Страница 258 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об областях применения метана.

Метан (химическая формула $CH_4$) — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха (запах бытовому газу придают специальные добавки — одоранты). Он является основным компонентом природного газа (до 98%), а также попутных нефтяных газов, болотного и рудничного газов. Благодаря своей доступности и высокой теплоте сгорания, метан нашел широчайшее применение в различных отраслях промышленности и в быту.

1. Использование в качестве топлива

Основная и наиболее масштабная область применения метана — это его использование в качестве высокоэффективного и экологически относительно чистого топлива.

В энергетике: Метан сжигают на тепловых электростанциях (ТЭЦ) для выработки электроэнергии и тепла. Процесс горения метана описывается уравнением: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии.

В быту: Природный газ на основе метана используется для приготовления пищи на газовых плитах, для отопления жилых домов и подогрева воды в газовых колонках и котлах.

В качестве моторного топлива: Метан используется как топливо для двигателей внутреннего сгорания. Применяется в двух видах: компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) и сжиженный природный газ (СПГ). Автомобили, автобусы, железнодорожный и водный транспорт все чаще переводят на метановое топливо из-за его дешевизны и меньшего количества вредных выбросов по сравнению с бензином и дизельным топливом.

Ответ: Главная область применения метана — это топливно-энергетический комплекс, где он используется для производства электроэнергии и тепла, в бытовых целях и как моторное топливо для транспорта.

2. Сырьё в химической промышленности

Метан является важнейшим сырьем для органического синтеза. Из него получают множество ценных продуктов.

Производство синтез-газа: Паровой или углекислотной конверсией метана получают синтез-газ (смесь оксида углерода(II) и водорода): $CH_4 + H_2O \rightleftarrows CO + 3H_2$. Синтез-газ, в свою очередь, является основой для производства метанола ($CH_3OH$), синтетического жидкого топлива (процесс Фишера-Тропша) и многих других органических соединений.

Получение водорода: Значительная часть производимого в мире водорода получается из метана. Водород необходим для синтеза аммиака ($NH_3$), который является основой для производства азотных удобрений.

Производство ацетилена: Путем пиролиза (нагревания до высоких температур без доступа воздуха) из метана получают ацетилен ($C_2H_2$): $2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ C} C_2H_2 + 3H_2$. Ацетилен используется для газовой сварки и резки металлов, а также в органическом синтезе.

Получение сажи (технического углерода): При неполном сгорании или термическом разложении метана образуется сажа: $CH_4 \rightarrow C + 2H_2$. Сажу используют в качестве наполнителя при производстве резины (например, автомобильных шин), а также как черный пигмент в полиграфии и лакокрасочной промышленности.

Производство хлорпроизводных метана: В результате реакции метана с хлором получают хлороформ ($CHCl_3$), четыреххлористый углерод ($CCl_4$) и другие хлорметаны, которые применяются как растворители и хладагенты.

Ответ: В химической промышленности метан является ключевым сырьем для получения водорода, синтез-газа, ацетилена, сажи и хлорпроизводных, которые, в свою очередь, используются для производства удобрений, пластмасс, каучуков, растворителей и других важных продуктов.

3. Другие области применения

Существуют и другие, более специфические сферы использования метана.

Ракетное топливо: Сжиженный метан в паре с жидким кислородом рассматривается как перспективная и эффективная топливная пара для ракетных двигателей. Он менее токсичен и более дешев, чем традиционные компоненты ракетного топлива.

Хладагент: В некоторых промышленных холодильных установках метан может использоваться в качестве хладагента.

Ответ: К прочим областям применения метана относятся его использование в качестве компонента ракетного топлива и в роли хладагента в промышленных установках.

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об областях применения этилена.

Этилен (этен), химическая формула $C_2H_4$ — это простейший алкен, бесцветный горючий газ со слабым сладковатым запахом. Благодаря наличию двойной связи в молекуле, он обладает высокой реакционной способностью, что делает его одним из самых важных и крупнотоннажных продуктов химической промышленности. Основные области применения этилена включают производство полимеров, синтез других органических соединений, а также использование в сельском хозяйстве.

Производство полимеров

Самое масштабное применение этилена (более 60% от всего производства) — это синтез полиэтилена. В процессе полимеризации молекулы этилена (мономеры) соединяются в длинные макромолекулярные цепи. Реакция выглядит следующим образом:

$nCH_2=CH_2 \xrightarrow{t, p, kat} (-CH_2-CH_2-)_n$

В зависимости от условий реакции получают полиэтилен с различными свойствами:

• Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) или низкой плотности (LDPE): гибкий и эластичный материал, из которого изготавливают упаковочные пленки, пакеты, изоляцию для кабелей.
• Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) или высокой плотности (HDPE): более твердый и прочный материал, применяемый для производства труб, канистр, бутылок, контейнеров и различных емкостей.

Синтез других органических веществ

Этилен служит стартовым реагентом для производства многих других ценных химических продуктов:

• Этиленоксид: Получается при окислении этилена. Из него производят этиленгликоль (основу антифризов и сырье для полиэфирных волокон, например, лавсана или ПЭТ) и неионогенные поверхностно-активные вещества (компоненты моющих средств).
• Дихлорэтан: Продукт хлорирования этилена, который практически полностью перерабатывается в винилхлорид — мономер для получения поливинилхлорида (ПВХ). Из ПВХ делают оконные профили, трубы, линолеум, изоляцию для проводов.
• Этилбензол: Получается в реакции этилена с бензолом. Дальнейшее дегидрирование этилбензола дает стирол — мономер для полистирола, из которого изготавливают одноразовую посуду, упаковку, пенопласт.
• Этанол: Промышленный (синтетический) этанол получают гидратацией этилена. Он используется как растворитель и компонент моторного топлива.
• Винилацетат: Используется для синтеза поливинилацетата (ПВА), который является основой для производства клеев, эмульсионных красок и покрытий.

Применение в сельском хозяйстве

Этилен является природным растительным гормоном (фитогормоном), регулирующим созревание плодов и старение растений. Это свойство широко используется в агропромышленности:

• Ускорение созревания плодов: Недозрелые фрукты (бананы, томаты, цитрусовые) после сбора и во время транспортировки обрабатывают газообразным этиленом для стимуляции их равномерного и быстрого дозревания перед поступлением в продажу.
• Регуляция роста: Этилен также может применяться для стимуляции цветения (например, у ананасов) или для облегчения механизированной уборки (вызывая опадение листьев у хлопчатника).

Другие области применения

• Газопламенная обработка металлов: Смесь этилена с кислородом дает высокотемпературное пламя, которое используется для резки и сварки металлов.
• Медицина: В прошлом этилен применялся как ингаляционный анестетик для общего наркоза, но был заменен более безопасными и не взрывоопасными препаратами.

Ответ: Основные области применения этилена: 1) производство полимеров, в первую очередь полиэтилена (для пленок, труб, тары); 2) сырье для синтеза других важнейших органических веществ, таких как этиленоксид (для антифризов), дихлорэтан (для ПВХ), этилбензол (для полистирола) и этанол; 3) использование в сельском хозяйстве в качестве фитогормона для ускорения созревания плодов; 4) применение в газовой сварке и резке металлов.

3. Используя ресурсы Интернета, подготовьте сообщение об отраслях промышленности, где используется уголь и продукты его переработки.

Уголь является не только одним из важнейших источников энергии, но и ценным сырьем для многих отраслей промышленности. Продукты, получаемые при его добыче и переработке, находят широкое применение в различных сферах производства. Основные направления использования угля и продуктов его переработки можно разделить на несколько ключевых групп.

Энергетика

Основное применение угля в мире — это производство электроэнергии и тепла. На тепловых электростанциях (ТЭС) и теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) уголь сжигается в котлах для нагрева воды и получения пара высокого давления. Этот пар вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий электрический ток. Значительная часть всей электроэнергии в мире производится именно на угольных ТЭС. Также уголь используется как энергетическое топливо для отопления промышленных и жилых зданий.

Ответ: В энергетике уголь используется в качестве топлива на тепловых электростанциях для выработки электроэнергии и тепла.

Металлургия

Черная металлургия является вторым по значимости потребителем угля. Здесь используется не сам уголь, а продукт его переработки — кокс. Кокс получают путем коксования, то есть нагревания специальных сортов угля (коксующихся) до высоких температур ($900-1100$ °C) без доступа воздуха. В доменном процессе кокс выполняет три важнейшие функции: во-первых, он служит топливом, сгорая и обеспечивая температуру, необходимую для плавки железной руды; во-вторых, он является восстановителем, который восстанавливает железо из оксидов, содержащихся в руде (упрощенно процесс можно описать уравнением $Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$); в-третьих, он действует как разрыхлитель шихты, обеспечивая газопроницаемость столба материалов в доменной печи. Побочные продукты коксования, такие как коксовый газ и каменноугольная смола, также находят применение в качестве топлива и химического сырья.

Ответ: В металлургии продукт переработки угля, кокс, используется в качестве топлива и восстановителя при выплавке чугуна из железной руды.

Химическая промышленность

Уголь и продукты его переработки являются ценнейшим сырьем для химической промышленности, из которого получают тысячи различных веществ и материалов. Одно из ключевых направлений — переработка каменноугольной смолы, сложной смеси органических веществ, получаемой при коксовании. Из нее выделяют бензол, толуол, нафталин и другие ароматические соединения, служащие основой для производства пластмасс, синтетических волокон, красителей, лекарств и пестицидов. Другое важное направление — газификация угля, то есть его превращение в синтез-газ (смесь $CO$ и $H_2$). Этот газ является сырьем для синтеза аммиака (основы азотных удобрений), метанола и синтетических жидких топлив. Кроме того, из угля производят активированный уголь, который благодаря своей пористой структуре широко используется как адсорбент для очистки воды и воздуха, в медицине и в противогазах.

Ответ: В химической промышленности уголь и продукты его переработки (каменноугольная смола, синтез-газ) служат сырьем для производства пластмасс, удобрений, красителей, лекарств, адсорбентов и синтетического топлива.

Другие отрасли промышленности

Помимо перечисленных основных направлений, уголь находит применение и в других сферах. В производстве строительных материалов, в частности цемента, уголь используется в качестве топлива в печах для обжига цементного клинкера. В производстве углеграфитовых материалов, из антрацитов и каменноугольного пека (остатка от перегонки смолы) производят электроды для электродуговых печей и анодные массы для алюминиевой промышленности. Наконец, зола некоторых углей может служить источником для извлечения редких и рассеянных металлов, таких как германий и галлий.

Ответ: В других отраслях уголь используется для производства цемента, углеграфитовых материалов, а также может служить источником для извлечения редких металлов.

1. Запишите электронные формулы молекул этана и этилена.

Этан

Молекулярная формула этана - $C_2H_6$. Этан является насыщенным углеводородом (алканом). Его молекула состоит из двух атомов углерода (C), имеющих по 4 валентных электрона, и шести атомов водорода (H), имеющих по 1 валентному электрону.

В молекуле этана атомы углерода связаны между собой одинарной ковалентной связью. Каждый атом углерода также связан с тремя атомами водорода одинарными ковалентными связями. Электронная формула, или формула Льюиса, показывает распределение этих валентных электронов. Общая электронная пара, образующая связь, изображается в виде двух точек.

Электронная формула этана выглядит следующим образом:

 H H .. .. H:C : C:H .. .. H H 

В этой структуре каждый атом углерода окружен восемью электронами (октет), а каждый атом водорода — двумя (дублет), что соответствует их стабильным электронным конфигурациям.

Ответ:

 H H .. .. H:C : C:H .. .. H H 

Этилен

Молекулярная формула этилена (этена) - $C_2H_4$. Этилен является ненасыщенным углеводородом (алкеном). Его молекула состоит из двух атомов углерода (C) и четырех атомов водорода (H).

В молекуле этилена атомы углерода соединены двойной ковалентной связью, которая образована двумя общими электронными парами (четырьмя электронами). Каждый атом углерода также связан с двумя атомами водорода одинарными связями.

Электронная формула этилена, отражающая плоское строение молекулы, выглядит так:

 H H . . C :: C . . H H 

Здесь двойная связь (::) между атомами углерода обеспечивает каждому из них наличие октета электронов, а каждый атом водорода имеет стабильный дублет.

Ответ:

 H H . . C :: C . . H H