💡 вопрос, страница 152 - гдз по химии 7 класс учебник Еремин, Дроздов

Вопросы по тексту. §23. Горючие вещества: газ, нефть, уголь. Глава 3. Вещества вокруг нас - страница 152.

Почему при сжигании органических веществ всегда выделяется теплота?

Что полезнее — сжигать горючие вещества или перерабатывать их?

Почему при сжигании органических веществ всегда выделяется теплота?

Выделение теплоты при сжигании органических веществ — это фундаментальное свойство химических реакций горения, которое объясняется законами термодинамики и разницей в энергии химических связей. Процесс можно разложить на несколько ключевых этапов:

1. Исходные вещества. Органические вещества состоят в основном из атомов углерода (C) и водорода (H), связанных друг с другом и, часто, с атомами кислорода (O). Эти связи (например, C-C, C-H) содержат определённый запас химической энергии. Для горения также необходим окислитель, как правило, кислород ($O_2$) из воздуха.
2. Разрыв старых связей. Чтобы реакция началась, необходимо сообщить системе начальную энергию (энергию активации), например, поднести спичку. Эта энергия идет на разрыв менее прочных химических связей в молекулах исходных веществ — органического топлива и кислорода.
3. Образование новых связей. В ходе реакции атомы перегруппировываются и образуют новые, гораздо более прочные и энергетически выгодные связи в молекулах продуктов сгорания. Для большинства органических веществ это углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Связи C=O в углекислом газе и O-H в воде являются одними из самых прочных.
4. Энергетический баланс. Ключевой момент заключается в том, что энергия, которая выделяется при образовании новых, прочных связей в продуктах реакции, значительно превышает энергию, которая была затрачена на разрыв старых, менее прочных связей в реагентах. Этот избыток энергии и выделяется в окружающую среду в виде теплоты и света. Такие реакции, идущие с выделением тепла, называются экзотермическими.

Общее уравнение реакции горения, например метана, выглядит так: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O + Q$, где $Q$ — это выделившаяся теплота. Энергетический выигрыш происходит потому, что система переходит из менее стабильного состояния (реагенты с высокой энергией) в более стабильное (продукты с низкой энергией). Разница в энергиях и есть то тепло, которое мы ощущаем.

Ответ: При сжигании органических веществ выделяется теплота, потому что это экзотермическая реакция. В ходе горения разрываются относительно слабые химические связи в молекулах топлива и кислорода и образуются гораздо более прочные и энергетически стабильные связи в продуктах реакции (углекислом газе и воде). Энергии, выделившейся при образовании новых связей, больше, чем было затрачено на разрыв старых, и этот избыток энергии выделяется в виде тепла и света.

Что полезнее — сжигать горючие вещества или перерабатывать их?

Выбор между сжиганием и переработкой горючих веществ зависит от множества факторов, включая тип вещества, экономическую целесообразность и, что самое важное, экологические последствия. Однако в подавляющем большинстве случаев переработка является более предпочтительной стратегией.

Сжигание:

• Плюсы: Позволяет быстро сократить объём отходов и получить энергию (тепловую или электрическую), что снижает потребность в ископаемом топливе. Современные мусоросжигательные заводы (МСЗ) могут утилизировать неперерабатываемые отходы.
• Минусы: Это безвозвратное уничтожение ценных ресурсов. При сжигании, особенно пластиков и других сложных органических материалов, в атмосферу выбрасываются парниковые газы (в первую очередь $CO_2$), а также токсичные вещества: диоксины, фураны, оксиды азота и серы, тяжёлые металлы. Образующаяся зола также часто токсична и требует специального захоронения.

Переработка (рециклинг):

• Плюсы: Это основа экономики замкнутого цикла. Переработка позволяет сохранить природные ресурсы (нефть, древесину, руды), так как материалы используются повторно. Производство товаров из вторичного сырья, как правило, требует значительно меньше энергии и воды и сопровождается меньшими выбросами, чем производство из первичных ресурсов. Например, производство алюминия из лома экономит до 95% энергии. Переработка также создает рабочие места в сфере сбора, сортировки и обработки вторсырья.
• Минусы: Процесс переработки может быть технологически сложным и дорогим. Не все материалы поддаются переработке (например, композитные материалы или сильно загрязнённое сырьё). Качество материала может снижаться с каждым циклом переработки (даунсайклинг).

С точки зрения устойчивого развития и долгосрочной перспективы, иерархия обращения с отходами выглядит так:

1. Предотвращение образования отходов (сокращение потребления).
2. Повторное использование (reuse).
3. Переработка (recycling).
4. Энергетическая утилизация (сжигание для получения энергии).
5. Захоронение на полигонах.

Таким образом, сжигание стоит на ступень ниже переработки и должно применяться только к тем горючим отходам, которые невозможно или экономически нецелесообразно переработать.

Ответ: В подавляющем большинстве случаев перерабатывать горючие вещества гораздо полезнее, чем сжигать их. Переработка сохраняет природные ресурсы, экономит энергию и значительно снижает негативное воздействие на окружающую среду по сравнению со сжиганием. Сжигание следует рассматривать как меру для утилизации неперерабатываемых отходов с целью получения энергии, но не как основную стратегию обращения с ценными материалами.