Глава III. Неметаллы и их соединения. § 25. Силикатная промышленность — с. 132
§ 25. Проверьте свои знания.
1. Назовите основные виды продукции силикатной промышленности.
1. Назовите основные виды продукции силикатной промышленности.
Силикатная промышленность перерабатывает природные силикаты и другое минеральное сырьё в материалы, содержащие соединения кремния. Основные виды продукции:
1) цемент и изделия на его основе (бетон, железобетон);
2) стекло (оконное, бутылочное, оптическое, хрусталь, кварцевое и др.);
3) керамика — кирпич, черепица, облицовочная и напольная плитка, фарфор, фаянс, сантехника;
4) вяжущие материалы — гипс, алебастр, строительная известь.
1) цемент и изделия на его основе (бетон, железобетон);
2) стекло (оконное, бутылочное, оптическое, хрусталь, кварцевое и др.);
3) керамика — кирпич, черепица, облицовочная и напольная плитка, фарфор, фаянс, сантехника;
4) вяжущие материалы — гипс, алебастр, строительная известь.
§ 25. Проверьте свои знания.
2. Какие природные и химические материалы служат сырьём для производства цемента, стекла, керамики?
Цемент: природное сырьё — известняк (CaCO₃) и глина (алюмосиликаты); их измельчают, смешивают и обжигают при 1400–1500 °С во вращающихся печах, полученный клинкер размалывают, добавляя гипс CaSO₄·2H₂O.
Стекло: природное сырьё — кварцевый песок SiO₂ и известняк CaCO₃; химический материал — сода Na₂CO₃ (иногда поташ K₂CO₃); шихту сплавляют при 1400–1500 °С.
Керамика: природное сырьё — глина и каолин (белая глина), кварцевый песок, полевой шпат; для фарфора и фаянса добавляют специальные добавки, а изделия покрывают глазурью.
Стекло: природное сырьё — кварцевый песок SiO₂ и известняк CaCO₃; химический материал — сода Na₂CO₃ (иногда поташ K₂CO₃); шихту сплавляют при 1400–1500 °С.
Керамика: природное сырьё — глина и каолин (белая глина), кварцевый песок, полевой шпат; для фарфора и фаянса добавляют специальные добавки, а изделия покрывают глазурью.
§ 25. Проверьте свои знания.
3. В чём сходство и различия фарфора и фаянса?
Какой из материалов более ценен?
Сходство: фарфор и фаянс — керамические материалы; их делают из белой глины (каолина) с добавками формованием, обжигом покрытием глазурью; из них изготавливают посуду и бытовые изделия.
Различия: фарфор имеет непористое (спёкшееся) строение, водонепроницаем, звонок, тонкие изделия слегка просвечивают; фаянс, в отличие от фарфора, имеет пористую структуру и непрозрачен, поэтому покрывается глазурью обязательно; из него делают не только посуду, но и облицовочную плитку, архитектурные детали, сантехнику.
Более ценным считается фарфор: он прочнее, не впитывает влагу, имеет красивый белый цвет и требует более сложной, дорогой технологии.
Различия: фарфор имеет непористое (спёкшееся) строение, водонепроницаем, звонок, тонкие изделия слегка просвечивают; фаянс, в отличие от фарфора, имеет пористую структуру и непрозрачен, поэтому покрывается глазурью обязательно; из него делают не только посуду, но и облицовочную плитку, архитектурные детали, сантехнику.
Более ценным считается фарфор: он прочнее, не впитывает влагу, имеет красивый белый цвет и требует более сложной, дорогой технологии.
§ 25. Примените свои знания.
4. При прокаливании строительное связующее гипс, имеющее формулу CaSO₄·2H₂O, превращается в алебастр состава CaSO₄·0,5H₂O. При добавлении воды алебастр быстро твердеет, вновь превращаясь в гипс. Какая масса воды потребуется для превращения в гипс 14,5 кг алебастра?
Дано: m(CaSO₄·0,5H₂O) = 14,5 кг.
Найти: m(H₂O) — ?
Решение:
1) Уравнение реакции (удвоено, чтобы не было дробных коэффициентов):
2(CaSO₄·0,5H₂O) + 3H₂O = 2(CaSO₄·2H₂O)
На 1 моль алебастра приходится 1,5 моль воды: 0,5 + 1,5 = 2.
2) M(CaSO₄·0,5H₂O) = 40 + 32 + 64 + 0,5 · 18 = 145 кг/кмоль.
n(алебастра) = 14,5 кг / 145 кг/кмоль = 0,1 кмоль = 100 моль.
3) n(H₂O) = 1,5 · n(алебастра) = 1,5 · 100 моль = 150 моль.
4) m(H₂O) = 150 моль · 18 г/моль = 2700 г = 2,7 кг.
Ответ: m(H₂O) = 2,7 кг.
Оговорка: в «Ответах» книги указано 27 кг; по приведённым в условии данным (14,5 кг алебастра, M = 145 г/моль) получается 2,7 кг — 27 кг соответствовало бы 145 кг алебастра.
Найти: m(H₂O) — ?
Решение:
1) Уравнение реакции (удвоено, чтобы не было дробных коэффициентов):
2(CaSO₄·0,5H₂O) + 3H₂O = 2(CaSO₄·2H₂O)
На 1 моль алебастра приходится 1,5 моль воды: 0,5 + 1,5 = 2.
2) M(CaSO₄·0,5H₂O) = 40 + 32 + 64 + 0,5 · 18 = 145 кг/кмоль.
n(алебастра) = 14,5 кг / 145 кг/кмоль = 0,1 кмоль = 100 моль.
3) n(H₂O) = 1,5 · n(алебастра) = 1,5 · 100 моль = 150 моль.
4) m(H₂O) = 150 моль · 18 г/моль = 2700 г = 2,7 кг.
Ответ: m(H₂O) = 2,7 кг.
Оговорка: в «Ответах» книги указано 27 кг; по приведённым в условии данным (14,5 кг алебастра, M = 145 г/моль) получается 2,7 кг — 27 кг соответствовало бы 145 кг алебастра.
§ 25. Примените свои знания.
5. Найдите массу каждого из компонентов шихты (смеси), необходимых для получения 10 т оконного стекла согласно уравнению реакции
Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂↑
Какой объём углекислого газа (н. у.) образуется при этом?
Na₂CO₃ + CaCO₃ + 6SiO₂ = Na₂O·CaO·6SiO₂ + 2CO₂↑
Какой объём углекислого газа (н. у.) образуется при этом?
Дано: m(стекла) = 10 т = 10 000 кг.
Найти: m(Na₂CO₃), m(CaCO₃), m(SiO₂) — ?; V(CO₂) — ?
Решение:
1) M(Na₂O·CaO·6SiO₂) = 62 + 56 + 6 · 60 = 478 кг/кмоль.
n(стекла) = 10 000 / 478 ≈ 20,92 кмоль.
2) По уравнению n(Na₂CO₃) = n(CaCO₃) = n(стекла) = 20,92 кмоль; n(SiO₂) = 6 · 20,92 = 125,5 кмоль; n(CO₂) = 2 · 20,92 = 41,84 кмоль.
3) M(Na₂CO₃) = 106 кг/кмоль; m(Na₂CO₃) = 20,92 · 106 ≈ 2218 кг.
M(CaCO₃) = 100 кг/кмоль; m(CaCO₃) = 20,92 · 100 ≈ 2092 кг.
M(SiO₂) = 60 кг/кмоль; m(SiO₂) = 125,5 · 60 ≈ 7531 кг.
4) V(CO₂) = 41,84 кмоль · 22,4 м³/кмоль ≈ 937 м³.
Проверка по закону сохранения массы: 2218 + 2092 + 7531 = 11 841 кг; 10 000 кг стекла + m(CO₂) = 41,84 · 44 ≈ 1841 кг — 11 841 кг. Сходится.
Ответ: m(Na₂CO₃) ≈ 2218 кг, m(CaCO₃) ≈ 2092 кг, m(SiO₂) ≈ 7531 кг; V(CO₂) ≈ 937 м³.
Найти: m(Na₂CO₃), m(CaCO₃), m(SiO₂) — ?; V(CO₂) — ?
Решение:
1) M(Na₂O·CaO·6SiO₂) = 62 + 56 + 6 · 60 = 478 кг/кмоль.
n(стекла) = 10 000 / 478 ≈ 20,92 кмоль.
2) По уравнению n(Na₂CO₃) = n(CaCO₃) = n(стекла) = 20,92 кмоль; n(SiO₂) = 6 · 20,92 = 125,5 кмоль; n(CO₂) = 2 · 20,92 = 41,84 кмоль.
3) M(Na₂CO₃) = 106 кг/кмоль; m(Na₂CO₃) = 20,92 · 106 ≈ 2218 кг.
M(CaCO₃) = 100 кг/кмоль; m(CaCO₃) = 20,92 · 100 ≈ 2092 кг.
M(SiO₂) = 60 кг/кмоль; m(SiO₂) = 125,5 · 60 ≈ 7531 кг.
4) V(CO₂) = 41,84 кмоль · 22,4 м³/кмоль ≈ 937 м³.
Проверка по закону сохранения массы: 2218 + 2092 + 7531 = 11 841 кг; 10 000 кг стекла + m(CO₂) = 41,84 · 44 ≈ 1841 кг — 11 841 кг. Сходится.
Ответ: m(Na₂CO₃) ≈ 2218 кг, m(CaCO₃) ≈ 2092 кг, m(SiO₂) ≈ 7531 кг; V(CO₂) ≈ 937 м³.
§ 25. Примените свои знания.
6. Запишите уравнения реакций по следующим схемам:
а) CaCO₃ + SiO₂ →(t)
б) CaO + SiO₂ →(t)
в) CaO + H₂O →
г) Ca(OH)₂ + CO₂ →
а) CaCO₃ + SiO₂ →(t)
б) CaO + SiO₂ →(t)
в) CaO + H₂O →
г) Ca(OH)₂ + CO₂ →
а) CaCO₃ + SiO₂ =(t)= CaSiO₃ + CO₂↑ (при сплавлении; нелетучий кислотный оксид вытесняет угольную кислоту из соли — обмен).
б) CaO + SiO₂ =(t)= CaSiO₃ (соединение основного и кислотного оксидов).
в) CaO + H₂O = Ca(OH)₂ (гашение извести, реакция соединения, выделяется теплота).
г) Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (при пропускании CO₂ через известковую воду она мутнеет; при избытке CO₂ осадок растворяется: CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂).
Все уравнения уравнены: по каждому элементу числа атомов слева и справа равны.
б) CaO + SiO₂ =(t)= CaSiO₃ (соединение основного и кислотного оксидов).
в) CaO + H₂O = Ca(OH)₂ (гашение извести, реакция соединения, выделяется теплота).
г) Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (при пропускании CO₂ через известковую воду она мутнеет; при избытке CO₂ осадок растворяется: CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂).
Все уравнения уравнены: по каждому элементу числа атомов слева и справа равны.
§ 25. Используйте дополнительную информацию.
7. Подготовьте сообщение об истории фарфоровой промышленности в России.
История фарфоровой промышленности в России
Фарфор изобрели в Китае (около VII–X вв.), в Европе его секрет долго оставался тайной: европейский фарфор появился лишь в начале XVIII в. (Мейсен, Саксония). В России первый фарфор получил в 1740-х гг. Дмитрий Иванович Виноградов, соратник М. В. Ломоносова. Он разработал состав фарфоровой массы и глазури из русского сырья и описал технологию.
По указу императрицы Елизаветы Петровны в 1744 г. под Петербургом был основан первый Императорский фарфоровый завод (ныне Императорский фарфоровый завод, ЛФЗ). Сначала он выпускал табакерки и мелкие изделия, затем столовые сервизы для двора. Всемирно известен сервиз «Кобальтовая сетка» (рисунок Анны Яцкевич, 1944 г.).
В XVIII–XIX вв. возникли частные заводы: Гарднера (Вербилки, 1766 г.), Попова, Кузнецовых (Дулёво). Они делали посуду и скульптуру. В XX в. фарфор стали применять в технике: изоляторы, химическая посуда, детали электротехники. Сейчас фарфоровую промышленность России представляют Императорский фарфоровый завод, Дулёвский, Конаковский заводы и другие предприятия.
Фарфор изобрели в Китае (около VII–X вв.), в Европе его секрет долго оставался тайной: европейский фарфор появился лишь в начале XVIII в. (Мейсен, Саксония). В России первый фарфор получил в 1740-х гг. Дмитрий Иванович Виноградов, соратник М. В. Ломоносова. Он разработал состав фарфоровой массы и глазури из русского сырья и описал технологию.
По указу императрицы Елизаветы Петровны в 1744 г. под Петербургом был основан первый Императорский фарфоровый завод (ныне Императорский фарфоровый завод, ЛФЗ). Сначала он выпускал табакерки и мелкие изделия, затем столовые сервизы для двора. Всемирно известен сервиз «Кобальтовая сетка» (рисунок Анны Яцкевич, 1944 г.).
В XVIII–XIX вв. возникли частные заводы: Гарднера (Вербилки, 1766 г.), Попова, Кузнецовых (Дулёво). Они делали посуду и скульптуру. В XX в. фарфор стали применять в технике: изоляторы, химическая посуда, детали электротехники. Сейчас фарфоровую промышленность России представляют Императорский фарфоровый завод, Дулёвский, Конаковский заводы и другие предприятия.
§ 25. Выразите своё мнение.
8. Выбросы цементного производства, особенно заводов, построенных в прошлом веке, наносят вред окружающей среде. Представители экологических организаций, общественные и политические деятели требуют закрытия таких предприятий. Выразите своё мнение относительно этих требований.
Мнение: закрывать такие предприятия полностью нецелесообразно; их нужно обязать модернизироваться, а закрывать — только если модернизация невозможна.
Аргументы:
1) Цемент — основа строительства (бетон, железобетон); без него невозможны жильё, дороги, мосты, поэтому закрытие заводов приведёт к дефициту и росту цен, а производство переместится туда, где экологические требования ниже, и вред окружающей среде останется.
2) Вредные выбросы (цементная пыль, CO₂, оксиды азота и серы) можно существенно снизить: электрофильтры и рукавные фильтры, замена сырья отходами металлургии (шлаком), переход на более экономичный сухой способ производства, улавливание CO₂.
3) Заводы дают рабочие места и налоги городам, поэтому закрытие нужно сочетать с обязательными проверками, штрафами за превышение норм и сроками реконструкции. Если предприятие не выполняет требования и угрожает здоровью людей, его следует закрыть.
Аргументы:
1) Цемент — основа строительства (бетон, железобетон); без него невозможны жильё, дороги, мосты, поэтому закрытие заводов приведёт к дефициту и росту цен, а производство переместится туда, где экологические требования ниже, и вред окружающей среде останется.
2) Вредные выбросы (цементная пыль, CO₂, оксиды азота и серы) можно существенно снизить: электрофильтры и рукавные фильтры, замена сырья отходами металлургии (шлаком), переход на более экономичный сухой способ производства, улавливание CO₂.
3) Заводы дают рабочие места и налоги городам, поэтому закрытие нужно сочетать с обязательными проверками, штрафами за превышение норм и сроками реконструкции. Если предприятие не выполняет требования и угрожает здоровью людей, его следует закрыть.