members.iinet.net.aumembers.iinet.net.au/~amunra/hsc notes/chemistry/industrial chem b… · ˇ ˆ...
TRANSCRIPT
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �������������
�
������������������������ �������������������������!"�!"�!"�!"#�#�#�#�$��� �����%���� ��$��� �����%���� ��$��� �����%���� ��$��� �����%���� ����������
��� $��� ����� ����� ��� ����� � � ���� �������� ����� � �� ������� ���������� � ���� ������������� �����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
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. Identify replacement materials and/or current research into replacements 4. Use appropriate structure for discussion (opening argument, discussion of issues and concluding remarks) )��0�������� ���������� � �����������������������1����������������� ��� !������������������������������������������������������������������"�������������������#�$��������%�$&�����%�$�������������%�$�������������
Recall: 2��%�������3 ����������#� $���� � ������1���������� � ��� ������� ���� ��� � �����4� � � ���� ��� � ��������/������� �����������5� ���� ������1�������������Factors which affect the equilibrium in a reversible reaction: %��������������� ���� ����������������,� ������ �� ��� ������ ���� � �� ��� ������ �� ��� ��� ���� ���� ��� ������ �� ��� ������ ���� � �� �� ������ �� ������ �������%����� � ��� ��� ���� ����� ������ �1��������� � �������� �� � �� 6�� ������ ���� ��� ���� �� � ��� ���� ��� ����1���������������1���������� ��� ��������������������� �������� ������
• 7������� ����� ������� ��������1���������� ��� ���������������������������� ������ ���
• 7���������� ������� �������� ���������1���������� ��� ��������������������������� ������ ���
• 7���� ����� � � �� ������� ��� ��� ���� ���� �� �������� ���� �1���� ������� ��� ���� � ��� ������ ���� ��� ����1����������������� �����1���������� ������
�%���������������������$����� �������������������������� ������� ��������������������������� ��������������� �������������������������� ������� ���������������� �������������%��������������������(����� ���������������������� �����.�����������������(�����2��%�������3 �����������1������������� ��������� ��������������������� �������������������$����� ���������������������� � ����������������������������� �������� � ������� �������� ���������������������� ���������������������������������"��������������������!���������'�����������"�����(��������������������"�����������"���������������������
8���������������������������������� ��1���������#�
dDcCbBaA +↔+ �
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����)�������
�
7�����,�����6����������� �%�����(����������� �
�������������������������� ����� � ���� "�
���������������.��� ������ ������ �������#�
KBADC
ba
dc
=][][][][
�
Interpretation of the equilibrium constant: �����1������������� �������� �� ��������������������� �������������������������������������� ����������� ��������������������������1������������9�������������� �� ������1������������� ������� �� ������ ��������������������������� ������������ �����1������������� �� ��������������5�����������7������������������� � ���� ������1��� ���� ����� ������������������������1�����������.��� ����� ����������������� ������������������ �/���������1������������� ������ ������������������������������������� ���������� ����������� �������������1�����������,� �������������:�������� �������1��������������� ���������������� ���������� �������� ���������������������� ��������������,���������������:�������� ���������� ���������������������������������� ���������� ���������������������� ����������� ����������������������������������������������������������������&�������������"�������������������')(���������&����"��������
(�������������������� ������� ���������1������������������������������������������� ������������������������1������������������������������������1������������� ������ ����������#��������� ���� ���������������������������� ���� ����� Recognise: ������������ ������������������������ ����������������1������������� ����,������������� � ������� ���������� �������� �������������"����������������������$��:;��������� �������������$��:<��������� �������������$��:=������������������������ ��1��� ������� �
����>��+�������������� ������������� ������������� ������������� ��*�����������������������������������������������
+����������������������� ���� #�
• � ������������� �������� ����������� ��#�?������� ������ ��� ������������������ �������� ������������� ������������ �������������������� � ��������������� ��������������� ����� ���������� ��,� ��� ����������������������� �� ��������������������������������� ����������������
• � ���� �������� �������������������������������������
• � �������������������������������� ���������������� �!0� �������������
• � ������������������#���������������������� ����������������������������������������� �������������
• ���������������������������������������.��� �� ��
��������������������������� ����!�����������������������������������������������������������������������������������������!����������������������������������&��������������������������������������������������!����������
Process of sulfur extraction:���������� �����.������� ����������������������� � �� �����������+������,��������+������������������ ��������� �@*��%"�� ���� ��������������������������������������������� �������� ���������� ������ ���� ���� �������������� �������� �����%����� �������� ������������������������������������������ ��������5 ���������� ������������������������������� �����������7���������.�������� �� ���� ������ ������ ��������1�������������������AA�BC������ ���������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����>�������
�
Property of sulfur which allow its extraction: +������� ������������.����������������8�� �������� � ����#��
• $ ������������� ��>��%"�� ��� �������� ��������������� �@*��%"����� ������ ����������������� ���������������������������������������������������� ���/���������
• +������� ��� ����������������$���������� ���� ���������������������������������� ����������� ���������� �
• +�������� �������� ������� ������ ���� ������������������� ������� ������������������ ������������ ����������������
�Environmental issues: 7����� ������� ������� ������������������������� ������� ��� �����.���/����� ���������.�������������������������� ���������������������� ����� �������� ���������������������� �� ����������� ���������8�� �������� ����������� ������������� ����������� ������������������������������������ ���������, ������ �1������������� ��������� ������D�������������������������������������������� ��� �����������5����������������� ��������������������5������������������������� ������������.���������� ����������������������� �� ������ �������������������������� �������
�
�*�������������������������������������������������������������������������42SOH ������������������������
Steps to producing sulfuric acid:���������� �������������� �������������� �����������%���������� ��$�� �������� �������� ��� ����-#����&������������������������������!�����������������������
+������� ���� ���������������.������� �������� ���������.���#�
HgSOgOsS ∆+↔+ )()()( 22 �
Conditions necessary: ������������ ����� ���������� � ���� ����������������������� ���������� ���������.�� ��.���������������������� ���������������.����.������� ���������������� �� ����������� ����������������������������� ���������������������� �� ����������������������������� ������� ������������� �������������������������� ����� ����������������������� � ��������������****%���!***�%��������� ������������������������������.� �������
����� ������� 2SO � 3SO ���
�� ����.#����&��������������������!������������������!����������������������!��������
+���������.����� �����������������.�� ��.������� � � ����������� "������� ���������.�������������� �� �
���������.���� 52OV "���.���������������������� �������������.����� �����1��������� ���.�������������� ����
���������������������� ��������������� �����
kJgSOgOsSO OV 197)(2)()(2 32252 + →←+ �
Conditions necessary: +������� ������ �� ��.������������������� ��������������������������������� ����������$������������� ������� ����������������������������������������������������� ������������������ ��������������$������������� ��������������������������������������� �����%�� �1���������������� ������������ !**5BB**%"������� ��������������� ���� �5)���"������ ����,����������.��������� �� �� ����������� �����������������9.�� ��.������ ��� ��� ����������� ��������������� �������������� ��������1����������������������
� ����/#�0������������������������!����������������������������������
���� ���������.����� ��� ������������������� ������������� ������ ��������������"��������� �������������
������ 722 OSH "�� ��������� �����������1�����$�� ���������.������ ��� �������������������������� ��������
������������� ������������ ������������������� � �� "�������������������������������� ���������������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����!�������
�
��������������$�� �1��������������� ���������������������� ����������� ���������.����� ��� ����� ������������������� ���������������
)()()( 722423 lOSHlSOHgSO →+ �
� ����1#����&���������������������������������
����������� ������������������������A�C� ��������������
)(2)()( 422722 lSOHlOHlOSH →+ �
�
���������������������������������������������������������������� 2SO ���� 3SO ���
Conditions necessary for producing 2SO :
HgSOgOsS ∆+→+ )()()( 22 �
������������ ����� ���������� � ���� ����������������������� ���������� �������������������.���������������������� ���������������.����.������� ���������� ������������������������� ���1�����EEE"������� �� ����������� ����������������������������� ���������������������� �� ����������������������������� ������� ������������� �������������������������� ����� ����������������������� � �����������
���****%���!***�%��������� ������������������������������.� ������������ ������� 2SO � 3SO ���
���������������� ������������������ �� ������������ ���������� ���������������������������������� �������������������������� ����������������������� Conditions necessary for producing 3SO :�
kJgSOgOsSO OV 197)(2)()(2 32252 + →←+ �
+������� ������ �� ��.������������������� ��������������������������������� ����������$������������� ������� ����������������������������������������������������� ������������������ ��������������$������������� ��������������������������������������� �������%�� �1���������������� ������������ !**5BB**%"������� ��������������� ���� �5)���"������ ����,����������.��������� �� �� ����������� �������������������.�� ��.������ ���1�������������������������9.�� ��.������ ��� ��� ����������� �������������������������������� ��������1����������������������,��������������� ����� ���1����������.���/��������������������� � ������ ����������������� ���� �5)��"����� �� ������ �������������� ���������.����������� �����1����������� � �������������������������������������������������� ���������������.��� ��� ������������������������,� ����.�� ����������� � ����������
�0����������������������������������������������������"����������������������������������������� 2SO ����� 3SO ���
$������������������ ���������.��������������� ������ ������������������������������������������� ����������������� �����.���������1��������������������
kJgSOgOsSO 197)(2)()(2 322 +↔+ �
+������� ������ �� �����.�������������������������� ���������������������������������������� ����������������������������������������������� ���$������������� �����������������������������������������������������������������������������,��������� �������������������������������� �������������� �����������������.������� ������������ � ���������.���"�������BB**%������������������������!***%����� ���� ������������AFC� ���������.���������������� ��� �������� ����������/�������������� ���� ���������������"� ������� �����������������������������
�������������������!������������������������������������������������#�$����!���2���������%�$��������������������
Sulfuric acid as an oxidizing agent:�+������������������.���/�� ������������ ���������������������� ����������� ����� "������������ ��(����� ����������������� ������������ ���������������������� ��������������������� �� �����.�������
G�������# )()()(2)( 22 gHaqZnaqHsZn +→+ ++
�
������#� )()()()( 2442 gHaqZnSOaqSOHsZn +→+ �
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����B�������
�
���� ������ � ����� ����������� ������������������������ ���� "�������������������������� ����������������������� � �����������������.���/����������������� ���������������������� �� ���������.������ ������������������ ��
)()(2)()()(2)(2)( 2422
24 aqSOlOHgSOaqSnaqHSOaqHsSn −+−+ +++→++ �
�Sulfuric acid as a dehydrating agent: %���������� ����������������������� ��� ���� �����������������$������������������ ���������������������������������#��
)()()()( 2424252 lOHgHClSOHlOHHC +→+ �
�%���������� ������������������� ������ �������������� ���� ���������������������������#�
)(11)(12)( 2112212 gOHsCsOHC +→ �
����������������!�����������!���������������������������������������������
Describe the exothermic nature:�7���� �������������� ��� �������������������� ���������������������������������������� �������������� ��������� ������ ��������� ��������������������������������������������� ���������.���������
heataqHSOaqOHlOHlSOH ++→+ −+ )()()()( 43242 �
Explain the exothermic nature:���������� ������� ��������������������������������������������� ������������ ������� ���� �������� �������� �������� ����"������� ��������������������� ����������������������������������������������������������� ��������������������� �������������#��+�������������� �������������� ���������� �� ��������������������� �������������� ������������������������������������� ��������������� � �������������
8�� ����� ����#� )()()()( 43242 aqHSOaqOHlOHlSOH −+ +→+ �
+���������� ����#� )()()()( 24324 aqSOaqOHlOHaqHSO −+− +↔+ �
$�������� � �������-5�������� �������� ����������"��������������������������������������������������������������������� �������� �.�������"�������.������������� �������������������������������������������������������������������� �������������� ��������� ������ ������� ���������� ����� ������������ �����-H���� ��� �������������������� ��������������������������� ��������������������� ����������������� ������������������ ������� ����.�����
�3�������#������������������������������ ���������������������� ��������� �������������������� ��������������������� �� $���������� ������������������ ����"�
)(2)(2)(2 32 aqOHlOHaqH ++ →+ �1.2182 −−=∆ molkJHhydration �
���������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Concerns with sulfuric acid: �� 7���� �������������� ����������������������.��������.������������������� ������������������������
���������������������������� ��������������������� ����8����������� ��������������� ��������� ��.��������������������������� ���������� ����������������������
Safety precautions#��+��������������� ��������� ������������������������������������ ��������������������� � ������� ��������� �I"����������� ������������������������ � ��������������� ������������������������������������,���� ������ �������� � ����������������� ��,� ����������������������������������������������/�� ���� ����
)� +����� �������������� ��� ������������������������������� ����� ������������������������������ ������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����@�������
�
Safety precautions#��%�� �1������������������������������ ����� �������� � � �������������� �������������������� ��������������0���� ���������� ���������� ������������������������� ���������� ��� �� �������� ���� ����������������
+����� ��������������� ����������� � ������������� ������� ���� ������3���� ����������������������� ��$� ��������� �������������������������������������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: $��� ������� �����������.����� �����������������/����������������� ��������������� ��������+��������������� ���������� ��������� ��������� �������������� ���������������������������� ������� ��� Main features: %����������� ������������������� ������������� �����"�������������.���/���������������� ��
Anode reaction: −− +→ egClaqCl 2)()(2 2 �
+��������� ��������������������������������� ������"�������������������� ���������������������������������� ���������������������� ����������.������� ����� ���� ���������� �����������.����� ��������
Cathode reaction: )(2)(2)(2 22 aqOHgHelOH −− +→+
���������������������������#� )(2)()()(2)(2 222 aqOHgHgCllOHaqCl −− ++→+ �
7��� ��������� #� )(2)(2)()()(2)(2)(2 222 aqOHaqNagHgCllOHaqClaqNa −+−+ +++→++
8�������������1�����#� )()()(2)(2)(2 222 gHgClaqNaOHlOHaqNaCl iselectrolys ++ →+ �������������������������������������������������������������!�����������������!���#�$���������������%�$�����������������%�$����������������%������������������������������������������������������������&��������������������������&��&��������������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����F�������
�
The Mercury Process ����������������� �� � ����������������� ��������� ������������������� �����������.���������������� ���������������� ����
Description of equipments:�,����������������� � ������ �������������������� ��������.����������.�������������������� ��������������1����������������������������� ����� ��� ������������������� ���������� ������������� ������ �������������������������������������� ����� ���������������������� ��������������������������� � �����������.������
��
Basic chemistry (must memorize equations):�$������������������ ������������������ ���������������������������������-����� ��������� ����������������������������� ����������������������� ��� �������������������������������������, ������������� ������������������������������������������������ ������������ ���� ������������������������ ����������������
Cathode reaction: )(2)(2)(2 HgindissovedNalHgeaqNa →++ −+�
�%���������� �� ����������������������������� ���������������������
Anode reaction:� −− +→ egClaqCl 2)()(2 2 �
�,���� ������������������ �����5����������������� � ������������������������� �������������� �
�������� ��������#� )(2)()(2)(2/2 22 lHggHaqNaOHlOHHgNa ++→+ �
������������������������� #� )()(22)(222 222 gClgHOHNalOHClNa +++→++ −+−+�
Advantages: • $�������� ����������������� ���������������� ����
• $�������� ���������� �����������.�����
• (�� ����� ��� �� � �
Technical difficulties: • ����������������� ���1���� �������������������������� ���������������� ����� ��� ������ �� �
�����.��� ������������������ ���
• J���������������� ���1�������� �������������������� �� ��.��� �����������
• 2� ��������� ����������������������� �������������� �����������
• G��-�� ���������� ������ ����������������� ����� ������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �������������
�
Environmental difficulties:�• ,����������������������� �������� ���������� �����������.�������� ���������� ����������� ��
��� ����� �������������������� ��+������������� ���� ������������������� �������������� �������������� ����� �������� ���� ���� ��������������� � ����� � � ������������������ ��
• %���������� �� ��� ������.��� �������������������������� ��������������������� ������������������
����� ��������������� ��������� �������������������������� � ����������� �#�
• $����� ������������������������������������������������ �������� ����������������������
• +��������������� �����������������.������������������������.�� ������������������ �������������������������
�The Diaphragm Process $���������������������������������1���� � ���������� ���������������� ��������� ������������� �����������.��������������������������������������������������������
Description of equipments: ,������������������� � ������ ������������ �������������������� ���������������������,��� �� � ��������������� ���� ���5�� �������������������������� ��������.���������� �� � ������ ������������� ��������������� �������������������������������� ���� ������ ���������������������������� ��������� �����������������.������� �������������� ������ �������������
�Basic chemistry (must memorize equations):�$�������������������� ����������������� � ����������"��������������� ������������� �����"����������.���/��������������������� ���
Anode reaction:� −− +→ egClaqCl 2)()(2 2 �
�+��������� ����������������������������� ������"���������������� ���������������������������������� ���������������������� ����������.������� ����� ���� ���������� �����������.����� ���������
Cathode reaction: )(2)(2)(2 22 aqOHgHelOH −− +→+ �������������������������������� ��������� #��
)(2)(2)()()(2)(2)(2 222 aqOHaqNagHgCllOHaqClaqNa −+−+ +++→++ �
������������ � �������� ������������������������� � ��������� ���������� ���������� �����������.������
Advantages:
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � �����A�������
�
• ������� �����������1������ ����G��-��������������
• 2�����������1����������������������� ��
Technical difficulties: • -����������� %��5"��������� ��� ������.��� ����������� ���� ����������� �������� �����������
��1���� ���������������������� ��� ��������������������������
• ������������������� �� ����� ��������� ���������� ������������� ���������������� ����������������� ������������������� ���������� ��������������� �C"����������������������������.���� ��������
• ,������������������������ ������������������������������������������� � � ��������� ������������������1���������� ��������������
Environmental difficulties: ��������������������������������������� ����� ������� � ����� �� � ���������������� ���������������� �� ������ �� � �� ����������� �����������������
�The Membrane Process $������������������������������������������������ ����� �����������������5���������������������� ����������� �������������� � ����� ������������ �������������������� ���� ���� ����������� ��������������������������������� ��%������� � ������ ���������� ������������ ���
�Basic chemistry (must memorize equations):��������������������� ��������������� ������� �����"�� ������������������������������������������ ��� ���������������������������7�������� �������������������������������������� ���������������������.������� ������ ��������������������� � ��������� ����� ������������.������������������� ����� ������ ���������������� �����������.�������� ����������������������������������������������������� � ����� � ������������������ G��%�"����
Anode reaction:� −− +→ egClaqCl 2)()(2 2 �
Cathode reaction: )(2)(2)(2 22 aqOHgHelOH −− +→+
Overall: )()()(2)(2)(2 222 gHgClaqNaOHlOHaqNaCl iselectrolys ++ →+ �
�Technical and environmental difficulties in comparison to other processes: ������������������ ��� ������������� ��������������������� � ������������������ ����#�
• ���������������� ������5�������� ���������������������
• G����������������������������� ����������� �����.����� �������� �
• ������� ���������������� ����������������������������� ����������������������������������������������������������������������������.�� ��������
�
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������*�������
�
������� ����������������������������������� �� ������� ������ ��-������� ����� �������������������� ��������5��������������������������������������������� �����
��
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 molten molten molten NaCl to its elements:
)()(2)(2 2 gCllNalNaCl +→ �
%�����#� )(lNaeNa →+ −+�
,����#�−− +→ egClCl 2)(2 2 �
�
The decomposition of aqueousaqueousaqueousaqueous NaCl to its elements:
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ��������������
�
)()()(2)(2)(2)(2 222 gClgHaqOHaqNalOHaqNaCl +++→+ −+�
%�����#�−− +→+ OHHeOH 222 22 �
,����#�−− +→ egClCl 2)(2 2 �
�
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%��-"���������������������������������������������������������.�������������
OHRCOOROHRCOOR baba −+−→+−− −−�
�
For example: �������������������H� �����������.��� → ����������H� �������������� ���"�
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
Process in the school laboratory: ,�������� ����������������������������� ��������� ����������� � ����������� ���� ������ ����� ����������������� ����������G��-��������������������K ��������3�����G�%�����Procedure: �� B�2�������������� ���������)*�2����!�*0�G��-������B**�2����������)� ������.����� �����������������>*������ ����������������>� 7����� ���������������������� ����������������������.���������� ���� ������!� �*�����G�%��� ���������������������� �������������B� ������.����� ������������������>������ ���@� +����� ��������������������.�������������������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���������� ���������� ����������������������� ��� ����������������������� ������ ����������������������� ���������� � � �����������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������>�������
�
�,���������������������� ���� ���������������� ����4��������������������� ������������4���� ��� � ��� ����������� ��������������������������� ��������� ����� !������������������������������������������������������������������������������������������������
Emulsion: the dispersion of small droplets of an immiscible liquid in another +������������ �������� ���������������������� �����������.����������������������� ������������������� ���������������� ��������������������������� ������� ������ �������������������� �������������������� ��������������������������������� ��+��� ���������������������� ����������� ��������������� ������� ��� �������������������� �������������� ��������������� ����������������� ����� �������� ���� ���������Formation of micelles: �������5���������������� ��������������������� ����� ���������� ��� ������������������������� ��� ��������� ����� ������������������������������������ ������ ��������� �������� ��������������������.���������� ������� ���������������������������� ��� ������� �����������������������������������������������������������������������#�$�����������������������������%�$��������������������%�$�������������������������������������������������������������������$��������������������������������������5��������������������%�$������
Anionic detergents: detergents which have a negative charged head. Eg. soap Cationic detergents: detergents with a positively charged head. Eg. alkyl ammonium group Non-ionic detergents: detergents with a polar head rather than ionic head groups such as alcohol and ethoxy functional groups. Surfactant: substance that decreases the surface tension of water or, alternatively, that ‘solubilises’ dirt and grease Structure and chemical compositions:
�������� ��������������� ��������������� ��������������� ����������� +�������+�������+�������+������� ������� ������� ������� �������""""���� %������������� ����%������������� ����%������������� ����%������������� ��������
,�������� +���"�
2���������������������������������������������������L%��L��������������������� G�H"�
,������� (������ "�
2�������������������������� ������������� �������������"��L?L�L�+�)L�L���������������� G�H"�
G��5������� ��
�
2����������������������������������������������� ������� ����������������������������� ������������������������������������������������ �����������4������� ���������������� � L%-)L�%-)L�L"���������������������������������.�������� ������������������� ����������������������5��������� ��� �������� ��������� ��
%������� (������ "�
2���������������������������� ��������������������������������� �� �����G����� LG?>
H"�������������������������������������������� ��������������������������� ��%����������� ������%�5�
Effect in hard water and uses: �������� ��������������� ��������������� ��������������� ������� 9�����������������9�����������������9�����������������9��������������������� 0�)H�����%�)H"� D � D � D � D � ����
+���� ��������� � ���� � ���� ���"� ������� ����������� �� ��������������
��� �������������
,������� 8��� � �������������.� ������������� ��������������� ������������� �� ������������ ���������������"�
0���������������� ���������� ������������������ ����������������������� ����� ���������� ��������������$�� �������� ���������������������������������������������� ������� ������� ������� ������������� ��� �������1��� ��� �������1��� ��� �������1��� ��� �������1��� ���,������� ������� ����������� ������������������������������� ����� �������������������������� � ����� ��� ��� ��� ��� ��.�� ����������������������������
G��5������� G����������� ���������������������������9����������� ������������
8��� ��� ������������������ ������� ������������ ������������������������������� ����� �
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������!�������
�
�� ��� �������������+������������ ���� ���������������� ������4���� ��������5������ ������� ������������ ������ �� ���� ����� ������� ���� �
%������� G����������� ���������������������������9����������� �������������-������������� ��������������-�����������������.������� ������������ �������������������������������
%���� ���� ����� ������������������� ���������������������� �����.��� ���������������������� ��� ���������� ������������������������ ��������������������� ������������ ������ ��,� ������������� ����������������������� ��%������� ������� �� ��� ��� ���� ��� ������� � ���������������������������� �
�,��������������$�������&������������������������������������������������������������
��6�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
%�������� �������� �� ������� ����������������.����������#�,������ ���"��������������������������������������� ��������������������������������/������������������������ ������ ���������������������������� ���������� � ����� �������� �����������8� �������� ������� ������.�������������.� � ����� ���� ��.���������������+����������������������������������� �������� ������ ��������� �� ���� ����#�
• &�������������������
• ������������#� COOHCHCH 1423 )( �
• +����������#� COOHCHCH 1623 )( �
• ����������#� COOHCHCHCHCHCH 72723 )()( −=− �
• 2������������#� COOHCHCHCHCHCHCHCHCH 722423 )()( −=−−=− �
�� ��&��������������������&���������&��������������������������!��������������&�������������������������������������������������������
Soaps:�+��� ���� � ������������������������������������������������������ �������� ��������� ������������������ � ��� ������������������������������������ ����� ��������������������������������������������������� ������������ � �� ���� � ����� ��������������������.�������Early detergents:�9������������ ��������AB* ��������K@* ������������������������� �������� � ������������������������� � �������� � ������������������������� � �������� � ������������������������� � �������� � ������������������������� ����������������� ���������������� ���������������� ���������������� ���� ����+��������"������ ����� ������ ������������������������������� �� ������� ������� ���� ����.�� ������������������ �������������� ��������� ������ �����������������������������������.�� ������������� ���������������������������������������������������� �������������������������.���������������� � ��������������� ������������������ Recent detergents:�0����������������� ������������������������� ������������ ����� ����� ����� ������ ����������"� ����������"� ����������"� ����������"������������������������������������������������������������������������������������������-��������� ���������� ������������� ���������������������������������������� ��������� ���� ��������� ������ ����� ���������/���������������� ����� �����.�� ������������������������������������ � �������������������"����������������.�� ������������������� ��.��������� ��������������������������������������� �����������������1����������� ����� ���������������� ������������������������������� ������������������������������%������� ������� ���������������� ��������������� ���������� ����� ������������� ����������������� �� ����������� � ������������������ ����������������� ��������������������������� ����Non-ionic detergents:�0���������5������������� ���� � ���� ����������� ���� �� �����������������������������������������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������B�������
�
Assessment/Judgment:�, ���������� ������ ���� ��� ������������ ����������� ���������������������������������� ��� '������� �������������������������������������������, ����� ��������������������� ������������������ ��������������� �������������� ������ ������������ ��������� ��������� ����������������������7����� ��� ��������� ������������������ ������� ������ ��� ���������7����� �������������������������������������� ������� ������� ���������������������� ������� ����������� �������������(������ ���������������� ����� ������� � ������� ��������������������������������
B������+���������� ��� ���������� �� ����������@* ��������������������������������������� ��&���������������������������������
Raw materials:������� G�%�"������ ���� ����������������"�������������
Products:��� ���������� ������������������ ( )3CaCl ����������������� � �������������� ( )32CONa ��
,�������� ���������������������������������������������������
���������� � ���� ������������������#�
• &�� �������&�� �������&�� �������&�� �������#� ������� ������������������� ��������������� �� ��������������������.������� ������������������������������������� ���� ����������.���"�
• 7����������7����������7����������7����������#�+���������������� �� ����� ������������������������������ ������������������� ��$�� ����������� ��������������� ������� ������ �����������"�
• +��������������#�+��������������#�+��������������#�+��������������#�+�����������.����������������������������� ���������������������������������� � ��� ��������������������.���� ����������"������ �����������.������������������������� ��������� ���5����������� �����
• +��������� ������������������� � #�+��������� ������������������� � #�+��������� ������������������� � #�+��������� ������������������� � #�������������� � ���������������� �� ���� ����������� ������������������������ � �
• , ���, ���, ���, ����������/��������#��������/��������#��������/��������#��������/��������#�+���������������� ���������������������� ������� ������������/������� ���� ��������������&�����������������������"��������������������������� ��&��������������������������������������&��&�����#�$������������������%�$���������������������������%�$�����������������������������%�$������������&����
Flowchart:�
��
Sequence of steps in the Solvay process �� 6����� G�%�"� �������� ���� ������������ �������� � ������������ ������������� �
Chemistry of brine purification:
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������@�������
�
6������ �������������������� �������� ����������������������������������� ������� � ���� ���������$������� �����������������#��������������� ���������������� ������������������� ���������������� ��������������������������#�
)()()( 32
33 sCaCOaqCOaqCa →+ −+
�
-����.����� ������������������������ ���������������������������� �������� �����
)()()(2)( 22 sOHMgaqOHaqMg →+ −+
�
)()()(3)( 33 sOHFeaqOHaqFe →+ −+
�
,��������������������� ���� ������������������������������� � ����������������������������������������������������
)� �������������������������� �������� ����� �������������������>� %���������.���� ������������ �������� ���"�� ������������������� �����������������������������
������������������������ Chemistry of hydrogen carbonate formation: 7��������������.��������� ������������������� ���������������������� ��������������������%�)���� ��� ��� ���������������������������������#�
)()()( 3222 aqCOHlOHgCO ↔+ �
���������������������� ���������"��������� ������������� ������� �"#�
)()()()( 34323 aqHCOaqNHaqCOHaqNH −+ +↔+ �
���� ��������� ���������������������������������������������� #�
)()()( 33 sNaHCOaqHCOaqNa ↔+ −+�
���������������� ���������� �������� #�
)()()()()()( 43232 aqClNHsNaHCOlOHgNHgCOaqNaCl +→+++ �
�!� ���� ������������������������� ���������������������������������� ���������������
Chemistry of sodium carbonate formation: 8������� ������������������������� �������������� ��������������������������������������#�
)()()()(2 22323 gOHgCOsCONasNaHCO heat ++→ �
��������������.��������� ���� ������������������������������������������ ����
B� ������������� ���������������������� �������������� ��� Chemistry of ammonia recovery: ��������������������������������������������������� ������� �������������������������� ��,�������� ����������������� � ����������������������� ����������� �������������.���"����������������� ������������� ����������� ���������� ���������������������������������������.�������������������� ���������+���������� ���2��� ����������� ���������� #��
)()()( 23 gCOsCaOsCaCO +→ �
�������������.����� ������������������������.���� ������������� �����#�
)()()()( 22 aqOHCalOHsCaO →+ �
������������������� �� ����������� ���� ������.��� ��������������������.��� ��������������������.��� ��������������������.��� �����������������
Ammonia recovery: )(2)(2)()(2)()( 32242 gNHlOHaqCaClaqClNHaqOHCa ++→+ �
�The overall reaction for the Solvay process:
)()()()(2 2323 aqCaClsCONasCaCOaqNaCl ammonia + →+ ����������������&�������������������������������������� ��&���������������!��������������������������������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ������F�������
�
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���������������������
��������������� �������� ����������������������� �� ����� ��������������������������������������������������������������
����������������� ������������ ����������� ���������������������������� ���� �������������� ���������������� ���� � �����
� � ��������������
�
8���������������� ����������� ��������������� �������������������� ���������1������� ������ �� ���������������������������������������� ��� �� ����� �������������������� ����������������� �����������.��������� ������� � ��������������������������������������������������� � �������������������.����������������������������������������������������������� ����� �����1�� ����������������������� ���������������������������� � ���
�