Ассоциация Наставников Олимпиадного Движения
Войти Регистрация
Вернуться назад
№101357

Задание 2. «Такой простой, но очень важный X» (8 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;  плотность газа Х при нормальных условиях (н.у.) составляет 0,759 г/л.

  • 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 простого вещества Y и водорода [реакция 1], который получали электролизом воды.

    Назовите вещества X и Y, напишите их химические формулы и уравнение реакции [1]. Как в настоящее время обычно получают водород и вещество Y в промышленности? А как в лаборатории обычно получают водород? 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 водорода из метана (CH4) 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 угарный и углекислый газы. После этого в полученную газовую смесь (назовем ее смесь 1) с помощью компрессора вдувают определенное количество воздуха для достижения необходимого соотношения газ Y : водород, и весь кислород из воздуха реагирует с частью водорода [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 угарного газа 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) угарный газ реагирует с водой и получается дополнительное количество водорода [6], причем в этой реакции плотность газовой смеси не меняется. Однако таким способом не удаётся полностью избавиться от угарного газа, поэтому полученную после реакции [6] газовую смесь 4 дополнительно подвергают превращению на никелевом катализаторе при 325°C. Остатки угарного газа при этом превращаются в метан и воду [7]. Образовавшуюся газовую смесь 5 пропускают через водный раствор-поглотитель (например, NaOH) для полного удаления углекислого газа [8] (в ходе этой реакции получаются Na2CO3 и вода). 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 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