Девятый класс Задача 9-1



жүктеу/скачать 1.12 Mb.
бет3/8
Дата25.06.2016
өлшемі1.12 Mb.
#158376
түріЗадача
1   2   3   4   5   6   7   8

Задача 9-4


В лаборатории было проведено 2 опыта.

Опыт 1. В 100 г 12%-ного раствора KOH растворили 1,000 г серебристо-белого вещества I. При этом выделилось 1,24 л газа (н.у.) с плотностью по азоту 0,0714 (р-ция 1).

Опыт 2. К раствору гидроксида калия добавили 1,000 г бесцветной соли одновалентного металла (вещество II), которая полностью растворилась, образовав неокрашенный раствор. Внесение в этот раствор 1.000 г вещества I приводит к образованию 0,715 л смеси газов с плотностью по воздуху 0,259 (реакция 2). Часть газовой смеси (0,368 часть от общего объема) поглощается раствором серной кислоты (реакция 3).

  1. Для опыта 1 определите состав выделяющегося газа.

  2. Определите вещество I.

  3. Установите, какие газы входили в состав смеси в опыте 2. Расшифруйте формулу вещества II.

  4. Напишите уравнения протекающих реакций.

Решение Задача 9-4. (автор А.И.Жиров)

  1. Молярная масса выделяющегося газа составляет: 0,0714 • 28 = 2 (г/моль), что соответствует водороду. Тогда I может быть простым веществом (неметаллом или амфотерным металлом, которые реагируют подобно кремнию с раствором щелочи). В общем виде это взаимодействие можно представить следующим образом:

X + nH2O + mОН- = [X(OH)n+m]-m + (n/2)H2.

  1. Здесь степень окисления элемента равна n. Если n = 1, значение атомной массы составит 0,5•22,4/1,24 = 9 г/моль (но бериллий не подходит, т.к. он образует двухзарядные катионы). Атомная масса элемента, если n = 2, равна 1•22,4/1,24 = 18 г/моль, но металла с такой атомной массой нет. При n = 3 атомная масса составляет 1,5•22,4/1,24 = 27 г/моль, что соответствует алюминию. Дальнейший перебор не дает подходящих примеров. Следовательно, I – Al.

  2. Масса 22,4 л газовой смеси при н.у. составит 29•0,259 = 7,51 (г). Исходя из этого значения, можно предположить, что большую часть смеси (ту, которая не поглотилась серной кислотой), составляет водород (1 – 0,368 = 0,632 часть от всего объема или 0,715•0,632 = 0,452 л или 0,452·2/22,4 = 0,040 г). Если в 0,715 л смеси содержится 0,040 г Н2, то в 22,4 л смеси его масса составляет:

22,4·0.040/0,715 = 1,25 г.

Тогда масса второго газа в 22,4 л смеси составит 7,51 – 1,25 = 6,26 (г). Молярная масса второго газа будет равна 6,26 : 0,368 = 17 г/моль, что соответствует аммиаку, который образовался из других соединений азота при восстановлении «водородом в момент выделения». Такими формами (солью одновалентного металла) могут быть нитраты MNO3 или нитриты MNO2. Реакции восстановления можно записать следующим образом:

NO2- + 5Н2O + 6e = NH3 + 7OH-

NO3- + 6H2O + 8e = NH3 + 9OH-

1 г алюминия поставляет на восстановление 1·3/27 = 0,111 моль электронов. Для выделения водорода в смеси потребовалось 0,452·2/22,4 = 0,0404 моль электронов. Тогда на образование аммиака ушло 0,111 – 0,0404 = 0,0706 моль электронов.

Теперь рассмотрим два возможных варианта.



  1. Если II – это MNO3. На восстановление 1 моль нитрат-аниона необходимо 8 моль электронов. Тогда молярная масса MNO3 составляет:

1/(0,0706 : 8) = 113 г/моль

и атомная масса металла М равна 51 г/моль. Одновалентного металла с такой атомной массой не существует.



  1. Если II – это нитрит. На восстановление 1 моль нитрит-иона требуется 6 моль электронов, тогда молярная масса нитрита равна:

1/(0,0706 : 6) = 85 г/моль, что соответствует молярной массе KNO2.

  1. Реакцию 1 можно записать несколькими способами:

2Al + 6KOH + 6H2O = 2K3[Al(OH)6] + 3H2

или


2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2

или


2Al + 2KOH + 10H2O = 2K[Al(OH)4(H2O)2] + 3H2

Аналогично с реакцией 2:

8Al + 21KOH +3KNO2 + 21H2O = 8K3[Al(OH)6] +3NH3 + 3H2

или


8Al + 5KOH +3KNO2 + 21H2O = 8K[Al(OH)4] +3NH3 + 3H2

или


8Al + 5KOH +3KNO2 + 37H2O = 8K[Al(OH)4(H2O)2] +3NH3 + 3H2

Для реакции 3 верными являются оба нижеприведенных варианта:

NH3 + H2SO4 → NH4HSO4

или


2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

Система оценивания.

  1. Определение газообразного продукта реакции 1 (водорода) 2 б

  2. Определение вещества 1 (алюминий) 6 б

  3. Установление состава газовой смеси в опыте 2 (по 3 б) 6 б

  4. Уравнения реакций 1-3 (любое уравнение из реакций 1-3 по 2 б) 6 б

Итого 20 б


Задача 9-5


Наибольшее количество водорода получают в промышленности методом каталитической конверсии природного газа с перегретым водяным паром. Исходная стехиометрическая смесь метана и паров воды имеет плотность, равную плотности аммиака, а объём в результате реакции при постоянных давлении и температуре увеличивается вдвое. Вся теплота, необходимая для осуществления этого процесса, обеспечивается за счёт другой реакции – полного сгорания метана.

  1. Определите состав стехиометрической смеси и напишите уравнение реакции получения водорода из неё.

  2. Рассчитайте тепловой эффект данной реакции, если известны следующие термо­химические данные:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 802 кДж,

CO + ½O2 = CO2 + 283 кДж,

H2 + ½O2 = H2O + 242 кДж.


  1. Сколько всего кубометров метана необходимо для получения 1 м3 водорода с помощью описанных в условии реакций?

  2. Для того, чтобы отделить водород от второго продукта реакции, к смеси продуктов добавляют избыток водяного пара, при этом образуется водород и газ, который можно поглотить избытком щёлочи. Напишите уравнение этой реакции и рассчитайте её тепловой эффект.

Решение Задача 9-5. (автор В.В.Ерёмин)

  1. Mср(CH4+H2O) = 16 · (CH4) + 18 · (1 – (CH4)) = 17 г/моль, откуда (CH4) = (H2O) = ½.

Значит, исходная стехиометрическая смесь – эквимолярная.

В результате реакции объём (т. е. количество молей газов) увеличивается вдвое. Уравнение реакции:

CH4 + H2O = CO + 3H2.


  1. CH4 + H2O = CO + 3H2 + Q1

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 802 кДж,

CO2 = CO + 1/2O2 – 283 кДж,

3H2O = 3H2 + 3/2O2 – 3242 кДж.


Q1 = 802 – 283 – 3242 = –207 кДж.


  1. Чтобы обеспечить теплоту для превращения 1 моль CH4 в реакции 1, необходимо сжечь 207 / 802 = 0.26 моль CH4. Общее количество израсходованного в обеих реакциях CH4 составляет 1.26 моль, при этом образуется 3 моль H2. Следовательно, для получения 1 м3 водорода необходимо 1.26 / 3 = 0.42 м3 CH4.




  1. CO + H2O = CO2 + H2 + Q2

CO + 1/2O2 = CO2 + 283 кДж,

H2O = H2 + 1/2O2 – 242 кДж.
Q2 = 283 – 242 = 41 кДж.
Система оценивания.


  1. Расчет состава смеси 4 б

Уравнение реакции 2 б

  1. Правильный расчет Q1 4 б

  2. Правильный расчёт объёма метана 5 б

(Расчет объёма метана без учёта реакции сгорания – 2 балла)

  1. Уравнение реакции 2 б

Правильный расчет Q2 3 б

Итого 20 б




жүктеу/скачать 1.12 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет