Номер C, страница 145 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

C

1. Охарактеризуйте физико-химические свойства серы.

2. Определите формулу оксида, если $m(\text{S}): m(\text{O}) = 1: 1$. Рассчитайте плотность этого вещества по воздуху и массу 1 литра (н.у.).

3. Какой объем воздуха потребуется для окисления 30 м³ оксида серы (IV)?

Ответ: 75 м³ воздуха.

4. Творческое задание. Подготовьте эссе, презентацию на тему «Как предотвратить кислотные дожди?».

1. Охарактеризуйте физико-химические свойства серы.

Сера ($S$) – химический элемент 16-й группы, 3-го периода периодической системы, типичный неметалл.

Физические свойства: При нормальных условиях сера представляет собой твёрдое хрупкое вещество жёлтого цвета. Существует в нескольких аллотропных модификациях. Наиболее устойчива ромбическая сера (α-сера), которая при температуре выше 95,5°C переходит в моноклинную (β-серу). Сера нерастворима в воде, но хорошо растворяется в некоторых органических растворителях, например, в сероуглероде ($CS_2$). Она является плохим проводником тепла и электричества. Температура плавления ромбической серы составляет 115,2°C, температура кипения – 444,6°C.

Химические свойства: Сера химически активна, особенно при нагревании. В соединениях проявляет степени окисления -2, 0, +2, +4, +6. Она может выступать как в роли окислителя, так и в роли восстановителя.

Как окислитель сера реагирует с металлами (образуя сульфиды) и водородом:

$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

$H_2 + S \xrightarrow{t} H_2S$

Как восстановитель сера реагирует с более электроотрицательными элементами, такими как кислород и галогены, а также со сложными веществами-окислителями:

$S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$

$S + 3F_2 \rightarrow SF_6$

$S + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow 3SO_2\uparrow + 2H_2O$

Для серы также характерны реакции диспропорционирования при взаимодействии со щелочами:

$3S + 6KOH \xrightarrow{t} 2K_2S + K_2SO_3 + 3H_2O$

Ответ: Сера — это твёрдое жёлтое кристаллическое вещество, нерастворимое в воде, обладающее несколькими аллотропными модификациями. Химически активна, проявляет свойства как окислителя (в реакциях с металлами), так и восстановителя (в реакциях с кислородом, галогенами, кислотами-окислителями).

2. Определите формулу оксида, если m(S) : m(O) = 1 : 1. Рассчитайте плотность этого вещества по воздуху и массу 1 литра (н.у.).

Дано:

$m(S) : m(O) = 1 : 1$

$V = 1$ л (н.у.)

Найти:

Формула оксида - ?

$D_{воздух}$ - ?

$m(1 \text{ л})$ - ?

Решение:

1. Определим простейшую формулу оксида серы $S_xO_y$.

Соотношение индексов в формуле равно соотношению количества вещества (в молях):

$x : y = n(S) : n(O)$

Количество вещества каждого элемента найдем по формуле $n = m/M$.

Молярная масса серы $M(S) \approx 32$ г/моль.

Молярная масса кислорода $M(O) \approx 16$ г/моль.

Примем массу серы за 1 г, тогда масса кислорода также 1 г.

$x : y = \frac{m(S)}{M(S)} : \frac{m(O)}{M(O)} = \frac{1}{32} : \frac{1}{16}$

Чтобы получить целочисленное соотношение, разделим оба числа на меньшее из них ($\frac{1}{32}$) или умножим на 32:

$x : y = (\frac{1}{32} \cdot 32) : (\frac{1}{16} \cdot 32) = 1 : 2$

Следовательно, формула оксида – $SO_2$ (оксид серы (IV) или диоксид серы).

2. Рассчитаем молярную массу $SO_2$:

$M(SO_2) = M(S) + 2 \cdot M(O) = 32 + 2 \cdot 16 = 64$ г/моль.

3. Рассчитаем относительную плотность оксида серы(IV) по воздуху.

$D_{воздух} = \frac{M(SO_2)}{M_{воздух}}$, где средняя молярная масса воздуха $M_{воздух} \approx 29$ г/моль.

$D_{воздух} = \frac{64}{29} \approx 2,21$

4. Рассчитаем массу 1 литра $SO_2$ при нормальных условиях (н.у.).

При н.у. молярный объем любого газа $V_m = 22,4$ л/моль. Сначала найдем количество вещества $SO_2$ в 1 литре:

$n(SO_2) = \frac{V}{V_m} = \frac{1 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 0,0446$ моль.

Теперь найдем массу этого количества вещества:

$m(SO_2) = n(SO_2) \cdot M(SO_2) = 0,0446 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} \approx 2,86$ г.

Ответ: Формула оксида – $SO_2$. Плотность по воздуху – 2,21. Масса 1 литра (н.у.) – 2,86 г.

3. Какой объем воздуха потребуется для окисления 30 м³ оксида серы (IV)?

Дано:

$V(SO_2) = 30$ м³

$\phi(O_2 \text{ в воздухе}) \approx 20\% = 0,2$ (исходя из предоставленного в задаче ответа)

Найти:

$V(воздуха)$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции каталитического окисления оксида серы(IV) до оксида серы(VI):

$2SO_2 + O_2 \xrightarrow{V_2O_5, t} 2SO_3$

2. Согласно закону объемных отношений Гая-Люссака, для газов, участвующих в реакции, отношение их объемов равно отношению их стехиометрических коэффициентов.

Из уравнения реакции видно, что на 2 объема $SO_2$ требуется 1 объем $O_2$.

$\frac{V(SO_2)}{V(O_2)} = \frac{2}{1}$

3. Найдем объем кислорода, необходимый для реакции:

$V(O_2) = \frac{V(SO_2)}{2} = \frac{30 \text{ м³}}{2} = 15$ м³.

4. Рассчитаем объем воздуха. Объемная доля кислорода в воздухе составляет примерно 21%. В школьных задачах для упрощения расчетов часто принимают это значение равным 20% (1/5). Используем значение 20%, чтобы получить ответ, указанный в условии.

$V(воздуха) = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)} = \frac{15 \text{ м³}}{0,20} = 75$ м³.

Ответ: 75 м³ воздуха.

4. Творческое задание. Подготовьте эссе, презентацию на тему «Как предотвратить кислотные дожди?».

План эссе/презентации на тему «Как предотвратить кислотные дожди?»

I. Введение

- Что такое кислотные дожди? Определение кислотных дождей как любых атмосферных осадков (дождь, снег, туман) с повышенной кислотностью (pH < 5,6).

- Причины возникновения. Основные виновники — оксиды серы ($SO_x$) и оксиды азота ($NO_x$), которые, попадая в атмосферу, реагируют с водой и образуют серную и азотную кислоты.

- Источники загрязнения. Главные источники — сжигание ископаемого топлива (угля, мазута, газа) на электростанциях, в промышленности и в двигателях транспортных средств.

II. Основная часть: Стратегии предотвращения

1. Технологические решения (снижение выбросов у источника):

- Очистка топлива. Использование угля и нефти с низким содержанием серы. Процедуры "промывки" угля для удаления части серы до его сжигания.

- Установка очистных систем. Применение "скрубберов" (газоочистителей) на трубах промышленных предприятий и ТЭС для улавливания оксидов серы. Этот процесс (десульфуризация) связывает $SO_2$ с помощью, например, известняка, превращая его в гипс.

- Модернизация процессов горения. Использование специальных горелок с низкой эмиссией $NO_x$ и контроль температуры горения для уменьшения образования оксидов азота.

- Каталитические нейтрализаторы в автомобилях. Обязательное оснащение автомобилей катализаторами, которые преобразуют вредные оксиды азота, угарный газ и несгоревшие углеводороды в безопасные вещества ($N_2$, $CO_2$, $H_2O$).

2. Переход на альтернативные и возобновляемые источники энергии:

- Сокращение зависимости от ископаемого топлива — самый кардинальный способ решения проблемы.

- Развитие солнечной, ветровой, гидро- и геотермальной энергетики. Эти источники не производят выбросов, вызывающих кислотные дожди.

- Использование атомной энергии (не создает выбросов $SO_2$ и $NO_x$, но имеет другие экологические риски).

3. Энергосбережение и повышение энергоэффективности:

- Чем меньше энергии мы потребляем, тем меньше топлива нужно сжигать.

- Внедрение энергосберегающих технологий в промышленности, быту (энергоэффективные приборы) и на транспорте.

- Популяризация общественного транспорта, велосипедов и пеших прогулок.

4. Законодательные и международные меры:

- Введение строгих национальных и международных стандартов на выбросы для промышленности и транспорта.

- Международное сотрудничество, так как загрязнение воздуха не знает границ (например, Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния).

III. Заключение

- Подведение итогов: борьба с кислотными дождями требует комплексного подхода, сочетающего технологические инновации, переход к чистой энергетике, рациональное потребление и политическую волю.

- Положительный опыт: успехи, достигнутые в Европе и Северной Америке с 1980-х годов, показывают, что проблема решаема, если действовать целенаправленно и сообща.

Ответ: Для предотвращения кислотных дождей необходимо сокращать выбросы оксидов серы и азота путем очистки промышленных газов и выхлопов автомобилей, переходить на возобновляемые источники энергии, повышать энергоэффективность и укреплять международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.