Страница 142 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

Часть I

1. Горные породы — это ___

1. Горные породы — это природные агрегаты, состоящие из одного или нескольких минералов, а иногда и из вулканического стекла или органических остатков, которые образовались в результате геологических процессов и слагают земную кору. Каждая горная порода характеризуется определенным минеральным и химическим составом, структурой (особенностями строения агрегата) и текстурой (особенностями сложения).

По своему происхождению (генезису) все горные породы подразделяются на три большие группы:

• Магматические горные породы. Они образуются непосредственно из магмы в результате ее охлаждения и застывания. Если магма застывает на глубине, образуются интрузивные породы (например, гранит). Если она изливается на поверхность в виде лавы, формируются эффузивные породы (например, базальт, пемза).

• Осадочные горные породы. Они формируются на поверхности Земли или на дне водоемов в результате накопления и последующего преобразования (литификации) различных осадков. Осадки могут быть продуктами разрушения других пород (обломочные породы, например, песчаник, конгломерат), результатом жизнедеятельности организмов (органогенные породы, например, известняк, уголь) или осаждением веществ из воды (хемогенные породы, например, каменная соль, гипс).

• Метаморфические горные породы. Они образуются из уже существующих магматических или осадочных пород, которые подвергаются изменениям под воздействием высоких температур, давления и химически активных растворов в недрах Земли. В ходе метаморфизма изменяется их минеральный состав, структура и текстура без расплавления. Примерами могут служить мрамор (образуется из известняка), кварцит (из песчаника) и гнейс (из гранита или глинистых сланцев).

Таким образом, горные породы являются "строительным материалом" литосферы и несут в себе информацию об истории и условиях развития Земли.

Ответ: Горные породы — это природные минеральные агрегаты более или менее постоянного состава и строения, которые образуются в земной коре или на ее поверхности в ходе различных геологических процессов.

2. Минералы — это _

2. Минералы – это природные твёрдые тела, как правило, неорганические, с определённым химическим составом и упорядоченной внутренней (кристаллической) структурой. Они являются основными "строительными блоками", из которых состоят горные породы Земли и других планет.

Для того чтобы вещество считалось минералом, оно должно обладать следующими ключевыми характеристиками:

1. Природное происхождение. Минералы образуются в результате естественных геологических или космогенных процессов. Вещества, полученные искусственно в лаборатории или на производстве (например, синтетические корунды или алмазы), не считаются минералами, даже если полностью идентичны природным аналогам.

2. Твёрдое состояние. Минералы находятся в твёрдом агрегатном состоянии при нормальных условиях. Исключением является самородная ртуть, которую, несмотря на жидкое состояние, традиционно относят к минералам.

3. Определённый химический состав. Состав каждого минерала можно выразить химической формулой. Например, кварц – это диоксид кремния ($SiO_2$), пирит – дисульфид железа ($FeS_2$), а галит – хлорид натрия ($NaCl$). Химический состав может незначительно варьироваться за счёт примесей, но в строго определённых пределах.

4. Упорядоченная кристаллическая структура. Атомы или ионы в минерале расположены в строго определённом, повторяющемся порядке, образуя трёхмерную кристаллическую решётку. Именно эта внутренняя структура определяет внешнюю форму кристаллов и большинство физических свойств минерала (твёрдость, спайность, блеск, плотность). Вещества, которые не имеют такой упорядоченной структуры (аморфные), например, вулканическое стекло обсидиан, не являются минералами, а относятся к минералоидам.

Минералы следует отличать от горных пород. Горная порода — это природный агрегат, состоящий из одного (мономинеральная порода, например, мрамор из кальцита) или нескольких (полиминеральная порода, например, гранит из кварца, полевого шпата и слюды) минералов.

Ответ: природные химические соединения или самородные элементы с упорядоченной кристаллической структурой, образовавшиеся в результате геологических процессов.

3. Руды — это ____

3. Руды — это природные минеральные образования (горные породы и минералы), которые содержат металлы или их полезные соединения в таких количествах и формах, что их промышленное извлечение является технически возможным и экономически целесообразным. Таким образом, главное свойство руды — рентабельность её добычи и переработки.

Руда, как правило, состоит из двух основных компонентов:
- Рудные (полезные) минералы: это минералы, которые являются носителями ценных компонентов. Например, для получения железа это могут быть магнетит ($Fe_3O_4$) или гематит ($Fe_2O_3$), а для меди — халькопирит ($CuFeS_2$).
- Пустая порода (жильные минералы): это сопутствующие минералы, не представляющие на данный момент промышленной ценности. Их отделяют от полезных минералов в процессе обогащения руды. К пустой породе часто относятся кварц ($SiO_2$), кальцит ($CaCO_3$), полевые шпаты.

То, что сегодня считается пустой породой, в будущем, с развитием технологий, может стать ценным сырьем. Руды классифицируют по главному извлекаемому металлу (например, железные, медные, алюминиевые руды), по химическому составу рудных минералов (например, оксидные, сульфидные, силикатные) и по содержанию полезного компонента (богатые и бедные).

Ответ: природные минеральные образования, содержащие металлы или их соединения в концентрациях, при которых их промышленное извлечение технически возможно и экономически выгодно.

4. Полезные ископаемые — это ___

4. Полезные ископаемые — это природные минеральные вещества органического и неорганического происхождения, находящиеся в земной коре, которые могут быть эффективно использованы человеком в хозяйственной деятельности. Они являются основой для производства энергии, металлов, строительных материалов и химических продуктов.

Формирование полезных ископаемых — это результат длительных геологических процессов, протекавших на протяжении миллионов лет. По этой причине они относятся к категории невозобновляемых природных ресурсов, так как скорость их образования несоизмеримо мала по сравнению со скоростью их добычи и потребления человечеством.

В зависимости от состава и сферы применения, полезные ископаемые принято разделять на три основные группы:
- Топливно-энергетические (горючие): служат основным источником энергии. К ним относятся нефть, природный газ, уголь (каменный и бурый), торф, горючие сланцы.
- Рудные (металлические): горные породы и минералы, из которых экономически целесообразно извлекать металлы. Примеры: железные руды (магнетит, гематит), руды цветных металлов (бокситы для алюминия, медный колчедан для меди), руды благородных металлов (золото, платина).
- Нерудные (неметаллические): обширная группа, используемая в строительстве, химической промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Сюда входят песок, глина, гравий, известняк, гранит, фосфориты, апатиты, калийные соли, а также драгоценные и поделочные камни, такие как алмазы и яшма.

Добыча и переработка полезных ископаемых составляют основу экономики многих стран, однако эти процессы могут оказывать существенное негативное влияние на окружающую среду, требуя применения современных технологий для минимизации ущерба.

Ответ: природные минеральные образования в земной коре, которые при данном уровне развития техники могут быть с достаточной эффективностью использованы в народном хозяйстве в естественном виде или после предварительной переработки.

5. Кислотные дожди — это

Кислотные дожди — результат следующих химических реакций:

1)

2)

3)

4)

Кислотные дожди — это все виды атмосферных осадков (дождь, снег, град, туман), кислотность которых превышает нормальный уровень (водородный показатель pH < 5,6). Повышенная кислотность обусловлена растворением в атмосферной влаге промышленных выбросов, таких как оксиды серы ($SO_x$) и оксиды азота ($NO_x$).

Кислотные дожди — результат следующих химических реакций:

1) В атмосфере диоксид серы ($SO_2$), который является основным продуктом сгорания серосодержащего ископаемого топлива (угля, мазута), окисляется кислородом воздуха до триоксида серы ($SO_3$).

Ответ: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$

2) Образовавшийся триоксид серы ($SO_3$) вступает в реакцию с водяным паром ($H_2O$), присутствующим в атмосфере, что приводит к образованию серной кислоты ($H_2SO_4$) — одного из главных компонентов кислотных дождей.

Ответ: $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

3) При высоких температурах, например, в двигателях внутреннего сгорания или в топках котлов, атмосферный азот ($N_2$) реагирует с кислородом ($O_2$), образуя оксид азота(II) ($NO$). Этот оксид затем быстро окисляется до диоксида азота ($NO_2$).

Ответ: $2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2$

4) Диоксид азота ($NO_2$) взаимодействует с водой и кислородом в атмосфере, образуя азотную кислоту ($HNO_3$), которая также является сильной кислотой и вносит значительный вклад в кислотность осадков.

Ответ: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$

6. Парниковый эффект - это ______

Парниковый эффект – это процесс, при котором атмосфера планеты задерживает тепло, поднимающееся от её поверхности, что приводит к нагреву как самой атмосферы, так и поверхности. Этот эффект играет ключевую роль в формировании климата Земли.

Механизм этого явления заключается в следующем. Солнечные лучи, представляющие собой коротковолновое излучение, проникают сквозь атмосферу и нагревают земную поверхность. В свою очередь, нагретая поверхность Земли излучает тепло в виде длинноволнового инфракрасного излучения. Газы, содержащиеся в атмосфере, такие как водяной пар ($H_2O$), углекислый газ ($CO_2$), метан ($CH_4$) и другие, называемые парниковыми, прозрачны для коротковолнового солнечного света, но активно поглощают длинноволновое инфракрасное излучение от Земли. Поглотив это тепло, они переизлучают его во все стороны, в том числе и обратно к земной поверхности, создавая своего рода "тепловое одеяло" и не давая планете быстро остыть.

Существует естественный парниковый эффект, который является неотъемлемой частью климатической системы Земли. Именно благодаря ему средняя температура на нашей планете составляет около +15°C, что делает её пригодной для жизни. Без него она опустилась бы до -18°C. Однако деятельность человека, связанная со сжиганием ископаемого топлива, промышленностью и сельским хозяйством, приводит к увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. Это вызывает усиление парникового эффекта, известное как антропогенный парниковый эффект, которое является основной причиной современного глобального потепления.

Ответ: повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты вследствие того, что атмосфера задерживает тепловое (инфракрасное) излучение, исходящее от нагретой Солнцем поверхности планеты.

7. Озоновая дыра — это ______

7. Озоновая дыра — это локальное, но значительное падение концентрации озона ($O_3$) в озоновом слое Земли. Важно понимать, что это не буквальная дыра в атмосфере, а область, где толщина озонового слоя становится критически низкой. Озоновый слой находится в стратосфере на высоте примерно от 15 до 35 км и играет жизненно важную роль, поглощая большую часть вредного ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца.

Основной причиной разрушения озонового слоя является выброс в атмосферу озоноразрушающих веществ, в первую очередь хлорфторуглеродов (ХФУ), которые ранее широко использовались в холодильниках, кондиционерах и аэрозольных баллончиках. В стратосфере под действием ультрафиолетового излучения эти вещества распадаются, высвобождая атомы хлора ($Cl$) и брома ($Br$). Эти атомы действуют как катализаторы в химических реакциях, разрушающих молекулы озона. Один атом хлора способен разрушить десятки тысяч молекул озона. Процесс особенно интенсивно протекает над полярными регионами (в частности, над Антарктидой) в весенний период из-за уникальных метеорологических условий, таких как очень низкие температуры и наличие полярных стратосферных облаков, которые ускоряют химические реакции.

Истощение озонового слоя приводит к увеличению потока жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-B), достигающего поверхности Земли. Это представляет серьезную угрозу для живых организмов: у людей повышается риск развития рака кожи и катаракты; наносится вред морским и наземным экосистемам, включая фитопланктон и сельскохозяйственные культуры. В ответ на эту угрозу мировое сообщество приняло Монреальский протокол (1987 г.), который ограничил производство озоноразрушающих веществ. Благодаря этим мерам озоновый слой начал медленно восстанавливаться.

Ответ: значительное локальное снижение концентрации озона в озоновом слое стратосферы, вызванное, главным образом, антропогенными загрязнителями (хлорфторуглеродами), и приводящее к увеличению уровня опасного ультрафиолетового излучения у поверхности Земли.

8. Зелёная химия — это _____

Зелёная химия — это научное направление в химии, основной целью которого является разработка и внедрение таких химических продуктов и процессов, которые позволяют уменьшить или полностью исключить использование и производство веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды. Эта концепция направлена на предотвращение загрязнения у его истоков, а не на борьбу с последствиями.

Идеология "зелёной химии" была сформулирована американскими химиками Полом Анастасом и Джоном Уорнером в виде 12 принципов, которые служат руководством для химиков и инженеров-технологов по всему миру:

1. Предотвращение отходов: Лучше предотвратить образование отходов, чем перерабатывать или очищать их после образования.

2. Атомная экономия: Методы синтеза должны быть спроектированы так, чтобы максимальное количество атомов из исходных материалов переходило в целевой продукт.

3. Разработка менее опасных химических синтезов: По возможности, следует разрабатывать и применять методы синтеза, использующие и генерирующие вещества с минимальной токсичностью для человека и природы.

4. Создание более безопасных химических веществ: Новые химические продукты должны быть спроектированы так, чтобы при сохранении своей функциональности они обладали минимальной токсичностью.

5. Использование более безопасных растворителей и вспомогательных веществ: Следует избегать использования вспомогательных веществ (таких как растворители), а если они необходимы, то должны быть максимально безвредными.

6. Проектирование с учётом энергоэффективности: Энергетические затраты на проведение химических процессов должны быть минимизированы. В идеале, синтез следует проводить при температуре и давлении окружающей среды.

7. Использование возобновляемого сырья: Исходное сырьё для химических процессов должно быть возобновляемым, а не ископаемым, когда это технически и экономически оправданно.

8. Сокращение количества стадий (предотвращение образования производных): Следует избегать ненужных стадий в синтезе (например, введение и снятие защитных групп), так как это требует дополнительных реагентов и ведёт к образованию отходов.

9. Катализ: Использование каталитических реагентов (которые действуют в малых количествах и могут быть регенерированы) предпочтительнее стехиометрических реагентов (которые расходуются в ходе реакции).

10. Проектирование с учётом разложения: Химические продукты должны быть спроектированы так, чтобы после использования они могли разлагаться на безопасные компоненты и не накапливались в окружающей среде.

11. Анализ в реальном времени для предотвращения загрязнения: Необходимо развивать аналитические методики, которые позволяют осуществлять мониторинг и контроль процесса в реальном времени, предотвращая образование опасных побочных продуктов.

12. Использование химии, изначально более безопасной для предотвращения несчастных случаев: Вещества и их физические формы, используемые в химическом процессе, должны выбираться так, чтобы минимизировать риск химических аварий, включая утечки, взрывы и пожары.

Ответ: научное направление, занимающееся разработкой химических продуктов и процессов, которые уменьшают или полностью исключают использование и образование веществ, опасных для здоровья человека и окружающей среды.

Часть II

1. Напишите три наиболее распространённых химических элемента, входящих в состав геологических оболочек Земли:

1) литосферы

2) атмосферы

3) гидросферы

1) литосферы

Литосфера, твёрдая оболочка Земли, состоит преимущественно из горных пород и минералов. Химический состав земной коры представлен в основном оксидами. Самым распространённым элементом по массе является кислород (около 47%), так как он входит в состав большинства минералов (силикатов, алюмосиликатов, оксидов и др.). Второй по распространённости — кремний (около 29,5%), который является основой силикатных пород. Третье место занимает алюминий (около 8%), также являющийся ключевым компонентом многих распространённых минералов, например, полевых шпатов.

Ответ: кислород (O), кремний (Si), алюминий (Al).

2) атмосферы

Атмосфера — это газовая оболочка, окружающая Землю. Её состав у поверхности практически постоянен. Основным компонентом является азот в виде молекул $N_2$, его объёмная доля составляет примерно 78%. На втором месте находится кислород ($O_2$), жизненно важный для дыхания, его содержание около 21%. Третьим по распространённости элементом является инертный газ аргон (Ar), составляющий почти 1% от объёма воздуха. Остальные газы присутствуют в значительно меньших количествах.

Ответ: азот (N), кислород (O), аргон (Ar).

3) гидросферы

Гидросфера представляет собой совокупность всех водных объектов планеты (океанов, морей, рек, озёр). Основным веществом гидросферы является вода, химическая формула которой $H_2O$. Следовательно, два самых распространённых элемента в гидросфере — это кислород (около 86% по массе) и водород (около 11% по массе). Мировой океан содержит большое количество растворённых солей, в основном хлорида натрия. Поэтому третьим по массовой доле элементом является хлор (около 1,9%), существующий в виде хлорид-ионов.

Ответ: кислород (O), водород (H), хлор (Cl).