Страница 259 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

2. Назовите области применения полиэтилена. В случае затруднения обратитесь к Интернету.

Полиэтилен — один из самых распространенных и универсальных полимеров в мире, что обусловлено его низкой стоимостью, химической стойкостью, диэлектрическими свойствами и легкостью переработки. В зависимости от типа (полиэтилен высокого давления (ПЭВД), полиэтилен низкого давления (ПЭНД), линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) и др.), его свойства могут значительно варьироваться, что расширяет области его применения.

Основные области применения полиэтилена включают:

Упаковка и тара

Это крупнейший сектор потребления полиэтилена. Он используется для производства:

• Пленок: упаковочные пакеты (фасовочные, мусорные, "майки"), пищевая пленка, термоусадочная и стретч-пленка для упаковки товаров на палетах.
• Емкостей: бутылки для молока, воды, моющих средств, канистры для масел и химикатов, контейнеры для еды.
• Крышек и колпачков: для бутылок и банок.

Строительство и инфраструктура

Благодаря своей долговечности, коррозионной стойкости и гибкости, полиэтилен широко применяется в строительстве:

• Трубы: напорные трубы для водо- и газоснабжения, канализационные и дренажные трубы, защитные кожухи для кабелей.
• Изоляция: изоляция электрических кабелей и проводов.
• Геомембраны: гидроизоляционные материалы для полигонов ТБО, искусственных водоемов, тоннелей.
• Строительные пленки: пароизоляционные и гидроизоляционные пленки.

Товары народного потребления

Множество предметов, которые мы используем в быту, сделаны из полиэтилена:

• Детские игрушки: конструкторы, куклы, машинки.
• Кухонная утварь: разделочные доски, контейнеры для хранения продуктов, миски.
• Мебель: садовая мебель (стулья, столы), компоненты для офисной мебели.
• Спортивный инвентарь: защитное снаряжение (шлемы, наколенники), скользящие поверхности для лыж и сноубордов.

Сельское хозяйство

В аграрном секторе полиэтилен используется для повышения урожайности и эффективности:

• Пленки для теплиц и парников: для создания оптимального микроклимата для растений.
• Мульчирующие пленки: для защиты почвы от сорняков и сохранения влаги.
• Системы орошения: трубы и шланги для капельного полива.
• Сетки: для защиты урожая от птиц и града.

Автомобильная промышленность

Полиэтилен используется для изготовления различных деталей автомобилей с целью снижения их веса и стоимости:

• Топливные баки: ПЭНД является стандартом для производства топливных баков благодаря своей прочности и устойчивости к топливу.
• Детали интерьера и экстерьера: подкрылки, бамперы, компоненты приборной панели.

Медицина

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) благодаря своей биосовместимости и износостойкости нашел применение в медицине:

• Эндопротезирование: вкладыши для искусственных тазобедренных и коленных суставов.
• Одноразовые изделия: компоненты шприцев, контейнеры для анализов, упаковка для стерильных инструментов.
• Хирургические нити.

Таким образом, полиэтилен является незаменимым материалом в современной промышленности и быту, охватывая широчайший спектр применений от простых пакетов до высокотехнологичных медицинских имплантатов.

Ответ: Полиэтилен применяется в следующих основных областях: производство упаковки (пленки, пакеты, бутылки, контейнеры), строительство (трубы для воды и газа, изоляция кабелей, геомембраны), изготовление товаров народного потребления (игрушки, кухонная утварь, мебель), сельское хозяйство (пленки для теплиц, системы орошения), автомобильная промышленность (топливные баки, детали кузова) и медицина (эндопротезы суставов, одноразовые изделия).

3. Рассчитайте массовые доли углерода в молекулах этана и этилена. Как массовая доля углерода в этих соединениях влияет на характер пламени при их горении?

Дано:

Соединения: этан ($C_2H_6$) и этилен ($C_2H_4$)
Относительные атомные массы (округленные): $Ar(C) = 12$ а.е.м., $Ar(H) = 1$ а.е.м.

Найти:

$ \omega(C) $ в $C_2H_6$ — ?
$ \omega(C) $ в $C_2H_4$ — ?
Как $ \omega(C) $ влияет на характер пламени?

Решение:

1. Расчет массовых долей углерода. Массовая доля элемента ($ \omega(Э) $) в веществе вычисляется по формуле: $ \omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(\text{вещества})} \cdot 100\% $
где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(\text{вещества})$ — относительная молекулярная масса вещества.

Для этана ($C_2H_6$):
Сначала найдем относительную молекулярную массу этана: $ Mr(C_2H_6) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 24 + 6 = 30 $
Теперь рассчитаем массовую долю углерода в этане: $ \omega(C)_{\text{в }C_2H_6} = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_6)} = \frac{2 \cdot 12}{30} = \frac{24}{30} = 0.8 $
В процентах это составляет $0.8 \cdot 100\% = 80\%$.

Для этилена ($C_2H_4$):
Найдем относительную молекулярную массу этилена: $ Mr(C_2H_4) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28 $
Рассчитаем массовую долю углерода в этилене: $ \omega(C)_{\text{в }C_2H_4} = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_4)} = \frac{2 \cdot 12}{28} = \frac{24}{28} \approx 0.857 $
В процентах это составляет примерно $0.857 \cdot 100\% \approx 85.7\%$.

2. Влияние массовой доли углерода на характер пламени. Чем выше массовая доля углерода в углеводороде, тем больше кислорода требуется для его полного сгорания. При горении в условиях обычного воздуха (где количество кислорода ограничено) вещества с высоким содержанием углерода сгорают не полностью. В результате неполного сгорания образуются мельчайшие частицы несгоревшего углерода (сажи). Эти раскаленные частицы сажи светятся, придавая пламени желтый или оранжевый цвет и делая его коптящим (светящимся).

Сравнивая полученные значения, видим, что массовая доля углерода в этилене ($ \approx 85.7\% $) выше, чем в этане ($80\%$). Это означает, что для полного сгорания этилена требуется относительно больше кислорода, чем для этана. Поэтому при горении в одинаковых условиях этилен будет гореть более ярким, светящимся и коптящим пламенем, в то время как пламя этана будет менее ярким и более чистым (голубоватым).

Ответ: Массовая доля углерода в этане составляет $80\%$, а в этилене — около $85.7\%$. Поскольку массовая доля углерода в этилене выше, он горит более светящимся и коптящим пламенем по сравнению с этаном.

4. Как распознать газообразные этан и этилен? Назовите два способа.

Для распознавания газообразных этана и этилена можно использовать качественные реакции на непредельные углеводороды. Основное различие между этаном ($C_2H_6$, алкан) и этиленом ($C_2H_4$, алкен) заключается в наличии у этилена двойной связи углерод-углерод ($C=C$), которая способна вступать в реакции присоединения и окисления в мягких условиях. Этан, как насыщенный углеводород, в такие реакции не вступает.

Способ 1. Взаимодействие с бромной водой

Через пробирки с исследуемыми газами пропускают бромную воду ($Br_2(aq)$), которая имеет характерную желто-бурую окраску.

• Этилен вступает в реакцию присоединения с бромом, разрывая двойную связь. В результате образуется бесцветный продукт 1,2-дибромэтан, и бромная вода обесцвечивается.
  Уравнение реакции: $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$
• Этан не реагирует с бромной водой в обычных условиях, поэтому окраска раствора не изменится.

Таким образом, по обесцвечиванию бромной воды можно определить этилен.

Способ 2. Взаимодействие с раствором перманганата калия (реакция Вагнера)

Через пробирки с газами пропускают холодный водный раствор перманганата калия ($KMnO_4$), имеющий фиолетовый цвет.

• Этилен окисляется раствором перманганата калия с образованием двухатомного спирта (этиленгликоля) и бурого осадка диоксида марганца ($MnO_2$). При этом фиолетовая окраска раствора исчезает.
  Уравнение реакции: $3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$
• Этан устойчив к действию слабого раствора окислителя, поэтому видимых изменений не произойдет, и фиолетовый цвет раствора сохранится.

Таким образом, по исчезновению фиолетовой окраски и появлению бурого осадка можно определить этилен.

Ответ: Распознать этан и этилен можно двумя способами: 1) с помощью бромной воды (этилен ее обесцвечивает, этан — нет); 2) с помощью раствора перманганата калия (этилен обесцвечивает раствор с выпадением бурого осадка, этан — нет).

5. Почему метан и этан горят бесцветным пламенем, а этилен — светящимся?

Решение

Различие в характере пламени при горении метана ($CH_4$), этана ($C_2H_6$) и этилена ($C_2H_4$) объясняется разным относительным содержанием углерода в их молекулах и, как следствие, разной полнотой сгорания в одинаковых условиях.

Свечение пламени, как правило, обусловлено наличием в нём раскалённых твёрдых частиц. При горении углеводородов такими частицами являются частицы сажи (углерода), образующиеся при неполном сгорании.

Метан и этан относятся к насыщенным углеводородам (алканам) и характеризуются сравнительно невысокой массовой долей углерода. Рассчитаем её:

• Для метана ($CH_4$): $ \omega(C) = \frac{A_r(C)}{M_r(CH_4)} = \frac{12}{16} = 0.75 $ (75%).
• Для этана ($C_2H_6$): $ \omega(C) = \frac{2 \cdot A_r(C)}{M_r(C_2H_6)} = \frac{24}{30} = 0.80 $ (80%).

При горении в воздухе им, как правило, хватает кислорода для полного сгорания до углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$), которые являются бесцветными газами. Поэтому их пламя практически бесцветное или имеет слабый голубоватый оттенок (за счёт свечения возбуждённых радикалов, например, $CH$).

$ 2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O $

Этилен ($C_2H_4$) — это ненасыщенный углеводород (алкен) с более высокой массовой долей углерода:

• Для этилена ($C_2H_4$): $ \omega(C) = \frac{2 \cdot A_r(C)}{M_r(C_2H_4)} = \frac{24}{28} \approx 0.857 $ (85.7%).

Из-за высокого содержания углерода при горении этилена в воздухе кислорода не хватает для его полного окисления. Происходит термическое разложение (пиролиз) молекул этилена с образованием твёрдых частиц углерода (сажи). Эти частицы, раскаляясь в пламени до высокой температуры, начинают ярко светиться жёлтым светом. Такое пламя называют светящимся или коптящим.

Ответ: Метан и этан имеют более низкую массовую долю углерода и сгорают практически полностью с образованием бесцветного пламени. Этилен содержит значительно больше углерода, поэтому при его горении происходит неполное сгорание с образованием раскалённых частиц сажи, которые и придают пламени яркий, светящийся характер.

6. Подготовьте сообщение о способах транспортировки углеводородного сырья и его значении для международной кооперации.

Транспортировка углеводородного сырья, такого как нефть, природный газ и продукты их переработки, является фундаментальным элементом глобальной энергетической системы. От надежности и эффективности транспортных коридоров напрямую зависят стабильность поставок энергии, мировые цены на нее и, как следствие, экономическое благополучие множества государств.

Способы транспортировки углеводородного сырья

Выбор конкретного способа перевозки углеводородов определяется типом сырья (нефть, газ), расстоянием, географией маршрута и экономической целесообразностью. Существуют следующие основные методы:

• Трубопроводный транспорт. Это главный способ для перемещения огромных объемов нефти и природного газа на большие сухопутные и подводные расстояния. Магистральные нефте- и газопроводы формируют сложные сети, которые связывают месторождения с перерабатывающими заводами и конечными потребителями. Преимущества: высокая пропускная способность, низкая себестоимость транспортировки на единицу продукции при больших объемах, высокая надежность и независимость от погодных условий. Недостатки: колоссальные начальные инвестиции в строительство, отсутствие гибкости (маршрут нельзя изменить), политическая и физическая уязвимость.
• Морской (танкерный) транспорт. Данный способ доминирует в межконтинентальных перевозках углеводородов. Для сырой нефти и нефтепродуктов используются танкеры различных размеров, вплоть до супертанкеров. Природный газ для морской перевозки сжижают путем охлаждения до температуры $ -162\ \text{°C} $, превращая его в сжиженный природный газ (СПГ), который транспортируют на специализированных судах — СПГ-танкерах (газовозах). Преимущества: глобальный охват (возможность доставки в любой порт мира), гибкость в выборе маршрутов, способность перевозить очень большие объемы. Недостатки: относительно низкая скорость, серьезные экологические риски (например, разливы нефти), зависимость от узких морских путей, таких как Суэцкий канал или Ормузский пролив.
• Железнодорожный транспорт. Применяется для перевозки нефти, нефтепродуктов и сжиженных углеводородных газов (СУГ) в цистернах на средние и дальние расстояния, в основном внутри континентов. Он особенно важен в регионах, где нет доступа к трубопроводам или морским портам. Преимущества: значительно большая гибкость по сравнению с трубопроводами, разветвленная сеть железных дорог. Недостатки: более высокая стоимость перевозки и меньшая пропускная способность по сравнению с трубопроводным и морским транспортом.
• Автомобильный транспорт. Используется для доставки нефтепродуктов (бензина, дизтоплива) на короткие расстояния, например, с нефтебаз на АЗС, или для перевозки сырой нефти с небольших скважин до пунктов сбора. Преимущества: максимальная гибкость и возможность доставки «от двери до двери». Недостатки: малая грузоподъемность, самая высокая себестоимость перевозки на большие расстояния, зависимость от состояния дорог.

Значение транспортировки для международной кооперации

Транспортировка углеводородов выходит далеко за рамки простой логистики, являясь мощным фактором в мировой экономике и международных отношениях.

• Энергетическая безопасность и взаимозависимость. Глобальная транспортная инфраструктура позволяет странам, не обладающим собственными ресурсами, обеспечивать свои энергетические нужды, а странам-добытчикам — получать стабильный доход от экспорта. Это формирует сложную систему глобальной взаимозависимости, которая является основой как для сотрудничества, так и для потенциальных конфликтов.
• Формирование экономических и политических альянсов. Строительство и эксплуатация масштабных транспортных проектов, таких как международные трубопроводы или СПГ-терминалы, требуют тесной кооперации между странами. Долгосрочные контракты на поставку и транзит углеводородов создают прочные экономические и политические связи между государствами-поставщиками, транзитерами и потребителями.
• Геополитический инструмент. Контроль над ключевыми транспортными артериями (трубопроводами, стратегическими проливами) предоставляет государствам значительное геополитическое влияние. Возможность влиять на потоки энергии может использоваться как рычаг в международных переговорах.
• Стимул для технологического и финансового сотрудничества. Создание современных транспортных систем (например, заводов по сжижению газа или глубоководных трубопроводов) требует передовых технологий и огромных инвестиций. Это способствует международной кооперации в научной, инженерной и финансовой сферах, объединяя усилия компаний и банков из разных стран.
• Диверсификация и стабильность рынка. Развитие различных способов и маршрутов транспортировки, особенно глобального рынка СПГ, дает странам-импортерам возможность диверсифицировать источники поставок. Это снижает зависимость от одного поставщика, повышает энергетическую безопасность и способствует формированию более конкурентного и стабильного мирового энергетического рынка.

Ответ:
Транспортировка углеводородного сырья осуществляется четырьмя основными способами: трубопроводным, морским, железнодорожным и автомобильным. Каждый способ имеет свою сферу применения, преимущества и недостатки. Эта транспортная система играет ключевую роль в международной кооперации, поскольку она обеспечивает глобальную энергетическую безопасность, формирует прочные экономические и политические связи через совместные инфраструктурные проекты, выступает важным инструментом геополитики и стимулирует международное сотрудничество в финансовой и технологической сферах.