Страница 65 - гдз по химии 8 класс учебник Журин

Какие вещества и как можно получить, имея в своём распоря-

Поскольку в вопросе не указано, какие именно вещества имеются в распоряжении, предположим, что нам доступны самые распространенные природные ресурсы и продукты их первичной переработки: вода ($H_2O$), воздух (состоящий в основном из азота $N_2$ и кислорода $O_2$), поваренная соль ($NaCl$), известняк ($CaCO_3$), уголь ($C$) и источник энергии (электричество и тепло).

Решение

Исходя из данных предположений, можно осуществить синтез множества неорганических и органических веществ. Рассмотрим основные из них.

Эти газы можно получить методом электролиза воды. На отрицательном электроде (катоде) выделяется водород, а на положительном (аноде) — кислород. Кислород также можно получать фракционной перегонкой сжиженного воздуха.

Уравнение реакции электролиза воды: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

Ответ: Водород и кислород можно получить путем электролиза воды.

Эти вещества получают при термическом разложении (обжиге) известняка в специальных печах при температуре около 900–1200 °C. Углекислый газ также можно получить при сжигании угля в избытке кислорода.

Уравнение реакции обжига известняка: $CaCO_3 \xrightarrow{t^\circ} CaO + CO_2\uparrow$

Уравнение реакции горения угля: $C + O_2 \to CO_2\uparrow$

Ответ: Негашеную известь и углекислый газ можно получить путем обжига известняка.

Данные вещества получают из поваренной соли ($NaCl$) с помощью электролиза. При электролизе расплава соли на катоде образуется металлический натрий, а на аноде — газообразный хлор. При электролизе водного раствора соли получают гидроксид натрия, хлор и водород.

Электролиз расплава: $2NaCl \xrightarrow{электролиз, расплав} 2Na + Cl_2\uparrow$

Электролиз раствора: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз, раствор} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

Ответ: Натрий, хлор и гидроксид натрия можно получить путем электролиза расплава или водного раствора поваренной соли.

Для получения соляной кислоты необходимо сначала синтезировать хлороводород. Это делают путем прямой реакции между водородом и хлором, полученными ранее (см. пункты 1 и 3). Реакция инициируется нагреванием или ультрафиолетовым облучением. Затем газообразный хлороводород растворяют в воде.

Уравнение реакции синтеза хлороводорода: $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu \text{ или } t^\circ} 2HCl$

Ответ: Соляную кислоту получают путем синтеза хлороводорода из простых веществ с последующим его растворением в воде.

Аммиак является ключевым продуктом химической промышленности. Его получают в процессе Габера-Боша, синтезируя из азота (из воздуха) и водорода (из воды). Процесс требует высоких температур (400-500 °C), высокого давления (15-35 МПа) и использования катализатора (пористое железо).

Уравнение реакции: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$

Ответ: Аммиак получают путем каталитического синтеза из азота и водорода при высоком давлении и температуре.

Производство азотной кислоты основано на окислении аммиака и проходит в три стадии:

1. Каталитическое окисление аммиака кислородом воздуха на платино-родиевом катализаторе до оксида азота(II): $4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow{Pt/Rh, t^\circ} 4NO + 6H_2O$

2. Окисление оксида азота(II) до оксида азота(IV) кислородом воздуха: $2NO + O_2 \to 2NO_2$

3. Поглощение оксида азота(IV) водой в присутствии кислорода с образованием азотной кислоты: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \to 4HNO_3$

Ответ: Азотную кислоту получают в ходе многостадийного процесса, включающего каталитическое окисление аммиака.

Гашеную известь (гидроксид кальция) получают простой реакцией "гашения" негашеной извести водой.

Уравнение реакции: $CaO + H_2O \to Ca(OH)_2$

Кальцинированную соду (карбонат натрия) можно получить, пропуская углекислый газ (из обжига известняка) через раствор гидроксида натрия (из электролиза раствора соли).

Уравнение реакции: $2NaOH + CO_2 \to Na_2CO_3 + H_2O$

Ответ: Гашеную известь получают реакцией оксида кальция с водой; соду — реакцией гидроксида натрия с углекислым газом.

Расскажите о генетических рядах алюминия.

Генетический ряд в химии — это последовательность превращений, которая показывает взаимосвязь между разными классами химических соединений, содержащих один и тот же элемент. Алюминий ($Al$) — это металл, который проявляет амфотерные свойства, то есть он может вступать в реакции как с кислотами, так и со щелочами. В связи с этим для алюминия можно составить несколько генетических рядов, отражающих его двойственную химическую природу.

Этот ряд показывает превращения, характерные для металлов: от простого вещества к оксиду, затем к соли и гидроксиду.

Цепочка превращений: $Al \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3$.

• 1. Получение оксида алюминия из алюминия. При сжигании алюминия в кислороде образуется его оксид:

  $4Al + 3O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Al_2O_3$

• 2. Получение соли из оксида. Оксид алюминия, обладая основными свойствами, реагирует с кислотами. Например, с соляной кислотой образуется хлорид алюминия:

  $Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$

• 3. Получение гидроксида из соли. При действии на раствор соли алюминия слабым основанием, например, водным раствором аммиака, выпадает осадок гидроксида алюминия:

  $AlCl_3 + 3NH_3 \cdot H_2O \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl$

Ответ: Один из генетических рядов алюминия, отражающий его металлические свойства, представляет собой цепочку превращений: алюминий $\rightarrow$ оксид алюминия $\rightarrow$ хлорид алюминия $\rightarrow$ гидроксид алюминия. Эти превращения осуществляются следующими реакциями: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$; $Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$; $AlCl_3 + 3NH_3 \cdot H_2O \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl$.

Этот ряд демонстрирует способность алюминия и его соединений проявлять кислотные свойства, взаимодействуя со щелочами с образованием комплексных солей — алюминатов.

Цепочка превращений: $Al \rightarrow Na[Al(OH)_4] \rightarrow Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3 \rightarrow Al$.

• 1. Получение гидроксоалюмината из алюминия. Алюминий растворяется в растворе щёлочи, образуя комплексную соль (тетрагидроксоалюминат натрия) и выделяя водород:

  $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

• 2. Получение гидроксида из гидроксоалюмината. При пропускании углекислого газа (как слабой кислоты) через раствор гидроксоалюмината образуется осадок гидроксида алюминия:

  $Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + NaHCO_3$

• 3. Получение оксида из гидроксида. Амфотерный гидроксид алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия и воду:

  $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Al_2O_3 + 3H_2O$

• 4. Получение металла из оксида. Промышленный способ получения алюминия — электролиз расплава оксида алюминия в криолите ($Na_3AlF_6$):

  $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз} 4Al + 3O_2\uparrow$

Ответ: Генетический ряд, демонстрирующий амфотерные свойства алюминия, может быть представлен цепочкой: алюминий $\rightarrow$ тетрагидроксоалюминат натрия $\rightarrow$ гидроксид алюминия $\rightarrow$ оксид алюминия $\rightarrow$ алюминий. Уравнения реакций для этой цепи: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$; $Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + NaHCO_3$; $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Al_2O_3 + 3H_2O$; $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз} 4Al + 3O_2\uparrow$.