Синтез циановодорода
(для решения требуется авторизация)

Источник: IChO 2018 (Prague and Budapest) + IChO 2009 (London), Preparatory Problems

Циановодород (HCN) – бесцветная жидкость с характерным запахом миндаля. Это сырьё для получения акрилонитрила, метилметакрилата, адипонитрила и других соединений. Большое число её производных используются при извлечении благородных металлов из руд, при гальванопластическом золочении и серебрении, в производстве ароматических веществ, химических волокон, пластмасс, каучука, органического стекла, стимуляторов роста растений, гербицидов.

Циановодород получают из различных смесей, содержащих атомы водорода, азота и углерода, при этом затрачивается достаточное количество энергии. В настоящее время экономически оправданными являются только процессы с участием углеводородов и аммиака. Два основных способа получения HCN:
• Процесс BMA фирмы Degussa: CH_{4 (г)} + NH_{3 (г)} → HCN _(г) + 3H_{2 (г)}
• Процесс Андрусова: CH_{4 (г)} + NH_{3 (г)} + 3/2O_{2 (г)} → HCN _(г) + 3H₂O _(г)
Оба процесса протекают при температурах выше 1 000 °C и при давлении, близком к стандартному. В обоих используются специальные платиновые катализаторы.

• Рассчитайте изменение энтальпии Δ_rH_m , кДж/моль, при 1 500 K для реакций, происходящих в процессах Degussa (BMA) и Андрусова. Используйте энтальпии образования Δ_fH_m из приведенной ниже таблицы.

   

  Соединение	ΔfHm, кДж/моль
  CH4 (г)	-90.3
  NH3 (г)	-56.3
  HCN(г)	129.0
  H2O(г)	-250.1

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение

• Какой процесс (Degussa или Андрусова) требует постоянного нагревания для поддержания температуры реактора 1 500 K? Почему?

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение

• Рассчитайте значения константы равновесия K реакции, которая происходит в процессе Degussa (BMA), при температурах 1 500 K и 1 600 K. Стандартное изменение энергии Гиббса для этой реакции при 1 500 K равно Δ_rG_m(1 500 K) = −112.3 кДж/моль. Примите, что энтальпия реакции является постоянной в интервале температур от 1 500 K до 1 600 K. Соответствует ли результат принципу Ле Шателье?

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение

• Используя принцип Ле Шателье, предскажите, увеличивается или уменьшается константа равновесия K реакции в процессе Андрусова при нагревании от 1 500 K до 1 600 K.

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение

• Циановодород в водном растворе - слабая кислота ("синильная кислота"), ее константа диссоциации K_a = 4.93´10^–10. Найдите pH 1.00 M раствора HCN.

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение

• В 10 л чистой воды случайно попал NaCN. pH полученного раствора оказался равным 7.40. Запишите уравнения, связывающие молярные концентрации всех веществ в растворе* (Na⁺, H⁺, OH^–, CN^–, HCN) и на этой основе рассчитайте массу (мг) добавленного NaCN.

  
  

  Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти

  Смотреть решение

  Решение