Решебник по химии 10 класс Габриелян §10

Речь идёт о каменном угле (каменном угле́ или угле́ вообще).

1. Топливо — используется на тепловых электростанциях (ТЭС), в металлургии, для отопления.

2. Металлургия — из угля получают кокс, необходимый для выплавки чугуна.

3. Химическая промышленность — из угля получают:

   • аммиак, бензол, фенол, нафталин;

   • синтетические красители, пластмассы, удобрения.

4. Газификация и получение жидкого топлива — переработка угля в газ или жидкие углеводороды.

5. Производство электроэнергии — уголь сжигается для получения пара, который вращает турбины.

Ископаемый уголь образовался из остатков древнейших растений, которые на протяжении миллионов лет подвергались процессам разложения, прессования и уплотнения под воздействием высокого давления и температуры. В результате этих процессов образовались три основных вида угля: антрацит, каменный уголь и бурый уголь. Эти виды различаются содержанием углерода, теплотворной способностью и плотностью.

Антрацит — самый твёрдый и плотный из всех видов угля, он залегает на глубине около 6 км и содержит более 95 % углерода. Каменный уголь залегает на меньшей глубине, содержит 70–95 % углерода. Бурый уголь — самый молодой по возрасту, образуется при меньшем давлении и температуре, содержит до 70 % углерода, характеризуется рыхлой структурой и низкой теплотворной способностью.

К важнейшим месторождениям каменного угля в России относятся Кузнецкий, Печорский, Донецкий, Южно-Якутский и Канско-Ачинский угольные бассейны.

Коксование — это процесс высокотемпературного нагревания угля без доступа воздуха. При этом органические вещества, входящие в состав угля, разлагаются с образованием летучих продуктов, а твёрдый остаток — кокс — остаётся.

Основные продукты коксохимического производства:

1. Кокс — используется в металлургии, особенно для получения чугуна.

2. Каменноугольная смола содержит около 300 веществ, из неё получают красители, антисептики, растворители, ароматические углеводороды.

3. Аммиачная вода — служит сырьём для производства аммиака, из которого получают минеральные удобрения.

4. Коксовый газ — используется как топливо и источник водорода и окиси углерода (CO), а также для получения водяного газа по реакции:

(C + H₂O → CO + H₂)

Эти продукты широко используются в химической промышленности и металлургии, а также в сельском хозяйстве для производства удобрений.

Антрацит — самый старый, плотный и твёрдый вид угля. Он содержит более 95 % углерода, трудно воспламеняется, горит ярким голубоватым пламенем, выделяет много тепла. Используется как высокоэффективное топливо, в металлургии и для производства электродов.

Каменный уголь — промежуточный по возрасту и содержанию углерода (70–95 %). Горит сравнительно легко, имеет высокую теплотворную способность. Используется в качестве топлива на электростанциях, в металлургии, а также является сырьём для коксохимического производства.

Бурый уголь — самый молодой вид угля, содержащий до 70 % углерода. Имеет рыхлую структуру, легко воспламеняется, но обладает низкой теплотворной способностью. Используется в качестве местного топлива, для производства брикетов, а также может быть переработан в жидкое и газообразное топливо.

При сгорании углерода (С) в кислороде (О₂) образуется углекислый газ (CO₂):

(C + O₂ → CO₂)

Если пропустить этот CO₂ через раствор гидроксида бария Ba(OH)₂, то выпадет осадок — карбонат бария (BaCO₃):

(CO₂ + Ba(OH)₂ → BaCO₃↓ + H₂O)

Масса образовавшегося осадка BaCO₃ — 3,94 г.

Найдём, какая масса углекислого газа (CO₂) привела к образованию такого количества осадка.

М(BaCO₃) = 137 (Ba) + 12 (C) + 3×16 (O) = 197 г/моль

М(CO₂) = 12 + 2×16 = 44 г/моль

Из уравнения: 197 г BaCO₃ ⇄ 44 г CO₂

Следовательно, по пропорции:

(3,94 г BaCO₃) — X г CO₂

X = (3,94 × 44) / 197 = 0,88 г CO₂

Теперь найдём, какая масса углерода содержится в этом количестве CO₂.

В 44 г CO₂ содержится 12 г C

В 0,88 г CO₂ содержится: (12 / 44) × 0,88 = 0,24 г углерода

Теперь найдём массовую долю углерода в образце:

ω(C) = (m(C) / m(образца)) × 100 %

ω(C) = (0,24 / 0,27) × 100 % ≈ 88,9 %

Ответ: массовая доля углерода в образце каменного угля составляет 88,9 %.

Найдём массу аммиака (NH₃) в 2 т аммиачной воды:

3,4 % от 2 т = (3,4 / 100) × 2000 кг = 68 кг NH₃

Уравнение реакции:

(2NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄)

По уравнению: из 34 г NH₃ (2×17) получается 132 г (NH₄)₂SO₄.

Пропорция: 34 г NH₃ → 132 г (NH₄)₂SO₄

68 кг NH₃ → X кг сульфата аммония

X = (132 / 34) × 68 ≈ 264 кг

Ответ: из 2 т аммиачной воды можно получить 264 кг сульфата аммония.

Великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев не только создал Периодическую систему химических элементов, но и глубоко интересовался вопросами рационального использования природных ресурсов. Одной из сфер его научных интересов была подземная газификация угля — процесс, при котором уголь превращается в горючий газ прямо в толще земли, без подъёма на поверхность.

Менделеев считал, что уголь — это не просто топливо, а ценное химическое сырьё, и сжигать его «просто так» — значит неразумно тратить богатство земли. Он предлагал использовать научные методы переработки угля, чтобы получать из него газы, химические вещества и другие продукты с высокой добавленной стоимостью. Именно поэтому он предлагал развивать подземную газификацию как способ добычи горючего газа без разрушения поверхности и без необходимости транспортировки твёрдого топлива.

Суть подземной газификации угля заключается в том, что в угольный пласт закачивается воздух или кислород с водяным паром, а на глубине происходит горение или окисление угля с образованием синтез-газа — смеси водорода (H₂), угарного газа (CO) и других веществ. Продукты реакции поднимаются по скважинам на поверхность, где их можно использовать для получения топлива, химических веществ или электроэнергии.

В XXI веке интерес к подземной газификации возрождается. Этот метод:

• позволяет использовать трудноизвлекаемые запасы угля, находящиеся глубоко под землёй;

• снижает затраты на добычу, транспортировку и переработку топлива;

• уменьшает загрязнение окружающей среды, поскольку не требует масштабных карьерных разработок;

• может стать частью устойчивой энергетики, особенно при улавливании и утилизации углекислого газа (CO₂).

Современные технологии позволяют сделать подземную газификацию более безопасной, управляемой и экологичной, а получаемый синтез-газ — использовать не только как топливо, но и как сырьё для химической промышленности (производство метанола, удобрений, пластмасс).

Таким образом, идеи Д. И. Менделеева о бережном и разумном использовании природных ресурсов, о глубокой переработке угля и роли науки в промышленности остаются вполне актуальными и сегодня, особенно в условиях энергетического кризиса и перехода к низкоуглеродной экономике.