Съдържание

НОХ 2011, II кръг (областен), 9. клас — Задача 1

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2011

МОМН, 43-та НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА – 2011 година. Областен кръг, 26-ти февруари. IX-ти клас · 26 февруари 2011 г. · 25 т.

Примерни решения и оценка на задачите

Важно за проверителите! Освен представените примерни решения, за вярно се приема и всяко друго решение, което е логично обосновано и води до същия (цифров или фактологичен) резултат.
При непълни отговори (например неизравнени уравнения) могат да се присъждат и по-малко от една точка.

Условие

В промишлени мащаби амоняк се получава чрез пряк синтез от азот и водород.

1. Изразете процеса на амонячен синтез с изравнено химично уравнение и отбележете условията на протичането му.

Изходната газова смес за синтез на амоняк може да се получи по следния начин: а) Метан се изгаря в недостатъчно количество, обогатен на кислород въздух*, така че да се образува въглероден оксид и водород; б) След това продуктите на реакцията се подлагат на действие на водна пара в присъствие на катализатор. След отделяне на въглеродния диоксид, остава газова смес с такъв качествен и количествен състав, какъвто е необходим в производството на амоняк.

2. Изразете описаните два процеса (а и б) с изравнени химични уравнения.

3. Като приемете, че тези процеси протичат докрай, изчислете обемния процентен състав на кислорода в използвания за изгаряне на метана въздух.

4. Какъв е характерът на химичните връзки в молекулите на метан, амоняк и вода? Какъв тип са тези връзки (σ или π)?

5. Какъв е видът хибридизация на атомните орбитали на централните атоми в тези молекули? Определете пространствения строеж и полярността на молекулите.

6. Обяснете защо е възможно образуването на амониев йон от амоняк?

* Съставът на атмосферния въздух е ≈ 21 об. % $\mathrm{O_2}$ и ≈ 78 об. % $\mathrm{N_2}$ .

Отговори

Решение

$\mathrm{N_2 + 3H_2 \rightleftarrows 2NH_3}$ (1) 1 т.

Реакционни условия: високо налягане и висока температура, в присъствие на катализатор. $3 \times 0.5$ т. = 1.5 т.

$\mathrm{CH_4 + \frac{1}{2}O_2 \rightarrow CO + 2H_2}$ (2) 1 т.

$\mathrm{CO + H_2O}_{\text{пара}} \rightarrow \mathrm{CO_2 + H_2}$ (3) 2 т.

От уравнения (2) и (3) следва, че от ½ mol $\mathrm{O_2}$ се получават общо 3 mol $\mathrm{H_2}$ , като заедно с тях в крайната газова смес присъства и 1 mol $\mathrm{N_2}$ (от въздуха, с който е проведено изгарянето на метана, в съответствие с условието, че качественият и количественият състав на газовата смес е такъв, какъвто е необходим за производството на амоняк - $n(\mathrm{H_2}):n(\mathrm{N_2}) = 3:1$ ).

Следователно в обогатения на кислород въздух са присъствали 1 mol $\mathrm{N_2}$ и 0.5 mol $\mathrm{O_2}$ , общо 1.5 mol газове. 4 т.

\text{об. } \%(\mathrm{O_2}) = \text{мол } \%(\mathrm{O_2}) = \frac{\mathrm{n(O_2)}}{\mathrm{n(O_2) + n(N_2)}} \times 100 = \frac{0.5}{1.5} \times 100 = 33.3\%

2 т.

C-H ковалентни, слабо полярни, σ-тип химични връзки; 1.5 т.

N-H ковалентни, полярни, σ-тип химични връзки; $3 \times 0.5$ т. = 1.5 т.

O-H ковалентни, полярни, σ-тип химични връзки. $3 \times 0.5$ т. = 1.5 т.

$\mathrm{CH_4}$ – sp $^3$ , тетраедричен строеж, неполярна молекула; 0.5 + 1 + 0.5 т. = 2 т.

$\mathrm{NH_3}$ - sp $^3$ , пирамидален строеж, полярна молекула; 0.5 + 1 + 0.5 т. = 2 т.

$\mathrm{H_2O}$ - sp $^3$ , равнинен, ъглов строеж, полярна молекула. 0.5 + 1 + 0.5 т. = 2 т.

Наличието при азотния атом на свободна електронна двойка е причина той да образува още една ковалентна химична връзка с $\mathrm{H^+}$ йон, при което се получава амониев катион, $\mathrm{NH_4^+}$ . 3 т.

ПОМОЩНА ИНФОРМАЦИЯ

Относителни атомни маси:

H – 1; C – 12; O – 16; Na – 23; N – 14.

Оригинал в Архива: Problems.pdf · официални решения: Solutions.pdf