Задание 2. «Такой простой, но очень важный X» (11 класс)
(для решения требуется авторизация)
Источник: Всесибирская олимпиада школьников по химии
Бинарное (двухэлементное) вещество X стабильно входит в тройку лидеров продуктов современной химической промышленности по масштабам производства и потребления. Ежегодное мировое производство этого вещества превышает 180 млн. тонн. Являясь газом при комнатной температуре (20°C) и атмосферном давлении, вещество X легко переходит при этой температуре в жидкое состояние при повышении давления до 8,5 атм. С другой стороны, можно легко получить жидкий Х и при атмосферном давлении, если понизить температуру заметно ниже комнатной. При p = 8,5 атм. и t = 20°C плотность газа Х составляет 6,010 кг/м3, жидкого Х 610 г/л; при атмосферном давлении и температуре кипения плотность газа Х 0,864 кг/м3, жидкого Х 682 г/л. Критическая температура для вещества X составляет 132,25°C, теплота его образования 46 кДж/моль. Х выделяется среди газов своей огромной растворимостью в воде: при н.у. 1 мл воды способен растворить 1170 мл этого газа. Плотность такого раствора составляет 0,850 г/см3.
-
Во сколько раз изменяется объем вещества X при его переходе из газообразного в жидкое состояние в описанных равновесных условиях: а) p = 8,5 атм. и t = 20°C; б) p = 1 атм., t = t кипения.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Объясните, почему величины отношений, полученные Вами в пунктах а) и б), довольно сильно различаются.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Воспользовавшись численными данными, приведенными в условии задачи, вычислите молекулярную массу газа X и температуру его кипения при атмосферном давлении. Поясните физический смысл понятия «критическая температура» для вещества X.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Рассчитайте молярную концентрацию газа Х в его насыщенном при н.у. водном растворе с точностью до десятых, моль/л.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Первый в мире завод по производству газа X был построен немецкой компанией BASF в 1913 г. Завод мощностью 30 тонн X в день использовал технологию, основывающуюся на каталитическом взаимодействии простых газообразных веществ A и B [реакция 1]. Газ B получали путем разложения воды под действием электрического тока (электролиза) [2].
Назовите вещества X, A и B, напишите их химические формулы и уравнения реакций [1] – [2]. Укажите условия проведения этих реакций. Процесс [1] имеет собственное название, данное ему в честь двух известных немецких химиков. Попробуйте вспомнить это название. В ответе для реакций укажите сумму минимальных целочисленных коэффициентов
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Укажите фамилии немецких химиков, в честь которых назван процесс
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Как в настоящее время получают вещество А в промышленности? А как в лаборатории обычно получают вещества X и A? Приведите по одному примеру, по мере возможности сопроводив их уравнениями реакций.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Водощелочной электролиз потребляет очень много электроэнергии: 8 кВт*ч на каждый кг разложившейся воды. Современное производство X использует ту же схему синтеза, но применяет другой источник газа B, а также сильно отличается от процесса вековой давности по эффективности катализа и масштабам. Многие современные заводы имеют мощности от 1650 т в день и более.
Вычислите часовые траты (руб./час) современного российского завода мощностью 1650 т X в день, которые приходились бы только на электролиз воды, если бы он работал по технологии 1913 года. Среднюю стоимость одного кВт*ч электроэнергии в России примите равной 3,52 руб. Какую часть от этих затрат можно было бы компенсировать, если бы всю энергию, выделяющуюся в реакции [1] удалось перевести в электрическую (1 кВт*ч = 3,6 МДж)?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Работа современных заводов по производству X основана на получении газа B из бинарного газа С и требует тщательно сбалансированной последовательности реакции. Газ С выделяют из природного газа, в котором он является основным компонентом, подвергают десульфированию (удаление соединений серы), сжимают до 30 атм. и вводят во взаимодействие с водяным паром на никелевом катализаторе при 750°C. В результате частичного протекания реакций паровой конверсии газа C [3], [4] в газовой фазе появляются газы D и E соответственно. После этого в полученную газовую смесь (назовем ее смесь 1) с помощью компрессора вдувают определенное количество воздуха для достижения необходимого соотношения газов A : B, и весь активный компонент воздуха реагирует с частью газа B [5], нагревая полученную смесь газов 2 до 1100°С. Смесь 2 снова пропускают над никелевым катализатором, в результате чего удаётся снизить концентрацию исходного газа С практически до нуля, а выходящую смесь газов 3 затем охлаждают.
Основную долю газа D из смеси 3 удаляют при ее пропускании над металл-оксидными катализаторами на основе CuO (при t = 200-250°C) или Fe2O3 (при t = 350-550°C). В ходе т. н. реакции водногазового сдвига (WGSR) газ D реагирует с водой и получается дополнительное количество газа B [6], причем в этой реакции плотность газовой смеси не меняется. Однако таким способом не удаётся полностью избавиться от газа D, поэтому полученную после реакции [6] газовую смесь 4 дополнительно подвергают превращению на никелевом катализаторе при 325°C. Остатки газа D при этом превращаются в газ С [7]. Образовавшуюся газовую смесь 5 пропускают через водный раствор K2CO3 для полного удаления газа E [8]. Конечная газовая смесь 6 состоит из нужных для проведения процесса [1] газов в требуемом соотношении и содержит около 1 % примеси одного из газов, образовавшихся в ходе реакций [3] - [7].
Напишите формулы и названия газов C – E, уравнения реакций [3] – [8].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Расшифруйте английскую аббревиатуру WGSR.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Каковы основные причины крайней необходимости десульфирования газа C перед началом процесса и избавления газовой смеси 6 даже от следовых количеств газа D?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Укажите качественные составы газовых смесей 1 – 6 (формулы веществ) без учета водяного пара.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Константа равновесия реакции [1] в выбранных условиях оказалась равна 1:
, где
- мольная доля соответствующего вещества в условиях равновесия. Рассчитайте выход вещества X за один цикл реакции [1] в % от теоретического. Вычислите, сколько циклов реакции [1] необходимо провести для более чем 99 %-го превращения исходно взятого вещества A?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
