Номер 4, страница 94 - гдз по химии 11 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

4. Кратко расскажите о химическом процессе, описанном в каком-либо художественном произведении, используя химическую терминологию.

В качестве примера химического процесса, описанного в художественном произведении, можно рассмотреть синтез нитроглицерина из романа Жюля Верна "Таинственный остров". Главный герой, инженер Сайрес Смит, оказавшись с товарищами на необитаемом острове, организует производство ряда жизненно важных веществ из подручных природных материалов. Описание этого многостадийного синтеза, хотя и содержит некоторые художественные допущения, в целом корректно с химической точки зрения.

1. Получение серной кислоты ($H_2SO_4$)

Исходным сырьем для синтеза послужил пирит, или серный колчедан (дисульфид железа, $FeS_2$). Процесс состоял из трех ключевых стадий. Сначала колонисты провели обжиг пирита – его высокотемпературное окисление кислородом воздуха. В результате этой окислительно-восстановительной реакции образовался оксид железа(III) и диоксид серы ($SO_2$): $4FeS_2(т) + 11O_2(г) \rightarrow 2Fe_2O_3(т) + 8SO_2(г)$. Далее, диоксид серы был окислен до триоксида серы ($SO_3$) в ходе каталитической реакции: $2SO_2(г) + O_2(г) \rightleftharpoons 2SO_3(г)$. В промышленности для этого используют катализаторы (например, $V_2O_5$), в романе же упоминается глина, что является неточностью. На последнем этапе триоксид серы растворяли в воде (процесс гидратации), получая серную кислоту: $SO_3(г) + H_2O(ж) \rightarrow H_2SO_4(р-р)$.

2. Получение азотной кислоты ($HNO_3$)

Для получения азотной кислоты Сайрес Смит использовал найденную в пещере калийную селитру (нитрат калия, $KNO_3$) и ранее полученную концентрированную серную кислоту. При нагревании этой смеси происходит реакция обмена, в ходе которой более летучая азотная кислота испаряется, а затем конденсируется в приемнике. Уравнение реакции: $KNO_3(т) + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} KHSO_4(т) + HNO_3(г)$.

3. Получение глицерина ($C_3H_5(OH)_3$)

Глицерин, трехатомный спирт, является основой для синтеза нитроглицерина. Его получали из животных жиров. Жиры по своей химической природе являются сложными эфирами глицерина и высших карбоновых кислот (триглицеридами). Для выделения глицерина необходимо провести гидролиз (омыление) жира. Для этого требовалась щелочь, которую колонисты также получили самостоятельно. Сначала из золы растений был получен поташ ($K_2CO_3$), который затем обработали гашеной известью ($Ca(OH)_2$) для получения едкого кали ($KOH$): $K_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2KOH + CaCO_3\downarrow$. При кипячении жира с раствором $KOH$ происходит реакция щелочного гидролиза, в результате которой образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот, то есть мыло: $(RCOO)_3C_3H_5 + 3KOH \rightarrow 3RCOOK + C_3H_5(OH)_3$. После этого глицерин отделяли от мыла.

4. Синтез нитроглицерина ($C_3H_5(ONO_2)_3$)

Финальный и самый опасный этап – это реакция этерификации глицерина азотной кислотой. Процесс проводился путем медленного добавления глицерина к охлажденной смеси концентрированных азотной и серной кислот (так называемая нитрующая смесь). Серная кислота в данном процессе выступает в роли катализатора и водоотнимающего агента, связывая образующуюся в ходе реакции воду и смещая химическое равновесие в сторону образования целевого продукта – тринитрата глицерина, или нитроглицерина. Реакция является сильно экзотермической и требует строгого контроля температуры во избежание взрыва. Уравнение реакции: $C_3H_5(OH)_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_3H_5(ONO_2)_3 + 3H_2O$.

Ответ: В романе Жюля Верна "Таинственный остров" описан многостадийный синтез нитроглицерина из природных материалов. Процесс включает получение серной кислоты ($H_2SO_4$) путем обжига пирита ($FeS_2$) с последующим каталитическим окислением $SO_2$ и гидратацией $SO_3$; получение азотной кислоты ($HNO_3$) реакцией серной кислоты с селитрой ($KNO_3$); получение глицерина ($C_3H_5(OH)_3$) путем щелочного омыления жиров; и, наконец, синтез самого нитроглицерина ($C_3H_5(ONO_2)_3$) реакцией этерификации глицерина нитрующей смесью (смесь концентрированных $H_2SO_4$ и $HNO_3$).