Страница 22 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

В окружающем нас мире постоянно происходят различные изменения, которые называются явлениями. Их принято разделять на физические и химические. Ключевое различие между ними заключается в том, что при химических явлениях одни вещества превращаются в другие, а при физических — состав веществ не изменяется.

Химические явления

Химические явления, или химические реакции, — это процессы, в результате которых из исходных веществ образуются новые вещества с другими свойствами. Признаками химических реакций могут быть: выделение или поглощение тепла и света, изменение цвета, появление запаха, образование осадка или выделение газа.

• Горение: Процесс горения дров в костре или газа в плите — это химическая реакция, в ходе которой древесина или природный газ соединяются с кислородом, образуя новые вещества (углекислый газ, воду, золу) и выделяя тепло и свет.
• Ржавление металла: Когда железный предмет оставляют на открытом воздухе, он со временем покрывается ржавчиной. Это результат химической реакции железа с кислородом и водой, в ходе которой образуется новое вещество — оксид железа (III).
• Гниение органических веществ: Опавшие листья или пищевые отходы со временем перегнивают под действием микроорганизмов. Это сложный комплекс химических превращений, в результате которого органические вещества разлагаются на более простые.
• Скисание молока: Под действием молочнокислых бактерий молочный сахар (лактоза) превращается в молочную кислоту. Вкус, запах и консистенция молока меняются, так как образовалось новое вещество.
• Гашение соды уксусом: При приготовлении выпечки часто смешивают пищевую соду и уксус (или лимонную кислоту). В результате бурной реакции выделяется углекислый газ, который разрыхляет тесто. Это пример образования нового газообразного вещества.

Ответ: Примеры химических явлений: горение дров, ржавление железа, гниение листьев, скисание молока, гашение соды уксусом.

Физические явления

Физические явления — это процессы, при которых изменяется агрегатное состояние вещества, его форма, размер, положение в пространстве, но состав вещества остаётся неизменным. Новые вещества при этом не образуются.

• Изменение агрегатного состояния: Таяние льда (переход воды из твердого состояния в жидкое), кипение воды (переход из жидкого в газообразное), замерзание воды (переход из жидкого в твердое). Во всех случаях вещество остаётся водой ($H_2O$).
• Механическое движение: Движение автомобиля, падение яблока с дерева, полет птицы. При этом изменяется положение тел в пространстве, но сами тела не изменяют свой химический состав.
• Растворение веществ: Растворение сахара или соли в воде. Частицы сахара или соли равномерно распределяются между частицами воды, но не превращаются в другие вещества. Если выпарить воду, можно снова получить кристаллы сахара или соли.
• Световые явления: Образование радуги после дождя (разложение белого света на спектр), отражение света от зеркала, образование тени от предметов.
• Звуковые явления: Распространение звука от музыкального инструмента, эхо в горах. Это распространение колебаний в среде (например, в воздухе).
• Деформация: Сгибание проволоки или лепка из пластилина. Изменяется форма тела, но не его вещественный состав.

Ответ: Примеры физических явлений: таяние льда, кипение воды, движение автомобиля, образование радуги, распространение звука, растворение сахара в воде.

Как называют это явление?

Явление, при котором стальные (железные) детали под воздействием влажной атмосферы покрываются ржавчиной, называется коррозией. В данном конкретном случае, когда речь идет о железе и его сплавах, этот процесс также называют ржавлением.

Ответ: Коррозия (или ржавление).

К физическим или химическим явлениям вы его отнесёте?

Ржавление является химическим явлением.

Ответ: К химическим явлениям.

Почему?

Это явление относится к химическим, потому что в его ходе происходит превращение одних веществ в другие, с новыми свойствами. Исходное вещество — железо ($Fe$), которое входит в состав стали, — это прочный металл серебристо-серого цвета с характерным блеском. В присутствии кислорода ($O_2$) из воздуха и воды ($H_2O$) оно вступает в сложную химическую реакцию. В результате образуется совершенно новое вещество — ржавчина. Ржавчина (гидратированный оксид железа(III), $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$) — это хрупкое, пористое вещество буро-коричневого цвета, которое не обладает прочностью и пластичностью железа.

Ключевое отличие химического явления от физического заключается в том, что при химических явлениях изменяется состав вещества, а при физических — только его форма, размеры или агрегатное состояние (например, плавление льда или изгибание проволоки). Поскольку железо превращается в гидратированный оксид железа(III), мы наблюдаем именно химическое явление. Упрощенное уравнение этого процесса выглядит так:

$4Fe + 3O_2 + 2nH_2O \rightarrow 2(Fe_2O_3 \cdot nH_2O)$

Ответ: Потому что в результате реакции железа с кислородом и водой образуется новое вещество — ржавчина, которое по своему химическому составу и физическим свойствам (цвету, прочности, структуре) кардинально отличается от исходного железа.

Почему процессы горения веществ относят к химическим?

Процессы горения относят к химическим, потому что они представляют собой химические реакции, в результате которых исходные вещества превращаются в совершенно новые вещества с другими химическими и физическими свойствами. Химическая реакция — это процесс, при котором происходит разрыв старых и образование новых химических связей между атомами. Горение является ярким примером такого превращения.

Например, при горении природного газа, основным компонентом которого является метан ($CH_4$), он вступает в реакцию с кислородом ($O_2$) из воздуха. В результате образуются два новых вещества: углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Уравнение этой реакции выглядит так:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Как видно из уравнения, молекулы метана и кислорода перестали существовать в своем первоначальном виде. Вместо них образовались молекулы углекислого газа и воды. Этот процесс всегда сопровождается выделением большого количества энергии в виде тепла и света, что также является характерным признаком многих химических реакций.

В отличие от химических, физические процессы не изменяют состав вещества. Например, плавление льда — это переход воды из твердого состояния в жидкое, но вещество остается тем же — $H_2O$. При сжигании же, например, древесины, она превращается в золу, углекислый газ и водяной пар, то есть в совершенно новые вещества.

Ответ: Процессы горения относят к химическим, так как в их ходе из одних веществ (топливо и окислитель) образуются другие, новые вещества (продукты горения), что является главным признаком химического явления.

Приведите примеры практического применения процессов горения.

Процессы горения имеют широчайшее практическое применение в жизни человека, в основном благодаря выделению большого количества тепловой энергии. Вот некоторые примеры:

• Получение тепла и энергии: отопление жилищ (сжигание газа, дров, угля), приготовление пищи (газовые плиты, костры), производство электроэнергии на тепловых электростанциях (ТЭС).
• Транспорт: работа двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в автомобилях, самолетах, кораблях, где сгорание топлива (бензина, дизеля, керосина) преобразуется в механическую энергию.
• Промышленность: металлургические процессы (например, выплавка чугуна из руды с использованием кокса), производство стройматериалов (обжиг кирпича, производство цемента), химический синтез (например, получение оксида серы для производства серной кислоты).
• Реактивное движение: работа ракетных двигателей, где сгорание топлива создает реактивную тягу для вывода космических аппаратов на орбиту.
• Утилизация отходов: сжигание мусора на мусоросжигательных заводах для уменьшения его объема и, в некоторых случаях, для выработки энергии.
• Освещение и сигнализация: исторически — свечи и масляные лампы, а в настоящее время — сигнальные ракеты (фальшфейеры), фейерверки.

Ответ: Примеры практического применения горения включают: отопление и приготовление пищи, выработку электроэнергии на ТЭС, работу двигателей внутреннего сгорания в транспорте, промышленные процессы (например, металлургия), запуск ракет и утилизацию отходов.

В повседневной жизни нас окружает множество веществ, которые не существуют в живой или неживой природе. Эти вещества созданы человеком в результате химических реакций для получения материалов с заранее заданными полезными свойствами. Такие вещества называют синтетическими.

Решение

Можно выделить несколько основных групп синтетических веществ, широко применяемых в быту:

1. Пластмассы и полимеры. Это огромный класс синтетических материалов, из которых изготавливают упаковку, посуду, трубы, оконные рамы, детали бытовой техники, игрушки и многое другое.
   • Полиэтилен (формула элементарного звена $-(CH_2-CH_2)-$). Используется для производства пакетов, пленок, бутылок.
   • Поливинилхлорид (ПВХ) (формула элементарного звена $-(CH_2-CHCl)-$). Применяется в изготовлении оконных профилей, линолеума, труб, натяжных потолков.
   • Политетрафторэтилен (Тефлон) (формула элементарного звена $-(CF_2-CF_2)-$). Наиболее известен как антипригарное покрытие для сковород и другой посуды.
2. Синтетические волокна. Из них производят ткани для одежды, ковры, обивку для мебели, канаты. Они часто превосходят натуральные волокна по прочности и износостойкости.
   • Капрон (нейлон). Используется для изготовления колготок, струн, рыболовных сетей.
   • Лавсан (полиэстер). Один из самых распространенных материалов для пошива одежды, штор, спортивного инвентаря.
3. Синтетические моющие средства (СМС). Стиральные порошки, гели для стирки и средства для мытья посуды содержат в своей основе синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, алкилбензолсульфонаты, которых нет в природе.
4. Лекарственные препараты. Большинство современных лекарств синтезируются в лабораториях и не имеют полных природных аналогов.
   • Аспирин (ацетилсалициловая кислота, $C_9H_8O_4$). Хотя его природный предшественник (салициловая кислота) содержится в коре ивы, сам аспирин является продуктом синтеза.
   • Парацетамол ($C_8H_9NO_2$). Популярное жаропонижающее и обезболивающее средство, не встречающееся в природе.
5. Пищевые добавки. Многие красители, консерванты, усилители вкуса и искусственные подсластители являются синтетическими веществами.
   • Сахарин, аспартам. Искусственные подсластители, заменяющие сахар.

Ответ: К веществам, применяемым в быту, но не встречающимся в природе, относятся: пластмассы (например, полиэтилен, поливинилхлорид, тефлон), синтетические волокна (капрон, лавсан), синтетические моющие средства, большинство лекарственных препаратов (аспирин, парацетамол) и некоторые пищевые добавки (сахарин, аспартам).

Решение

Примеры веществ, используемых при создании автомобиля

Современный автомобиль является сложным изделием, при создании которого используется огромное разнообразие материалов. Основные из них можно сгруппировать следующим образом:

• Металлы и сплавы:
  • Сталь (сплав железа $Fe$ с углеродом $C$): основной материал для изготовления кузова, рамы, деталей двигателя и подвески благодаря своей прочности и относительной дешевизне.
  • Алюминий ($Al$) и его сплавы: используются для изготовления блоков цилиндров, головок блоков, колесных дисков, некоторых панелей кузова. Они значительно легче стали, что позволяет снизить массу автомобиля и улучшить топливную экономичность.
  • Чугун (сплав $Fe$ с высоким содержанием $C$): применяется для производства тормозных дисков и блоков цилиндров из-за высокой износостойкости и способности гасить вибрации.
• Полимерные материалы:
  • Пластмассы (например, полипропилен, поликарбонат, АБС-пластик): широко применяются для изготовления бамперов, приборных панелей, элементов интерьера, топливных баков. Они легкие, устойчивы к коррозии и позволяют создавать детали сложных форм.
  • Каучуки (натуральный и синтетические): основной материал для производства автомобильных шин, уплотнителей, патрубков и ремней. Главное свойство – эластичность. Для придания прочности каучук подвергают вулканизации серой ($S$).
• Стекло:

  В основном используется силикатное стекло (на основе оксида кремния $SiO_2$). Оно применяется для изготовления лобового, заднего и боковых стекол. Для безопасности используется закаленное или многослойное (триплекс) стекло.

• Керамика:

  Материалы на основе оксида алюминия ($Al_2O_3$) или нитрида кремния ($Si_3N_4$) применяются в свечах зажигания (в качестве изолятора) и в качестве подложки для катализаторов в каталитических нейтрализаторах.

Ответ: При создании автомобиля используются стали, сплавы алюминия, чугун, различные пластмассы и каучуки, силикатное стекло, керамические материалы, а также лакокрасочные покрытия и текстиль.

Химические реакции, протекающие при его эксплуатации

В процессе эксплуатации автомобиля протекает множество химических реакций, обеспечивающих его работу и приводящих к износу.

• Сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания (ДВС):

  Это основной процесс, высвобождающий энергию. На примере октана ($C_8H_{18}$), одного из компонентов бензина, полное сгорание выглядит так:

  $2C_8H_{18} (ж) + 25O_2 (г) \rightarrow 16CO_2 (г) + 18H_2O (г) + Q$

  При недостатке кислорода происходит неполное сгорание с образованием токсичного угарного газа ($CO$) и сажи ($C$):

  $2C_8H_{18} (ж) + 17O_2 (г) \rightarrow 16CO (г) + 18H_2O (г)$

  При высоких температурах в цилиндрах двигателя азот из воздуха вступает в реакцию с кислородом, образуя оксиды азота ($NO_x$):

  $N_2 (г) + O_2 (г) \leftrightarrow 2NO (г)$

• Работа каталитического нейтрализатора:

  Для снижения вредных выбросов выхлопные газы проходят через нейтрализатор, где на катализаторах (платина $Pt$, палладий $Pd$, родий $Rh$) протекают реакции:

  • Окисление угарного газа: $2CO + O_2 \xrightarrow{Pt, Pd} 2CO_2$
  • Доокисление несгоревших углеводородов: $C_xH_y + (x + y/4)O_2 \xrightarrow{Pt, Pd} xCO_2 + y/2H_2O$
  • Восстановление оксидов азота: $2NO_x \xrightarrow{Rh} N_2 + xO_2$
• Электрохимические процессы в аккумуляторе:

  Свинцово-кислотный аккумулятор обеспечивает запуск двигателя. При его разрядке протекает суммарная реакция:

  $Pb (тв) + PbO_2 (тв) + 2H_2SO_4 (р-р) \rightarrow 2PbSO_4 (тв) + 2H_2O (ж)$

  При зарядке аккумулятора от генератора идет обратный процесс.

• Коррозия металлических деталей:

  Железные и стальные детали кузова и шасси подвергаются электрохимической коррозии под воздействием влаги и кислорода воздуха. Упрощенно процесс образования ржавчины ($Fe(OH)_3$) можно описать так:

  $4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

  Процесс значительно ускоряется в присутствии солей, используемых для борьбы с обледенением дорог зимой.

Ответ: Основные химические реакции при эксплуатации автомобиля включают: сгорание топлива в ДВС с образованием $CO_2$, $H_2O$, а также вредных $CO$ и $NO_x$; каталитическое превращение вредных газов в нейтрализаторе; электрохимические реакции разрядки и зарядки аккумулятора; коррозию металлических частей кузова.