Страница 94 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Заполните схему «Области применения технической соды», используя дополнительные источники информации.

NaHS + CO₂

$Na_{2}O + CO_{2}$

$Na_{2}CO_{3}$

с водой, $CO_{2}$ + $H_{2}O$ =

вымывает, а сплавы становятся однородными.

основными оксидами:

6) Физические свойства:

а) Как типичный кислый оксид взаи...

1) благодаря этому

$CO_{2}$ + Mg =

являет

2. Получаев CO

$CO_{2}$ + C =

($S_{8}$)

Решение

Техническая сода, или карбонат натрия ($Na_2CO_3$), является важным химическим продуктом с широким спектром применения в различных отраслях промышленности. Ниже представлены основные области ее использования.

1. Производство стекла

Карбонат натрия является одним из ключевых компонентов шихты в производстве стекла (особенно силикатного, или натрий-кальций-силикатного). Его добавляют к кварцевому песку ($SiO_2$) и известняку ($CaCO_3$) для снижения температуры плавления кремнезема с ~1700°C до ~1000°C. Выступая в роли флюса, сода делает стекольную массу более легкоплавкой и однородной, что значительно сокращает энергетические затраты на производство. В процессе варки происходит реакция: $Na_2CO_3 + SiO_2 \rightarrow Na_2SiO_3 + CO_2\uparrow$.

Ответ: Производство стекла.

2. Производство мыла и моющих средств

Техническая сода используется как компонент в синтетических моющих средствах и мыловарении. Основная ее функция — умягчение воды. Она связывает ионы кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$), которые обуславливают жесткость воды, в нерастворимые карбонаты. Это предотвращает их взаимодействие с мылом (что приводило бы к образованию нерастворимого "мыльного шлака") и повышает эффективность моющих средств. Также сода создает щелочную среду, способствующую расщеплению жиров. Пример реакции: $Ca^{2+}(aq) + Na_2CO_3(aq) \rightarrow CaCO_3(s)\downarrow + 2Na^{+}(aq)$.

Ответ: Производство мыла и моющих средств.

3. Химическая промышленность

Карбонат натрия служит сырьем для получения множества других химических соединений натрия. Методом каустификации из него получают гидроксид натрия (каустическую соду): $Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow 2NaOH + CaCO_3\downarrow$. Также он используется в производстве гидрокарбоната натрия (пищевой соды), фосфатов натрия, силиката натрия (жидкого стекла), сульфита натрия и других веществ. Кроме того, он применяется для нейтрализации кислот и регулирования pH в различных технологических процессах.

Ответ: Химическая промышленность (сырье для синтеза).

4. Черная и цветная металлургия

В металлургии сода используется в нескольких целях. В черной металлургии (производство чугуна и стали) она применяется для десульфурации — удаления вредной примеси серы из расплава. В цветной металлургии карбонат натрия используют при переработке руд, например, для извлечения алюминия из бокситов по методу спекания, а также в гидрометаллургии вольфрама, урана, свинца, цинка и других металлов, где он служит реагентом для перевода нужных компонентов в растворимую форму.

Ответ: Металлургия (обработка руд, удаление серы).

5. Целлюлозно-бумажная промышленность

В этой отрасли карбонат натрия используется в процессе варки целлюлозы, в частности, в сульфатном методе. Он входит в состав варочного раствора (белого щелока) и помогает регулировать щелочность среды, что необходимо для эффективного отделения целлюлозных волокон от лигнина. Также сода применяется на этапах отбеливания бумажной массы и при переработке макулатуры.

Ответ: Целлюлозно-бумажная промышленность.

6. Водоподготовка и очистка воды

Карбонат натрия является одним из наиболее распространенных и доступных реагентов для умягчения воды в промышленных масштабах (например, для котельных, систем охлаждения) и в быту. Он осаждает ионы жесткости ($Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$) в виде нерастворимых солей, которые затем могут быть удалены фильтрацией. Также он используется для повышения и стабилизации pH воды, например, в плавательных бассейнах, предотвращая коррозию оборудования и создавая комфортные условия для купающихся.

Ответ: Умягчение и очистка воды.

3. Составьте уравнения реакций, соответствующих следующей схеме:

$C \to CH_4 \to CO_2 \to CO \to CO_2 \to CaCO_3 \to Ca(HCO_3)_2$

1)

2)

3)

4)

5)

6)

Для осуществления данной цепи превращений необходимо провести следующие химические реакции:

1) Получение метана из углерода. Реакция прямого синтеза (гидрирование) протекает при нагревании, высоком давлении и с использованием катализатора (например, никеля).

Ответ: $C + 2H_2 \xrightarrow{t, p, Ni} CH_4$

2) Получение диоксида углерода из метана. Это реакция полного сгорания метана в избытке кислорода.

Ответ: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

3) Получение монооксида углерода из диоксида углерода. Эта реакция происходит при взаимодействии углекислого газа с раскаленным углем (коксом) при высокой температуре.

Ответ: $CO_2 + C \xrightarrow{t} 2CO$

4) Получение диоксида углерода из монооксида углерода. Это реакция горения угарного газа (CO) в кислороде.

Ответ: $2CO + O_2 \xrightarrow{t} 2CO_2$

5) Получение карбоната кальция из диоксида углерода. Для этого углекислый газ пропускают через раствор гидроксида кальция (известковую воду), в результате чего выпадает белый осадок карбоната кальция.

Ответ: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O$

6) Получение гидрокарбоната кальция из карбоната кальция. При дальнейшем пропускании углекислого газа через водную суспензию карбоната кальция нерастворимый карбонат переходит в растворимый гидрокарбонат.

Ответ: $CaCO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow Ca(HCO_3)_2$

4. $CO_2$ распознают следующими способами:

1)

2)

(уравнение)

1) С помощью известковой воды (насыщенный раствор гидроксида кальция, $Ca(OH)_2$). При пропускании углекислого газа через известковую воду она мутнеет, так как образуется нерастворимый в воде белый осадок — карбонат кальция ($CaCO_3$).

2) С помощью зажженной лучинки. Углекислый газ является негорючим газом и не поддерживает горение. Поэтому при внесении зажженной лучинки в сосуд с углекислым газом она потухнет.

$CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$

Ответ: Способы распознавания $CO_2$: 1) по помутнению известковой воды при пропускании через нее газа; 2) по затуханию пламени зажженной лучинки в атмосфере газа. Уравнение качественной реакции: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$.

5. $CO_2$ собирают при расположении сосуда _ дном.

5.

Чтобы правильно собрать газ методом вытеснения воздуха, необходимо сравнить его плотность с плотностью воздуха. Плотность газа при одинаковых условиях (температуре и давлении) пропорциональна его молярной массе.

1. Вычислим молярную массу углекислого газа ($CO_2$):
Молярная масса углерода (C) равна 12 г/моль, а кислорода (O) – 16 г/моль. $M(CO_2) = M(C) + 2 \cdot M(O) = 12 + 2 \cdot 16 = 44 \text{ г/моль}$.

2. Определим среднюю молярную массу воздуха:
Воздух – это смесь газов, в основном состоящая из азота ($N_2$, молярная масса 28 г/моль) и кислорода ($O_2$, молярная масса 32 г/моль). Средняя молярная масса воздуха составляет примерно 29 г/моль.

3. Сравним плотности:
Поскольку молярная масса углекислого газа (44 г/моль) больше средней молярной массы воздуха (29 г/моль), углекислый газ тяжелее воздуха.

Тяжелые газы опускаются вниз. Поэтому для сбора углекислого газа сосуд (например, пробирку или колбу) необходимо расположить дном вниз (отверстием вверх). Газ, поступая в сосуд, будет скапливаться на дне, постепенно вытесняя более легкий воздух вверх.

Ответ: вниз.