Металлургия, полимеры и химическое загрязнение среды — ЕГЭ

Коротко о главном

Задание 25 проверяет знание прикладной химии: способы получения металлов (металлургия), строение и получение полимеров, а также химические процессы, вызывающие загрязнение окружающей среды. Здесь важно не решать расчётные задачи, а знать факты, определения, уравнения промышленных процессов и уметь объяснять химическую суть явлений.

Определения и формулы/правила

Понятие	Определение	Пример/уравнение
Металлургия	Наука и отрасль о получении металлов из руд	—
Пирометаллургия	Восстановление металлов при высокой температуре	$Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$
Гидрометаллургия	Извлечение металла из руды с помощью растворов, затем осаждение	$CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$; далее $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$
Электрометаллургия	Получение металлов электролизом расплавов или растворов	Электролиз расплава $Al_2O_3$ в криолите (способ Холла-Эрру)
Доменный процесс	Получение чугуна восстановлением железной руды коксом в домне	$C + O_2 \rightarrow CO_2$; $CO_2 + C \rightarrow 2CO$; $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$
Легирование	Введение добавок для изменения свойств сплава	Сталь с Cr, Ni — нержавеющая
Полимер	Высокомолекулярное соединение из повторяющихся звеньев (мономеров)	$(-CH_2-CH_2-)_n$ — полиэтилен
Реакция полимеризации	Соединение молекул мономера без выделения побочных продуктов	$nCH_2=CH_2 \rightarrow (-CH_2-CH_2-)_n$
Реакция поликонденсации	Соединение молекул с выделением низкомолекулярного продукта (воды и др.)	Синтез найлона-6,6 с выделением $H_2O$
Термопласты	Полимеры, размягчающиеся при нагревании обратимо	Полиэтилен, полипропилен
Термореактивные полимеры	Полимеры, образующие при нагревании неплавкую структуру	Фенолформальдегидные смолы
Каучук	Эластичный полимер, природный или синтетический	Натуральный каучук — полиизопрен
Вулканизация	Обработка каучука серой для получения резины	Образование дисульфидных мостиков
Химическое загрязнение	Попадание в среду веществ, нарушающих естественный баланс	Кислотные дожди, парниковый эффект
Кислотные дожди	Осадки с повышенной кислотностью из-за оксидов серы и азота	$SO_2 + H_2O \rightarrow H_2SO_3$; $2SO_2+O_2\rightarrow 2SO_3$; $SO_3+H_2O\rightarrow H_2SO_4$
Парниковый эффект	Накопление газов, задерживающих тепловое излучение Земли	$CO_2$, $CH_4$, водяной пар
Разрушение озонового слоя	Реакции хлорфторуглеродов (фреонов) с озоном	$Cl + O_3 \rightarrow ClO + O_2$
Эвтрофикация водоёмов	Избыточное поступление N и P-соединений, вызывающее рост водорослей	Фосфаты из удобрений и моющих средств

Как применять

Пример 1. Составьте уравнение получения меди пирометаллургическим способом из сульфида меди(II).

Решение: обжиг сульфида, затем восстановление оксида: $$2CuS + 3O_2 \xrightarrow{t} 2CuO + 2SO_2$$ $$2CuO + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO_2$$

Пример 2. Напишите уравнение реакции получения полипропилена и укажите тип реакции.

Решение: реакция полимеризации пропена: $$nCH_2=CH-CH_3 \rightarrow (-CH_2-CH(CH_3)-)_n$$ Тип реакции — полимеризация (без выделения побочных продуктов, мономер имеет кратную связь).

Пример 3. Объясните, почему выброс SO₂ промышленными предприятиями приводит к кислотным дождям, и запишите соответствующие уравнения.

Решение: SO₂ в атмосфере окисляется до SO₃ кислородом (иногда с участием катализаторов, например пыли металлов), затем SO₃ реагирует с водяным паром: $$2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$$ $$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$$ Образующаяся серная кислота выпадает с дождём, снижая pH осадков.

Типичные ошибки

• Путают пиро-, гидро- и электрометаллургию, не указывают конкретный механизм восстановления.
• Забывают, что доменный процесс даёт чугун (с примесью C), а не чистое железо.
• Не различают полимеризацию и поликонденсацию: при поликонденсации обязательно образуется низкомолекулярный побочный продукт (часто вода).
• Неверно записывают структурную формулу полимера — забывают индекс $n$ и скобки.
• При кислотных дождях указывают только SO₂, забывая про оксиды азота ($NO_x$) как вторую причину.
• Путают парниковый эффект с разрушением озонового слоя — это разные явления с разными веществами и механизмами.
• Не указывают условия реакций (катализатор, температура), хотя это часть промышленного процесса.

Где встречается на экзамене

Тема входит в задание 25, где требуется написать уравнения реакций, иллюстрирующие промышленные способы получения металлов, синтез полимеров и процессы, связанные с загрязнением атмосферы, воды или почвы. Также элементы темы могут встречаться в заданиях на общую химию (окислительно-восстановительные процессы) и в заданиях по органической химии (классификация полимеров, мономеры).