Задание 2. «Такой простой, но очень важный X» (9 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; удельный объем газа Х при нормальных условиях (н.у.) составляет 1,318 м3/кг.
-
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
-
Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию (количество молей в 1 л раствора) газа Х в его насыщенном при н.у. водном растворе.
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).
Назовите вещества X, A и B, напишите их химические формулы и уравнения реакции [1]. Укажите условия проведения этих реакций. Как в настоящее время получают вещество А в промышленности? А как в лаборатории обычно получают вещества X и B? Приведите по одному примеру (кроме электролиза воды), по мере возможности сопроводив их уравнениями реакций.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, происходящий с раствором или расплавом вещества под действием электрического тока. Поскольку чистая вода плохо проводит электрический ток, в воду обычно добавляют щелочь для повышения электропроводности раствора, а электролиз такого раствора называют водощелочным. Химическая суть этого процесса сводится к разложению воды на простые вещества [2].
Напишите уравнение реакции, протекающей при электролизе воды [2]. Рассчитайте минимальный объём воды (в м3), который требовался для годовой работы завода мощностью 30 т X в день.
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.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Работа современных заводов по производству X основана на получении газа B из метана и требует тщательно сбалансированной последовательности реакции. Метан выделяют из природного газа и сначала подвергают десульфированию (удаление соединений серы), затем сжимают до 30 атм. и вводят во взаимодействие с водяным паром на никелевом катализаторе при 750°C. В результате частичного протекания реакций паровой конверсии метана [3], [4] в газовой фазе появляются газы C и D 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 кислород из 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 метана практически до нуля, а выходящую смесь газов 3 затем охлаждают в теплообменниках.
Основную долю газа C 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 водно-газового сдвига (WGSR) газ C 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 C, поэтому полученную после реакции [6] газовую смесь 4 дополнительно подвергают превращению на никелевом катализаторе при 325°C. Остатки газа C при этом превращаются в метан [7]. Образовавшуюся газовую смесь 5 пропускают через водный раствор-поглотитель (например, NaOH) для полного удаления газа D [8]. Конечная газовая смесь 6 состоит из нужных для проведения процесса [1] газов в требуемом соотношении (1 : 3) и содержит около 1 % примеси одного из газов, образовавшихся в ходе реакций [3] - [7].
Напишите формулы и названия газов C и D. Учтите, что эти газы являются бинарными и имеют одинаковый качественный состав. Напишите уравнения реакций [3] – [8].
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
-
Доля прореагировавшего вещества А (отношение израсходованного количества вещества А к его количеству в системе до реакции) в ходе одного цикла в описанных условиях составляет 34 %. Вычислите, какая доля изначального взятого вещества A прореагирует с веществом B после проведения трех циклов реакции [1].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
