НОХ 2011, III кръг (национален), 9. клас — Задача 1

МОМН, 43-та НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА – 2011 година. Национален кръг 26 – 27 март. 9-ти клас – теоретичен етап · 26 март 2011 г.

Условие

Калцинираната сода (Na2CO3) намира практическо приложение в различни химични производства: на стъкло, перилни препарати, в хартиената и в кожарската промишленост, в металургията, за пречистване на води и др. Съвременното производство на калцинирана сода се основава на метода, предложен от белгийския инженер Солвей. По този метод се получава калцинирана сода и в „СОЛВЕЙ СОДИ” АД – Девня, където се произвежда 1/6 от световното производство на калцинирана сода. Суровини за производството са варовик (CaCO3), каменна сол (NaCl), амоняк и вода.

Получаването на калцинирана сода става в резултат на последователно протичане на следните реакции:

(1) $CaCO_3 \xrightarrow{t} \mathbf{a} + \mathbf{b}$

(2) $2NH_3 + \mathbf{b} + H_2O \rightleftharpoons \mathbf{c}$

(3) $\mathbf{c} + \mathbf{b} + H_2O \rightleftharpoons 2\mathbf{d}$

(4) $NaCl + \mathbf{d} \rightleftharpoons \mathbf{e} + \mathbf{f}$

(5) $2\mathbf{e} \xrightarrow{t} Na_2CO_3 + H_2O + \mathbf{b}$

Поради ниската разтворимост на продукта e, при процеса (4) преимуществено протича правата реакция. Вложеният в производството амоняк се регенерира (възстановява) и отново се връща в производството, като разтворът на страничния продукт f се обработва по схемата по-долу:

(6) $\mathbf{a} + H_2O \rightarrow \mathbf{g}$

(7) $2\mathbf{f} + \mathbf{g} \rightarrow 2NH_3 + CaCl_2 + 2H_2O$

1. Определете кои са неизвестните вещества a, b, c, d, e, f, g и напишете химичните уравнения на процесите от (1) до (7).

В содовите заводи се използва наситен разтвор на натриев хлорид, който се пречиства от механични примеси и разтворени соли.

2. Изчислете съдържанието (в масови %) на изотопите на хлора в чист натриев хлорид, като знаете, че:

• натрият има един стабилен изотоп;
• хлорът има два стабилни изотопа - $^{35}Cl$ и $^{37}Cl$;
• молните маси на натриев хлорид и натрий са 58.48 g/mol и 22.99 g/mol, съответно.

При производството на 1 тон Na2CO3 отпадат 1.1 тона CaCl2 под формата на разтвори с молна концентрация 0.9–1.1 mol/dm3. Тези отпадни разтвори трябва да се съхраняват безопасно, защото изпускането им в околната среда би създало сериозни екологични проблеми.

3. Изчислете в какви граници е обемът на отпадния солеви разтвор на CaCl2 за всеки тон произведена калцинирана сода.

В някои предприятия газът b се произвежда в пещи, в които протичат едновременно два процеса: изгаряне на кокс и термично разлагане на варовик (за сметка на топлината, отделена при изгаряне на кокса). Кислородът, необходим за изгаряне на кокса, се въвежда в стехиометрично количество с въздух.

4. а) Изразете процесите, които протичат в пещта, с химични уравнения.

4. б) Изчислете обемния процентен състав $\varphi$ на газа b в газовата смес, която се отделя от пещта при разлагането на 1 kmol CaCO3. Топлината, необходима за термичното разлагане на 1kmol CaCO3, е $16.4\times10^4$ kJ. Приемете, че коксът, който изгаря в пещта, е чист въглерод и топлината, която се отделя при този процес, е $33.9\times10^3$ kJ/kg. Топлинните загуби да се пренебрегнат.
Приемете, че съставът ва въздуха е 21 об. % O2 и 79 об. % N2.

Решение

Оригинал в Архива: Problems.pdf