Номер 4, страница 67 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 13. Кислород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 4, страница 67.

4. Как кислород получают в промышленности?

Основным и наиболее распространенным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация воздуха. Этот метод основан на сжижении атмосферного воздуха и его последующем разделении на компоненты за счет разницы в их температурах кипения.

Процесс криогенной ректификации состоит из нескольких ключевых этапов:

1. Подготовка воздуха. Атмосферный воздух сначала сжимается компрессором, а затем проходит через систему фильтров для очистки от механических примесей (пыли), паров воды и диоксида углерода ($CO_2$). Эта очистка необходима, так как при сильном охлаждении вода и углекислый газ превращаются в лед и могут забить тонкие трубки и клапаны криогенной установки.
2. Сжижение. Очищенный и сжатый воздух охлаждается в теплообменниках до очень низких температур и превращается в жидкость. Температура сжиженного воздуха составляет около $-196°C$.
3. Ректификация. Жидкий воздух подается в ректификационную колонну — высокий вертикальный аппарат с множеством контактных устройств (тарелок). Внутри колонны происходит разделение жидкого воздуха на его основные компоненты. Поскольку температура кипения азота ($-195,8°C$) ниже, чем температура кипения кислорода ($-183°C$), при нагревании жидкого воздуха снизу колонны азот испаряется интенсивнее. Пары азота поднимаются вверх по колонне, а жидкий кислород, как более тяжелый и менее летучий компонент, стекает вниз. В результате в верхней части колонны отбирается газообразный азот, а в нижней части скапливается жидкий кислород высокой чистоты (99,5% и выше).

Кроме криогенного метода, существуют и другие способы получения кислорода, применяемые для решения специфических задач:

• Адсорбционный метод. Основан на технологии короткоцикловой безнагревной адсорбции (КЦА, или PSA - Pressure Swing Adsorption). Воздух под давлением пропускается через адсорбер, заполненный специальным веществом (цеолитом), которое избирательно поглощает молекулы азота. Кислород проходит через адсорбер и собирается на выходе. Этот метод позволяет получать кислород чистотой до 95% и часто используется в небольших установках, например, для медицинских целей.
• Электролиз воды. Кислород получают путем разложения воды под действием электрического тока. Процесс описывается уравнением: $2H_2O \xrightarrow{\text{электрический ток}} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$. Этот метод очень энергоемкий и дорогой, поэтому его применяют только тогда, когда требуется кислород очень высокой чистоты или когда основным целевым продуктом является водород.

Ответ: В промышленности кислород в основном получают методом низкотемпературной (криогенной) ректификации сжиженного воздуха. Этот способ позволяет производить большие объемы кислорода высокой чистоты. Другие методы, такие как адсорбция и электролиз воды, используются реже и для специфических целей.