«Такой нужный X» (9 класс)
(для решения требуется авторизация)
Источник: Всесибирская олимпиада школьников по химии
Прогнозируемый многими учеными рост производства металла X связан с созданием его сплавов с алюминием, все более активно использующимся в авиационной и космической технике. Легирование алюминия металлом X позволяет не только снизить массу, но и увеличить прочность, а также коррозионную стойкость материала. На самом деле это довольно удивительно, поскольку металл Х является достаточно активным металлом. Он напрямую взаимодействует с молекулярным азотом [реакция 1], кислородом [2], водой [3]. Его химические свойства аналогичны как свойствам мягкого серебристого металла Y, находящегося в одной подгруппе с металлом Х в соседних клетках, так и свойствам легкого ковкого металла Z, обладающего диагональным сходством с элементом Х.
Исходным сырьем для получения металла X и его соединений обычно служит алюмосиликатный минерал сподумен (соотношение атомов элементов X:Al:Si в основном компоненте этого минерала 1:1:2). По одной из технологических схем измельченный минерал прокаливают с избытком негашеной извести при 1200 °С [4], а образующийся плав обрабатывают водой [5, 6]. Раствор образовавшегося в ходе реакции [6] вещества W отфильтровывают от малорастворимых соединений кальция, образовавшихся в реакциях [4-6] и упаривают, получая кристаллы вещества W. Вещество W затем используют для получения нужных солей металла X, в том числе его хлорида [7], из которого затем электролизом получают сам металл X [8].
Помимо легких сплавов, металл Х и его соединения имеют множество разнообразных областей применения в человеческой деятельности. Вот список некоторых из них:
A. Электроэнергетика. Портативные химические источники тока (батарейки) на основе металла X способны создавать напряжение до 3,6 В, что выше, чем у любых других батареек. Аккумуляторы такого типа используются в кардиостимуляторах, компьютерах и других портативных устройствах.
B. Термоядерная энергетика. Один из изотопов Х, вступая в реакцию с тепловым нейтроном, может давать тритий по реакции 
C. Пиротехника. Нитрат металла Х применяется для окрашивания пламени в карминово-красный цвет.
-
Установите элемент Х, состав минерала сподумена и вещество W, укажите, какие числа скрываются под вопросительными знаками в ядерной реакции. В ответе на последний вопрос Вам поможет следующая информация: Уравнение ядерной реакций является правильным, если в правой и левой его половинах соблюдается равенство общего массового числа и равенство общего числа зарядов, например:
Помимо ядер атомов, в уравнениях ядерных реакций часто фигурируют нейтроны (0𝑛1 ), протоны (1𝑝1 ) и другие элементарные частицы. Верхний левый индекс обозначает массу частицы, а нижний левый – ее заряд.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Напишите уравнения реакций [1-7]. Предложите способ получения металла X из его хлорида (уравнение реакции [8] и условия ее проведения).
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какие металлы скрыты в условии задачи под буквами Y и Z? Будет ли различаться поведение этих металлов в реакциях с азотом, кислородом, водой? Напишите уравнения соответствующих шести реакций [9- 14]. Если реакция не идет, обязательно укажите на это (в поле поставьте прочерк: "-").
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
В какой цвет окрашивают пламя соли металла Y?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
D. Органический синтез. Комплексная соль V, в которой есть катион металла Х и комплекс алюминия( в комплексном анионе [AlA4] -, где A - однозарядный анион, массовая доля алюминия 87,1 %) является сильным восстановителем и часто используется в органических реакциях. Так, например, соль V может восстановить полярные кратные связи до одинарных.
Установите состав соли V, подтвердите его расчетом. Назовите эту соль.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Также в органическом синтезе часто используются Х-органические соединения состава RX – крайне реакционноспособные соединения. Образуются такие соединения при взаимодействии металла X с алкилгалогенидами в безводных растворителях, например, в тетрагидрофуране. Даже в инертных растворителях и при низких температурах не получается долго сохранять растворы этих веществ, поэтому такие растворы используют сразу после получения.
Вещество U состава CnH2n+1X, полученное в результате реакции X с алкилбромидом состава CnH2n+1Br [15], содержит 75 масс. % углерода. При 20 °С за 107 минут в растворе U в тетрагидрофуране остается только половина от его исходного количества, остальное разрушается
Установите состав вещества U, назовите это вещество и изобразите его структурную формулу. Напишите уравнение реакции [15]. Оцените, какая доля этого вещества от исходного количества в его растворе в тетрагидрофуране останется через а) 53,5 минуты; б) 214 минут его выдерживания при 20 °С. Уточним: через каждые 107 минут остается половина от того количества, которое было 107 минут назад.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
E. Медицина. Малорастворимый карбонат металла Х является одним из наиболее широко используемых препаратов, помогающих при различных типах аффективных расстройств психики. Утверждается, что терапевтическое действие ионов X основано на конкуренции как с ионами металла Y, так и металла Z.
Как может малорастворимый карбонат быть достаточно биодоступным для человека? Какие превращения [16] в теле человека могут увеличить его растворимость?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
F. Производство напитков. Этот пункт тесно связан с предыдущим (про медицинское применение соединений элемента Х). Например, в 1929 году в США была начата продажа напитка 7UP, содержащего в составе цитрат металла Х (его формула Х3C6H5O7), к концу 1940-х годов эта рецептура была изменена. Точный состав напитка неизвестен, но, по некоторым оценкам, содержание этого цитрата в напитке было не менее 100 мг/л.
Допустим, что биодоступность цитрата металла Х сравнима с его карбонатом. Вычислите, сколько бутылок напитка 7UP объёмом 355 мл необходимо было употреблять в день человеку, чтобы добиться терапевтического эффекта, аналогичного употреблению 1200 мг карбоната металла Х в день?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
