэтому в настоящее время практически не используется.
2. Диафрагменный метод: Анодное и катодное пространства разделены пористой диафрагмой (часто из асбеста), которая пропускает ионы, но препятствует смешиванию газов и растворов. Недостатком является то, что получаемый щелок содержит значительное количество непрореагировавшего $NaCl$, что требует дополнительных стадий очистки и выпаривания.
3. Мембранный метод: Это наиболее современный, энергоэффективный и экологически чистый способ. Вместо диафрагмы используется ионообменная мембрана, которая селективно пропускает катионы $Na^+$ из анодной камеры в катодную, но блокирует анионы ($Cl^-$ и $OH^-$).
   • На аноде (из титана с покрытием) происходит окисление хлорид-ионов: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2\uparrow$
   • На катоде (обычно стальном или никелевом) происходит восстановление воды: $2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$
   Ионы $Na^+$, прошедшие через мембрану, соединяются в катодном пространстве с гидроксид-ионами $OH^-$, образуя очень чистый раствор гидроксида натрия, не содержащий примесей $NaCl$.

Ответ: Гидроксид натрия производят в основном путем электролиза водного раствора хлорида натрия ($NaCl$). Самым современным и экологически безопасным является мембранный метод, позволяющий получать чистый $NaOH$ наряду с хлором и водородом.

Области применения

Гидроксид натрия — универсальная щелочь, находящая применение во множестве отраслей:

• Целлюлозно-бумажная промышленность: $NaOH$ используется в процессе сульфатной варки (Крафт-процесс) для отделения целлюлозы от лигнина при производстве бумаги, картона и других волокнистых материалов.
• Производство мыла, шампуней и моющих средств: Это одно из самых древних применений. В реакции омыления жиры и масла нагревают с гидроксидом натрия, получая глицерин и соли жирных кислот, которые и являются твердым мылом.
• Химическая промышленность: Служит катализатором или реагентом во многих химических синтезах (например, в производстве пластмасс, органических красителей, фармацевтических препаратов), для нейтрализации кислот и регулирования pH.
• Производство алюминия: В процессе Байера гидроксид натрия используется для переработки бокситов (алюминиевой руды) в глинозем ($Al_2O_3$) — сырье для получения металлического алюминия.
• Нефтепереработка: Применяется для очистки нефтепродуктов (бензина, керосина, масел) от сернистых соединений (меркаптанов) и других кислотных примесей.
• Текстильная промышленность: Используется для мерсеризации хлопка — обработки ткани раствором $NaOH$ для придания ей блеска, прочности и улучшения способности к окрашиванию.
• Пищевая промышленность (пищевая добавка E524): Применяется для мытья и химической очистки овощей и фруктов от кожуры, в производстве какао-порошка и шоколада, для придания характерного темного цвета и хрустящей корочки кренделям (брецелям) перед выпечкой.
• Коммунальное хозяйство и быт: Является активным компонентом средств для прочистки канализационных труб, так как эффективно растворяет жировые и органические засоры.

Ответ: Гидроксид натрия применяется в целлюлозно-бумажной, химической, текстильной, пищевой и нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве алюминия, мыла и моющих средств, а также в быту для прочистки труб.