ГДЗ по химии 9 класс, базовый уровень учебник Габриелян, Остроумов — страница 141

    Основные стадии химического производства серной кислоты:
1. Получение оксида серы (IV). В качестве сырья применяют серу, серный колчедан или сероводород.
2. Получение оксида серы (VI). Окисление оксида серы (IV) кислородом в присутствии катализатора.
3. Получение серной кислоты. Связывание образующегося оксида серы (VI) водой.

    Основные стадии химического производства аммиака:
1 . Подготовка сырья и получение азотно водородной смеси
2. Сжатие (компримирование) смеси
3. Синтез аммиака в колонне (контактном аппарате)
4. Охлаждение реакционной смеси
5. Сепарация (разделение)
6. Рециркуляция непрореагировавших газов

   Колчедан размалывают и подают в печь ленточным транспортером. Чтобы увеличить скорость обжига, используют принцип противотока — сверху в печь подают измельченный колчедан, а снизу — воздух, обогащенный кислородом. Воздух вдувается через множество трубок под давлением, которое отрегулировано так, чтобы частицы колчедана не распылялись и не слеживались. Частицы колчедана оказываются во взвешенном состоянии, создавая иллюзию кипящей жидкости, поэтому и возникло название метод кипящего слоя.
   Между слоями катализатора располагают трубки теплообменника, по которым газообразный оксид серы (IV) подается в контактный аппарат. При этом одновременно происходит нагревание оксида серы (IV) и охлаждение до необходимой температуры продукта реакции на данной стадии — оксида серы (VI). Этот принцип — принцип теплообмена широко применяют на химическом производстве. Температура в контактном аппарате поддерживается на уровне 400°С. Выходящие из контактного аппарата газы направляются в трубки теплообменника для дальнейшего охлаждения и передачи теплоты очищенному и осушенному сернистому газу. Степень превращения SO₂ и SO₃ на современных сернокислых заводах достигает 98%. Непрореагировавшие оксид серы (IV) и кислород отделяются от полученного оксиды серы (VI) и возвращаются в контактный аппарат. Этот принцип химического производства называют циркуляцией.
   Для поглощения оксида серы (IV) воду не принимают, так как из-за выделяющейся теплоты вода превращается в пар, и серная кислота образуется в виде крошечных капелек тумана. Поэтому оксид серы (VI) в поглотительной башне растворяют в концентрированной (98%-ной) кислоте. При этом вода, содержащаяся в концентрированной серной кислоте, взаимодействует с оксидом серы (VI). Продуктом взаимодействия концентрированной серной кислоты и (VI) является олеум — раствор оксида серы (VI) в серной кислоте.
   Поглощение оксида серы (VI) серной кислотой — процесс гетерогенный, и для создания большей поверхности соприкосновения реагентов поглотительную башню заполняют кольцами из огнеупорной керамики. Кислота, стекая сверху, омывает кольца (принцип противотока). Полученный олеум направляется на склад готовой продукции.

   S + O₂ = SO₂ + Q

   2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + Q — данная реакция является обратимой.
   Степень превращения SO₂ и SO₃ на современных сернокислых заводах достигает 98%.
Непрореагировавшие оксид серы (IV) и кислород отделяются от полученного оксиды серы (VI) и возвращаются в контактный аппарат. Этот принцип химического производства называют циркуляцией.
   На третьей стадии протекает химическая реакция:

   SO₃ + H₂O = H₂SO₄ + Q

   N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q
   реакция соединения, экзотермическая, окислительно-восстановительная.

Дано:
   m(FeS₂) = 1 т = 1000 кг
   m_практ(H₂SO₄) = 360 кг
   Ƞ(H₂SO₄) = 100%
Найти:
   — ?

Решение:
   4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂
   2SO₂ + O₂ = 2SO₃
   SO₃ + H₂O = H₂SO₄
   Найдем количество вещества серного колчедана:
   n(FeS₂) = m/M = 1000 кг/(56 + 32 · 2)кг∕кмоль = 8,33 кмоль
   найдем количество вещества серной кислоты по уравнениям реакций:
   n(H2SO4) = n(SO₃) = n(SO₂) = n(FeS₂) · 2 = 8,33 кмоль · 2 = 16,66 кмоль
   Рассчитаем теоретическую массу серной кислоты:
   m_теорет(H₂SO4) = n(H₂SO₄) · М(H₂SO₄) = 16,66 кмоль · (2 · 1 + 32 + 16 · 4)кг/кмоль = 1632,68 кг
   найдем массовую долю выхода продукта реакции:

   Ответ: на заводе из 1 т серного колчедана получают 360 кг 100%-ной серной кислоты, и это составляет 22% от теоретически возможного.

Дано:
   н.у.
   V(N₂) = 500 л
   V(H₂) = 1200 л
   Q_{на 1 моль NH3} = 46 кДж
Найти:
   Q — ?

Решение:
   N₂ + 3H₂ = 2NH₃ + Q
   Рассчитаем количество вещества азота и водорода:
   n(N₂) = V/Vm = 500 л/22,4 л∕моль = 22,32 моль
   n(H₂) = V/Vm = 1200 л/22,4 л∕моль = 53,57 моль
   Определим, какое вещество расходуется полностью, а какое в избытке:
   По уравнению реакции на 1 моль азота требуется 3 моль водорода
   По условию задачи на 22,32 моль азота добавляется 53,57 моль водорода, а необходимо 22,32 моль · 3 = 66,94 моль.
   53,57 моль это меньше, чем 66,94 моль, значит азот взят в избытке, а водород в недостатке, это означает, что расчеты ведем по водороду.
   Найдем количество вещества аммиака:
   По уравнению реакции из 3 моль водорода образуется 2 моль аммиака
   По условию задачи из 53,57 моль водорода образуется х моль аммиака
   Тогда n(NН₃) = х = 53,57 моль · 2 моль/3 моль = 35,71 моль
   Рассчитаем тепловой эффект реакции:
   По условию задачи на 1 моль аммиака выделяется 46 кДж
   А по расчетам на 35,71 моль аммиака выделится х моль кДж
   Q = х = 35,71 моль · 46 кДж/1 моль = 1642,66 кДж

   Ответ: при взаимодействии 500 л азота с 1200 л водорода выделится 1642,66 кДж энергии.

   Диаграмма отражает индекс химического производства в России в период с 1993 по 2020 год, выраженный в процентах от уровня предыдущего года. Значение 100% означает, что объём производства остался на прежнем уровне; показатель выше 100% — рост производства по сравнению с прошлым годом, ниже 100% — спад.
   1993–1998 годы: на графике прослеживается нестабильность, чередование подъёмов и спадов, при этом в отдельные годы индекс опускается ниже 90%.
   Особенно заметен резкий всплеск в 1997 году (около 128%), за которым следует снижение.
   1999 год: резкий максимум — индекс достигает примерно 128%.
   2000–2008 годы: относительно устойчивый рост с небольшими колебаниями; индекс преимущественно держится выше 100 %, но амплитуда колебаний уменьшается.
   2009 год: выраженный минимум — индекс падает примерно до 93%.
   2010–2019 годы: умеренные колебания вокруг отметки 105–110%, тенденция к стабилизации.
   2020 год: небольшое снижение, индекс приближается к 100%.

   Выводы о состоянии химической промышленности:
   — высокая волатильность в 1990 е годы отражает переходный период: разрушение старых хозяйственных связей, спад производства, попытки адаптации предприятий к рыночным условиям.
   — способность к быстрому восстановлению видна на примере 1999 года: после кризисного 1998 года отрасль продемонстрировала резкий рост.
   — устойчивость в 2010 е годы: колебания становятся менее резкими, что говорит о формировании более стабильной модели работы отрасли.
   — чувствительность к внешним шокам: спады в 2009 и 2020 годах показывают, что химическая промышленность остаётся уязвимой к глобальным экономическим кризисам и чрезвычайным ситуациям.

   Соотнесём экстремумы графика с историческими событиями.
   Спад начала 1990 х (индекс около 80% в 1993–1994 гг.) — следствие экономического кризиса после распада СССР, «шоковой терапии», гиперинфляции и разрыва межреспубликанских производственных связей.
   Пик 1997 года и последующий спад — в 1997 году наблюдался кратковременный рост на фоне относительной стабилизации, но к концу года нарастали признаки финансового напряжения, которое вылилось в полномасштабный кризис.
   Минимум 1998 года и резкий рост в 1999 году — дефолт и девальвация рубля в августе 1998 года вызвали краткосрочный спад, но одновременно запустили эффект импортозамещения: отечественная химическая продукция стала более конкурентоспособной, что стимулировало рост производства.
   Спад 2009 года — последствие мирового финансового кризиса 2008–2009 годов: падение спроса на сырьё и продукцию, сокращение экспортных рынков, проблемы с финансированием.
   Замедление в 2020 году — влияние пандемии COVID 19: локдауны, нарушение логистических цепочек, снижение деловой активности и спроса на промышленную продукцию.
   Таким образом, динамика индекса химического производства наглядно иллюстрирует взаимосвязь развития отрасли с макроэкономической ситуацией в стране и мире.