Номер 9, страница 157 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 22. Катализ и катализаторы - номер 9, страница 157.

Условие.

9. Задача состоит в том, чтобы растворить кусочек сахара в стакане воды. Предложите способы максимального ускорения этого процесса. Можно ли использовать предложенные вами приёмы в химической технологии?

Решение.

Решение 2.

Предложите способы максимального ускорения этого процесса.

Процесс растворения сахара в воде — это физико-химический процесс, скорость которого зависит от нескольких ключевых факторов. Чтобы максимально ускорить растворение, необходимо одновременно воздействовать на эти факторы:

• Увеличить площадь поверхности контакта. Растворение происходит на поверхности соприкосновения сахара и воды. Кусочек сахара имеет относительно небольшую площадь поверхности. Если его измельчить в мелкий порошок (сахар-песок или сахарную пудру), общая площадь поверхности, доступная для контакта с водой, многократно возрастет, что резко ускорит процесс.
• Повысить температуру растворителя (воды). С увеличением температуры растет кинетическая энергия молекул воды. Они начинают двигаться быстрее, чаще и с большей энергией сталкиваются с молекулами сахарозы на поверхности кристалла, что ускоряет разрушение его кристаллической решетки. Кроме того, растворимость большинства твердых веществ, включая сахар, в воде увеличивается при нагревании.
• Перемешивать раствор. Вокруг растворяющегося сахара образуется слой воды, насыщенный сахарозой. Этот слой замедляет доступ "свежих" молекул воды к поверхности кристалла. Механическое перемешивание разрушает этот пограничный слой и обеспечивает постоянный приток ненасыщенного растворителя к сахару, поддерживая высокую скорость растворения.

Следовательно, для максимального ускорения процесса следует применить все три метода одновременно: растолочь кусочек сахара в порошок, залить его горячей водой и интенсивно перемешивать.

Ответ: Для максимального ускорения процесса растворения сахара следует измельчить его в порошок, использовать горячую воду и интенсивно перемешивать смесь.

Можно ли использовать предложенные вами приёмы в химической технологии?

Да, безусловно. Все перечисленные приёмы являются фундаментальными и широко применяемыми методами интенсификации процессов в химической технологии и промышленности.

• Измельчение (дробление, помол): Твердые реагенты часто измельчают в специальных аппаратах (дробилках, мельницах) для увеличения поверхности контакта фаз. Это ускоряет гетерогенные реакции (протекающие на границе раздела фаз), процессы растворения, сушки и адсорбции. Например, в производстве цемента сырье измельчают перед обжигом, а в фармацевтике активные вещества измельчают для ускорения их растворения в организме.
• Нагревание: Управление температурой — один из ключевых параметров любого химического процесса. Промышленные реакторы и растворители часто оснащаются системами нагрева (паровыми "рубашками", змеевиками) для увеличения скорости реакций и растворения. Это один из основных способов контроля производительности химического аппарата.
• Перемешивание: Большинство промышленных реакторов, в которых протекают процессы в жидкой фазе, являются аппаратами с перемешивающими устройствами (мешалками). Перемешивание необходимо для усреднения концентраций и температуры по объему, интенсификации тепло- и массообмена, поддержания твердых частиц во взвешенном состоянии. Это стандартная операция в производстве лекарств, пластмасс, удобрений и многих других химических продуктов.

Таким образом, бытовые способы ускорения растворения сахара являются наглядной демонстрацией базовых принципов, на которых основана работа химических производств.

Ответ: Да, можно. Измельчение, нагревание и перемешивание являются стандартными и широко распространенными методами ускорения и управления скоростью процессов в химической технологии.