Страница 62 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

6. Используя дополнительные источники информации, напишите эссе по теме «Водород — экологически чистое моторное топливо».

Решение

В условиях нарастающего климатического кризиса и истощения запасов ископаемого топлива человечество активно ищет альтернативные, экологически чистые источники энергии для транспорта. Одним из самых многообещающих направлений в этой области является использование водорода (H₂) в качестве моторного топлива. Идея водородной энергетики заключается в замене традиционных углеводородов на самый распространенный элемент во Вселенной, продуктом сгорания которого является обычная вода.

Главное и неоспоримое преимущество водорода — его экологическая чистота в момент использования. При сгорании водорода в двигателе внутреннего сгорания или при его использовании в топливном элементе для выработки электроэнергии происходит химическая реакция соединения водорода с кислородом из воздуха. В идеальных условиях единственным продуктом этой реакции является водяной пар: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Это означает полное отсутствие выбросов углекислого газа ($CO_2$), который является основным парниковым газом, а также угарного газа ($CO$), оксидов серы ($SO_x$), сажи и других вредных веществ, характерных для бензиновых и дизельных двигателей. Кроме того, водород обладает чрезвычайно высокой удельной теплотой сгорания — около 120 МДж/кг, что почти в три раза превышает показатель бензина (≈44 МДж/кг). Это позволяет достигать высокой энергоэффективности и увеличивать запас хода транспортного средства при той же массе топлива.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, переход на водородное топливо сопряжен с рядом серьезных технологических и экономических трудностей. Во-первых, это проблема производства водорода. Хотя водород и является самым распространенным элементом, в свободном виде на Земле он практически не встречается. Его необходимо получать из соединений, в первую очередь из воды или углеводородов. На сегодняшний день около 95% водорода в мире производится методом паровой конверсии метана ($CH_4$), который сопровождается значительными выбросами $CO_2$ («серый» водород). Такой способ производства нивелирует экологические преимущества водорода как топлива. Наиболее перспективным является метод электролиза воды ($2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$), при котором для расщепления воды используется электричество. Если это электричество получено из возобновляемых источников (солнечные, ветряные, гидроэлектростанции), то полученный водород называют «зелёным», и именно он является по-настоящему экологически чистым. К сожалению, «зелёный» водород пока остается самым дорогим в производстве.

Во-вторых, существуют сложности с хранением и транспортировкой водорода. Являясь очень легким газом, он занимает большой объем. Для использования в автомобиле его необходимо либо сжимать до очень высокого давления (до 700 атмосфер), что требует тяжелых, прочных и дорогих баллонов из композитных материалов, либо сжижать при криогенной температуре –253 °C, что само по себе является энергозатратным процессом. В-третьих, на данный момент практически отсутствует необходимая инфраструктура: сети водородных заправочных станций, трубопроводы для его транспортировки и заводы по его массовому «зелёному» производству.

Таким образом, водород действительно обладает потенциалом стать идеальным экологически чистым моторным топливом. Его использование в транспорте способно кардинально снизить загрязнение воздуха в городах и уменьшить углеродный след человечества. Однако путь к «водородной экономике» долог и тернист. Для его реализации требуются не только технологические прорывы в области дешевого «зелёного» производства и безопасного хранения, но и колоссальные инвестиции в создание новой глобальной инфраструктуры. Успех водородной энергетики напрямую зависит от того, сможем ли мы сделать его производство таким же чистым, как и его использование.

Ответ: Водород является перспективным экологически чистым моторным топливом, так как при его сгорании образуется только вода ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$), что исключает выбросы парниковых газов и вредных веществ. Он обладает высокой энергоемкостью, превосходящей бензин почти в три раза по массе. Однако широкому внедрению водородного транспорта препятствуют серьезные проблемы: экологичность производства водорода напрямую зависит от источника энергии (предпочтительно «зелёный» электролиз от ВИЭ, который пока дорог), а также существуют сложности с его безопасным и компактным хранением на борту транспортного средства и отсутствие необходимой заправочной инфраструктуры. Решение этих задач является ключом к переходу на водородное топливо в будущем.

1. Кислоты — это __________________

1.

Решение

В химии существует несколько определений понятия "кислота", которые развивались исторически и дополняют друг друга. Наиболее распространенным, особенно в рамках школьного курса, является определение с точки зрения теории электролитической диссоциации (ТЭД).

Согласно этой теории, кислоты – это сложные вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться на атомы металла, и кислотного остатка. Ключевой особенностью кислот является их способность к электролитической диссоциации в водных растворах.

Диссоциация – это распад молекул на ионы. В случае кислот, они распадаются на положительно заряженные ионы (катионы) водорода $H^+$ и отрицательно заряженные ионы (анионы) кислотного остатка.

Общая формула кислот: $H_n A$, где:
• $H$ – атом водорода;
• $A$ – кислотный остаток (например, $Cl^-$, $SO_4^{2-}$, $PO_4^{3-}$);
• $n$ – число атомов водорода, которое равно заряду (валентности) кислотного остатка.

Процесс диссоциации можно записать в общем виде:
$H_n A \rightleftharpoons nH^+ + A^{n-}$

Примеры диссоциации конкретных кислот:
Соляная кислота: $HCl \leftrightarrow H^+ + Cl^-$
Серная кислота (суммарно): $H_2SO_4 \leftrightarrow 2H^+ + SO_4^{2-}$
Ортофосфорная кислота (суммарно): $H_3PO_4 \leftrightarrow 3H^+ + PO_4^{3-}$

Именно наличие катионов водорода $H^+$ в растворе обусловливает общие характерные свойства всех кислот:
• кислый вкус;
• изменение окраски индикаторов (лакмус становится красным, метилоранж – розовым);
• взаимодействие с металлами, стоящими в ряду активности до водорода;
• реакция нейтрализации с основаниями;
• взаимодействие с основными и амфотерными оксидами, а также с некоторыми солями.

Для более полного понимания стоит упомянуть и другие теории:
1. Протонная теория Брёнстеда-Лоури: кислота – это донор протона, то есть частица (молекула или ион), отдающая протон ($H^+$) другой частице (основанию).
2. Электронная теория Льюиса: кислота – это акцептор электронной пары, то есть частица, принимающая пару электронов от другой частицы (основания Льюиса) для образования ковалентной связи. Эта теория является наиболее общей и включает в себя вещества, не содержащие водород, например, $AlCl_3$ или $CO_2$.

Ответ: Кислоты – это сложные вещества, которые состоят из атомов водорода и кислотного остатка и диссоциируют в водных растворах с образованием катионов водорода ($H^+$) и анионов кислотного остатка.

2. В кислой среде индикаторы изменяют цвет:

а) фиолетовый лакмус на __________

б) метиловый оранжевый на __________

а) фиолетовый лакмус на

Индикатор лакмус, имеющий в нейтральной среде фиолетовый цвет, в кислой среде изменяет свою окраску. Это происходит из-за увеличения концентрации ионов водорода ($H^+$), которые взаимодействуют с молекулами индикатора. В результате этого взаимодействия при pH ниже 4,5 лакмус приобретает красный цвет.

Ответ: красный.

б) метиловый оранжевый на

Метиловый оранжевый (также известный как метилоранж) является pH-индикатором, который в нейтральной или слабокислой среде имеет оранжевый цвет. В сильнокислой среде (при pH от 3,1 и ниже) молекула метилоранжа присоединяет протон, что вызывает изменение её электронной структуры и, как следствие, изменение цвета на красный.

Ответ: красный.

3. Заполните пустые ячейки таблицы.

Название | Формула | Кислотный остаток, его валентность

Хлороводородная или ☐☐☐☐☐☐☐ | | I
Cl

| $H_2S$ |

| |

Решение

Для заполнения пустых ячеек таблицы необходимо проанализировать данные в каждой строке и, используя базовые знания о бескислородных кислотах, их названиях, формулах и свойствах, определить недостающую информацию.

Заполнение первой строки:

В столбце "Название" указано "Хлороводородная или [...]". У хлороводородной кислоты есть второе, широко распространенное, тривиальное название — соляная кислота. Это слово и необходимо вписать.

Для определения "Формулы" воспользуемся данными из столбца "Кислотный остаток, его валентность". Кислотный остаток — это хлор (Cl), его валентность равна I. Все кислоты содержат атомы водорода (H), валентность которого также постоянна и равна I. Так как валентности водорода и кислотного остатка равны, для составления формулы кислоты требуется один атом водорода и один атом хлора. Следовательно, формула кислоты — $HCl$.

Заполнение второй строки:

В столбце "Формула" указана кислота $H_2S$. "Название" кислоты, соответствующей данной формуле, — сероводородная кислота (раствор газа сероводорода в воде).

Для определения "Кислотного остатка и его валентности" нужно посмотреть на формулу $H_2S$. Кислотный остаток — это часть молекулы, остающаяся после отщепления атомов водорода. В данном случае это сера (S). Валентность кислотного остатка в бескислородных кислотах равна числу атомов водорода в её молекуле. Так как в молекуле $H_2S$ два атома водорода, валентность кислотного остатка S равна II.

Ответ:

Итоговая заполненная таблица: