Получение жизненно-важных веществ из соленой воды
Лукашенко Егор, 11в
Научные руководители – Смирнова Е.А., учитель химии,
Кондратюк А.В. – педагог дополнительного образования
Возрастание в производстве энергии доли нефти, газа, угля, ведущее к загрязнению атмосферы, а также вопрос конечности этих ресурсов, делает актуальней систему альтернативной энергетики.
В ходе изучения теоретического материала по данной теме, была выдвинута следующая гипотеза: из солёной воды и некоторых реактивов можно получить большое количество важных для жизнедеятельности общества веществ.
Для подтверждения данной гипотезы была разработана цепочка реакций и сконструирована установка из подручных средств, осуществляющая её.
Рассмотрим её подробно:
Вы можете видеть последовательность химических реакций:
1. 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ (электролиз)
1.1. H2O + Cl2 = HCl + HClO
2. CH3COONa + NaOH = Na2CO3+CH4↑
3. Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3
4. NaHCO3 + CH3COOH = CO2↑ + H2O + CH3COONa
Реакционная установка условно делится на 5 химических реакторов.
На рисунке схематично показан общий вид прибора
Рассмотрим более подробно каждую из них.
Принцип действия установки 1:
Происходит электролиз солёного раствора воды с использованием сконструированного двухъячеечного электролизера. При электролизе раствора соли на катоде происходит присоединение электронов и восстановление водорода из воды. Аналогично на аноде осуществляется окисление хлорид-ионов и образование хлора.
Данная реакция необходима для получения таких веществ как
Водород – востребованное топливо и продукт в промышленности и быту.
Хлор и едкий натрий – используется в реакциях далее (см. реакцию 2 и 1.1).
Водород и хлор выводятся из реакционной системы и отделяются друг от друга на основании их физических свойств, в реакторе номер 1.1. Водород легче хлора, а хлор тяжелее воздуха и хорошо растворяется в воде, образуя хлорноватистую и соляную кислоты: HCl и HClO, что является средством для очистки воды.
Принцип действия установки 2:
В данной реакции исходными веществами являются едкий натр из реакции 1 и ацетат натрия из реакции 4 (при запуске цикла добавляется из вне).
Продуктами реакции являются карбонат натрия, который используется в реакции 3, и метан - востребованное топливо и продукт в промышленности и быту.
Принцип действия установки 3:
При проведении данной реакции применяется карбонат натрия в водном растворе из реакции 2, и углекислый газ из реакции 4. Продуктами реакции является гидрокарбонат натрия, который используется в реакции 4.
Принцип действия установки 4:
В этой реакции используются гидрокарбонат натрия из реакции 3 и этановая кислота из вне реакции. Продуктами реакции являются углекислый газ, который используется в реакции 3, вода и ацетат натрия, который используется в реакции 2.
Углекислый газ – востребованный продукт в промышленности и быту, а ацетат натрия - Применяется как консервант и является источником углерода для бактерий, выращиваемых на питательной среде.
Итого, следуя из всех реакций, принимая во внимание все расходы и убытки, общим доходом является 1984,31 р. (одна тысяча девятьсот восемьдесят четыре рубля тридцать одна копейка) с 1 литра соленой воды.
Экспериментально были подтверждены и доказаны все расчёты и предположения, что свидетельствует о правоте выше сказанного.
При достижении реакционного равновесия были определены уровни pH каждого раствора:
1) Для первой реакции pH = 12 - щелочная среда, подтверждает наличие натриевой щелочи.
2) Для второй pH = 10 - щелочная среда, ближе к нейтральной, что подтверждает наличие карбоната натрия.
3) Третьей pH = 8 – слабо щелочная среда, что свидетельствует о содержании водного раствора гидрокарбоната натрия.
4) Четвертой pH = 9 – слабо щелочная среда – подтверждает наличие ацетата натрия.
Таким образом, данная работа подтверждает гипотезу экономически выгодного производства таких видов топлива как водород и метан и получения полезных для человечества веществ.
В ходе теоретического и практического исследования материала, было доказано, что из солёной воды и некоторых доступных реактивов, можно получить нужные для жизнедеятельности вещества.
Предполагается, что данная исследовательская работа может быть полезна для экологии всей планеты, сохраняется вера, что за идеей - будущее.