✔ вопрос, страница 133 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

Как металлы, так и неметаллы встречаются в природе в свободном виде и в форме соединений. Какие промышленные способы применяют для получения неметаллов?

Решение

Промышленные способы получения неметаллов зависят от того, в каком виде — свободном или связанном — они находятся в природе, а также от их химической активности. Все способы можно разделить на две большие группы: физические и химические.

1. Физические методы

Эти методы основаны на разделении смесей и не включают химических превращений. Их применяют для выделения неметаллов, находящихся в природе в свободном состоянии.

• Получение газов из воздуха. Воздух является основным промышленным источником азота ($N_2$), кислорода ($O_2$) и благородных газов ($Ar$, $Ne$ и др.). Метод их получения — фракционная перегонка сжиженного воздуха. Воздух сжимают и сильно охлаждают, превращая в жидкость. Затем жидкий воздух медленно нагревают в ректификационной колонне. Газы, имеющие разные температуры кипения, испаряются поочередно и отводятся на разной высоте колонны. Сначала отделяется азот (t_кип = –196 °C), а затем кислород (t_кип = –183 °C).

• Добыча самородной серы ($S$). Из подземных месторождений серу извлекают методом Фраша. В скважину по трубам под давлением подают перегретую воду (около 165 °C). Сера плавится (t_пл = 115 °C), и образовавшийся расплав выталкивается на поверхность сжатым воздухом.

2. Химические методы

Эти методы основаны на проведении химических реакций (окисления или восстановления) для выделения неметаллов из их природных соединений.

• Получение галогенов (окисление).Хлор ($Cl_2$) получают в промышленности в основном электролизом водных растворов или расплава хлорида натрия ($NaCl$). В процессе электролиза на аноде происходит окисление хлорид-ионов: $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2\uparrow$. Бром ($Br_2$) и иод ($I_2$) получают, вытесняя их из растворов их солей (бромидов и иодидов) более химически активным хлором: $2NaBr + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + Br_2$.

• Получение фосфора ($P$) (восстановление). Фосфор получают из природных фосфатов (фосфоритов и апатитов, основной компонент — $Ca_3(PO_4)_2$) путем их прокаливания с коксом ($C$) и кварцевым песком ($SiO_2$) в электрических печах при температуре 1500–1600 °C: $2Ca_3(PO_4)_2 + 10C + 6SiO_2 \rightarrow P_4 + 10CO\uparrow + 6CaSiO_3$.

• Получение кремния ($Si$) (восстановление). Технический кремний получают восстановлением диоксида кремния ($SiO_2$) (чистого кварцевого песка) коксом в дуговых электропечах при температуре около 1800 °C: $SiO_2 + 2C \xrightarrow{t} Si + 2CO\uparrow$.

• Получение водорода ($H_2$) (восстановление). Основной промышленный способ — паровая конверсия (риформинг) метана ($CH_4$), главной составляющей природного газа: $CH_4 + H_2O \rightleftharpoons CO + 3H_2$. Также водород получают электролизом воды: $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$.

Ответ: В промышленности неметаллы получают физическими и химическими способами. Физические способы (фракционная перегонка воздуха, выплавка серы) применяют для выделения неметаллов из природных смесей. Химические способы основаны на реакциях окисления (получение галогенов электролизом или вытеснением) или восстановления (получение фосфора, кремния, водорода из их соединений).