NOH 2012, III, 9. клас — Задача 2

МОМН, 44-та НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА Варна – 2012 година · 24 март 2012 г.

Условие

Амоняк, е може би, най-широко използваното съединение на азот.

1. Каква геометрична форма има молекулата на амоняк – начертайте я и я назовете? Полярна ли е тя – да/не защото? В какво хибридно състояние е азот в нея?

Основният метод за промишлено получаване на амоняк е от азот и водород: стехиометрична газова смес се пропуска при висока температура и налягане над катализатор (желязо) и протича обратим процес.

2. Изразете с изравнено химично уравнение протичащия процес.

3. Предположете как ще се отрази на добива на амоняк, повишаването на налягането в равновесната система и обосновете предположението си.

Необходимият за синтеза водород може да се получи по различен начин. Един от тях е чрез газификация на въглища – процес при който твърдото гориво се превръща в горими газове. Въглищата са съставени от въглерод и малко различни други елементи, сред които е сяра. Когато при висока температура се смесят въглища (на прах), кислород и водна пара, протича окислително-редукционен процес и се получава газова смес от въглероден оксид, водород и серен диоксид.

4. Изразете с изравнени химични уравнения:

а) превръщането на въглерод (C) във въглероден оксид и водород, и определете окислителя и редуктора при този процес;

б) и превръщането на сяра (S) в серен диоксид.

Водородът може да се очисти от съпътстващите го вещества, като газовата смес се подложи на следната последователност от химични обработки:

(i) Първо се пропуска през твърд калциев оксид, където се отстранява серният диоксид;

(ii) След това се обработва с водна пара при висока температура, за да се превърне въглероден оксид в диоксид;

(iii) И накрая се пропуска през водна суспензия на гасена вар (варно мляко), където се поглъща получения въглероден диоксид.

5. Изразете с изравнение химични уравнения процесите, протичащи на всеки етап от обработката.

Газовата смес, получена от газификация на 1.0 kg въглища е подложена на такава обработка, за очистване на водорода. След етап (i) масата на адсорбента (калциев оксид) се е увеличила с 10.9 g, а след обработка (iii), се е отделила утайка с маса 6,50 kg.

6. Колко е масовата част на въглерод и на сяра във въглищата, ако загубите при газификация (и очистване на водорода) са 7%?

Очистеният водород е използван за синтез на амоняк.

7. Какъв обем ще заеме полученият амоняк при 17 0C и налягане 1,35 MPa, ако степента на превръщане на газовата смес при синтеза е 97%?

$(R = 8.314\ L\ kPa\ K^{-1}\ mol^{-1})$

Решение

Оригинал в Архива: Problems.pdf