Решебник по химии 9 класс Габриелян §37

Химический состав планеты Земля

Стр. 192

Вопрос

Все живые и неживые объекты природы состоят из одних и тех же 90 химических элементов. Как устроена планета Земля с точки зрения химии?

С точки зрения химии, планета Земля — это сложная система, состоящая из различных оболочек, каждая из которых имеет свой химический состав.

Литосфера — это твёрдая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Она состоит из горных пород и минералов, в химический состав которых входят около 90 химических элементов. Основными элементами литосферы являются кислород (46 %), кремний (28 %), алюминий (8 %), железо (5 %), кальций (4 %), натрий (3 %), калий (2 %), магний (2 %). Эти элементы формируют соединения, входящие в состав силикатов, оксидов и других веществ.

Гидросфера — это водная оболочка Земли. Основу её составляет вода (H₂O), то есть соединение водорода и кислорода. Также в гидросфере присутствуют растворённые соли, в состав которых входят натрий, хлор, магний, кальций, калий, бром и другие элементы.

Атмосфера — газовая оболочка Земли. Её составляют в основном азот (78 %), кислород (21 %) и углекислый газ (0,03 %), а также другие газы. Эти элементы находятся в виде простых веществ (N₂, O₂, CO₂) и играют важную роль в поддержании жизни и химических процессов.

Таким образом, с точки зрения химии, Земля — это планета, где в различных природных оболочках (литосфере, гидросфере, атмосфере) распространены одни и те же химические элементы, но они соединены в разные вещества и находятся в различных агрегатных состояниях. Эти элементы участвуют в круговороте веществ и обеспечивают существование жизни.

Стр. 197

Проверьте свои знания

1. Каково строение нашей планеты? Какие химические элементы преобладают в каждой из оболочек Земли?

Строение Земли включает несколько оболочек: внутреннее ядро, внешнее жидкое ядро, мантию и земную кору. Эти слои различаются по составу, плотности и температуре.

Внутреннее ядро состоит из железа и никеля, оно твёрдое из-за высокого давления при температуре около 4000–5000 °C. Внешнее ядро — жидкое, также состоит из железа.

Мантия окружает ядро и занимает около 83 % объёма Земли. Она состоит из плотных силикатов, содержащих железо, магний, кальций, алюминий и другие элементы. Основные химические элементы мантии — кремний, кислород, магний, железо.

Земная кора — самая верхняя твёрдая оболочка, состоит из горных пород. В её составе преобладают: кислород (46 %), кремний (28 %), алюминий (8 %), железо (5 %), кальций (4 %), натрий (3 %), калий (2 %) и магний (2 %) — это видно на рисунке 99.

Атмосфера — воздушная оболочка, где основными элементами являются неметаллы: азот (78 %), кислород (21 %), углекислый газ (0,03 %) и другие газы (рис. 102).

Гидросфера — водная оболочка, включающая океаны, моря, реки. Главные химические элементы: кислород (85,45 %) и водород (10,63 %), входящие в состав воды. Также содержатся хлор (2,06 %) и натрий (1,14 %) (рис. 101).

2. Что такое минералы, осадочные породы? Приведите названия пяти минералов из коллекции Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана. Для выполнения задания воспользуйтесь сайтом музея.

Минералы — это природные твёрдые тела, образовавшиеся в результате геологических процессов. Они имеют определённый химический состав и кристаллическую структуру. Минералы входят в состав горных пород.

Осадочные горные породы — это породы, образовавшиеся на поверхности Земли в результате разрушения других пород, осаждения частиц, химических реакций или накопления остатков живых организмов. Бывают неорганические (песок, глина) и органические (уголь, мел, известняк, торф).

Для выполнения части задания с минералами воспользуемся сайтом Минералогического музея им. А. Е. Ферсмана.

Пять минералов из коллекции музея:

1. Кварц (SiO₂) — один из самых распространённых на Земле.

2. Гематит (Fe₂O₃) — руда для получения железа.

3. Куприт (Cu₂O) — источник меди.

4. Пирит (FeS₂) — «золото дураков», используется в химической промышленности.

5. Галит (NaCl) — каменная соль, широко применяется в пищевой и химической промышленности.

3. Охарактеризуйте химический состав гидросферы. Соединения каких химических элементов, помимо кислорода и водорода, преобладают в Мировом океане?

Гидросфера включает всю воду на Земле: океаны, моря, реки, озёра, ледники, подземные воды. Основу гидросферы составляет вода (H₂O), а значит, её основными элементами являются кислород (85,45 %) и водород (10,63 %) — см. рисунок 101.

Помимо этих элементов, в воде Мирового океана содержатся и другие химические элементы в виде растворённых солей. Преобладают:

• хлор (2,06 %) в составе ионов Cl⁻,

• натрий (1,14 %) в виде ионов Na⁺,

• также встречаются магний, кальций, калий, бром, сера и другие элементы в меньших количествах.

Эти элементы входят в состав морской соли и других соединений, растворённых в воде, и играют важную роль в формировании химического состава морской воды.

4. Расскажите о составе атмосферного воздуха.

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси газов. Основными компонентами атмосферного воздуха являются:

• азот (N₂) — 78 %,

• кислород (O₂) — 21 %,

• аргон — около 0,93 %,

• углекислый газ (CO₂) — около 0,03 %,

• другие газы (неон, гелий, метан, водород и др.) — менее 0,1 %.

Также в воздухе могут содержаться переменные компоненты: водяной пар, пыль, микроорганизмы, оксиды азота и серы.

Азот и кислород являются постоянными компонентами. Азот нужен растениям, а кислород — всем живым существам для дыхания. Углекислый газ участвует в фотосинтезе.

Верхние слои атмосферы содержат озон (O₃), защищающий Землю от ультрафиолетового излучения.

Состав атмосферного воздуха показан на рисунке 102.

Стр. 197

Примените свои знания

5. Один из самых солёных водоёмов на планете — Мёртвое море. Для того чтобы приготовить аналог его вод, нужно в 1 л чистой воды растворить 490 г соли. Рассчитайте массовую долю солей в Мёртвом море.

Массовая доля вещества рассчитывается по формуле:

ω (массовая доля) = (m_вещества / m_раствора) × 100 %

В данном случае:

масса соли (растворённого вещества) = 490 г,

масса воды = 1 л = 1000 г,

масса раствора = 1000 г + 490 г = 1490 г.

Теперь подставим в формулу:

ω = (490 г / 1490 г) × 100 % ≈ 32,89 %

Ответ: массовая доля солей в воде Мёртвого моря составляет примерно 32,9 %.

6. Массовые доли элементов в минерале криолите составляют: калий — 58,2 %, алюминий — 13,4 %, фтор — 28,4 %. Определите формулу минерала.

Для определения химической формулы по массовым долям нужно найти мольное соотношение элементов.

1. Найдём количество вещества каждого элемента в 100 г вещества:

• Калий (K): 58,2 г / 39 г/моль ≈ 1,49 моль

• Алюминий (Al): 13,4 г / 27 г/моль ≈ 0,50 моль

• Фтор (F): 28,4 г / 19 г/моль ≈ 1,49 моль

2. Делим все количества на наименьшее (0,50):

• Калий: 1,49 / 0,50 ≈ 3

• Алюминий: 0,50 / 0,50 = 1

• Фтор: 1,49 / 0,50 ≈ 3

3. Получаем соотношение атомов: K₃AlF₆

Ответ: формула криолита — K₃AlF₆

Стр. 197

Выразите свое мнение

7. Одна из глобальных проблем человечества — нехватка пресной воды. При этом, например, в прибрежных странах Африки солёных вод предостаточно. Какие способы опреснения морской воды вы можете предложить?

Для решения проблемы нехватки пресной воды в районах, где имеются большие запасы морской воды, используют различные способы опреснения. Вот основные методы:

1. Перегонка (дистилляция) — нагревание морской воды до кипения с последующей конденсацией пара. Соль остаётся в испарителе, а конденсат — это пресная вода. Метод эффективен, но требует много энергии.

2. Обратный осмос — современный метод, основанный на пропускании воды через полупроницаемую мембрану под давлением. Мембрана задерживает соли и другие примеси, а проходит только молекулы воды. Метод широко используется и экономичнее перегонки.

3. Замораживание — при замораживании сначала образуется лёд из чистой воды, а соли остаются в растворе. После отделения и растапливания льда получают пресную воду. Метод менее распространён из-за сложности в промышленном применении.

4. Испарение с использованием солнечной энергии — вода испаряется в специальных установках (солнечные дистилляторы), затем конденсируется и собирается. Это экологически чистый, но медленный способ.

Вывод: на практике чаще всего применяют обратный осмос и дистилляцию, особенно в прибрежных странах с тёплым климатом, таких как государства Северной Африки и Ближнего Востока.