ОТВЕТЫ И ЗАДАНИЯ В ТЕЛЕГРАММ
Задача 1. Сибайское месторождение По легенде более ста лет тому назад охотник из деревни Старый Сибай, имя которого не сохранилось, раскапывая нору куницы, наткнулся на отложения тяжелой «красной глины» с «золотыми» вкраплениями. Он не подозревал, что это характерное образование для месторождений металла Y. Местные жители использовали «красную глину» из норы для покраски юрт, изделий из дерева и шкур животных. Яма увеличивалась. Позднее были проведены анализы породы и в 1915 была пробита шахта для разведки месторождения. В будущем здесь появится Сибайский карьер. Основной компонент «красной глины» представляет собой вещество A – оксид металла X. Вещество A является слабым ферромагнетиком. Примечательно, что А реагирует как с кислотами, например, с соляной (реакция 1), так и с щелочами при сплавлении, например, с гидроксидом натрия (реакция 2). При сплавлении вещества А с оксидом магния (реакция 3) может быть получен искусственный минерал, изоструктурный шпинели MgAl2O4. 1. Определите металл X и вещество А. Дополнительно известно, что массовая доля кислорода в соединении А равна 30,05%. 2. Напишите уравнения реакций 1-3. «Золотые» вкрапления в красной глине могут быть представлены двумя различными минералами, то есть веществами B и C. Вещество B – еще одно соединение металла X. Во времена «золотой лихорадки» минерал получил прозвище «золото дураков» из-за внешнего сходства с настоящим золотом. Вещество B используется в качестве сырья для получения серной кислоты. При нагревании реагирует с кислородом, образуя вещество A и газ с запахом жженых спичек (реакция 4). Тот же газ получается в результате реакции вещества B с горячей концентрированной серной кислотой (реакция 5). 3. Определите вещество B. Дополнительно известно, что мольные доли элементов в B относятся как 1 : 2. 4. Напишите уравнения реакций 4,5. Вещество C – важнейший компонент руд металла Y. При обжиге вещества C, помимо вещества А и газа с запахом горелых спичек, образуется черный оксид металла Y – вещество D (реакция 6). Вещество D восстанавливается до чистого металла водородом (реакция 7) и угарным газом (реакция 8). Растворением D в кипящем концентрированном растворе гидроксида натрия с последующим разбавлением и кристаллизацией в инертной атмосфере можно получить твердые темно-синие кристаллы комплексного соединения (реакция 9). 5. Определите вещества C и D, а также металл Y. Дополнительно известно, что массовая доля неметалла в соединении C – 34,91%, а молярная масса самого соединения превышает 180 г/моль. 6. Напишите уравнения реакций 6-9. 7. Приведите сферы применения металла Y (два примера). Задача 2. Внимание! Газы! Вещество A может быть получено взаимодействием двух других – B и C (реакция 1), причем все они являются чрезвычайно токсичными газами. Соединения A и B вызывают раздражение дыхательных путей, а вещество C образует прочный комплекс с гемоглобином, вследствие чего кровь перестает доставлять кислород к тканям организма. Вещества A и B использовались в Первую мировую войну как химическое оружие. Газ B легко обнаружить по его цвету и запаху, в отличие от бесцветного A, имеющего запах прелого сена. Человеческий нос такой запах ощущает только при очень высоких (превышающих в несколько раз предельно допустимую) концентрациях. 2,00 г. вещества А пропустили в избыток раствора гидроксида натрия (реакция 2), в результате чего образовались соли D и Е. Полученный раствор разделили на две равные части. К одной из них прилили избыток раствора гидроксида бария (реакция 3), получив при этом 1,99 г осадка. Ко второй части прилили избыток раствора соляной кислоты, в результате чего выделилось 226,20 мл газа (реакция 4). Одним из возможных способов определения твердой соли Е является ее реакция с концентрированной серной кислотой, сопровождающееся вспениванием (реакция 5). 1. Определите вещества A-E, если известно, что в 1 г вещества A содержится 2,432·1022 атомов, а его плотность равна 7,964 г/л (2 атм., 30 °С). Подтвердите расчетами. 2. Приведите уравнения реакций 1-5. Объясните, почему Е может активно реагировать с серной кислотой только в твердом виде. 3. Предложите химический способ обнаружения вещества A. Укажите визуальный признак протекания предложенной Вами реакции. Задача 3. Азотные удобрения Россия является лидером по производству азотных удобрений, опережая в экспорте всю Европу и Китай. Одним из крупнейших в Башкортостане производителей минеральных удобрений является завод в г. Мелеуз. Основным продуктом предприятия является аммиачная селитра. Рассмотрим стадии её получения: Стадия 1. Газ A получают пропусканием азотоводородной смеси над пористым железом при температуре 450 °С и давлении 250 атм. (реакция 1). Стадия 2. Полученный газ окисляют на воздухе в присутствии платинового катализатора, получая газ Б (реакция 2), который далее превращается в газ В бурого цвета (реакция 3). Стадия 3. Газ В поглощается водой с избытком воздуха – образуется селитряная кислота (реакция 4), которую нейтрализуют водным раствором газа A (реакция 5). Выпаривание раствора, кристаллизация и гранулирование позволяет получить продукт. Транспортировка селитры сопряжена с соблюдением особых мер безопасности, поскольку она является взрывоопасным веществом. При перегреве аммиачная селитра способна на разложение со взрывом с образованием газообразных продуктов, одним из которых является газ Б (реакция 6). Крупнотоннажным продуктом, используемым в основном как азотное удобрение, также является мочевина (массовая доля азота 46,67 %), которую получают нагреванием газа А и двуокиси углерода до 150 °С при давлении 200 атм. (реакция 7). 1. Определите вещества A-B: напишите их химические формулы. 2. Напишите уравнения реакций 1-7. 3. При однократном прохождении 450 м3 стехиометрической азотоводороной смеси через колонну синтеза при получении газа А с выходом 18% для поддержания постоянной температуры необходимо осуществить отвод 5,95 ГДж тепла. Рассчитайте тепловой эффект реакции. 4. Из 2,3 м 3 газа А в результате стадий 2,3 можно получить 1 кг продукта с чистотой 94 %. Рассчитайте общий выход синтеза. 5. Напишите химические формулы аммиачной селитры, мочевины, селитряной кислоты. Для последней изобразите структурную формулу. 6. Приведите химические формулы трёх азотных удобрений (кроме уже упомянутых в задаче). Для справки: уравнение Менделеева-Клапейрона: PV=nRT, где P – давление (кПа), V – объём, занимаемый газом (л.), n – количество газа (моль), R – газовая постоянная, равная 8,314 (Дж/моль•К), T – температура (К). Задача 4. ИЗВЕСТные горные породы На территории Башкортостана находится множество месторождений с большим разнообразием горных пород. Существует несколько известных минералов, основным компонентом которых является соединение A. Для проведения эксперимента была взята навеска вещества A массой 1,0 г. Термическая обработка привела к разложению соединения, на выходе был получен оксид B и газ C (реакция 1). Аналогичная реакция медленно протекает на больших глубинах Земли и тем самым дает источник газа C для минеральных вод. Оксид B бурно реагирует с водой (реакция 2), образуя раствор соединения D. Эта реакция раньше использовалась в так называемой «саморазогревающейся» посуде. Известно, что при пропускании сернистого газа в раствор D (реакция 3) выпадает осадок E массой 1,2 г. Для подтверждения состава газа C был выбран оригинальный метод. Для получения равномерного потока газа собрали установку, изображенную на рисунке слева. 25 г. A поместили в центральную часть, в верхний сосуд залили 450 мл 12 % раствора соляной кислоты (ρ = 1,06 г/мл) (реакция 4). После открытия крана выделяющийся газ пропускали через склянку с концентрированной серной кислотой и постепенно накачивали в резиновый шарик, заполненный гелием. Оказалось, что если объёмная доля газа C превышает 62,5 %, шар перестает держаться в воздухе и больше не взлетает. 1. Определите вещества A-E. Для подтверждения состава веществ A и C приведите необходимые расчеты. 2. Приведите уравнения реакций 1-4 3. Какой максимальный объем газа C (н.у.) теоретически можно получить в собранной установке? 4. Как называется прибор 1? Для чего используется склянка 2? Задача 5. Демонстрационный эксперимент Юный химик Артур решил на досуге поэкспериментировать с газами. Он пропустил аммиак, озон и неизвестный газ А через три разных раствора. Первый раствор был предназначен для определения среды образующегося раствора, а второй и третий для демонстрации восстановительных и окислительных способностей газа соответственно. Ниже представлена таблица с изображениями наблюдаемой окраски растворов до и после пропускания газов. 1 раствор 2 раствор 3 раствор До пропускания газа После пропускания аммиака После пропускания озона После пропускания газа А 1. Определите, какая среда (нейтральная, кислая или щелочная) устанавливается в растворе в каждом из случаев. 2. Определите соли Б и В. Свой ответ объясните. Определите газ А, если дополнительно известно, что он состоит из 2 атомов и был получен реакцией соли В с концентрированной фосфорной кислотой (реакция 1). Составьте уравнение данной реакции. 3. Составьте уравнения всех упомянутых для растворов 2 и 3 реакций (реакции 2-4). 4. Каким образом Артур мог получить поток озона и аммиака для своих экспериментов? Приведите уравнения реакций.