Задание 3. «Aqua fortis» (10 класс)
(для решения требуется авторизация)
Источник: Всесибирская олимпиада школьников по химии
Кислота А была известна алхимикам еще в средние века. В 12 веке приготовление кислоты А было описано в трактате «De Inventioni Veritatis»: её получали перегонкой смеси, состоящей из 1 г медного купороса, 1,5 г её натриевой соли и 0,25 г алюмокалиевых квасцов (KAl(SO4)2*12H2O). В 13 веке Альберт Великий описал другой способ приготовления А. Он получил её путем нагревания одной из солей кислоты А и глины и назвал её «eau forte» (аква фортис). Несколько веков спустя, в 1776 году, Лавуазье показал, что А содержит кислород. Кавендиш в 1785 году смог произвести её с помощью электрического разряда во влажном воздухе, доказав, что А содержит еще один дополнительный элемент X. Только в 1816 г. Гей-Люссак и Бертолле определили полный состав этой важной для промышленности кислоты. А смешивается с водой в любых соотношениях, ее раствор бесцветен, но со временем приобретает желтый оттенок из-за частичного разложения [реакция 1]. Коммерчески доступная концентрированная кислота обычно имеет концентрацию 68% по массе (d20 = 1,41 г/см3, Tкип = 120,7 °C), а приь повышении концентрации более 86% она становится «дымящей». Кислота A легко может реагировать с образованием солей с оксидами (CuO [2]), гидроксидами (NaOH [3]), карбонатами (Na2CO3 [4]) металлов. Известны также ортосоли, одна из которых может быть получена при нагревании натриевой соли A с оксидом натрия [5]. При добавлении воды к ортосолям происходит их мгновенный гидролиз [6]. Концентрированная кислота A является сильнейшим окислителем, она легко растворяет не только такой активный металл, как цинк [7], но даже медь [8] и серебро [9]. Она может также реагировать и с неметаллами (сера [10], углерод [11], йод [12]), а также со сложными веществами (сульфид железа(II) [13], иодид калия [14]). Её смесь с избытком концентрированной соляной кислоты растворяет такие инертные и благородные металлы, как золото [15] и платина [16].
-
Назовите элемент Х. Установите молекулярную формулу кислоты A, изобразите её структурную формулу, укажите степень окисления и валентность элемента X. Определите геометрию аниона, который образуется при диссоциации кислоты А в воде. Напишите уравнения реакций [1-16], описывающих свойства кислоты A и её смеси с соляной кислотой. Как называется смесь концентрированных A и соляной кислот? А какое название имеет смесь концентрированных А и серной кислот, для каких целей она используется?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какое основное применение (~80% от общего количества) в химической промышленности нашла кислота A? Оставшиеся 20% использования A приходятся на получение органических веществ: нитробензол, динитротолуолы, адипиновая кислота, нитрохлорбензолы и т.д. Изобразите структурные формулы этих 4 типов веществ. Кратко опишите несколько основных областей их применения.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какую максимальную массу вещества A в граммах можно было получить по методике из «De Inventioni Veritatis», если выход кислоты не превышал 70%? Ответ введите в г. с точностью до сотых.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Предположите, почему коммерчески доступной является кислота с концентрацией всего 68%, хотя получение раствора с большей концентрацией тоже вполне возможно, например, по реакции [17]. В растворе дымящей A (ближе к концентрации ~ 100%) образуется ион [18], не содержащийся в ее водном растворе. Возможно даже получить и выделить соли этого иона с сильными кислотами. Как он называется? Напишите уравнения реакций [17-18].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какое тривиальное название имеют соли этой кислоты? Для каких целей они используются (назовите 2 области применения)? Напишите уравнения реакций термического разложения солей А с катионами Cu(II) [19], Na [20], Ag [21], Fe(II) [22], Li [23], Mn(II) [24], NH4+ [25].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Промышленный способ получения A был разработан Глаубером в 1698 г. и использовался веками. Он состоял в отгонке A в процессе нагревания смеси калиевой соли этой кислоты и концентрированной серной кислоты. Метод получения A из компонентов воздуха был разработан в США лишь в 1902 г., промышленное производство было начато в 1905 г. Для этого осуществляли пропускание воздуха через высокотемпературную электрическую дугу [26]. Полученный оксид окисляли кислородом воздуха [27], а потом абсорбировали водой в присутствии воздуха с получением разбавленной кислоты A [28]. Несмотря на существенные недостатки такого промышленного метода, заводы просуществовали до 1932 г. и были закрыты лишь в связи с разработкой более эффективных методов фиксации газа X2.
Напишите уравнения реакций [26-28]. Назовите два основных недостатка получения вещества А с использованием электрической дуги.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
