Номер 5, страница 22 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян

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.