Страница 64 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

1. Используя дополнительную информацию, заполните схему.

Применение серной кислоты

$H_2SO_4$

1. Для заполнения схемы «Применение серной кислоты» ($H_2SO_4$) необходимо указать восемь основных направлений её использования в промышленности и науке. Ниже приведено развернутое описание каждой из этих областей.

Производство минеральных удобрений
Это крупнейшая сфера потребления серной кислоты. Её используют для разложения природных фосфатов с целью получения фосфорных удобрений, в первую очередь простого и двойного суперфосфата. Также с её помощью получают сульфатные удобрения, например, сульфат аммония.
Пример реакции получения простого суперфосфата:
$Ca_3(PO_4)_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow Ca(H_2PO_4)_2 + 2CaSO_4$

Электролит в свинцовых аккумуляторах
Водный раствор серной кислоты ($30-40\%$) служит электролитом в свинцово-кислотных аккумуляторах, которые массово применяются в автомобилях, мотоциклах и в качестве источников бесперебойного питания.

Очистка нефтепродуктов
В нефтеперерабатывающей промышленности серную кислоту используют в процессе так называемой сернокислотной очистки. Она позволяет удалять из нефтепродуктов (бензина, керосина, смазочных масел) непредельные углеводороды, сернистые соединения и другие нежелательные примеси.

Получение других кислот и солей
Являясь сильной и нелетучей кислотой, серная кислота вытесняет более летучие кислоты из их солей. Этим способом в промышленности получают соляную, плавиковую, азотную и другие кислоты. Также она широко применяется для получения солей-сульфатов, например, медного купороса ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) или железного купороса ($FeSO_4 \cdot 7H_2O$).
Пример реакции получения соляной кислоты:
$2NaCl_{(тв.)} + H_2SO_4 (конц.) \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + 2HCl\uparrow$

Металлообработка (травление металлов)
Разбавленные растворы серной кислоты применяют для травления — очистки поверхности стальных изделий от окалины и ржавчины перед нанесением защитных покрытий (гальванических, лакокрасочных, эмалевых).

Производство химических волокон
Серная кислота является важным компонентом осадительной ванны в производстве искусственных волокон, например, вискозного шёлка и штапельного волокна. В этой ванне происходит формирование нити из раствора вискозы.

Органический синтез
Концентрированная серная кислота — важнейший реагент в органической химии. Её используют как катализатор и сильное водоотнимающее средство в реакциях дегидратации, этерификации и нитрования. Она незаменима в производстве красителей, взрывчатых веществ (тринитротолуол, нитроглицерин), лекарственных препаратов и синтетических моющих средств.

Осушитель газов и жидкостей
Благодаря своей высокой гигроскопичности (способности поглощать воду), концентрированная серная кислота используется в лабораторной практике и в промышленности для осушения газов, которые с ней не реагируют (например, $O_2$, $N_2$, $CO_2$, $Cl_2$).

Ответ: В ячейки схемы «Применение серной кислоты» можно вписать: 1. Производство минеральных удобрений; 2. Электролит в свинцовых аккумуляторах; 3. Очистка нефтепродуктов; 4. Получение других кислот и солей; 5. Металлообработка (травление металлов); 6. Производство химических волокон; 7. Органический синтез (производство красителей, лекарств, взрывчатых веществ); 8. Осушитель газов и жидкостей.

2. Расположите серосодержащие кислоты по возрастанию в них массовой доли серы: а) $H_2SO_3$; б) $H_2S$; в) $H_2SO_4$.

а) $M_r($ ) =

$w(S)$ = , или %

б) $M_r($ ) =

$w(S)$ = , или %

в) $M_r($ ) =

$w(S)$ = , или %

Ответ:

Дано:

а) H₂SO₃ (сернистая кислота)

б) H₂S (сероводородная кислота)

в) H₂SO₄ (серная кислота)

Найти:

Расположить кислоты по возрастанию в них массовой доли серы ($\omega(S)$).

Решение:

Чтобы расположить кислоты в нужном порядке, необходимо рассчитать для каждой из них относительную молекулярную массу ($M_r$) и массовую долю серы ($\omega(S)$). Будем использовать относительные атомные массы элементов, округленные до целых значений: $A_r(H) = 1$, $A_r(S) = 32$, $A_r(O) = 16$.

Массовая доля элемента в веществе вычисляется по формуле:

$\omega(\text{элемента}) = \frac{n \cdot A_r(\text{элемента})}{M_r(\text{вещества})}$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $A_r$ — его относительная атомная масса, а $M_r$ — относительная молекулярная масса всего вещества.

а) H₂SO₃

Относительная молекулярная масса сернистой кислоты:

$M_r(H_2SO_3) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 3 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 3 \cdot 16 = 82$.

Массовая доля серы:

$\omega(S) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2SO_3)} = \frac{32}{82} \approx 0.3902$.

В процентах: $0.3902 \cdot 100\% = 39.02\%$.

Ответ: $M_r(H_2SO_3) = 82$; $\omega(S) \approx 0.3902$ или $39.02\%$.

б) H₂S

Относительная молекулярная масса сероводородной кислоты:

$M_r(H_2S) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) = 2 \cdot 1 + 32 = 34$.

Массовая доля серы:

$\omega(S) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2S)} = \frac{32}{34} \approx 0.9412$.

В процентах: $0.9412 \cdot 100\% = 94.12\%$.

Ответ: $M_r(H_2S) = 34$; $\omega(S) \approx 0.9412$ или $94.12\%$.

в) H₂SO₄

Относительная молекулярная масса серной кислоты:

$M_r(H_2SO_4) = 2 \cdot A_r(H) + A_r(S) + 4 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 32 + 4 \cdot 16 = 98$.

Массовая доля серы:

$\omega(S) = \frac{A_r(S)}{M_r(H_2SO_4)} = \frac{32}{98} \approx 0.3265$.

В процентах: $0.3265 \cdot 100\% = 32.65\%$.

Ответ: $M_r(H_2SO_4) = 98$; $\omega(S) \approx 0.3265$ или $32.65\%$.

Сравнивая полученные массовые доли серы: $32.65\% (\text{H}_2\text{SO}_4) < 39.02\% (\text{H}_2\text{SO}_3) < 94.12\% (\text{H}_2\text{S})$.

Следовательно, кислоты в порядке возрастания массовой доли серы располагаются следующим образом: H₂SO₄, H₂SO₃, H₂S.

Ответ: в, а, б.

3. Расположите хлорсодержащие соединения по уменьшению в них массовой доли хлора: а) $HCl$; б) $HClO$ (хлорная кислота); в) $KClO_3$ (бертолетова соль).

а) $M_r($___________$)$ = ___________
$w(Cl)$ = ___________ , или ___________%

б) $M_r($___________$)$ = ___________
$w(Cl)$ = ___________ , или ___________%

в) $M_r($___________$)$ = ___________
$w(Cl)$ = ___________ , или ___________%

Ответ: ___________

Для того чтобы расположить соединения по уменьшению массовой доли хлора, необходимо для каждого соединения рассчитать его относительную молекулярную массу ($M_r$) и массовую долю хлора ($w(Cl)$).

Дано:

Соединения: a) HCl; б) HClO; в) KClO₃.

Относительные атомные массы элементов (округленные):

$A_r(H) = 1$

$A_r(Cl) = 35,5$

$A_r(O) = 16$

$A_r(K) = 39$

Найти:

$M_r$ и $w(Cl)$ для каждого соединения. Расположить соединения в порядке уменьшения массовой доли хлора в них.

Решение:

Массовая доля элемента в соединении вычисляется по формуле:

$w(Элемент) = \frac{n \cdot A_r(Элемент)}{M_r(Соединение)}$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $A_r$ — относительная атомная масса элемента, $M_r$ — относительная молекулярная масса соединения.

а) Хлороводород HCl

Относительная молекулярная масса:

$M_r(HCl) = A_r(H) + A_r(Cl) = 1 + 35,5 = 36,5$

Массовая доля хлора:

$w(Cl) = \frac{A_r(Cl)}{M_r(HCl)} = \frac{35,5}{36,5} \approx 0,9726$, или $97,26\%$

б) Хлорноватистая кислота HClO

Относительная молекулярная масса:

$M_r(HClO) = A_r(H) + A_r(Cl) + A_r(O) = 1 + 35,5 + 16 = 52,5$

Массовая доля хлора:

$w(Cl) = \frac{A_r(Cl)}{M_r(HClO)} = \frac{35,5}{52,5} \approx 0,6762$, или $67,62\%$

в) Хлорат калия (бертолетова соль) KClO₃

Относительная молекулярная масса:

$M_r(KClO_3) = A_r(K) + A_r(Cl) + 3 \cdot A_r(O) = 39 + 35,5 + 3 \cdot 16 = 122,5$

Массовая доля хлора:

$w(Cl) = \frac{A_r(Cl)}{M_r(KClO_3)} = \frac{35,5}{122,5} \approx 0,2898$, или $28,98\%$

Сравним полученные массовые доли хлора: $97,26\% (HCl) > 67,62\% (HClO) > 28,98\% (KClO_3)$.

Ответ: Соединения в порядке уменьшения в них массовой доли хлора: HCl, HClO, KClO₃.