«Разведение огня»
«Холод становился очень чувствительным, и не было никакой возможности с ним бороться.
Не на шутку расстроенный, моряк всеми средствами пытался добыть огонь. Даже Наб помогал ему в этом деле, Он собрал немного свежего мха и, ударяя камнем о камень, высек из них искры. Но мох, воспламеняющийся с трудом, не вспыхнул. Попытка Наба окончилась неудачей. Тогда Пенкроф, ничуть не надеясь на успех, попробовал все-таки, по примеру дикарей, потереть друг о друга два сухих куска дерева. После часа работы Пенкроф был весь в поту и с досадой отбросил куски дерева, сказав:
- Не говорите мне, что дикари добывают огонь таким образом! Я скорее поверю, что летом идет снег. Мне легче зажечь собственные руки, потирая их друг о друга.
Отвергая этот способ, Пенкроф был, конечно, неправ. Достоверно известно, что дикари зажигают куски дерева посредством быстрого трения. Но не всякое дерево годится для этого, и, кроме того, нужно, как говорится, знать прием. По-видимому, Пенкроф не знал приема.
Досада моряка скоро прошла. Герберт поднял брошенные им куски дерева и, в свою очередь, начал усердно тереть их друг о друга.
- Три, три на здоровье, мой мальчик! - сказал Пенкроф.
- Я и тру, - со смехом ответил Герберт, - но только для того, чтобы согреться и не дрожать от холода. Скоро мне будет так же жарко, как тебе.
На другой день, 28 марта, первые слова инженера были:
- Остров или материк?
- Я, кажется, уже могу ходить, а значит, гожусь в проводники, - ответил инженер и без особых усилий приподнялся и встал.
- Вот это здорово! - воскликнул Пенкроф.
- Я больше всего пострадал от истощения, - продолжал инженер. - Немного пищи, друзья мои, и все будет хорошо. У вас, конечно, имеется огонь?
Ответ на этот вопрос последовал не сразу. Наконец Пенкроф горестно сказал:
- Увы, у нас нет огня, мистер Сайрес! Точнее говоря, у нас больше нет огня.
И моряк рассказал Смиту о том, что произошло накануне. Повествование о единственной спичке и о бесплодной попытке добыть огонь трением очень позабавило инженера.
- Мы что-нибудь придумаем, - сказал он. - Если нам не удастся найти вещество, подобное труту…
- Что тогда? - тревожно спросил моряк.
- Тогда мы сделаем спички.
- Зажигательные?
- Да [3, ч.1, гл.9].
Задача 1. Простое вещество, смесь которого с бертолетовой солью используется в спичках и воспламеняется при трении, сожгли в избытке кислорода. Твердое вещество белого цвета, образовавшееся в результате сгорания, растворили в избытке раствора гидроксида натрия. Полученная при этом соль с раствором нитрата серебра образует осадок ярко-желтого цвета. Напишите уравнения описанных реакций.
Решение:
6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5
4P + 5O2 = 2P2O5
P2O5 + 6NaOH = 2Na3PO4 + 3H2O
Na3PO4 + 3AgNO3 = Ag3PO4↓ + 3NaNO3
Задача 2. Почему пламя может быть разного цвета: желтым или голубым?
Ответ. Все зависит от количества кислорода, поступающего к сгорающему топливу. Большой приток кислорода делает пламя голубым, ограниченный - желтым. Свеча представляет собой очень сложное производящее пламя устройство. Пламя не может получить весь необходимый для горения кислород из находящегося в непосредственной близости воздуха. Скорость притока воздуха с запасом питающего пламя кислорода недостаточно высока, чтобы обеспечить горение всей массы растаявшего и испаряющегося парафина. Под влиянием тепла некоторое количество несгоревшего парафина распадается на крохотные частицы, в том числе и углерода. Эти частицы нагреваются пламенем и начинают светиться ярким желтым светом. Пламя становится желтым. То же самое наблюдается и при горении костра в пещере.
В газовой плите пламя голубое из-за большого доступа воздуха.
«Удачная находка»
«После ужина, когда все собрались ложиться спать, Сайрес Смит вынул из кармана несколько образчиков минералов и сказал:
- Друзья мои, вот железная руда, вот серный колчедан, вот глина, вот известь, вот уголь. Все это дает нам природа, и такова ее доля участия в общей работе. Теперь будущее за нас!» [3, ч.1, гл.12].
Задача 1. Вычислить процентное содержание железа и пустой породы в руде, содержащей 85,63% закиси-окиси железа Fe3O4.
Решение. Чтобы найти содержание магнетита и пустой породы в данной руде, нужно иметь в виду, что в 100 кг руды содержится 85,63 кг Fe3O4, следовательно, количество пустой породы равно: 100-85,63=14,37 (кг).
Находим количество железа, содержащееся в 85,63 кг Fe3O4.
В молекуле Fe3O4 содержится 3 атома Fe.
В 232 кг Fe3O4 (232 - молекулярная масса Fe3O4) содержится 168 кг Fe (168 - масса 3 атомов Fe), а в 85,63 кг Fe3O4 - х кг Fe. Следовательно, 85,63*168/232, что составляет 62%.
Задача 2. Сколько двусернистого железа FeS2 содержится в природном колчедане, если по данным анализа серы в нем 42%?
Решение: По условию задачи в 100 кг колчедана содержится 42 кг серы (42%). Из формулы пирита FeS2 видно, что на 2 атома серы (на 64 весовых части) приходится 1 атом железа, т.е. 56 весовых частей.
Рассчитаем, сколько железа приходится на 42 весовые части серы:
- на 64 кг серы в двусернистом железе приходится 56 кг железа;
- на 42 кг серы в двусернистом железе приходится x кг железа.
Из пропорции 64 : 42 = 56 : х следовательно, в 100 кг колчедана, содержащего 42% серы, количество двусернистого железа FeS2 равно:
36,75 кг + 42 кг = 78,75 кг, что составляет 78,75 %.
Задача 3. Сколько можно получить сухой гидрагной извести (пушонки) при гашении 300 кг негашеной комовой извести с активностью (содержание СаО) 80 %?
Решение. Уравнение реакции гашения извести:
СаО + Н20 = Са(ОН)2.
М СаО = 56 г/моль; М Са(OH)2 = 74 г/моль.
С учетом активности извести масса негашеной извести составит: 300 • 0,8 = 240т.
По уравнению реакции масса чистой Са(ОН)2 составит:
56 кг СаО - 74 кг Са(ОН)2
240 кг---------------х
х = 317 кг Са(ОН)2.
Масса примесей: 300• 0,2 = 60 кг.
Масса Са(ОН)2 с учетом примесей:
317 + 60 = 377 кг
Ответ: 377 кг
«Строительные материалы»
«Колонисты достигли местности, которую обследовали накануне. Почва под их ногами состояла из глины, употребляющейся для изготовления черепицы и кирпича, а потому вполне пригодной для того предприятия, которое предполагалось осуществить. Обработка ее не представляла никаких трудностей. Достаточно было обезжирить глину песком, сформовать ее в кирпичи и обжечь их на огне.
Обычно кирпичи складывают в формы, но инженер предпочел выделывать их руками. Глину, пропитанную водой, месили руками и ногами и потом резали на части равной величины.
6 апреля ранним утром инженер и его товарищи собрались на полянке близ того места, где должен был производиться обжиг кирпичей. Это, разумеется, предполагалось делать на воздухе, а не в печах; выражаясь точнее, груда кирпича должна была изображать одну огромную печь. На земле разложили топливо - аккуратно связанные пучки прутьев - и окружили его несколькими рядами кирпичей, которые образовали большой куб с многочисленными отдушинами снаружи. В эту ночь никто не ложился спать. Обжиг длился сорок восемь часов и удался на славу. После этого надо было дать остыть раскаленной массе. Тем временем Наб и Пенкроф, по указанию Сайреса Смита, перетащили на плетеных носилках порядочное количество каменноугольной извести, обнаруженной в изобилии на северном берегу озера. Подвергнутая действию жара, она превратилась в жирную негашеную известь, чрезвычайно разбухшую от гашения, и стала столь же чистой, как известь, получающаяся от обжига мрамора или мела. Смешали ее с песком, и получился великолепный цемент.
В результате этой работы инженер к 9 апреля располагал небольшим запасом готовой извести и несколькими тысячами кирпичей.
Не теряя времени, колонисты принялись строить печь для обжига различных гончарных изделий, нужных в домашнем обиходе. Пять дней спустя печь набили каменным углем, открытые залежи которого инженер обнаружил возле устья Красного ручья, и из двадцатифутовой трубы показался первый дым. На полянке вырос настоящий завод, и Пенкроф почти не сомневался, что в их печи можно будет изготовить все изделия современной промышленности» [3, ч.1, гл. 13].
Задача 1. Для приготовления вяжущего раствора при кладке кирпичных сооружений применяют смесь цемента и песка в соотношении 1:3 по массе. Какое количество этих веществ потребуется для приготовления 20т такой смеси? Определите процентную концентрацию песка и цемента в этом вяжущем растворе.
Ответ: 5т - цемент (0,25), 15т - песок (0,75).
«Огонь без спичек»
«В этот день инженер увидел растение из рода полынных, насчитывающего несколько видов: чернобыльник, мелисса и т.д. Сорвав несколько пучков этого растения, Сайрес Смит подал их Пенкрофу и сказал:
- Возьмите, Пенкроф! Это может доставить вам удовольствие.
Пенкроф тщательно осмотрел растение, покрытое длинными шелковистыми волосками и снабженное пушистыми листьями.
- Что же это такое, мистер Сайрес? - спросил он. - Боже великий, неужели это табак?
- Нет, - отвечал инженер, это полынь, которую ученые называют китайским чернобыльником. Нам она заменит трут.
Действительно, чернобыльник, должным образом обработанный, превратился в легко воспламеняющееся вещество. Впоследствии инженер пропитал его азотнокислой солью, или, попросту говоря, селитрой, которая залегала на острове в больших количествах. В этот вечер колонисты, собравшиеся в центральной комнате, наконец поужинали как следует. Наб приготовил суп из агути, окорок дикой свиньи, приправленный благовонными травами, и вареные клубни травянистого растения, которое в тропическом поясе разрастается в густой кустарник. Эти корневища, превосходные на вкус и очень питательные, напоминали продукт, который распространен в Англии под названием «порттандское саго». До некоторой степени они могли заменить хлеб, которого пока еще не хватало обитателям острова Линкольна» [3, ч.1, гл. 13].
Задача 1. Как приготовить трут в домашних условиях?
Решение. Перед тем, как сделать огниво, необходимо позаботиться о наличии качественного трута. Для этого можно использовать: обожженную сухую ветошь, высушенную траву и мох, сосновые иголки, березовую кору, льняные волокна, деревянные опилки, стружку, распушенную вату или хлопок, вощеную бумагу. Трут легко сделать своими руками, как на природе, так и в домашних условиях.
«Чистота - дело сложное»
«В то время, как завершался этот процесс, Сайрес Смит организовал другие работы. Его товарищи помогали ему с отменным усердием, можно сказать - с азартом. Пенкроф с Набом сняли с дюгоня жир и собрали его в большие глиняные кувшины. Из этого жира, подвергнув его обмыливанию, надо было выделить глицерин. Для этой цели достаточно обработать жир содой или известью. Оба эти вещества, действуя на жир, образуют мыло и изолируют глицерин, который был нужен инженеру. В извести Сайрес Смит, как известно, не испытывал недостатка, но при обработке жира известью получается известковое мыло, которое нерастворимо и, следовательно, бесполезно. Применяя соду, можно, наоборот, получить растворимое мыло, полезное в хозяйстве. Как человек практический, Сайрес Смит предпочитал добыть соду. Это было нетрудно, так как у озера в изобилии попадались всевозможные морские растения - солянки, полудники и разные водоросли. Колонисты набрали множество этих растений, сложили их в открытые ямы и подожгли. Водоросли горели несколько дней, пока вся зола не расплавилась от жара, и наконец превратились в плотную сероватую массу, известную под названием натуральной соды.
Получив соду, инженер обработал ею жир, и в его распоряжении оказались растворенное мыло и нейтральное вещество - глицерин.
Но это было не все. Для осуществления его планов Сайресу Смиту требовалось еще другое вещество - азотнокислый поташ, который чаще называют селитрой.
***
На другой день, 16 апреля, в пасхальное воскресенье, колонисты с рассветом вышли из Труб и принялись за стирку белья и чистку одежды. Инженер рассчитывал начать производство мыла, как только удастся добыть сырье, необходимое для мыловарения: соду или поташ, жир или масло. Важнейший вопрос об обновлении гардероба тоже должен был быть в свое время разрешен. Во всяком случае, одежда могла выдержать еще полгода, так как была очень крепка и не должна была быстро износиться от работы» [3, ч. 1, гл. 14].
Задача 1. Как узнает мыло, что грязь - это грязь?
Ответ: Делать мыло всегда было просто из легкодоступных материалов: жира, древесной золы, извести. Любой вид мыла - результат реакции жира и щелочи. В качестве жира колонисты на острове использовали жир добытых животных. В качестве щелочи применяли каустик, известь, древесную золу, так как в ней содержится поташ, обладающий щелочными свойствами. В процессе производства мыла происходит соединение органического компонента (жирной кислоты) с неорганическим (щелок). Образовавшаяся молекула мыла сохраняет черты обоих составляющих и, с одной стороны, в «хвосте», притягивает жирные органические соединения, а с другой, в «голове» - соединяются с водой. «Голова» и увлекает молекулу мыла в воду, заставляя ее растворяться. Если стайка растворенных мыльных молекул встречает на своем пути жирные частицы грязи, то неравнодушные к жиру «хвосты» прицепляются к частицам грязи, а «головы» остаются накрепко соединенными с водой. В результате жир стаскивается в воду, ужерживаемая им частица грязи отделяется от поверхности, к которой была прикреплена, и ее можно смыть.
«Железная кампания»
«Между островом Линкольна и архипелагом Паумоту было тысяча двести миль расстояние немалое. Проделать его на лодке не представлялось возможным, тем более осенью, в плохую погоду Пенкроф высказал это совершенно категорически. Построить простую лодку, даже имея инструменты, трудное дело, а у островитян инструментов не было. Им следовало начать с изготовления молотков, топоров, пил, буравов, рубанков и прочего, на что требовалось известное время.
Поэтому было решено зазимовать на острове и подыскать на зимние месяцы более подходящее помещение, чем Трубы. Прежде всего следовало использовать железную руду, залежи которой инженер обнаружил в северо-западной части острова, и превратить эту руду в железо или сталь. Металлы обычно содержатся в земле не в чистом виде; большей частью они встречаются в сочетании с кислородом или серой. Один из образчиков, которые принес Сайрес Смит, представлял собой магнитный железняк, а другой - серный колчедан, или сернистое железо. Первый из них окись железа и надлежало восстановить при помощи угля, то есть отнять у него кислород, чтобы получить чистый металл. Восстановление состоит в том, что руда с углем подвергается действию высокой температуры. Делается это двумя способами. Первый, так называемый каталонский, способ имеет то преимущество, что руда превращается непосредственно в железо. Второй способ - способ доменной плавки - превращает руду в чугун, а чугун - в железо, отнимая у чугуна примешанные к нему три-четыре процента углерода.
Сайресу Смиту требовалось именно железо, а не чугун, и он избрал наиболее быстрый способ восстановления. К тому же руда, которую он нашел, была сама по себе очень чиста и богата железом. Это была окисленная руда, залегающая беспорядочными темно-серыми массами, которая дает черную пыль, образует правильные восьмигранные кристаллы, доставляет естественные магниты. Она служит для изготовления первосортного железа. Недалеко от залежей железной руды находились залежи каменного угля» [3, ч.1, гл.15].
Задача 1. Какая масса железа должна образоваться при восстановлении углём 690 кг оксида железа(|||) содержащего 20% примесей?
Решение. Fe2O3 +3C = 2Fe + 3CO
Находим массу оксида железа. Если примесей 20%, то оксида железа 80 %.
Из этого масса равна m(Fe2O3) = 690* 80 /100 = 552 кг
Теперь найдем, какое количество вещества оксида железа в этой массе:
n(Fe2O3) = 552/(56*2+16*3) = 3.45 кмоль
Теперь составим пропорцию, чтобы найти количество вещества железа:
1 - 2
3.45 - х х= 3.45 * 2/1 = 6.9 кмоль
Теперь определим массу железа, зная количество вещества.
m(Fe) = n * M = 6.9 * 56 = 386.4 кг
Задача 2. Железную окалину растворили в концентрированной азотной кислоте при нагревании. Раствор осторожно выпарили, и продукт реакции растворили в воде. К полученному раствору добавили железный порошок, через некоторое время раствор отфильтровали, и фильтрат обработали раствором едкого кали, в результате выделился осадок светло-зеленого цвета, который быстро темнеет на воздухе. Напишите уравнения описанных реакций.
Решение.
Fe3O4 + 10HNO3(конц.) = 3Fe(NO3)3 + NO2 + 5H2O
2Fe(NO3)3 + Fe = 3Fe(NO3)2
Fe(NO3)2 + 2KOH = Fe(OH)2 + 2KNO3
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Задача 3. Железо растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора карбоната натрия. Выделившийся осадок отфильтровали и прокалили. Полученное вещество растерли в мелкий порошок вместе с алюминием и смесь подожгли. Она сгорела с выделением большого количества теплоты. Напишите уравнения описанных реакций.
Решение.
Fe + 4HNO3 (разб.) = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
2Fe(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 6NaNO3 + 3CO2
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
Fe2O3 + 2Al → 2Fe + Al2O3
«Первые шаги металлургии»
«На другой день, 21 апреля, Сайрес Смит в сопровождении Герберта отправился искать древние формации, из которых он подобрал образчики руды. Он обнаружил ее залежи на поверхности земли, близ истоков Красного ручья, у подножия одного из северо-восточных отрогов. Эта руда, обильно насыщенная железом, прекрасно подходила для того способа восстановления, который думал применить инженер. Он хотел воспользоваться каталонским способом, внеся в него некоторые упрощения. Каталонский способ в собственном смысле требует постройки печей и тиглей, в которые укладываются пластами руда и уголь. Инженер намеревался обойтись без этих конструкций. Он предполагал возвести из угля и руды кубическое сооружение и направить в центр его струю воздуха. Этот способ, вероятно, применялся еще первыми металлургами на Земле. То, что удалось первым потомкам Адама и давало хорошие результаты в местностях, богатых рудой и топливом, не могло не удаться жителям острова Линкольна.
Каменный уголь так же, как руду, удалось без труда собрать поблизости прямо с поверхности земли. Сначала руду искрошили на мелкие куски и очистили руками от грязи. Затем уголь и руду слой за слоем слоили в кучу, как делает угольщик с деревом, которое он хочет обжечь. Таким образом, под действием воздуха, нагнетаемого мехами, уголь должен был превратиться в углекислоту и затем в окись углерода, которой предстояло восстановить магнитный железняк, то есть отнять от него кислород. Первая болванка, привязанная к палке, послужила молотком для ковки следующей, которую положили на гранитную наковальню. Таким образом, был получен грубый, но годный к употреблению металл. Наконец 25 апреля, после многих усилий и трудов, колонисты выковали несколько полос железа и превратили их в инструменты - щипцы, тиски, кирки и лопаты. Пенкроф и Наб объявили их превосходными.
Возле насыпанной кучи руды и угля установили мехи, сшитые из тюленьих шкур; воздух выходил из мехов через трубку, сделанную из огнеупорной глины, - трубку эту специально изготовили и обожгли в гончарной печи.
Но металл мог быть полезен не столько в виде железа, сколько в виде стали. Сталь же является сочетанием железа и углерода. Ее получают либо из чугуна, отнимая от последнего избыток углерода, либо из железа, которое насыщается недостающим углеродом. Первый вид стали, добытый из обезуглероженного чугуна, называется натуральной или пудлингованной сталью, сталь второго рода получается от цементированного железа и носит название томленой.
Именно эту сталь и стремился получить Сайрес Смит, в распоряжении которого было чистое железо. Ему удалось достигнуть своей цели, нагревая металл с угольным порошком в тигле из огнеупорной глины.
Спустя несколько минут инженер, Гедеон Спилет и Герберт, таща за собой салазки, направились к залежам каменного угля, где было много серного колчедана. Этот минерал обычно встречается в самых молодых осадочных породах, и Сайресу Смиту уже удалось найти образцы его. 8 мая инженер приступил к делу. Серный колчедан состоит главным образом из угля, кремнезема, глинозема и сернистого железа, которое находится в нем в избытке.
Задача заключалась в том, чтобы его выделить и как можно быстрее обратить в железный купорос. Из железного купороса можно будет получить серную кислоту.
Такова была конечная цель всей процедуры. Серная кислота - одно из наиболее употребительных химических веществ. Эта кислота должна была в дальнейшем оказаться колонистам очень полезной для изготовления свечей и дубления кожи, но в данный момент инженер предназначал ее для других целей. Сайрес Смит выбрал за Трубами обширную площадку и тщательно разровнял ее. Он набросал на землю груду веток мелкого хвороста и положил сверху несколько кусков сернистого сланца. Все это сооружение было затем покрыто тонким слоем предварительно измельченного колчедана.
Затем ветки подожгли, и сланец, содержащий уголь и серу, воспламенился. Тогда подбавили еще колчедана, который образовал огромную кучу; сверху ее покрыли травой и землей, оставив несколько отверстий для тяги. Так поступают, когда хотят обуглить штабеля дров, чтобы превратить их в уголь.
После этого химическая реакция должна была протекать сама собой. Сайрес Смит мог бы изготовить это вещество, обрабатывая азотной кислотой углекислый поташ, который легко получить из растительной золы. Но азотной кислоты как раз не было; как раз ее он и хотел в конце концов добыть, получился заколдованный круг, из которого Сайрес Смит никогда бы не вышел. К счастью, природа сама доставила ему селитру, которую надо было лишь подобрать. Герберт нашел залежи селитры в северной части острова, у подножия горы Франклина, и ее оставалось только ОЧИСТИТЬ.
Эти разнообразные работы продолжались с неделю и закончились раньше, чем завершилось превращение сернистого железа в железный купорос. За оставшееся время колонисты успели изготовить из лепной глины огнеупорную посуду и построить особого устройства кирпичную печь, которая должна была служить для перегонки железного купороса. Все это было выполнено к 18 мая, то есть примерно к тому времени, когда закончилась химическая реакция. Гедеон Спилет, Герберт, Наб и Пенкроф под умелым руководством инженера стали настоящими рабочими. Впрочем, необходимость - лучший учитель во всех случаях жизни.
Когда куча серного колчедана окончательно разложилась под действием огня, получившиеся вещества, то есть железный купорос, сернокислый глинозем, кремнозем, золу и остатки угля сложили в большие тазы с водой, смесь взболтали, дали ей отстояться и затем слили с осадка: получилась прозрачная жидкость, содержащая в растворе железный купорос и сернистый глинозем. Остальные вещества, как нерастворимые, остались в твердом состоянии. В конце концов, когда жидкость частично испарилась, образовались кристаллы железного купороса. Неиспарившуюся жидкость, содержащую сернистый глинозем, просто вылили.
Итак, в распоряжении Сайреса Смита оказалось порядочное количество кристаллов железного купороса, из которых предстояло извлечь серную кислоту.
Чтобы получить серную кислоту, инженеру оставалось произвести еще только одну операцию: прокалить кристаллы железного купороса в замкнутом сосуде, чтобы кислота выделилась в виде пара. Сгустившись, пары превратятся в серную кислоту.
Для этой процедуры и понадобились огнеупорная посуда, в которую были положены кристаллы, и печь, где должна была происходить перегонка кислоты. Операция удалась на славу, и 20 мая, через двенадцать дней после начала своего опыта, инженер оказался обладателем того вещества, которому он рассчитывал найти столь разнообразное применение. Зачем же, однако, нужно было ему это вещество? Очень просто: для того, чтобы получить азотную кислоту. Это оказалось нетрудно. Азотную кислоту удалось добыть перегонкой из селитры, обработанной серной кислотой. Выпарив глицерин в водяной ванне, Сайрес Смит подлил к нему азотной кислоты и получил, не применяя охлаждающей смеси, несколько пинт желтой маслянистой жидкости. Все это Сайрес Смит проделал один, в сторонке, вдали от Труб, так как не была исключена опасность взрыва. Он принес товарищам сосуд с жидкостью и кратко сказал:
- Вот вам нитроглицерин.
- Что же, эта водичка и взорвет наши скалы? - с недоверчивым видом спросил Пенкроф.
- Да, мой друг, ответил инженер. - Сила действия нитроглицерина будет особенно велика, потому что гранит очень тверд и окажет большое сопротивление взрыву» [3, ч.1, гл.15].
Задача 1. Сколько 68%-ной серной кислоты потребуется для переработки 125 т природного фосфорита, если содержание фосфата кальция Ca3(PO4)2 в нем после флотационного обогащения составляет 92%?
Решение: Сколько тонн фосфата кальция содержится в 125 т руды?
В 100 т фосфорита после обогащения содержится 92 т фосфата кальция, а в 125 т фосфорита - х т фосфата кальция. Х=125*92/100=115 т.
Реакция образования суперфосфата из фосфорита протекает по уравнению:
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 + 2H2O = Ca(H2PO4)2 ∙ H2O + 2(CaSO4 ∙ 0,5H2O)
Следовательно, на 310 т фосфата кальция требуется 196 т серной кислоты, а на 115 т х т
Откуда, х=115*196/310=72,7 т. 100%-ной серной кислоты.
Определяем сколько тонн 68%-ной серной кислоты потребуется на разложение фосфата кальция, содержащегося в 125 т фосфорита: 72,7 т 100%-ной серной кислоты составляют 68% от массы раствора серной кислоты, израсходованной на разложение фосфорита, а масса раствора серной кислоты х составляет 100 %. Составим пропорцию 72,7 : 68 = х : 100. Откуда, х=72,7*100/68=106,9 т
«Секреты горящей свечи»
«Тюленей было много, и охотникам легко удалось убить рогатинами с полдюжины их. Наб и Пенкроф освежевали зверей и принесли в Гранитный Дворец жир и шкуры. Из последних предполагалось сделать крепкие сапоги.
Охота доставила им почти триста фунтов жира, который должен был пойти на отливку свечей.
Процесс их изготовления оказался весьма прост и дал не совсем совершенные, но вполне годные к употреблению изделия. Будь у Сайреса Смита только одна серная кислота, он мог бы отделить от кислоты глицерин, нагревая ее в смеси с естественным жиром, в данном случае - тюленьим. Из нового состава было бы уже легко выделить при помощи кипятка олеин, маргарин и стеарин. Но инженер предпочел ради упрощения дела обмылить жир посредством известки. В результате он получил известковое мыло, легко разлагающееся под действием серной кислоты; кислота осадила известь в виде сернокислой соли и освободила жирные кислоты.
Первая из этих кислот - жидкая олеиновая кислота - была удалена сильным давлением; остальные - маргариновая и стеариновая - как раз и были нужны для отливки свечей.
Эта последняя операция продолжалась меньше суток. После нескольких проб фитили решили сделать из растительных волокон. Их обмакнули в жидкую массу, и колонисты получили настоящие стеариновые свечи ручной выработки, которым не хватало только гладкости и белизны. Фитили не были пропитаны борной кислотой, и поэтому свечи не остеклялись по мере горения и сгорали не полностью, но Сайрес Смит изготовил пару превосходных щипцов для нагара, и в долгие зимние вечера свечи сослужили колонистам хорошую службу. Весь месяц внутри нового жилища было много работы» [3, ч.1, гл. 20].
Задача 1. Одновременно зажгли три свечи одинаковой длины, но разного диаметра. Длина каждой свечи 24 см. Первая свеча была самая толстая, вторая - потоньше, третья - самая тонкая. В тот момент, когда догорела третья свеча, первую и вторую тоже потушили. Оказалось, что огарок от первой свечи в два раза длиннее, чем от второй. За какое время полностью сгорает третья свеча, если известно, что первая сгорает за 6 ч, а вторая за 4 ч?
Первая свеча горит со скоростью 24 : 6 = 4 сантиметра в час, вторая - со скоростью 24 : 4 = 6 сантиметров в час.
Пусть третья свеча сгорела за х ч. Тогда длина огарка первой свечи 24 - 4х (см), длина огарка второй свечи равна 24 - 6х (см).
24 - 4х = 2(24 - 6х ), откуда х = 3.
Детское решение
1) 24 : 6 = 4 (см/ч) - скорость сгорания первой свечи,
2) 24 : 4 = 6 (см/ч) - скорость сгорания второй свечи.
Давайте понаблюдаем за процессом горения свечей. Запишем в виде таблицы длину огарка каждой свечи через 1, 2…. часа. В правом столбце разделим первый результат на второй. Посмотрим, через сколько часов горения выполнится условие задачи.
Как видно из таблицы, огарок первой свечи станет в 2 раза больше, чем огарок второй свечи, через 3 часа. Ещё через час вторая свеча догорит. Третья свеча горела 3 часа.
Ответ. 3 ч.
Задача 2. Рассчитайте время, в течение которого будет гореть свеча в пещере, длина которой (а) равна 5 м, ширина (б) равна 5 м, высота (в) - 3 м.
Решение.
Объем помещения равен 75 куб.м. или 75000 л. Время, в течение которого будет гореть свеча с учетом того, что в помещение не поступает воздух и весь кислород расходуется на горение свечи, 2700000 с или 750 ч.
Задача 3. Куда девается воск, когда свеча сгорает?
Решение.
Если не принимать во внимание нескольких капель на поверхности, где стояла свеча, то окажется, что основная часть воска сгоревшей свечи, так же, как и бензин и разные масла испаряются после сгорания.
Свечи обычно делают из парафина, представляющего собой смесь углеводородов. Как следует из названия, молекулы углеводородов состоят их углерода и водорода. При горении они вступают в реакцию с кислородом воздуха. Углерод с кислородом образует двуокись углерода, водород и кислород - воду. Оба этих продукта при температуре пламени пребывают в газообразном состоянии, а затем переходят в воздух.
«Сахаровары»
«Мы знаем, что у колонистов не было ничего сладкого, кроме сока, который они извлекали из клена, глубоко надрезая ствол дерева. После этого оставалось собрать эту жидкость в сосуды и употреблять ее при изготовлении пищи, тем более что с течением времени кленовый сок становился более густым, совсем как сироп.
Но можно было улучшить его качество, и однажды Сайрес Смит объявил своим товарищам, что им предстоит стать сахароварами.
- Сахароварами? - воскликнул Пенкроф. - Это, кажется, довольно жаркое ремесло.
- Очень жаркое, - подтвердил инженер.
- Ну, значит, оно будет как раз по времени!
Слово «сахароварение» не должно напоминать о заводах со сложными машинами и множеством рабочих. Нет! Чтобы выкристаллизовать этот сок, достаточно было его очистить посредством очень несложной процедуры. Налив кленовый сок в большие глиняные сосуды, его поставили на огонь и подвергли выпариванию, и вскоре на поверхности влаги образовалась пена. Как только жидкость стала густеть, Наб принялся тщательно размешивать ее деревянной лопаткой, чтобы она скорее выпарилась и не пригорела. После нескольких часов кипения на ярком огне, который был столь же приятен сахароварам, как полезен для начатого ими дела, сок клена превратился в густой сироп. Этот сироп вылили в глиняные сосуды разнообразной формы, заранее приготовленные в той же кухонной печи. Это был настоящий сахар, слегка желтоватый, но почти прозрачный и очень вкусный» [3, ч. 1, гл. 22].
Задача 1. В кленовый сироп, который содержал 20 г сахара, влили 100 г воды, уменьшив концентрацию сахара в сиропе на 10 %. Сколько было воды изначально?
Решение. 20г.сахара 100 процентов
x. 10 процентов
x=20*10/100=2г. сахара растворилось в 100 г.
Воды.
100 воды ------10 процентов
x. воды -------100 процентов
x=100*100/10=1000 г. воды было (1л)
«Стекольное производство»
«… Сайрес Смит попытался изготовить стекло. Для этого прежде всего требовалось приспособить к новым потребностям гончарную печь. Что касается веществ, входящих в состав стекла, то это песок, мел и сода (углекислая или сернокислая) Песок можно было найти на берегу, мел добывался из известняка, сода - из водорослей, серная кислота - из железняка, а уголь для нагревания печи до нужной температуры - прямо из земли. Итак, Сайрес Смит имел в своем распоряжении все необходимое, чтобы действовать. Труднее всего оказалось изготовить «трость» стеклодува, то есть железную трубку в пять-шесть футов длиной, которой набирают расплавленную массу. Но Пенкроф сумел в конце концов изготовить такую трость из длинной тонкой полосы железа, свернутой, как дуло ружья, и скоро она была готова к употреблению 28 марта печь сильно раскалили. Массу, состоявшую из ста частей песка, тридцати пяти частей мела и сорока частей сернокислой соды, смешанной с двумя-тремя частями угольного порошка, наложили в тигли из огне упорной глины. Когда под влиянием жара она расплавилась до жидкого или, скорее, тестообразного состояния, Сайрес Смит «набрал» тростью некоторое количество этого теста и несколько раз повернул его на предварительно приготовленной железной пластинке, чтобы придать ему форму, удобную для дутья. Затем он передал трость Герберту и предложил ему подуть через другой конец.
- Так же, как выдувают мыльные пузыри? - спросил юноша.
- Совершенно так же, - ответил инженер. Герберт, надув щеки, начал с таким усердием дуть в трубку, не забывая все время ее поворачивать, что расширил дыханием стекловидную массу. К первой порции добавили еще массы, и вскоре образовался пузырь диаметром в один фут. Тогда Сайрес Смит взял у Герберта трубку и, заставляя ее качаться, как маятник, постепенно удлинил расплавленный пузырь, придав ему форму конусообразного цилиндра.
В результате выдувания получился стеклянный цилиндр с двумя полукруглыми шишками на концах, которые легко было отделить с помощью острого куска железа, смоченного в холодной воде. Таким же способом цилиндр был разрезан вдоль, после чего его размягчили вторичным нагреванием, растянули на доске и выровняли скалкой. Первое стекло было готово. Что же касается посуды - стаканов и бутылок, то приготовить их было уже пустяком. Их брали готовыми прямо со стеклодувной трости. Пенкроф тоже просил разрешения подуть; это доставляло ему большое удовольствие, но он дул с такой силой, что его изделия принимали самые забавные формы, вызывающие его восхищение» [3, ч.2, гл. 9].
Задача 1. Стекло - один из самых древних материалов. Исследованием стекла и способами изготовления различных видов стекла занимался Михаил Васильевич Ломоносов. Им был предложен метод получения стекла, который заключался в плавлении смеси кварцевого песка, соды (карбоната натрия) и известняка (карбоната кальция). В результате получилось вещество состава Na2CaSi6O14, которое можно представить как соединение оксидов: Na2O·CaO·6SiO2.
Вычислите массовую долю (в процентах) натрия в стекле указанного состава. Запишите число с точностью до десятых.
Вычислите массу (в килограммах) стекла, если в нём содержится 28,8 кг натрия. Запишите число с точностью до целых.
Ответ: 9,6%, 299 кг
Литература
- Всероссийская проверочная работа. Математика: 25 вариантов. Типовые задания. ФГОС / Г.И.Вольфсон, Д.А.Мануйлов; под ред. И.В.Ященко. - М.: Издательство "Экзамен", 2020.
- Роберт Л.Вольк Занимательная энциклопедия «О чем не знал Эйнштейн», ООО «Мир книги», 1999.
- Жюль Верн. Таинственный остров: Роман. - Хабаровск: Изд-во РИОТИП, 1995.