Страница 106 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Сырьё для производства цемента:

— _________

— _____, содержащая оксиды:

a) _________

б) _________

в) _________

Клинкер — это _________

Сырьё для производства цемента:
— известняк
— глина, содержащая оксиды:

а) Оксид кальция ($CaO$). Это основной компонент цемента, получаемый при термическом разложении известняка ($CaCO_3$). В сырьевой смеси известняк составляет около 75%, а содержание $CaO$ в готовом портландцементном клинкере достигает 63–67%.

б) Оксид кремния(IV) ($SiO_2$). Второй по важности компонент, который вводится в сырьевую смесь вместе с глинистыми породами (глина, суглинок). Содержание $SiO_2$ в клинкере составляет 21–25%.

в) Оксид алюминия ($Al_2O_3$). Третий ключевой оксид, также поступающий в смесь с глиной. Его содержание в клинкере — 4–8%. Наряду с ним важную роль играет и оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), который также присутствует в глине.

Клинкер — это промежуточный продукт при производстве цемента. Его получают в результате обжига до спекания (при температуре $1450–1480^\circ C$) сырьевой смеси, состоящей в основном из известняка и глины. Клинкер представляет собой твёрдые спёкшиеся гранулы тёмно-серого цвета. После тонкого измельчения клинкера с добавлением гипса (для регулирования скорости схватывания) и других добавок получают цемент.

Ответ: Сырьём для производства цемента являются известняк и глина. Основные оксиды, содержащиеся в сырье: а) оксид кальция ($CaO$), б) оксид кремния(IV) ($SiO_2$), в) оксид алюминия ($Al_2O_3$). Клинкер — это гранулированный продукт обжига сырьевой смеси из известняка и глины, который является основой для получения цемента.

4. Фарфор получают из ___________

Фарфор имеет непористое строение.

Фарфор — это вид тонкой керамики, который получают путем высокотемпературного обжига сырьевой смеси, называемой фарфоровой массой. Утверждение "Фарфор имеет непористое строение" является ключевой характеристикой этого материала и напрямую связано с его составом и технологией производства.

Основными компонентами для производства фарфора являются каолин, кварц и полевой шпат. У каждого из них своя роль в создании конечного продукта:

Каолин (химическая формула $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O$) — это чистая белая глина, которая является пластичной основой фарфоровой массы. Она придает изделию белый цвет после обжига и обеспечивает возможность формовки.

Кварц (химическая формула $SiO_2$) — обычно используется в виде мелкозернистого песка. Он выполняет роль "скелета" изделия, уменьшая усадку при сушке и обжиге, а также увеличивая механическую прочность и термическую стойкость готового фарфора.

Полевой шпат (например, калиевый полевой шпат, ортоклаз $K[AlSi_3O_8]$) — этот минерал выступает в роли флюса (плавня). Во время обжига при высокой температуре (1200–1450 °C) полевой шпат плавится, образуя вязкую стекловидную массу. Эта масса заполняет поры между частицами каолина и кварца, прочно связывая (цементируя) их в единый монолит. Именно этот процесс спекания обеспечивает характерную для фарфора плотность, водонепроницаемость и непористую структуру.

Пропорции этих трех компонентов тщательно подбираются в зависимости от вида производимого фарфора (твердый, мягкий, костяной). После смешивания и формования изделия подвергаются обжигу, в результате которого и рождается прочный, белый и часто полупрозрачный на свет материал.

Таким образом, для заполнения пропуска в предложении "Фарфор получают из ___" необходимо указать эти основные составляющие.

Ответ: смеси каолина, кварца и полевого шпата.

5. Фаянс получают из __________

Фаянс имеет пористое строение.

5. Фаянс получают из смеси природных минеральных материалов, главными из которых являются глина, кварц и полевой шпат.

Фаянс является одним из видов тонкой керамики. Для его производства используют сырьевую массу, состоящую из нескольких ключевых компонентов:

1. Пластичные материалы: Основу составляют беложгущиеся глины, в частности каолин (около 80-85% массы). Каолин обеспечивает изделию белый цвет после обжига, а другие пластичные глины придают массе необходимую для формовки эластичность.

2. Отощающие материалы: Кварцевый песок (около 10-15% массы). Его добавляют для уменьшения пластичности массы, что предотвращает деформацию и значительную усадку изделий во время сушки и обжига.

3. Плавни: Полевой шпат (небольшое количество). Плавни — это вещества, которые при высоких температурах образуют жидкую стекловидную фазу. Эта фаза связывает частицы кварца и глины, но в случае фаянса её недостаточно для полного спекания черепка.

Процесс изготовления включает формовку изделия, сушку и последующий двойной обжиг. Первый обжиг (утильный) проходит при температуре около 1150-1250°C. В результате образуется прочный, но пористый черепок, как и указано в условии («Фаянс имеет пористое строение»). Пористость (водопоглощение) фаянса достигает 9–12%. Чтобы сделать изделие водонепроницаемым и придать ему блеск, его покрывают глазурью и подвергают второму, политому обжигу при более низкой температуре (1000–1100°C). Глазурь плавится, образуя на поверхности сплошной стекловидный слой, который закрывает поры.

Ответ: смеси беложгущихся глин (каолина), кварцевого песка и полевого шпата.

Часть II

1. Окраску стеклу придают оксиды:

1) $Fe_2O_3$ —

2) $CoO$ —

3) $Cr_2O_7$ —

4) $CrO_3$ —

1) $Fe_2O_3$ — Оксид железа(III) является одним из самых распространенных красителей для стекла. В зависимости от концентрации, а также от окислительно-восстановительных условий во время варки стекла, он придает ему различные цвета. В окислительной среде ионы $Fe^{3+}$ окрашивают стекло в цвета от желтого до красно-коричневого. Если в стекле также присутствует оксид железа(II) ($FeO$), который сам по себе дает голубовато-зеленый оттенок, то получается характерный зеленый цвет, как у винных бутылок. Таким образом, оксид железа(III) отвечает за желтые, коричневые и зеленоватые оттенки.

Ответ: от желтого до коричневого, а также зеленоватые оттенки.

2) $CoO$ — Оксид кобальта(II) используется для получения знаменитого «кобальтового стекла». Даже очень небольшие добавки этого оксида (сотые доли процента) придают стеклянной массе интенсивный и устойчивый синий цвет. Этот цвет является одним из самых стабильных при высоких температурах.

Ответ: синий.

3) $Cr_2O_7$ — Оксид хрома(VII) является крайне нестабильным соединением и в чистом виде в стекловарении не применяется. Однако для окрашивания стекла используют соли-дихроматы (например, дихромат калия $K_2Cr_2O_7$), которые содержат дихромат-ион $Cr_2O_7^{2-}$. Соединения хрома в степени окисления +6 в виде дихроматов придают стеклу оранжевый цвет. Важно отметить, что в процессе варки хром(VI) часто восстанавливается до хрома(III), который окрашивает стекло в зеленый, но цвет, который ассоциируется непосредственно с дихроматами — оранжевый.

Ответ: оранжевый.

4) $CrO_3$ — Оксид хрома(VI), или триоксид хрома, также содержит хром в высшей степени окисления +6. Соединения хрома(VI), особенно хроматы (содержащие ион $CrO_4^{2-}$), придают стеклу желтую окраску. Как и в случае с дихроматами, в реальных условиях производства хром(VI) может быть восстановлен до хрома(III) ($Cr_2O_3$), что приведет к зеленому цвету. Однако цвет, обусловленный именно ионами хрома(VI) в форме хроматов, — желтый.

Ответ: желтый.

2. Сырьё для получения хрусталя:

Хрусталь, или хрустальное стекло, — это особый вид стекла, который отличается от обычного повышенной плотностью, исключительной прозрачностью, блеском и характерным мелодичным "звоном" при легком ударе. Эти свойства достигаются за счет введения в состав шихты (смеси сырьевых материалов для варки стекла) оксидов тяжелых металлов.

Сырье для производства классического свинцового хрусталя включает в себя следующие главные компоненты:

Кварцевый песок (химическая формула $SiO_2$) является основным стеклообразующим компонентом, который создает структуру, или "каркас", стекла. Для хрусталя применяют песок высшей степени чистоты с минимальным содержанием примесей (особенно оксидов железа), которые могут придать стеклу нежелательный оттенок.

Оксид свинца(II) ($PbO$) — это ключевой компонент, который и превращает обычное стекло в хрусталь. Его добавляют в шихту в виде свинцового сурика ($Pb_3O_4$) или свинцового глёта ($PbO$). Оксид свинца выполняет несколько важнейших функций: значительно увеличивает показатель преломления света, что обеспечивает яркий блеск и "игру света" (высокую дисперсию); повышает плотность и пластичность стекломассы, делая ее более податливой для сложной огранки и декорирования; придает изделиям характерный протяжный звон. По стандартам, содержание $PbO$ в хрустале должно быть не менее 24%.

Поташ (карбонат калия, $K_2CO_3$) — этот компонент выступает в роли плавня (флюса). Он понижает высокую температуру плавления кварцевого песка, что облегчает процесс варки стекла. В производстве хрусталя используется именно поташ, а не сода ($Na_2CO_3$), применяемая для обычного стекла, так как калий придает стеклу дополнительную прозрачность и блеск.

Помимо основных компонентов, в шихту также добавляют стеклобой (измельченные отходы хрусталя того же состава) для ускорения процесса плавления, а также небольшое количество осветлителей и обесцвечивателей для улучшения качества стекломассы.

В современном производстве также распространен бессвинцовый хрусталь (хрусталин), где токсичный оксид свинца заменен на безопасные оксиды, такие как оксид бария ($BaO$), оксид цинка ($ZnO$) или оксид калия ($K_2O$), для достижения схожих оптических свойств.

Ответ: Сырьем для получения классического хрусталя являются: кварцевый песок ($SiO_2$), оксид свинца ($PbO$) (вводимый в виде свинцового сурика или глёта) и поташ ($K_2CO_3$).

3. Оптическое волокно – это _____

Его применяют: _____

3. Оптическое волокно — это

тонкая, гибкая нить из оптически прозрачного материала (например, кварцевого стекла или пластика), предназначенная для передачи света на большие расстояния. Принцип действия оптического волокна основан на явлении полного внутреннего отражения. Волокно состоит из двух основных концентрических слоев: центральной сердцевины и окружающей ее оболочки. Показатель преломления материала сердцевины $n_1$ всегда немного больше показателя преломления материала оболочки $n_2$ ($n_1 > n_2$). Благодаря этому, световой луч, распространяющийся по сердцевине, на границе с оболочкой испытывает полное внутреннее отражение и остается "запертым" внутри сердцевины, что позволяет передавать сигнал с минимальными потерями.

Ответ: тонкая нить из прозрачного материала (стекла или пластика), используемая для переноса света внутри себя на основе явления полного внутреннего отражения.

Его применяют:

Оптическое волокно широко используется в различных сферах благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокая пропускная способность, невосприимчивость к электромагнитным помехам, малый вес и габариты.
Основные области применения:
1. Связь и телекоммуникации: волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) являются основой для высокоскоростного интернета, кабельного телевидения и телефонной связи.
2. Медицина: в гибких эндоскопах для визуального исследования внутренних органов, для доставки мощного лазерного излучения в лазерной хирургии, а также в различных диагностических сенсорах.
3. Волоконно-оптические датчики (сенсоры): для измерения температуры, давления, деформации, вибрации и других физических величин, особенно в агрессивных средах или на удаленных объектах.
4. Освещение и декор: для создания художественной и функциональной подсветки (например, эффект "звездное небо"), а также для точечного освещения экспонатов в музеях.
5. Промышленность, военная и авиакосмическая техника: в системах передачи данных, защищенных от помех, в волоконно-оптических гироскопах для навигации, в системах контроля и безопасности.

Ответ: в телекоммуникациях (интернет, связь), медицине (эндоскопия), в качестве датчиков физических величин, в освещении и декоре, а также в промышленной и военной технике.

4. Напишите эссе на тему «История фарфора», используя дополнительные источники информации.

История фарфора – это захватывающее повествование о многовековых поисках, государственных тайнах, промышленном шпионаже и триумфе человеческого гения. Этот благородный материал, который часто называют «белым золотом», проделал долгий путь из Древнего Китая, чтобы стать достоянием всего мира и неотъемлемой частью мировой культуры и искусства.

Родиной фарфора является Китай. Именно там, примерно в VI-VII веках нашей эры, во времена правления династии Тан, мастерам удалось создать материал, обладающий уникальными свойствами: белизной, прочностью, тонкостенностью, водонепроницаемостью и мелодичным звоном при постукивании. Секрет заключался в использовании двух основных компонентов: каолиновой глины (по-китайски «гаолин ту»), придающей изделию белизну и тугоплавкость, и полевошпатной породы «пэтун-цзы» (фарфорового камня), которая при обжиге превращалась в стекловидную массу, скрепляя частицы каолина и обеспечивая прочность и полупрозрачность. Рецепт и технология производства держались в строжайшем секрете на протяжении столетий. Китайские императоры считали фарфор национальным достоянием, а его экспорт приносил казне колоссальные доходы. По Великому шелковому пути и морским торговым маршрутам драгоценные чаши, вазы и статуэтки попадали в страны Азии, а затем и в Европу, где становились предметом роскоши и восхищения, доступным лишь монархам и высшей аристократии.

Европейцы, очарованные красотой и совершенством китайского фарфора, веками пытались разгадать его тайну. Многочисленные попытки создать нечто подобное приводили к появлению таких материалов, как фаянс и майолика, но они лишь отдаленно напоминали истинный фарфор. Настоящий прорыв произошел в начале XVIII века в Саксонии. Курфюрст Август Сильный, страстный коллекционер китайского фарфора, поручил ученому Эренфриду Вальтеру фон Чирнгаузу и его помощнику, молодому алхимику Иоганну Фридриху Бёттгеру, раскрыть секрет «белого золота». После множества экспериментов и смерти Чирнгауза, Бёттгеру в 1708 году наконец удалось получить первый образец европейского твердого фарфора. Ключевым моментом стало открытие месторождения каолина недалеко от города Мейсен. В 1710 году была основана знаменитая Мейсенская фарфоровая мануфактура, положившая начало производству фарфора в Европе. Секрет Мейсена также ревностно охранялся, но, как это часто бывает, промышленный шпионаж и переманивание мастеров привели к тому, что технология постепенно распространилась по всему континенту. Вскоре собственные мануфактуры появились в Вене, Севре, Копенгагене и других европейских центрах, каждая из которых внесла свой уникальный вклад в искусство фарфора.

Не осталась в стороне и Россия. Интерес к фарфору проявлял еще Петр I, но создать собственное производство удалось лишь при его дочери, императрице Елизавете Петровне. Честь открытия русского фарфора принадлежит выдающемуся ученому и сподвижнику М.В. Ломоносова – Дмитрию Ивановичу Виноградову. Проведя тысячи опытов, он самостоятельно, без европейских «рецептов», разработал оригинальную технологию производства фарфора из отечественного сырья. В 1744 году в Санкт-Петербурге была основана Императорская фарфоровая мануфактура (ныне Императорский фарфоровый завод), ставшая третьей в Европе. Виноградов не только создал русский фарфор, но и оставил после себя подробнейшее научное описание всего производственного процесса. Изначально завод работал исключительно на нужды императорского двора, создавая великолепные сервизы и предметы декора, которые и по сей день являются шедеврами мирового искусства.

Таким образом, история фарфора – это не просто история материала. Это история культурного обмена между Востоком и Западом, история научных открытий, рожденных на стыке химии, геологии и искусства, и, конечно же, история неугасаемого стремления человека к созданию прекрасного. От скромной пиалы китайского крестьянина до роскошных сервизов европейских монархов, фарфор прошел удивительный путь, навсегда сохранив свою магическую притягательность и благородство.

Ответ: Эссе на тему «История фарфора» представлено выше. Оно охватывает ключевые этапы: изобретение фарфора в Китае, его долгожданное открытие в Европе (в Мейсене) и самостоятельное создание технологии производства в России Д.И. Виноградовым. В эссе подчеркивается значение фарфора как символа роскоши, объекта государственной тайны и результата научного поиска, а также его роль в мировом искусстве и культурном обмене.