Номер 7, страница 294 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Предложите способы поглощения выделяющегося в производственном процессе:

а) хлороводорода;

б) сероводорода;

в) сернистого газа.

а) хлороводорода

Хлороводород ($HCl$) – это газ с резким запахом, который при растворении в воде образует сильную соляную кислоту. Благодаря своим кислотным свойствам и высокой растворимости в воде, для его поглощения применяют следующие методы:

Абсорбция водой (водяная промывка). Газовый поток, содержащий хлороводород, пропускают через скруббер (абсорбер), орошаемый водой. $HCl$ эффективно растворяется в воде, образуя соляную кислоту, которую можно в дальнейшем использовать или нейтрализовать. Этот метод прост, но его эффективность может быть недостаточной при высоких требованиях к очистке.

Щелочная абсорбция. Это наиболее распространенный и эффективный способ. В качестве поглотителя используют растворы щелочей, например, гидроксида натрия ($NaOH$) или суспензию гидроксида кальция ($Ca(OH)_2$, известковое молоко). Происходят реакции нейтрализации:

$HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O$

$2HCl + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$

В результате образуются нейтральные соли (хлорид натрия или кальция) и вода.

Ответ: Поглощение хлороводорода в промышленных процессах осуществляется путем его абсорбции водой (с получением соляной кислоты) или, более эффективно, растворами щелочей (например, гидроксидом натрия или известковым молоком) с образованием нейтральных солей.

б) сероводорода

Сероводород ($H_2S$) – чрезвычайно токсичный газ с запахом тухлых яиц, проявляющий слабые кислотные свойства. Способы его улавливания и обезвреживания разнообразны и зависят от концентрации газа и масштабов производства.

Щелочные методы. Аналогично хлороводороду, сероводород можно поглощать растворами щелочей, например, гидроксидом натрия. В зависимости от соотношения реагентов образуются сульфид или гидросульфид натрия:

$H_2S + 2NaOH \rightarrow Na_2S + 2H_2O$

$H_2S + NaOH \rightarrow NaHS + H_2O$

Окислительные методы. Эти методы направлены на превращение токсичного сероводорода в менее вредные вещества, чаще всего в элементарную серу ($S$), которую можно утилизировать.

Процесс Клауса: основной промышленный метод получения серы из сероводорода. Процесс идет в две стадии: сначала часть сероводорода сжигают до диоксида серы ($SO_2$), а затем $SO_2$ реагирует с оставшимся $H_2S$ на катализаторе:

$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$

$2H_2S + SO_2 \xrightarrow{катализатор} 3S + 2H_2O$

Жидкофазное окисление: Газ пропускают через раствор, содержащий окислитель (например, хелатные комплексы железа(III)). Сероводород окисляется до серы, а регенерированный окислитель используется повторно.

Адсорбционные методы. При низких концентрациях $H_2S$ эффективно использовать твердые поглотители, такие как активированный уголь (часто импрегнированный специальными реагентами).

Ответ: Основными способами поглощения сероводорода являются щелочная абсорбция (например, раствором $NaOH$), окисление до элементарной серы (процесс Клауса, жидкофазное окисление) и адсорбция на активированном угле при низких концентрациях.

в) сернистого газа

Сернистый газ, или диоксид серы ($SO_2$), – это токсичный газ с резким запахом, являющийся кислотным оксидом и одной из главных причин кислотных дождей. Его улавливание (десульфуризация дымовых газов) является важной экологической задачей.

Известковый/известняковый метод. Самый распространенный в мировой практике метод. Дымовые газы пропускают через суспензию известняка ($CaCO_3$) или извести ($Ca(OH)_2$). Диоксид серы реагирует с образованием сульфита кальция:

$SO_2 + CaCO_3 \rightarrow CaSO_3 + CO_2$

Полученный сульфит кальция ($CaSO_3$) далее окисляют кислородом воздуха до сульфата кальция ($CaSO_4$), который после гидратации превращается в гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$). Гипс является ценным строительным материалом.

$2CaSO_3 + O_2 + 4H_2O \rightarrow 2(CaSO_4 \cdot 2H_2O)$

Аммиачный метод. Газ поглощается водным раствором аммиака ($NH_3$). В результате образуется сульфит аммония, который можно окислить до сульфата аммония ($(NH_4)_2SO_4$) – ценного азотного удобрения.

$SO_2 + 2NH_3 + H_2O \rightarrow (NH_4)_2SO_3$

Сернокислотный (контактный) метод. Применяется при высоких концентрациях $SO_2$. Диоксид серы каталитически окисляют кислородом воздуха до триоксида серы ($SO_3$) с использованием катализатора (обычно $V_2O_5$), который затем поглощается концентрированной серной кислотой с получением олеума и товарной серной кислоты.

$2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

Ответ: Способы поглощения сернистого газа включают: известняковый/известковый метод (с получением гипса), аммиачный метод (с получением сульфата аммония в качестве удобрения) и сернокислотный метод (конверсия в товарную серную кислоту).