Вправа 1 Поясніть, як ви розумієте поняття «сировина». Сировиною називають природні речовини або матеріали, які використовують для виробництва продуктів різних галузей промислового виробництва.
Вправа 2 Охарактеризуйте основні завдання хімії в розв’язанні сировинної проблеми. Розвідування та створення альтернативної дешевої сировини; комплексне використання сировинних ресурсів; багаторазове застосування сировини, що ґрунтується на процесах рециркуляції та регенерації; використання промислових і побутових відходів.
Вправа 3 Як сировину для добування етину використовують кальцій карбід. З етину за допомогою певних перетворень можна добути речовини інших класів. Складіть рівняння реакцій за схемою та назвіть утворені речовини:
СаС2 → С2Н2 → С2Н4 → С2Н5Сl → С2Н5ОН → СН3СООН → СН3СООС2Н5.
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + C2H2 Кальцій гідроксид і етин
C2H2 + H2 → C2H4 Етен
C2H4 + HCl → C2H5Cl Хлороетан
C2H5Сl + H2O → C2H5OH + HCl Етанол і гідроген хлорид
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 та поясніть, чи буде раціональним цей спосіб добування заліза:
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↑
Вправа 5 Обчисліть і позначте маси алюмінію та ферум (ІІ, ІІІ) оксиду, що вступили в реакцію алюмінотермії, якщо відновилося залізо масою 8,96 г.
А 12,39 г Fe3O4 і 3,84 г Al
В 11,73 г Fe3O4 і 3,27 г Al
Б 12,47 г Fe3O4 і 3,87 г Al
Г 12,87 г Fe3O4 і 3,78 г Al
Відповідь: А
Відомо: m(Fe)=8,96 г
Знайти: m(Al)-?, m(Fe3O4)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
x г у г 8,96 г
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
216 г 696 г 504 г
M(Al)=27 г/моль, маса 1 моль=27 г, а маса 8 моль=216 г
M(Fe3O4)=232 г/моль, маса 1 моль=232 г, а маса 3 моль=696 г
M(Fe)=56 г/моль, маса 1 моль=56 г, а маса 9 моль=504 г
х=m(Al)=8,96 г • 216 г : 504 г=3,84 г
у=m(Fe3O4)=8,96 г • 696 г : 504 г=12,39 г
ІI спосіб
M(Fe)=56 г/моль
v(Fe)=m(Fe):M(Fe)=8,96 г : 56 г/моль=0,16 моль
Записуємо рівняння реакції: 8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe
За рівнянням реакції v(Al):v(Fe3O4):v(Fe)=8:3:9, тому
v(Al)=8•v(Fe):9=8•0,16 моль:9=0,142 моль
v(Fe3O4)=3•v(Fe):9=3•0,16 моль:9=0,053 моль
M(Al)=27 г/моль, M(Fe3O4)=232 г/моль
m(Al)=v(Al)•M(Al)=0,142 моль•27 г/моль=3,84 г
m(Fe3O4)=v(Fe3O4)•M(Fe3O4)=0,053 моль•232 г/моль=12,39 г
Відповідь: 12,39 г Fe3O4 і 3,84 г Al
Вправа 6 Під час виробництва цементу як один з компонентів сировини використовують вапняк. Обчисліть вміст кальцій карбонату у вапняку масою 1,6 т, якщо внаслідок його термічного розкладу отримали негашене вапно масою 806,4 кг.
Відомо: m(вапняку)=1,6 т=1600 кг, m(CaO)=806,4 кг
Знайти: w(CaCO3)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
x кг 806,4 кг
СaCO3 = 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
х=m(CaCO3)=806,4 кг • 100 кг : 56 кг=1440 кг
w(CaCO3)=(m(CaCO3):m(вапняку))•100%=(1440 кг : 1600 кг)•100%=90%
ІI спосіб
M(CaO)=56 кг/кмоль
n(CaO)=m(CaO):M(CaO)=806,4 кг : 56 кг/кмоль=14,4 кмоль
Записуємо рівняння реакції: СaCO3 = CaO + CO2
За рівнянням реакції v(СaCO3):v(CaO)=1:1, тому
v(CaCO3)=v(CaO)=14,4 кмоль
M(CaCO3)=100 кг/кмоль
m(СaCO3)=v(CaCO3)•M(CaCO3)=14,4 кмоль•100 кг/кмоль=1440 кг
w(CaCO3)=m(CaCO3):m(вапняку)=1440 кг : 1600 кг=0,9, або 90%
Відповідь: 90%
Вправа 7 Для відновлення заліза з ферум (ІІІ) оксиду масою 32 кг витратили водень об’ємом 15 м3 (н.у.). Обчисліть масу відновленого заліза.
Відомо: m(Fe2O3)=32 кг, V(H2)=15 м3
Знайти: m(Fe)-?
Розв'язування
І спосіб
Записуємо рівняння реакції:
15 м3 х кг у кг
3H2 + Fe2O3 = 2Fe + 3H2O
67,2 м3 160 кг 112 кг
За н.у. 1 кмоль газу займає об'єм 22,4 м3, а 3 моль ― утричі більший об'єм, тобто 67,2 м3
M(Fe2O3)=160 кг/кмоль, маса 1 кмоль=160 кг
M(Fe)=56 кг/кмоль, маса 1 кмоль=56 кг, а маса 2 кмоль=112 кг
х=m(Fe2O3)=15 м3 • 160 кг : 67,2 м3=35,7 г
Для повної взаємодії 15 м3 H2 треба взяти Fe2O3 масою 35,7 кг, а за умовою задачі його маса становить тільки 32 кг, отже, водень — у надлишку, тому розрахунок здійснюємо за масою ферум (ІІІ) оксиду.
у=m(Fe)=32 кг • 112 кг : 160 кг=22,4 кг
ІI спосіб
M(Fe2O3)=160 кг/кмоль
v(H2)=V(H2):VM=15 м3 : 22,4 м3/кмоль=0,669 кмоль
v(Fe2O3)=m(Fe2O3):M(Fe2O3)=32 кг : 162 кг/кмоль=0,197 кмоль
Записуємо рівняння реакції: 3H2 + Fe2O3 = 2Fe + 3H2O
За рівнянням реакції 1 кмоль Fe2O3 реагує з 3 кмоль H2. Отже, з 0,197 кмоль Fe2O3 реагує утричі більша кількість речовини H2, тобто 0,591 кмоль, але кількість речовини водню становить 0,669 кмоль, отже, водень взято в надлишку, тому розрахунок здійснюємо за даними ферум (III) оксиду.
За рівнянням реакції v(Fe2O3):v(Fe)=1:2, тому
v(Fe)=2•v(Fe2O3)=2•0,197 кмоль=0,394 кмоль
M(Fe)=56 кг/кмоль
m(Fe)=v(Fe)•M(Fe)=0,394 кмоль•56 кг/кмоль=22,4 кг
Відповідь: 22,4 кг Fe