Решебник по химии 10 класс Габриелян | Страница 55

Проверьте свои знания

1. Расскажите о происхождении и классификации ископаемого угля. Укажите на карте важнейшие месторождения каменного угля в Российской Федерации.

Ископаемый уголь образовался из остатков древнейших растений, которые на протяжении миллионов лет подвергались процессам разложения, прессования и уплотнения под воздействием высокого давления и температуры. В результате этих процессов образовались три основных вида угля: антрацит, каменный уголь и бурый уголь. Эти виды различаются содержанием углерода, теплотворной способностью и плотностью.

Антрацит — самый твёрдый и плотный из всех видов угля, он залегает на глубине около 6 км и содержит более 95 % углерода. Каменный уголь залегает на меньшей глубине, содержит 70–95 % углерода. Бурый уголь — самый молодой по возрасту, образуется при меньшем давлении и температуре, содержит до 70 % углерода, характеризуется рыхлой структурой и низкой теплотворной способностью.

К важнейшим месторождениям каменного угля в России относятся Кузнецкий, Печорский, Донецкий, Южно-Якутский и Канско-Ачинский угольные бассейны.

2. Какой процесс называют коксованием каменного угля? Какие основные продукты коксохимического производства и направления их вторичной переработки вы можете назвать?

Коксование — это процесс высокотемпературного нагревания угля без доступа воздуха. При этом органические вещества, входящие в состав угля, разлагаются с образованием летучих продуктов, а твёрдый остаток — кокс — остаётся.

Основные продукты коксохимического производства:

5. Кокс — используется в металлургии, особенно для получения чугуна.

6. Каменноугольная смола содержит около 300 веществ, из неё получают красители, антисептики, растворители, ароматические углеводороды.

7. Аммиачная вода — служит сырьём для производства аммиака, из которого получают минеральные удобрения.

8. Коксовый газ — используется как топливо и источник водорода и окиси углерода (CO), а также для получения водяного газа по реакции:

(C + H₂O → CO + H₂)

Эти продукты широко используются в химической промышленности и металлургии, а также в сельском хозяйстве для производства удобрений.

3. Назовите основные различия между антрацитом, каменным углем и бурым углем и укажите области их применения.

Антрацит — самый старый, плотный и твёрдый вид угля. Он содержит более 95 % углерода, трудно воспламеняется, горит ярким голубоватым пламенем, выделяет много тепла. Используется как высокоэффективное топливо, в металлургии и для производства электродов.

Каменный уголь — промежуточный по возрасту и содержанию углерода (70–95 %). Горит сравнительно легко, имеет высокую теплотворную способность. Используется в качестве топлива на электростанциях, в металлургии, а также является сырьём для коксохимического производства.

Бурый уголь — самый молодой вид угля, содержащий до 70 % углерода. Имеет рыхлую структуру, легко воспламеняется, но обладает низкой теплотворной способностью. Используется в качестве местного топлива, для производства брикетов, а также может быть переработан в жидкое и газообразное топливо.

Стр. 55

Примените свои знания

4. Образец каменного угля массой 0,27 г сожгли в кислороде, образовавшиеся газы пропустили через избыток раствора гидроксида бария. В результате образовался осадок массой 3,94 г. Вычислите массовую долю углерода в образце каменного угля.

При сгорании углерода (С) в кислороде (О₂) образуется углекислый газ (CO₂):

(C + O₂ → CO₂)

Если пропустить этот CO₂ через раствор гидроксида бария Ba(OH)₂, то выпадет осадок — карбонат бария (BaCO₃):

(CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O)

Масса образовавшегося осадка BaCO₃ — 3,94 г.

Найдём, какая масса углекислого газа (CO₂) привела к образованию такого количества осадка.

М(BaCO₃) = 137 (Ba) + 12 (C) + 3×16 (O) = 197 г/моль

М(CO₂) = 12 + 2×16 = 44 г/моль

Из уравнения: 197 г BaCO₃ ⇄ 44 г CO₂

Следовательно, по пропорции:

(3,94 г BaCO₃) — X г CO₂

X = (3,94 × 44) / 197 = 0,88 г CO₂

Теперь найдём, какая масса углерода содержится в этом количестве CO₂.

В 44 г CO₂ содержится 12 г C

В 0,88 г CO₂ содержится: (12 / 44) × 0,88 = 0,24 г углерода

Теперь найдём массовую долю углерода в образце:

ω(C) = (m(C) / m(образца)) × 100 %

ω(C) = (0,24 / 0,27) × 100 % ≈ 88,9 %

Ответ: массовая доля углерода в образце каменного угля составляет 88,9 %.

5. Содержание аммиака в аммиачной воде составляет 3,4 %. Какую массу сульфата аммония можно получить из 2 т аммиачной воды?

Найдём массу аммиака (NH₃) в 2 т аммиачной воды:

3,4 % от 2 т = (3,4 / 100) × 2000 кг = 68 кг NH₃

Уравнение реакции:

(2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄)

По уравнению: из 34 г NH₃ (2×17) получается 132 г (NH₄)₂SO₄.

Пропорция: 34 г NH₃ → 132 г (NH₄)₂SO₄

68 кг NH₃ → X кг сульфата аммония

X = (132 / 34) × 68 ≈ 264 кг

Ответ: из 2 т аммиачной воды можно получить 264 кг сульфата аммония.

Стр. 55

Используйте дополнительную информацию

6. Д. И. Менделеев придавал большое значение подземной газификации угля. Используя Интернет, подготовьте сообщение об этой сфере научных интересов великого русского химика. Актуальны ли идеи Д. И. Менделеева в наше время?

Сообщение

Подземная газификация угля и научное наследие Д. И. Менделеева

Великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев не только создал Периодическую систему химических элементов, но и глубоко интересовался вопросами рационального использования природных ресурсов. Одной из сфер его научных интересов была подземная газификация угля — процесс, при котором уголь превращается в горючий газ прямо в толще земли, без подъёма на поверхность.

Менделеев считал, что уголь — это не просто топливо, а ценное химическое сырьё, и сжигать его «просто так» — значит неразумно тратить богатство земли. Он предлагал использовать научные методы переработки угля, чтобы получать из него газы, химические вещества и другие продукты с высокой добавленной стоимостью. Именно поэтому он предлагал развивать подземную газификацию как способ добычи горючего газа без разрушения поверхности и без необходимости транспортировки твёрдого топлива.

Суть подземной газификации угля заключается в том, что в угольный пласт закачивается воздух или кислород с водяным паром, а на глубине происходит горение или окисление угля с образованием синтез-газа — смеси водорода (H₂), угарного газа (CO) и других веществ. Продукты реакции поднимаются по скважинам на поверхность, где их можно использовать для получения топлива, химических веществ или электроэнергии.

Актуальность идей Менделеева в наше время

В XXI веке интерес к подземной газификации возрождается. Этот метод:

• позволяет использовать трудноизвлекаемые запасы угля, находящиеся глубоко под землёй;

• снижает затраты на добычу, транспортировку и переработку топлива;

• уменьшает загрязнение окружающей среды, поскольку не требует масштабных карьерных разработок;

• может стать частью устойчивой энергетики, особенно при улавливании и утилизации углекислого газа (CO₂).

Современные технологии позволяют сделать подземную газификацию более безопасной, управляемой и экологичной, а получаемый синтез-газ — использовать не только как топливо, но и как сырьё для химической промышленности (производство метанола, удобрений, пластмасс).

Таким образом, идеи Д. И. Менделеева о бережном и разумном использовании природных ресурсов, о глубокой переработке угля и роли науки в промышленности остаются вполне актуальными и сегодня, особенно в условиях энергетического кризиса и перехода к низкоуглеродной экономике.

Параграф 11. Одноатомные спирты