Номер 9, страница 292 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 41. Оксид серы(IV). Сернистая кислота и её соли - номер 9, страница 292.

Условие.

9. Какие реагенты можно использовать для утилизации сернистого газа, который образуется при сгорании угля на теплоэлектростанциях? На каких свойствах сернистого газа основаны ваши предложения? Установите, какие способы утилизации сернистого газа применяются на ТЭЦ, и сравните их со своими предложениями.

Решение.

Решение 2.

Какие реагенты можно использовать для утилизации сернистого газа, который образуется при сгорании угля на теплоэлектростанциях?
Для утилизации сернистого газа ($SO_2$) можно использовать реагенты основного характера, так как сернистый газ является кислотным оксидом. Наиболее подходящими с точки зрения доступности и стоимости являются:
1. Карбонат кальция ($CaCO_3$) в виде природного минерала известняка. Это самый дешевый и распространенный реагент.
2. Оксид кальция ($CaO$, негашеная известь) или гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$, гашеная известь). Они более реакционноспособны, чем карбонат кальция, но их производство требует дополнительных затрат.
3. Водный раствор аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$). Этот метод позволяет получить в качестве побочного продукта ценное удобрение – сульфат аммония.

Ответ: Для утилизации сернистого газа можно использовать карбонат кальция (известняк), оксид или гидроксид кальция (известь), а также водный раствор аммиака.

На каких свойствах сернистого газа основаны ваши предложения?
Предложения основаны на следующих химических свойствах диоксида серы ($SO_2$):
1. Кислотные свойства. Диоксид серы является типичным кислотным оксидом. Он вступает в реакции нейтрализации с основаниями (например, $Ca(OH)_2$), основными оксидами (например, $CaO$), а также вытесняет более слабые кислоты из их солей (например, угольную кислоту из карбоната кальция $CaCO_3$).
Уравнение реакции с гидроксидом кальция: $SO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaSO_3 \downarrow + H_2O$
Уравнение реакции с карбонатом кальция: $SO_2 + CaCO_3 \rightarrow CaSO_3 + CO_2 \uparrow$

2. Восстановительные свойства. Атом серы в $SO_2$ имеет степень окисления +4, которая является промежуточной. В присутствии кислорода воздуха $SO_2$ проявляет свойства восстановителя, окисляясь до серного ангидрида ($SO_3$) или сульфат-иона ($SO_4^{2-}$), где сера имеет высшую степень окисления +6. Это свойство используется для получения более стабильных и полезных продуктов, таких как гипс ($CaSO_4$).
Уравнение реакции окисления сульфита кальция: $2CaSO_3 + O_2 \rightarrow 2CaSO_4$

Ответ: Предложения основаны на кислотных свойствах сернистого газа (как кислотного оксида) и его способности выступать в роли восстановителя (окисляться до сульфата).

Установите, какие способы утилизации сернистого газа применяются на ТЭЦ, и сравните их со своими предложениями.
На современных теплоэлектростанциях (ТЭЦ) для очистки дымовых газов от диоксида серы (процесс десульфуризации) применяются в основном следующие методы:
1. Мокрый известняковый/известковый метод. Это наиболее распространенная технология. Дымовые газы пропускают через скруббер, где их орошают водной суспензией известняка ($CaCO_3$) или извести ($Ca(OH)_2$). Происходят реакции:
$CaCO_3 + SO_2 \rightarrow CaSO_3 + CO_2$
Затем полученный сульфит кальция окисляют кислородом воздуха до сульфата кальция, который выделяется в виде дигидрата – гипса ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$):
$2CaSO_3 + O_2 + 4H_2O \rightarrow 2(CaSO_4 \cdot 2H_2O)$
Полученный гипс используется в строительной индустрии.
2. Аммиачный метод. Газ обрабатывают водным раствором аммиака, в результате чего образуется сульфит аммония, который затем окисляется до сульфата аммония – ценного азотного удобрения.
$SO_2 + 2NH_3 + H_2O \rightarrow (NH_4)_2SO_3$
$(NH_4)_2SO_3 + 1/2 O_2 \rightarrow (NH_4)_2SO_4$

Сравнение:
Применяемые на ТЭЦ способы утилизации сернистого газа полностью совпадают с предложенными. Использование известняка/извести и аммиака является промышленной реализацией химических реакций, основанных на кислотно-основном взаимодействии и окислительно-восстановительных процессах с участием $SO_2$. Выбор конкретного метода на практике определяется экономическими факторами: стоимостью реагентов, капитальными и эксплуатационными затратами, а также возможностью сбыта получаемых побочных продуктов (гипса или сульфата аммония).

Ответ: На ТЭЦ применяются мокрый известняковый/известковый и аммиачный методы утилизации сернистого газа. Эти промышленные способы основаны на тех же химических реакциях с использованием тех же реагентов (известняк, известь, аммиак), которые были предложены ранее.