Главная Образование Студентам Задачник Задачи

Сплав "ферромарганец" содержит в своем составе четыре основных компонента – два металла и два неметалла. Образец такого сплава массой 10,0 г прокипятили с избытком концентрированной (60 %) азотной кислоты. Значительная часть сплава растворилась, но на дне все же остался осадок, который после отфильтровывания и сушки представлял собой белый порошок массой 1,29 г. Порошок этот отказывался реагировать со всеми сильными кислотами, но охотно растворился в кислоте плавиковой. Газообразные продукты, выделившиеся при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой, пропустили через избыток холодной известковой воды, которой они поглотились количественно, причем в ходе этой реакции выпал осадок массой 5,83 г.

Азотнокислый раствор испарили до минимального объема для удаления основного количества избыточной азотной кислоты, затем количественно перенесли в мерную колбу и долили воды до отметки 100,0 мл. Одну пробу этого раствора объемом 25,0 мл подвергли электролизу, получив на одном из электродов 2,175 г смеси порошков металлов и бесцветный раствор. Вторую такую же пробу раствора упарили досуха и прокалили на воздухе. Масса твердого остатка составила 3,38 г.

1. Какие четыре основных элемента входят в состав ферромарганца? Если Вы еще сомневаетесь, то знайте, что полученный азотнокислый раствор дает интенсивное кроваво-красное окрашивание с роданид-ионом, а белый порошок такого же состава Вы можете обнаружить в пакетике с надписью «Do not eat», который производители часто вкладывают в обувь или в пакеты с орешками (кстати, зачем?).

2. Напишите уравнения всех описанных в задаче реакций. Для процесса электролиза отдельно запишите уравнения реакций, идущие на катоде и аноде, а также уравнения суммарных реакций.

3. Определите количественный (масс. %) состав ферромарганца.

4. Все компоненты ферромарганца можно перевести в растворимые соединения, если сплавить ферромарганец с натриевой щелочью в присутствии кислорода. Полученный плав имеет красивый зеленый цвет с фиолетовым отливом. Попробуйте написать уравнения происходящих при сплавлении реакций.

Решение задачи

Существует несколько бинарных соединений элемента Э с водородом. Прямым взаимодействием простых веществ получают соединение А, содержащее 17,65 масс. % водорода, обладающее резким запахом и окрашивающее смоченную лакмусовую бумажку в синий цвет. Для получения соединения Б раствор А смешивают на холоду с гипохлоритом натрия в соотношении 30:1 и раствором желатина, а затем быстро пропускают под давлением через реактор при 150 °C (время контакта 1 с). Соединение Б, подобно А, окрашивает смоченную лакмусовую бумажку в синий цвет. Третье соединение, В, напротив, окрашивает лакмус в красный цвет. При этом реакция А и В приводит к образованию вещества Г, содержащего 6,67 масс. % водорода. А реакция Б и В приводит к образованию вещества Д, которое также содержит 6,67 масс. % водорода. Раствор соединения В можно получить при реакции Б с разбавленным сине-голубым раствором неустойчивой кислоты Е, отличающейся от остальных соединений наличием в ее составе кислорода.

1. Установите элемент Э, бинарные вещества А–Д, кислоту Е. Для веществ А–Е приведите формулы и названия.

2. Напишите уравнения всех упомянутых реакций.

Основное применение Б и его метил (Б1) и диметилпроизводных (Б2) — ракетное топливо в управляемых космических кораблях, луноходах и т. д. Луноход «Аполлон» сбрасывал скорость при посадке и набирал мощность при взлёте, используя смесь 1:1 (по молям) метил- и диметилпроизводных Б и N2O4 в качестве окислителя.

3. Приведите формулы и названия соединений Б1 и Б2. Известно, что теплота сгорания Б1 равна +1,30·103 кДж/моль, теплота сгорания Б2 — +3,14·103 кДж/моль, теплота образования N2O4 равна −9,16 кДж/моль. Напишите уравнения реакций, которым отвечают эти тепловые эффекты. Запишите уравнения реакций >Б1 и Б2 с N2O4 и рассчитайте количества теплоты, выделяющейся в этих реакциях.

4. Какую массу окислителя израсходовал «Аполлон» при посадке на Луну, которая потребовала 3 т топлива? Какое количество энергии «Аполлон» затратил на посадку?

Решение задачи

На завод, производящий свинцовые аккумуляторы, поступила железнодорожная цистерна, содержащая 40,0 м3 тяжелой (ρ =1,834 г/мл) бесцветной маслянистой жидкости без запаха, смешивающейся с водой в любых соотношениях. Эта едкая жидкость легко растворяет не только такие активные металлы, как цинк и марганец, но и медь, и даже серебро, а также серу и фосфор, реагирует с неорганическими солями (например, NaCl, KBr, KI), а от многих предметов органического происхождения остаются только черные хлопья, да и те при нагревании исчезают. Жидкость эта, иногда называемая «кровью химии», чрезвычайно востребована промышленностью развитых стран – ее мировое производство в 2008 г. перевалило за 200 млн т, из которых более 10 млн т было произведено в России.

  1. Назовите эту жидкость, напишите уравнения описанных реакций, объясните ее действие на предметы органического происхождения. Какая из отраслей химической промышленности является основным потребителем этой жидкости?
  2. Жидкость, находящаяся в цистерне, содержит 95,0 масс. % вещества А (остальное – вода). Рассчитайте «чистую» массу А, поступившего на завод. Сколько аккумуляторов завод сможет заправить электролитом, приготовленным из этой жидкости, если на каждый прибор требуется 1,50 л 35,0 % раствора А (его плотность 1,260 г/мл)? Рассчитайте точное соотношение объемов воды и исходной жидкости, которые требуется смешивать для приготовления нового раствора. Как Вы посоветуете аппаратчику готовить этот раствор, и какую воду он может взять для этой цели (морскую, речную, водопроводную, компании «Чистая вода» или какую-то другую)?
  3. Итак, 35 % раствор мы приготовили. Теперь посчитайте в нем молярную концентрацию А, поскольку дальше она нам очень пригодится. Напишите формулы и названия присутствующих в этом растворе ионов и оцените и их молярную концентрацию. Все, что Вам для этого нужно знать – вещество А, его свойства в водном растворе и одну справочную константу диссоциации (1,2*10−2). Оцените заодно, насколько холодно должно быть за окном, чтобы новый аккумулятор замерз. Известно, что понижение температуры замерзания раствора пропорционально моляльной концентрации растворенных веществ (придется считать и ее!). Криоскопическая константа воды 1,86 K*кг/моль.

    Электрические аккумуляторы – химические источники тока многократного действия. По принципу работы аккумуляторы не отличаются от гальванических элементов, но электродные реакции, а также суммарная токообразующая реакция в аккумуляторах обратимы. Поэтому после разряда аккумулятор может быть снова заряжен пропусканием тока в обратном направлении.

    Заготовка для электродов свинцовых аккумуляторов представляет из себя пасту, приготовленную замешиванием смеси Рb3О4 и РbО с раствором А (активная масса); эту пасту намазывают на сетки-токоотводы из сплава Рb с 2-12% Sb и опускают в раствор А. Сетки присоединяют к различным полюсам зарядного устройства и формируют электроды, пропуская через раствор постоянный ток; при этом основной компонент пасты на одном электроде восстанавливается до свинца, на другом – окисляется до диоксида свинца. По окончании зарядки аккумулятор готов к эксплуатации.

  4. Напишите уравнения реакций взаимодействия оксидов свинца с раствором А, , а также электродных полуреакций, протекающих в процессах зарядки и разрядки аккумулятора (с указанием названий и зарядов электродов). Напишите суммарное уравнение процесса разрядки. Зная стандартные потенциалы электродов при 25 °С (Е0PbO2/PbSO4 = 1,69 В, Е0PbSO4/Pb = –0,36 В), рассчитайте ∆Е0 и константу равновесия для процесса разрядки: К = exp(nF∆Е0/RT), где n – число электронов, F – число Фарадея (96485 Кл/моль).
  5. Допустим, в процессе работы нашего аккумулятора, содержащего 1,5 л электролита, плотность последнего упала от 1,260 до 1,140 г/мл (это соответствует 20 % раствору А). Проведите оценку массы израсходованного при этом вещества А в допущении, что объем электролита не изменился. Если у Вас все получилось, попробуйте посчитать эту массу точно, поскольку все данные для этого у Вас есть.
Решение задачи

При взаимодействии вещества А (тетрабромпроизводное, молярная масса которого не превышает 400 г/моль) с цинковой пылью в водно-спиртовом растворе был получен углеводород Б, не содержащий кратных связей. Навеску углеводорода Б сожгли в избытке кислорода, а образовавшиеся продукты сгорания пропустили вначале через взвешенную трубку с избытком оксида фосфора(V), а затем через избыток известковой воды. Установили, что масса трубки с P2O5 увеличилась на 1,081 г. Осадок, образовавшийся в склянке с избытком известковой воды, отфильтровали, высушили и взвесили. Его масса составила 7,508 г.

1. Установите молекулярную формулу углеводорода Б. Приведите необходимые расчеты и уравнения реакций.

2. Изобразите структурные формулы всех теоретически возможных изомеров Б, не содержащих кратных связей.

3. Известно, что для Б возможно существование лишь одного монобропроизводного (без учета оптических изомеров). Среди приведенных Вами в п. 2 структур выберите ту, которая удовлетворяет этому условию.

4. Изобразите структурную формулу соединения А, из которого был получен Б.

Решение задачи
  1. Задача 29
  2. Задача 30
  3. Задача 31
  4. Задача 32

© ИНХ СО РАН 1998 – 2025 г.