Вправа 1 Поясніть, як ви розумієте поняття «сировина». Сировиною називають природні речовини або матеріали, які використовують для виробництва продукції в різних галузях суспільного виробництва. Наприклад, продукти переробки нафти та природного газу є сировиною для синтезу високомолекулярних речовин, на основі яких добувають пластмаси, синтетичні каучуки, гуму, пінопласти, смоли, клеї, лаки, фарби, а також виготовляють розчинники, вибухові речовини, лікувальні препарати, отрутохімікати, мила та синтетичні мийні засоби.
Вправа 2 Охарактеризуйте основні завдання хімії в розв’язанні сировинної проблеми.
1. Створення альтернативної дешевої сировини, зокрема, розвідування і розробка шельфів, які містять нафту й газ, родовищ горючих сланців, з яких добувають сланцевий газ. Величезна кількість біомаси рослин, накопичена на планеті, розглядається в біотехнології як перспективна альтернативна сировина для добування вуглеводнів та інших органічних речовин.
2. Комплексне використання сировинних ресурсів, що полягає в тому, що з одного її виду виробляють одночасно різноманітну продукцію.
3. Багаторазове використання сировини, що ґрунтується на процесах рециркуляції та регенерації. Наприклад, уловлювання очисними спорудами газів і повторне використання їх; охолодження води, що нагрілася під час виробничого процесу, і повернення її у виробництво.
Рециркуляція — багаторазове повне або часткове повернення потоку газів, рідких або твердих речовин у технологічний процес. Регенерація — відновлення попереднього складу й будови, а отже, цінних вихідних властивостей матеріалів або речовин після використання їх.
4. Використання відходів як вторсировини, що полягає в досконаленні переробки промислових і побутових відходів з одночасним знешкодженням токсичних речовин. Так актуальною є переробка використаних виробів із полімерів і пластмас, в результаті якої знову добувають полімери. Залучаючи біотехнології, дедалі більше відходів сільського господарства переробляють на суміші горючих газів — так зване біопаливо.
Вправа 3 Для добування етину як сировину використовують кальцій карбід. З етину, здійснивши декілька перетворень, можна добути речовини інших класів. Складіть рівняння реакцій за схемою: СаС2 → С2Н2 → С2Н4 → С2Н5ОН → СН3СООН → СН3СООС2Н5. Назвіть утворені речовини.
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Кальцій гідроксид і етин
C2H2 + H2 → C2H4 Етен
C2H4 + H2O → C2H5OH Етанол
C2H5OH + CuO → CH3COOH + Cu↓ + H2O Етанова кислота, мідь і вода
CH3COOH + C2H5OH → CH3COOC2H5 + H2O Етилетаноат і вода
Вправа 4 Сировиною для виплавки заліза є його оксиди. Здійсніть перетворення за схемою: FeO → FeCl2 → Fe(OH)2 → FeO → Fe.
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O
FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaCl
Fe(OH)2↓ = FeO + H2O
FeO + CO = Fe + CO2↑
Поясніть, чи раціональним буде цей спосіб добування заліза. Не є раціональним, адже з оксиду FeO, після певних перетворень, отримали знову оксид FeO, а вже з нього залізо.
Залізо входить до складу залізних руд, гірських порід і мінералів: Fe3O4 ― магнетит, магнітний залізняк, Fe2O3 ― гематит, червоний залізняк, Fe2O3•nH2O ― лимоніт, бурий залізняк, FeCO3 ― сидерит, залізний шпат, FeS2 ― пірит, залізний колчедан, сірчаний колчедан.
Добування заліза засноване на відновленні його оксидів карбон (II) оксидом і коксом (вуглецем):
3Fe2O3 + CO =2Fe3O4 + CO2↑
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2↑
FeO + CO = Fe + CO2↑
Вправа 5 Обчисліть і позначте масу глюкози, яку можна добути з деревини масою 200 кг з масовою часткою целюлози 65%, якщо вважати, що вся глюкоза прогідролізувала.
А 142,44 кг
Б 144,44 кг
В 145,44 кг
Г 140 кг
Відповідь: Б
Відомо: m(деревини)=200 кг, ω((C6H10O5)n)=65%
Знайти: m(C6H12O6)-?
Розв'язування
І спосіб
m((C6H10O5)n)=ω((C6H10O5)n)•m(деревини):100%=200 кг•65%:100%=130 кг
Записуємо рівняння реакції:
130 кг х кг
(C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6
162n кг 180n кг
M(C6H10O5)n=162n кг/кмоль, маса 1 кмоль=162n кг
M(C6H12O6)=180 кг/кмоль, маса 1 кмоль=180 кг, а маса n кмоль=180n кг
x=m(C6H12O6)=130 кг • 180n кг : 162n кг = 144,44 кг
ІІ спосіб
m((C6H10O5)n)=ω((C6H10O5)n)•m(деревини):100%=200 кг•65%:100%=130 кг
M((C6H10O5)n)=162n кг/кмоль
γ((C6H10O5)n)=m((C6H10O5)n):M((C6H10O5)n)=130 кг:162n кг/кмоль=
=0,802/n кмоль
Записуємо рівняння реакції: (C6H10O5)n + nH2O -> nC6H12O6
За рівнянням γ((C6H10О5)n):γ(C6H12O6)=1:n, тому
γ(C6H12О6)=n•γ((C6H10O5)n)=n•0,802:n кмоль=0,802 кмоль
M(C6H12O6)=180 кг/кмоль
m(C6H12О6)=γ(C6H12O6)•M(C6H12O6)=0,802 кмоль•180 кг/кмоль=144,4 кг
Відповідь: 144,44 кг
Вправа 6 Для виробництва цементу як один із компонентів сировини використовують вапняк. Обчисліть вміст кальцій карбонату у вапняку масою 800 кг, якщо внаслідок його термічного розкладу отримали негашене вапно масою 403,2 кг.
Відомо: m(вапняку)=800 кг, m(CaO)=403,2 кг
Знайти: ω(CaCO3)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
х кг 403,2 кг
CaCO3 = CaO + CO2↑
100 кг 56 кг
M(CaCO3)=100 кг/кмоль, маса 1 кмоль=100 кг
M(CaO)=56 кг/кмоль, маса 1 кмоль=56 кг
x=m(CaCO3)=403,2 кг • 100 кг : 56 кг=720 кг
ω(CaCO3)=m(CaCO3):m(вапняку)•100%=720 кг : 800 кг • 100%=90%
ІІ спосіб
M((CaO)=56 кг/кмоль
γ((CaO)=m(CaO):M(CaO)=403,2 кг:56 кг/кмоль=7,2 кмоль
Записуємо рівняння реакції: CaCO3 = CaO + CO2↑
За рівнянням γ(CaCO3):γ(CaO)=1:1, тому γ(CaCO3)=γ(CaO)=7,2 кмоль
M(CaCO3)=100 кг/кмоль
m(CaCO3)=γ(CaCO3)•M(CaCO3)=7,2 кмоль•100 кг/кмоль=720 кг
ω(CaCO3)=m(CaCO3):m(вапняку)•100%=720 кг : 800 кг • 100%=90%
Відповідь: 90%