ГДЗ по химии 9 класс, базовый уровень учебник Габриелян, Остроумов — страница 136

   Часть неметаллов встречается в природе в виде соединений, в которых атомы неметаллов проявляют только положительные степени окисления. Это фосфор, кремний, германий, бор и некоторые другие. Например, фосфор присутствует в природных соединениях почти исключительно в виде производных фосфорной кислоты. Важнейшие фосфоросодержащие минералы — фосфориты и апатит, составной частью которых является Ca₃(PO₄)₂, а также фторапатит, содержащий 3Ca₃(PO₄)₂ · CaF₂.
   Другая часть неметаллов представлена соединениями, в которых они проявляют отрицательные степени окисления. Прежде всего это неметаллы VIIA-группы — галогены. Самый электроотрицательный из них — фтор — никогда не проявляет положительной степени окисления. Важнейшие природные минералы, содержащие фтори-анион, — это флюорит CaF₂, криолит Na₃AlF₆, фторапатит. Природные соединения хлора: каменная соль NaCl, или галит KCl, сильвин и др. А вот бром и иод содержатся главным образом в виде солей (бромидов и иодидов) в морской и океанической воде. Некоторые водоросли, например ламинария, способны поглощать иод из морской воды, поэтому они долгое время служили основным источником его получения.

   Сложной технической задачей является разделение смеси газов, которой является воздух, на отдельные компоненты. Эта задача решается фракционной перегонкой (ректификацией) жидкого воздуха, то есть его разделением на отдельные фракции — компоненты, имеющие определенные температуры кипения. Ректификацию осуществляют в специальных аппаратах — ректификационных колоннах.
   С помощью специальных компрессоров воздух сжимают и охлаждают, при этом все его компоненты переходят в жидкое агрегатное состояние. Жидкий воздух подают в верхнюю часть ректификационной колонны, представляющей собой высокий цилиндр, разделенный множеством поперечных перегородок — тарелок. Стекая по тарелкам, жидкость постепенно нагревается, при этом из нее начинает испарятся самый легкокипящий компонент — азот (t_{кипения} = −196°C). Газообразный азот поднимается в верхнюю часть колонны, а стекающая в нижний резервуар жидкость представляет собой жидкий кислород, в котором растворены благородные газы. При необходимости на подобной колонне можно разделить кислород и аргон, температуры кипения которых различаются на 3°C (−183 и −186°C соответственно).

   Наиболее активные неметаллы, в частности галогены, встречаются в природе в виде анионов, поэтому для получения их в свободном состоянии приходится использовать процесс окисления. Однако чем активнее галоген, тем сложнее отнять электрон у его аниона, т.е окислить его. На помощь приходит электрический ток.
   Под действием электрического тока в растворе или расплаве электролита происходит окислительно-восстановительная реакция.
   Реакцию разложения электролита под действием электрического тока называют электролизом.
   Путем электролиза получают активные неметаллы: галогены, водород, кислород.    В 1886 году французский химик Анри Муассан впервые получил свободный фтор электролизом сжиженного фтороводорода:

   2HF ⟶ H₂ + F₂
   Катод 2Н⁺¹ + 2ē → Н₂⁰
   Анод 2F^–1 − 2ē → F₂⁰

   Ближайший аналог фтора — хлор получают в промышленности также с помощью электролиза. В качестве сырья используют доступную и дешевую соль – хлорид натрия. Для проведения процесса соль растворяют в воде. В результате электролиза раствора хлорида натрия получают сразу три важнейших продукта химического производства — водород, гидроксид натрия и хлор:

   Продуктом восстановления, выделяющимся на катоде, является водород.

   NaCl⁻¹, чистый хлор можно получить путем электролиза.
   О₂⁰, N₂⁰ — находятся в воздухе в виде смеси, можно выделить путем фракционной перегонки.
   Ca₃(P⁺⁵O₄)_2– чистый фосфор можно получить путем восстановления фосфора при помощи кокса.

Дано:
   н. у.
   Vвозд = 2000 м³
   ω(O₂) = 21% = 0,21
   ω(N₂) = 78% = 0,78
Найти:
   m(O₂) — ?
   m(N₂) — ?

Решение:
   Найдем объем кислорода и азота:
   V(O₂) = ω(O₂) · V^возд = 0,21 · 2000 м³ = 420 м³
   V(N₂) = ω(N₂) · V^возд = 0,78 · 2000 м³ = 1560 м³
   Найдем количество вещества кислорода и азота:
   n(O₂) = V(O₂)/Vm = 420 м³/22,4 м³∕кмоль = 18,75 кмоль
   n(N₂) = V(N₂)/Vm = (1560 м³)/(22,4 м³∕кмоль) = 69,64 кмоль
   Найдем массу кислорода и азота:
   m(O₂) = n(O₂) · M(O₂) = 18,75 кмоль · 16 · 2кг/кмоль = 600 кг
   m(N₂) = n(N₂) · M(N₂) = 69,64 кмоль · 14 · 2кг/кмоль = 1950 кг
   Ответ: из 2000 м3 воздуха можно поучить 600 кг кислорода и 1950 кг азота.

Дано:
   As_xS_y
   ω(As) = 61% = 0,61
   ω(S) = 39% = 0,39
Найти:
   x — ?
   y — ?

Решение:
   Примем массу образца за 100 г. Тогда масса мышьяка 61 г, масса серы 39 г.
   Через формулу n = m/M, вычислим количество вещества мышьяка и серы:
   n(As) = m(As)/M(As) = 61г/75 г∕моль = 0,813 моль
   n(S) = m(S)/M(S) = 39г/32 г∕моль = 1,218 моль
   найдем соотношение количеств веществ:
   n(As)/n(S) = 0,813/(1,218 = 1 : 1,5 умножим на 2 и получаем 2 : 3, значит мышьяка в в формуле 2 атома, а серы 3 атома, соответственно формула аурипигмента As₂S₃.

   Ответ: As₂S₃.

Дано:
   m_{фосфорита} = 387,5 кг
   ω(Ca₃(PO₄)₂) = 80%
Найти:
   m(P) — ?

Решение:
   Ca₃(PO₄)₂ + 3SiO₂ + 5С = 3СаSiO₃ + 2Р + 5СО↑
   Найдем массу фосфата кальция:
   m(Ca₃(PO₄)₂) = m_{фосфорита} · ω(Ca₃(PO₄)₂) = 387,5 кг · 0,80 = 310 кг
   Найдем количество вещества фосфата кальция:
   n(Ca₃(PO₄)₂) = m/M = 310 кг/(40 · 3 + 31 · 2 + 16 · 8)кг∕кмоль = 1 кмоль
   рассчитаем количество вещества фосфора:
   по уравнению реакции n(P)= n(Ca₃(PO₄)₂) · 2 = 1 кмоль · 2 = 2 кмоль    рассчитаем массу фосфора:
   m(Р) = n(Р) · M(Р) = 2 кмоль · 31кг/кмоль = 62 кг

   Ответ: из 387,5 кг фосфорита, с массовой долей фосфата кальция 80%, можно получить 62 кг фосфора?

Дано:
   ω(SiO₂) = 96% = 0,96
   m(Si) = 84 г
Найти:
   mпеска — ?
   m(Mg) — ?

Решение:
   SiO₂ + 2Mg = 2MgО + Si
   Найдем количество вещества кремния:
   n(Si)= m/M = 84г/28 г∕моль = 3 моль
   найдем количество вещества оксида кремния и магния:
   По уравнению реакции n(SiO₂) = n(Si) = 3 моль
   n(Mg)= 2 · n(Si) = 2 · 3 моль = 6 моль
   Найдем массу оксида кремния(IV):
   m(SiO₂) = n(SiO₂) · M(SiO₂) = 3 моль · (28 + 16 · 2) г/моль = 180 г
   Найдем массу песка:
   m_песка = m(SiO₂)/ω(SiO₂) = 180 г/0,96 = 187,5 г
   Найдем массу магния:
   m(Mg) = n(Mg) · М(Mg) = 6 моль · 24 г/моль = 144 г

   Ответ: для получения 84 г кремния необходимо взять 187,5 г песка и 144 г магния.

Дано:
   m(WO₃) = 23,2 г
Найти:
   V(СН₄) — ?

Решение:
   СН₄ = С + 2Н₂↑
   WO₃ + 3H₂ = W + 3H₂O
   Найдем количество вещества оксида вольфрама (VI):
   n(WO₃) = m(WO₃)/M(WO₃) = 23,2 г/(184 + 16 · 3) г∕моль = 0,1 моль
   найдем количество вещества водорода:
   по уравнению реакции: n(H₂) = 3 · n(WO₃) = 3 · 0,1 моль = 0,3 моль
   значит и в реакции разложения метана должно выделиться не меньше 0,3 моль водорода.
   Найдем количество вещества метана:
   По уравнению реакции из 1 моль СH₄ образуется 2 моль H₂
   По условиям задачи из х моль СH₄ образуется 0,3 моль H₂
   Тогда n(СH₄) = х = 1 моль · 0,3 моль/2 моль = 0,15 моль
   Найдем объем метана:
   V(СН₄) = Vm · n(СH₄) = 22,4 л/моль · 0,15 моль = 3,36 л

   Ответ: чтобы выделившегося водорода хватило для восстановления 23,2 г оксида вольфрама (VI) необходимо взять для разложения 3,36 л метана.

      Сообщение на тему: «Жизнь и деятельность Гемфри Дэви»
   Гемфри Дэви (17 декабря 1778 года — 29 мая 1829 года) — выдающийся английский физик и химик, один из основоположников электрохимии. Он родился в городке Пензанс (графство Корнуолл, Англия) в семье резчика по дереву.
   Ещё в детстве Дэви проявлял незаурядные способности. После смерти отца он стал учеником аптекаря — именно там начал углублённо заниматься химией и составил план самообразования, которому строго следовал.
   Уже в 17 лет Гемфри сделал своё первое открытие: он обнаружил, что трение двух кусков льда друг о друга вызывает их плавление. На основе этого наблюдения учёный предположил, что теплота — это особый вид движения.
   В 1798 году Дэви пригласили работать в Бристольский Пневматический институт, где исследовали воздействие различных газов на организм человека. В 1799 году он открыл опьяняющее действие «веселящего газа» — закиси азота (N₂O).
   В начале XIX века карьера Дэви стремительно развивалась: в 1801 году он стал ассистентом, а в 1802 м — профессором Королевского института. Здесь учёный увлёкся изучением воздействия электрического тока на вещества. Среди его ключевых открытий:
   • Получение новых металлов электролизом. В 1807 году Дэви выделил металлический калий и натрий из едкого кали и едкого натра (веществ, которые тогда считались неразложимыми). В 1808 м он получил амальгамы кальция, стронция, бария и магния. В 1818 году — чистый литий.
   • Выделение бора. Учёный независимо от Ж. Гей Люссака и Л. Тенара выделил бор из борной кислоты.
   • Подтверждение элементарной природы хлора (1810) — Дэви опроверг представление о том, что хлор является продуктом окисления соляной кислоты.
   • Водородная теория кислот. Учёный опроверг взгляды А. Лавуазье, утверждавшего, что каждая кислота обязательно содержит кислород.
   • Электрохимическая теория сродства (1807): Дэви предположил, что при образовании химических соединений происходит взаимная нейтрализация зарядов простых тел. Чем больше разность зарядов, тем прочнее соединение.
   • Электрическая дуга (1808–1809): используя мощную электрическую батарею из 2 000 гальванических элементов, учёный получил электрическую дугу между двумя угольными стержнями.
   • Безопасная рудничная лампа (1815): сконструировал лампу с металлической сеткой, которая предотвращала взрывы в шахтах и спасла жизни многих горняков.
   • Исследования электричества. В 1821 году установил зависимость электрического сопротивления проводника от его длины и сечения, а также отметил влияние температуры на электропроводность.
   • Сельскохозяйственная химия. В 1803–1813 годах читал курс сельскохозяйственной химии, выдвинул идею о необходимости минеральных солей для питания растений и подчеркнул важность полевых опытов в земледелии.
   Во время экспериментов с металлами произошёл несчастный случай: расплавленный калий попал в воду, случился взрыв, в результате которого Дэви потерял правый глаз и получил серьёзные травмы лица.
   За свои заслуги Дэви получил широкое признание:
   • В 1812 году в возрасте 34 лет был удостоен титула лорда.
   • В 1820 году стал президентом Лондонского Королевского общества (английской академии наук).
   • Был членом и секретарём Лондонского королевского общества, иностранным почётным членом Петербургской академии наук (с 1826 года).
   • Награждён медалями Копли (1805) и Румфорда (1816) Лондонского королевского общества.
   Помимо науки, Дэви проявил себя и в литературе: вошёл в кружок английских поэтов романтиков «озёрной школы».
   Гемфри Дэви вошёл в историю как:
   • основатель электрохимии;
   • первооткрыватель ряда химических элементов и веществ;
   • автор важных теорий и изобретений, повлиявших на развитие науки и техники;
   • учитель выдающегося учёного Майкла Фарадея.
   В честь Гемфри Дэви Лондонское Королевское общество учредило медаль Дэви — награду для выдающихся учёных.
   Дэви умер 29 мая 1829 года в Женеве от апоплексического удара и был похоронен в Вестминстерском аббатстве — месте захоронения выдающихся людей Англии.

      Сообщение на тему: «История открытия фтора»
    Фтор — один из самых активных и опасных химических элементов. Его открытие стало долгим и драматичным процессом: учёные годами пытались выделить чистое вещество, но сталкивались с трудностями и даже гибли из за токсичности соединений.
    В XVII веке, учёные впервые обнаружили плавиковую кислоту (раствор фтороводорода HF). Тогда её называли «шпатцевой кислотой» и получали из минерала флюорита (CaF2). Уже тогда были установлено, что вещество разъедает стекло и крайне агрессивно.
    В 1771 году шведский химик Карл Шееле впервые получил плавиковую кислоту в лаборатории. Он обработал флюорит серной кислотой H2SO4, в результате выделился ядовитый газ, который при растворении в воде давал сильную кислоту. Шееле не знал, что в её составе есть новый элемент, но его работа стала отправной точкой.
    Французский химик Антуан Лавуазье предположил, что в кислоте содержится неизвестный элемент — «флуорин» (от латинского fluorum — «текучий»). Но выделить его оказалось невероятно сложно: фтор реагирует почти со всем, включая металлы и стекло.
    В XIX веке десятки учёных пытались получить фтор в чистом виде. Они разлагали соединения током, нагревали их — но безуспешно. Более того, многие эксперименты заканчивались травмами или смертью:
    • Братья Нокс (Англия) получили тяжёлые отравления, пытаясь выделить фтор из фторидов. Один из них погиб.
    • Гемфри Дэви — знаменитый химик, открывший несколько элементов, — тоже пострадал: его лёгкие были поражены парами фтористых соединений.
    • Жозеф Гей Люссак и Луи Тенар едва не погибли, работая с плавиковой кислотой.     Эти случаи показали: фтор не просто активен — он смертельно опасен.
    Прорыв случился в 1886 году. Французский химик Анри Муассан нашёл способ, как обойти все препятствия. Он использовал:
1. Электролиз — пропускал ток через безводную плавиковую кислоту.
2. Низкую температуру (−50℃) — это замедлило реакции с сосудом.
3. Платиновый сосуд — платина менее активна, чем стекло или другие металлы.
    При электролизе на аноде выделился жёлто зелёный газ с резким запахом — это был чистый фтор (F₂). Газ тут же реагировал с пробкой и стенками сосуда, но Муассан успел его зафиксировать.
    За это открытие учёный получил Нобелевскую премию по химии в 1906 году.
    Открытие фтора изменило науку:
    • Стало понятно, как работают самые активные элементы (фтор — самый электроотрицательный в таблице Менделеева).
    • Появились новые материалы: тефлон, фреоны, фторсодержащие полимеры.
    • Фтор вошёл в медицину (зубные пасты с фторидами) и промышленность (ядерная энергетика, ракетное топливо).