Номер 1, страница 103 - гдз по химии 7 класс учебник Шиманович, Красицкий

1. Из чего и как получают кислород в промышленных масштабах?

Из чего и как получают кислород в промышленных масштабах?

В промышленных масштабах кислород ($O_2$) получают из атмосферного воздуха. Воздух является доступным и практически неисчерпаемым сырьем, так как его объемная доля в атмосфере составляет около 21%. Основными компонентами воздуха также являются азот ($N_2$, ~78%) и аргон ($Ar$, ~0.9%).

Основным промышленным методом получения кислорода является низкотемпературная ректификация сжиженного воздуха. Этот метод основан на том, что компоненты воздуха имеют разные температуры кипения, что позволяет разделить их путем фракционной перегонки в жидком состоянии. Процесс состоит из нескольких стадий.

1. Сжатие и очистка. Воздух из атмосферы сначала сжимается компрессором, а затем проходит через систему фильтров для очистки от пыли, влаги (паров $H_2O$) и углекислого газа ($CO_2$). Эти примеси необходимо удалить, так как при сильном охлаждении они затвердевают и могут повредить или заблокировать оборудование.

2. Сжижение. Очищенный и сжатый воздух охлаждается в теплообменниках, часто за счет потока уже разделенных холодных газов, идущего в противоток. Дополнительное охлаждение происходит при расширении воздуха в специальном устройстве — детандере. В результате воздух охлаждается до криогенных температур (ниже $-183^\circ C$) и переходит в жидкое состояние.

3. Ректификация. Жидкий воздух подается в ректификационную колонну. Из-за разницы в температурах кипения (у азота $-195.8^\circ C$, у кислорода $-183.0^\circ C$) происходит разделение смеси. При медленном нагреве жидкого воздуха азот, как более легкокипящий компонент, испаряется первым. Пары азота поднимаются в верхнюю часть колонны, где они конденсируются и отводятся. Жидкость, стекающая вниз по колонне, постепенно обогащается кислородом. В результате в нижней части колонны (в "кубе") скапливается жидкий кислород высокой чистоты.

Этот метод позволяет одновременно получать не только кислород, но и другие ценные продукты — азот и инертные газы (в первую очередь аргон), что делает его экономически очень выгодным для крупнотоннажного производства.

Ответ: В промышленных масштабах кислород получают из атмосферного воздуха методом низкотемпературной ректификации (разделения сжиженного воздуха). Процесс включает очистку и сжатие воздуха, его сжижение путем глубокого охлаждения, и последующее разделение на кислород, азот и другие газы в ректификационной колонне на основе разницы их температур кипения.