Номер 2, страница 76, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Широкое применение находит порошковая металлургия. Титан в виде мелкого порошка получают восстановлением оксида титана (IV) гидридом кальция при нагревании в вакууме: $TiO_2 + CaH_2 = Ti + Ca(OH)_2$

Какую массу титана можно получить из титановой руды массой 80 т, если массовая доля примесей в нем 7%? Перечислите отрасли промышленности, где используют титан.

Ответ: 44,64 т.

Какую массу титана можно получить из титановой руды массой 80 т, если массовая доля примесей в нем 7%?

Дано:

m(руды) = 80 т

ω(примесей) = 7%

Перевод в систему СИ:

m(руды) = 80 × 10³ кг = 80000 кг

Найти:

m(Ti) - ?

Решение:

1. Сначала определим массовую долю чистого оксида титана(IV) ($TiO_2$) в руде. Массовая доля чистого вещества составляет 100% за вычетом массовой доли примесей.

$ω(TiO_2) = 100\% - ω(примесей) = 100\% - 7\% = 93\%$ или 0,93.

2. Теперь рассчитаем массу чистого оксида титана(IV), содержащегося в 80 тоннах руды.

$m(TiO_2) = m(руды) \cdot ω(TiO_2) = 80 \text{ т} \cdot 0.93 = 74.4 \text{ т}$.

3. Уравнение реакции получения титана, согласно условию задачи:

$TiO_2 + CaH_2 = Ti + Ca(OH)_2$

4. Для дальнейших расчетов нам понадобятся молярные массы оксида титана(IV) и титана. Используем значения относительных атомных масс из Периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, округленные до целых чисел: Ar(Ti) ≈ 48, Ar(O) ≈ 16.

$M(TiO_2) = 48 + 2 \cdot 16 = 80 \text{ г/моль}$

$M(Ti) = 48 \text{ г/моль}$

Для удобства расчетов в тоннах можно использовать размерность т/кмоль, при этом численные значения молярных масс не изменятся.

5. Согласно уравнению реакции, из 1 моля $TiO_2$ образуется 1 моль $Ti$. Это означает, что из 80 г $TiO_2$ можно получить 48 г $Ti$. Составим пропорцию для нахождения массы титана, которую можно получить из 74.4 т оксида титана(IV):

$\frac{m(Ti)}{m(TiO_2)} = \frac{M(Ti)}{M(TiO_2)}$

Отсюда выразим массу титана:

$m(Ti) = \frac{m(TiO_2) \cdot M(Ti)}{M(TiO_2)} = \frac{74.4 \text{ т} \cdot 48 \text{ г/моль}}{80 \text{ г/моль}} = 44.64 \text{ т}$.

Ответ: 44,64 т.

Перечислите отрасли промышленности, где используют титан.

Ответ: Титан и его сплавы благодаря уникальному сочетанию свойств (высокая прочность, коррозионная стойкость, жаропрочность, малая плотность, биологическая инертность) находят широкое применение в различных отраслях промышленности:

Авиакосмическая промышленность: изготовление деталей самолетов, ракет и космических кораблей (обшивка, силовые элементы конструкции, шасси, детали двигателей), так как титан легок и прочен даже при высоких температурах.

Медицина: производство имплантатов (зубные, тазобедренные и коленные суставы), хирургических инструментов, корпусов кардиостимуляторов из-за его биосовместимости и устойчивости к коррозии в биологических средах.

Химическая промышленность: создание реакторов, теплообменников, трубопроводов, насосов для работы в агрессивных средах (например, в контакте с хлором, кислотами, щелочами).

Судостроение и морская техника: изготовление корпусов подводных лодок, гребных винтов, валов, теплообменников для опреснительных установок благодаря исключительной стойкости к коррозии в морской воде.

Энергетика: лопатки паровых турбин на атомных и тепловых электростанциях, трубы конденсаторов, где требуется высокая коррозионная стойкость и жаропрочность.

Автомобилестроение: в основном в спортивных и гоночных автомобилях для изготовления клапанов, шатунов, пружин подвески и выхлопных систем с целью снижения веса и повышения надежности.

Спортивные товары: рамы для велосипедов, головки клюшек для гольфа, теннисные ракетки, лезвия коньков.

Архитектура и дизайн: облицовка зданий (например, Музей Гуггенхайма в Бильбао), создание скульптур, предметов интерьера.

Ювелирное дело: изготовление украшений (колец, браслетов) и корпусов часов.