Industrial Chem by Tekk

Published on August 2022 | Categories: Documents | Downloads: 4 | Comments: 0 | Views: 36
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Natural resource:  &  &  ' '     " (      )*                            + ,                                                       -   "        "          .                                  +                 /   

Steps to answering this question: 1.   Name a limited natural resource (guano) 2.   Discuss issues associated with the increased need for the resource

 

3.   Use Identify replacement materials and/or current research into replacements 4.  appropriate structure for discussion (opening argument, discussion of issues and concluding remarks)

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Recall: 2 %3 # $    1      4     /   5  5 1

Factors which affect the equilibrium in a reversible reaction: %       ,                     %     1   6        1  1        •  7     1          •  • 

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aA + bB ↔   cC  + dD  

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[C ] [ D ]



a b [ A] [ B]

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Interpretationn of the equilibrium constant: Interpretatio  1                      1  1 9     1              1   5 7      1        1 .        /   1  1               1 ,    :    1  1               ,    :                           &    "  ')(   & "

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Recognise:            1  ,       "      $ :;    $ :<    $ :=    1 

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Process of sulfur extraction:      . .         + ,  +    @* %"                       %            5          7  .      1   AABC  

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Property of sulfur which allow its extraction: extraction: +     .   8  # •  $   > %"       @* %"                  /  •  +     $               •  +                     

Environmental issues: 7           ./   .                     8                ,  1     D          5        5       . .                   *            H  SO 2 4

Steps to producing sulfuric acid:            %  $        -# &      !  

+     .     .#

S ( s ) + O2 ( g ) ↔     SO 2 ( g ) + ∆ H 

Conditionss necessary: Condition               . .       . .                                           *** *%  !*** %        .     SO2   SO3

 

  .# &    !    !   ! !

+ .     . .    "    .     . V 2O   5 " .       .   1    . .              

V  O

2 5 2 SO2 ( s ) + O2 ( g ) ←     → 2 SO3 ( g ) + 197 kJ 

Conditionss necessary: Condition +    .           $                    $             %1    !**5BB**%"      5) "   ,  .        9. .             1      /# 0    !       

  .        "       H 2 S   2 O7 "      1 $  . .                     "                               

                        

 >  

 

  $  1          .       

SO3 ( g ) +  H   2 SO4 ( l ) →    H 2 S 2 O7 (l )   1# &      

        AC  

 H 2 S 2O7 (l ) +    H 2 O  (l ) →  2 H 2 SO4 (l )          SO2   SO3  

Conditions necessary for producing SO2 :

S ( s ) + O2 ( g ) →     SO 2 ( g ) + ∆ H                  .       . .         1EEE"                                           ****%  !*** %        .     SO2   SO3                              

Conditions necessary for producing SO3 :    

V 2O5

2 SO2 ( s ) + O2 ( g ) ←    → 2 SO3 ( g ) + 197 kJ 

+     .           $                  $               %1    !**5BB**%"      5) "   ,  .         . .  1    9. .             1    ,    1  ./           5)"        .   1               .     , .    0        "      SO2   SO3  

$     .                  . 1 

2 SO2 ( s ) + O2 ( g )  ↔   2 SO  3 ( g ) + 197 kJ 

+     .                   $                  ,              .      ."   BB**%       !***%      AFC  .       /      "         !       # $ !2 % $   

Sulfuric acid as an oxidizing agent:   +   ./         "   (                . +

 

G # Zn( s ) + 2 H  (aq )  →    Zn

2+

( aq ) +  H 2 ( g )  

   4 (aq ) +  H 2 ( g ) #  Zn( s ) +  H 2 SO 4 ( aq ) →  ZnSO                     

                        

 !  

 

          "                 ./        .      



2−

2 Sn( s ) + 2 H + ( aq) + 2 HSO4 ( aq) → Sn + ( aq  ) + SO2  ( g ) + 2 H 2 O(l ) + SO4 ( aq)

Sulfuric acid as a dehydrating agent: %         $           #

  4 ( g ) +  H 2 O (l ) C 2 H 5OH (l ) +  H 2 SO   4 (l )  → C 2 H 

%               #    H 2 O ( g ) C 12 H 22 O11 ( s)  → 12  C ( s ) + 11   !  !     

Describe the exothermic nature:   7                                .  



 H 2 SO4 (l ) +  H 2O (l ) →  H   3O +  (aq) +  HSO4 (aq) + heat  Explain the exothermic nature:                    "                   

# +                           



+

  3O (  aq) +  HSO4 (aq) 8 #  H 2 SO4 (l ) +  H 2 O(l ) →  H  −

 

 

+

  3O  (aq) + SO4 + #  HSO4 (aq ) +  H 2 O(l ) ↔  H 

2−

(aq)

$     -5    "               ."  .                            -H                            .

3#                   $      " +

 

+

 

2 H  ( aq ) + 2 H 2 O (l ) →  2 H 3O ( aq ) ∆ H hydration =  −2182 kJ .mol

−1

               

Concerns with sulfuric acid:

  7          . .                  8      .           Safety precaution precautions  s # +                   I"                 ,       ,       /  )  +                                           

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 B  

 

Safety precaution precautions  s # %1                 0                    +         3      $         4 & &                

•  •  • 

%        )C"           %1       (                             " %          $                      +          .     

!      . 1     !    &         "

Electrolysis: The process of driving a non-spontaneous redox reaction to occur by means of electrical energy, to separate ions at molten state. Electrolytic cell: an electric cell in which the process of electrolysis occurs Galvanic and electric cells:   &             .  &     .         9                            $       5 .                                     

8                9        .  8              2        .    #  *        !                 "

General terms: $  .     /      +                

Main features: %        "   ./ . /    −

Anode reaction: 2Cl (aq ) →  Cl 2 ( g  ) +  2e



+        "                 .        .   −

 



Cathode reaction: 2 H 2O (l ) + 2e →  H    2 ( g ) + 2OH  ( aq )   −

 



    # 2Cl (aq ) + 2 H 2O (l ) → Cl 2 ( g ) +   H 2 ( g ) + 2OH  (aq ) +



 

+



7  # 2 Na ( aq ) + 2Cl ( aq ) + 2 H 2O (l ) → Cl 2 ( g ) +  H 2 ( g ) + 2 Na ( aq ) + 2OH  ( aq )    

electrolys is

8  1# 2 NaCl ( aq ) + 2 H 2O (l )         ( aq ) + Cl 2 ( g ) +  H 2 ( g )     → 2 NaOH          !  !# $  % $ % $ %          &  &&   

                    

                        

 @  

 

The Mercury Process             .     

Description of equipments:   ,          . .       1                                   .

Basic chemistry (must memorize equations):   $              -                     ,                       +

 



Cathode reaction: 2 Na ( aq ) + 2e  +  Hg  (l ) → 2 Na ( dissoved 

in Hg )

 

%             −

Anode reaction:   2Cl (aq ) →  Cl2 ( g  ) +  2e



,     5            # 2 Na /  Hg + 2 H 2O(l ) → 2 NaOH    ( aq   ) +  H 2 ( g ) + 2 Hg (l )    # 2 Na + + 2Cl − + 2 H 2 O (l )   → 2   − +  H 2 ( g ) + Cl 2 ( g )      Na + + 2OH 

Advantages: • 

• 

• 

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Technical difficultie difficulties: s: • 

• 

• 

• 

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Environmental difficulties:   • 

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The Diaphragm Process $      1          .          

Descriptionn of equipment Descriptio equipments: s: ,               ,     5         .                            .      

Basic chemistry (must memorize equations):   $        "      "   ./     −

Anode reaction:   2Cl (aq ) →  Cl2 ( g  ) +  2e



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Cathode reaction: 2 H 2 O (l ) + 2e →  H    2 ( g ) + 2OH  ( aq )          # +



 

+



2 Na ( aq ) + 2Cl ( aq ) + 2 H 2O (l ) → Cl2 ( g ) +  H 2 ( g ) + 2 Na ( aq ) + 2OH  ( aq )               .

Advantages:                     

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• 

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Technical difficultie difficulties: s: •  • 

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Environmental difficulties:                         

The Membrane Process $             5                       %         

Basic chemistry (must memorize equations):        "              7            .            .         .                 G%" −

Anode reaction:   2Cl (aq ) →  Cl2 ( g  ) +  2e −

 





Cathode reaction: 2 H 2 O (l ) + 2e →  H    2 ( g ) + 2OH  ( aq )    

electrolys is

Overall: 2 NaCl ( aq ) + 2 H 2O (l )         → 2 NaOH      ( aq) + Cl 2 ( g ) +  H 2 ( g ) Technical and environmental difficulties in comparison to other processes:               # •    5       •  G       .   •                           .                      

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Model response: “Evaluate changes in industrial production methods for sodium hydroxide” (6 marks HSC2002) +               #                          1             G-                        ( #                "       .    G-"         G-      *        /                    0 #                                         GH            .          G-                  -      5               &           

          G-

To identify chlorine:                     ,G> $                ,%     

To identify hydrogen gas: ,               ,           , K3      

To identify NaOH: $ G-              -             -        G-                

Hazards: • 

• 

7      7          

0        !        "    

9  1     3          

The decomposition of molten NaCl to its elements:

2 NaCl (l ) → 2   Na(l ) +  Cl 2 (  g ) %# ,#

 Na −

+

  −

+  e →  Na (l )  

2Cl → Cl  2 ( g  ) +  2e



The decomposition of aqueous aqueous NaCl to its elements:                     

                        

 *  

 

 

+



2 NaCl ( aq ) + 2 H 2 O (l ) → 2 Na ( aq ) + 2OH    ( aq ) +  H 2 ( g ) + Cl2 ( g )   %# ,#



2 H 2O + 2e   →  H    2 + 2OH  −

2Cl → Cl  2 ( g  ) +  2e





B +           &              

Saponification is described as the hydrolysis of fats and oils under alkaline conditions (OH) to produce glycerol and salts of fatty acids. +         .  L-"      L%-"            . 

 Ra For example:

  −

− COO −  Rb + OH    →  Ra − COO



+  Rb − OH   

  H  . →   H   "

                     

Process in the school laboratory: ,                      G-    K 3  G%

Procedure:   )  >  !  B  @ 

B2       )*2  !*0 G-   B**2   .     >*      7             .    *  G%         .     >  +     .  

Safety risk: • 

• 

G-                       G- -  .             G-

Conditions: •  • 

• 

0                                    1   +             .   

Industrial process:  

  )  >  ! 

0.   G- "     K3 + 4      .    . -                1   1        .                     

                        

   

 

B  7           @           

Conditions:   •  • 

• 

          $            0    .             +                 1

Comparison in summary: In the School lab: • 

• 

• 

• 

• 

6       6          +       ?    +   .    

0          

Structure of soap:   +            .                 "         K53"  .        K 3"   K 3  K 3"  .  

Account for soap’s cleaning action:   75          5             5        .                          5                             .                           +         4      .             ,          4       4             

Model response: “describe the molecular structure of soap and use this structure to account for the cleaning action of soaps” 7            ,       5      % 5  7               "              5    "    .  "     5                                          

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 )  

 

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Emulsion: the dispersion of small droplets of an immiscible liquid in another +          .                                     +                           

Formation of micelles:  5                               .                   # $    % $ % $          $       5 % $

Anionic detergents: detergents which have a negative charged head. Eg. soap Cationic detergents: detergents with a positively charged head. Eg. alkyl ammonium group Non-ionic detergents: detergents with a polar head rather than ionic head groups such as alcohol and ethoxy functional groups. Surfactant: substance substance that decreases the surface tension of water or, alternatively alternatively,, that ‘solubilises’ dirt and grease Structure and chemical compositions:    , +" , ("

+   ""

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Effect in hard water and uses:        9 9      0 )H  %)H" D +    "         0        , 8  .                     $        "      1 1 ,                  .      G5

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• 

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Soaps:   +                                             .

Early detergents:   9    AB*   K@*                 +"             .                .                  .         

Recent detergent detergents:  s:   0          "     -                     /     .         "    . .     .              1                %                               

Non-ionic detergents:   0 5                                

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Assessment/Judgment:   ,               '         ,                          7             7                     (                

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Raw materials:     G%"   "   Products:         (CaCl3  )         ( Na2CO   3 ) ,        

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Flowchart: 

 

Sequence of steps in the t he Solvay process

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Chemistry of brine purification:

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 B  

 

6                $   #               # 2−

 

Ca 3+ (aq) + CO   3 (aq ) → CaCO3 ( s)   -.             +

 



 Mg 2 (aq ) + 2 OH  ( aq ) →  Mg (OH ) 2 ( s )     − Fe 3+ ( aq) + 3 OH  (aq) → Fe(OH ) 3 ( s )  

,                   )           >  % .   "              

Chemistry of hydrogen carbonate formation: 7  .            %)        #

CO2 ( g ) +  H    2CO3 ( aq )   2O (l )  ↔  H      "      "#  

+



 NH 3 (aq) +  H 2CO3 (aq) ↔   NH 4  (aq) +  HCO3 (aq)           #  

+



3  Na (aq) +  HCO     (aq) ↔  NaHCO (s )   3

      #

 NaCl (aq ) + CO2 ( g ) +  NH 3 ( g )  +  H 2O (l ) →     NaHCO3 ( s ) +  NH 4 Cl (aq ) !                 

Chemistry of sodium carbonate formation: 8             #  

heat 

2 NaHCO3 ( s )       → Na 2CO3 (  s ) +  CO2 ( g ) +  H 2O ( g )   .           B            

Chemistry of ammonia recovery:          ."    ,                           .       +  2  #

CaCO3 ( s ) → CaO     ( s ) +  CO2 ( g )   .       .    #

CaO ( s ) +  H    2O (l ) → Ca    (OH ) 2 ( aq )           .   

  2 ( aq Ammonia recovery: Ca (OH ) 2 ( aq ) + 2 NH 4Cl ( aq )  → CaCl   ) + 2 H 2O (l ) + 2 NH 3 ( g ) The overall reaction for the Solvay process:   ammonia 2 NaCl (aq ) + CaCO ( )        → Na 2 CO3 ( s ) + CaCl 2 ( aq )   3 s   

  &     &   !     

                    

                        

 @  

 

General statement:   ,  +     .                  Thermal pollution:    +   .  .                            .                                .                             

Waste products:   ,      7                    +                    ,               5      

Conclusion:                  +                

How the issues are addressed:             +                 

,  $ &            &&   &             7  ,-.  8!  

Procedure for modeling reaction of ammoniacal brine with carbon dioxide:   D     %) :   "          .  G%  G-!% G)%>              

Safety risks:     %)      &    5    G->    9            ,      

Difficulties with laboratory modeling: $            *%      G->   $                                 G->      4 & &             &    !

Criteria used:            #            1    )    L     .                

Example- the Solvay process:    +  1  G%                      ,                   4  9  1             1                       

                        

 F  

 

8              1                     .               .            1           

                    

                        

   

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