Затаившийся, инертный и чужой, но лучистый, солнечный и новый (9 класс)
(для решения требуется авторизация)
Источник: Всесибирская олимпиада школьников по химии
О том, что воздух представляет собой смесь газов, ученые стали догадываться во второй половине XVIII века. В 1754 году шотландский ученый Джозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не однородную субстанцию. Вот как описал его эксперименты другой шотландский химик нобелевский лауреат Уильям Рамзай в своей статье «История химии», (1920 г). «В старые годы казалось каким-то чудом, что воздух может быть в большом количестве выделен из камня. Только с открытием Блэка «фиксируемого» воздуха было обращено внимание на то, что газ может быть получен из твердого тела... Получив мягкую магнезию осаждением из горькой соли с поташом [реакция 1], Блэк нашел, что она «быстро растворяется с бурным выделением воздуха кислотами купороса [2], селитры [3] или обыкновенной соли [4]». Если сильно нагреть мягкую магнезию [5], то она превращается в белый порошок, растворяющийся в кислотах без выделения пузырьков. Кроме того, она при накаливании теряет около 25/48 своего веса. Чтобы снова получить улетучивающуюся часть, Блэк растворяет остаток в купоросной кислоте [6] (при этом получается раствор горькой соли) и снова осаждает его поташом. Полученный белый порошок «снова получает все свойства, которые он потерял при накаливании. Кроме того, он увеличился в весе на столько же, сколько он потерял при накаливании; а так как он растворяется в кислотах с выделением пузырьков, то часть его веса, без сомнения, должна быть приписана «фиксируемому» воздуху». Блэк сделал здесь огромный шаг вперед: он взвесил газ в связанном состоянии...». В 1772 г. британский химик и физик Генри Кавендиш многократно пропустил воздух над раскаленным углем [7] (при этом часть воздуха превращается в «фиксируемый»), а полученную газовую смесь пропустил через раствор калиевой щелочи [8] (образуется поташ), получив остаток, который он назвал «удушливым» или «испорченным» воздухом. В том же году шведский химик Карл Шееле повторил эти эксперименты, а через 5 лет написал: «Я склонен думать, что атмосферный воздух состоит главным образом из двух видов воздуха «огненного», поддерживающего дыхание и горение, и «испорченного (безжизненного)», не поддерживающего горение. Французский ученый Антуан Лоран Лавуазье, которого не без оснований считают основателем современной химии, в 1772-75 годах произвел анализ и синтез воздуха, также сделав вывод о том, что весь воздух в основном состоит из «огненного», и «безжизненного», в пропорциях 1/5 и 4/5 объема соответственно. Он показал, что вес металлов (в частности, олова [9] и железа [10]) при их нагревании в закрытых сосудах увеличивается за счет присоединения части воздуха. Он также показал увеличение массы при сгорании серы [11] и фосфора [12].
-
Напишите современные названия «фиксируемого», «безжизненного» и «огненного» воздуха, приведите их содержание в атмосферном воздухе в объемных процентах (с точностью до целых для «безжизненного» и «огненного», с точностью до сотых для «фиксируемого»).
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какие коэффициенты следует использовать для каждого из этих газов, чтобы пересчитать объемные проценты: а) в массовые; б) в мольные?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Напишите формулы и современные названия мягкой магнезии, горькой соли, поташа, кислот купороса, селитры и обыкновенной соли. Если не получается, внимательно перечитайте условие задачи.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Напишите уравнения реакций [1] – [12]. Массовая доля металлов в продуктах реакций [9] и [10] составляет 78,8 и 72,4 % соответственно.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Как в настоящее время в промышленности получают «безжизненный» и «огненный» воздух? Предложите также по 2 лабораторных способа получения этих газов.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
В работе 1785 г. Кавендиш описал эксперименты, в которых ему удалось установить, что около 1 % атмосферного воздуха составляют другие газы. Он зафиксировал «безжизненный» воздух, пропуская через его смесь с «огненным» воздухом электрические разряды. Образующийся в результате реакции [13] бесцветный газ быстро превращался в бурый газ [14], для удаления которого использовался раствор гидроксида калия [15] (в этой реакции образуются две соли, одна из которых называется селитрой). Газовый остаток после этих экспериментов обладал необыкновенной химической стойкостью. Спустя приблизительно сто лет британский ученый лорд Рэлей обнаружил, что «безжизненный» воздух, получаемый из воздуха, имеет несколько большую плотность, чем простое вещество, получаемое химическим путем, о чем он сообщил в журнале «Nature» в 1892 г. Откликнувшись на эту публикацию, Уильям Рамзай предположил, что «безжизненный» воздух содержит примесь более тяжелого газа и провел новые эксперименты. Полученный из 10 л атмосферного воздуха «безжизненный» воздух, он многократно пропустил над раскаленным магнием [16], получив в остатке немногим менее 100 мл нового газа. Оказалось, что этот газ тяжелее чистого «безжизненного» воздуха почти в полтора раза, а его молекула состоит из одного атома. Из одноатомности молекулы следовал вывод о том, что выделено новое простое вещество. Много времени затратили Рамзай и Рэлей на изучение его реакционной способности, но в итоге пришли к выводу, что их газ совершенно недеятелен. В то время не было известно ни одного настолько нереакционноспособного вещества. 7 августа 1894 г. на собрании Британской ассоциации физиков, химиков и естествоиспытателей, было сделано сообщение об открытии нового элемента. В своём докладе Рэлей утверждал, что в каждом кубическом метре воздуха присутствует около 15,28 г открытого газа (1,288 % по массе). Позднее выяснилось, что Рамзай и Рэлей держали в своих руках не одного незнакомца, а нескольких – целое новое семейство элементов. Собственно, Рамзай и предсказал их существование. Опыты с урановым минералом клевеитом в 1895 г. привели его к обнаружению на Земле элемента, который к тому времени был обнаружен только на Солнце. А уже через три года, в 1898 г Рамзай объявил об открытии еще трех новых элементов. В 1904 г. Рэлей за исследования плотностей наиболее распространённых газов и открытие нового элемента получил Нобелевскую премию по физике, а Рамзай за открытие в атмосфере нескольких новых газов и определения их места в Периодической системе – Нобелевскую премию по химии.
Напишите уравнения реакций [13] – [16]. Какой основной способ фиксации «безжизненного» воздуха в настоящее время используется в промышленности (уравнение реакции с условиями проведения). Как называется этот процесс?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Об открытии какого элемента Рамзай и Рэлей сообщили в 1894 г.? Исходя из данных Рэлея, вычислите:
а) объемную долю этого газа в составе воздуха;
б) количество атомов этого элемента в 1 м3 воздуха; в ответ введите параметр n с точностью до сотых,где n * 1023 - искомое количество.
в) температуру, при которой Рэлей измерял объем воздуха.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Какой элемент Рамзай обнаружил на Земле в 1895 г., а какие – в 1898 г.? В какую группу (номер) Рамзай предложил поместить открытые им элементы? Какое общее название имеют элементы этой группы? Соотнесите русские названия каждого из этих элементов с эпитетами, приведенными в названии этой задачи.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Наиболее реакционно-способным из газов этого семейства является простое вещество, образованное элементом X, природным источником которого служит ядерный распад 238U. Его наиболее устойчивый изотоп имеет период полураспада 3,8 суток и образуется после следующей последовательности превращений ядра урана: один альфа-распад [17], два бета-распада [18], [19], три альфа-распада [20], [21], [22]. Известно, что в ходе альфа-распада из ядра нестабильного изотопа вылетает ядро 42He, а в ходе бета-распада один из нейтронов в ядре превращается в протон и выбрасывает электрон. Укажите название элемента X и состав ядра его наиболее устойчивого изотопа. Напишите уравнения ядерных реакций [17] – [22].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Вычислите, какие массы гелия и газа X образуются при распаде 1 кг 238U. Какая масса X останется после хранения образца исходной массой 12,0 г в течение 11,4 суток? Все значения вводите в граммах с точностью до десятых.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Поскольку исследование химических свойств газа X затруднено из-за его высокой радиоактивности, на сегодняшний день более всего соединений получено для элемента Y. Одним из первых таких соединений был фторид (массовая доля ω(F) = 22,45%), являющийся чрезвычайно сильным окислителем. Он легко окисляет не только сероводород [23] (до фторида серы (VI)), но и соляную кислоту [24], и даже воду [25].
Укажите название элемента Y, вычислите формулу упомянутого фторида, и напишите уравнения реакций [23] - [25].
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Помимо всех упомянутых в задаче газов при анализе обычного воздуха можно обнаружить заметное количество еще одного компонента, содержание которого очень сильно зависит от погоды, температуры и географического положения местности, в которой был взят образец этого воздуха. В частности, при 25 оС его объемная доля в составе воздуха может достигать 3,1 %.
Укажите название этого вещества. Какой воздух будет тяжелее (иметь более высокую плотность), тот, в котором много этого вещества, или тот, в котором этого вещества мало? Обоснуйте свой ответ.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
