Съдържание

НОХ 2018, II кръг (областен), 10–12 клас — Задача 1

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от НОХ 2018

МОН, 50 НАЦИОНАЛНА ОЛИМПИАДА ПО ХИМИЯ И ОПАЗВАНЕ НА ОКОЛНАТА СРЕДА. Областен кръг, 11 февруари 2018 г. IV СЪСТЕЗАТЕЛНА ГРУПА (ученици, които през настоящата учебна година са в X, в XI и в XII клас на всички видове училища) · 11 февруари 2018 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 (числов или фактологичен) резултат.

При непълни отговори (например неизравнени уравнения) могат да се присъждат и по-малко от предвидените точки.

Условие

Основна суровина за производство на мед е рудата, съдържаща халкопирит. Халкопирит е сулфиден минерал с химична формула $\mathrm{CuFeS_2}$ , в който сярата е в нисшата си степен на окисление, а желязото е във +III степен на окисление.

Медта в рудата е малко (около 0,6 %) и затова се обогатява, като промишлената суровина за производство на мед е полученият меден концентрат. Медният концентрат се подлага на химично превръщане, което може да се изрази с общата реакция:

(\dagger)\qquad \mathrm{CuFeS_2}(s) + \mathrm{O_2}(g) + \mathrm{SiO_2}(s) \longrightarrow \mathrm{Cu}(l) + \mathrm{SO_2}(g) + \mathrm{FeSiO_3}(l)^{*}

* $\mathrm{FeSiO_3}$ е шлака, която се отстранява

Периодична таблица на химичните елементи (приложение към темата, стр. 5): за всеки елемент — пореден номер, символ и относителна атомна маса с десетична точка; групи 1–18 (IA–VIIIA, IIIB–IIB), периоди 1–7, отделно редове „лантаноиди“ и „актиноиди“. — ПЕРИОДИЧНА ТАБЛИЦА НА ХИМИЧНИТЕ ЕЛЕМЕНТИ

Приложение към темата, стр. 6: „Ред на електроотрицателност“ (Cs, Li, Ba, Na, Ca, Mg, Ag, Al, Fe, Zn, Si, Cu, Ni, P, H, I, S, C, Br, Cl, N, O, F), „Ред на относителна активност“ на металите и йоните им и таблица „Разтворимост във вода на соли, хидроксиди и киселини“ (катиони H⁺ … Al³⁺ срещу аниони OH⁻ … CrO₄²⁻) с означения МР – малко разтворимо вещество, СР – средно разтворимо вещество, Г – газ, ВВ – взаимодейства с вода.

1. Изравнете тази реакция по метода на електронния баланс (МЕБ).

Получената мед се нарича „черна мед“, защото не е достатъчно чиста; тя съдържа редица метални примеси, както по-активни от медта, така също и благородни метали (сребро, злато, платинови метали). Черната мед се рафинира** чрез електролиза.

**Рафиниране е сборно понятие за очистване на даден продукт от съдържащи се в него примеси чрез различни химични методи.

2. Каква е химическата същност на процеса електролиза?

Електролизата се извършва във вана с разреден разтвор на $\mathrm{CuSO_4}$ , в която са потопени катод от чиста (рафинирана) мед и анод от черна мед.

3. Изразете с полу-уравнения анодната и катодната реакция. Обяснете какво става при електролизата на медния сулфат с по-активните метали от медта (използвайте за пример никел) и с благородните метали.

Фирма за добив и преработка на медни продукти, работеща в България, произвежда меден концентрат със съдържание на мед 25 мас. %.

4. Колко тона $\mathrm{SO_2}$ ще се получат, ако 101,2 t от този концентрат се преработят в мед по реакция (†)?

Производствата, при които се получава серен диоксид са под строг екологичен контрол. За неговото отстраняване се използва следната схема: той се пропуска през нагрят калциев оксид и полученият продукт се окислява в присъствие на вода.

5. Изразете протичащите процеси с изравнени химични уравнения. Къде се използва крайният продукт от този процес?

Така се постъпва със серния диоксид в димните газове от ТЕЦ-овете на твърдо гориво – в каменните въглища се съдържа около 1% сяра. Но серният диоксид от медодобивното производство не се третира по този начин, но не се и изхвърля във въздуха.

6. Обяснете какво се прави със серния диоксид, получаван при производството на мед.

Молни маси (g/mol): Cu – 63.55, O – 16.00, S – 32.07

Отговори

Решение

$\mathbf{2}\mathrm{CuFeS_2} + \mathbf{5}\mathrm{O_2} + 2\mathrm{SiO_2} \longrightarrow \mathbf{2}\mathrm{Cu} + \mathbf{4}\mathrm{SO_2} + \mathbf{2}\mathrm{FeSiO_3}$ 2 т.

\left.\begin{array}{l} \overset{+1}{\mathrm{Cu}} \xrightarrow{+1e^{-}} \overset{0}{\mathrm{Cu}} \\ \overset{+3}{\mathrm{Fe}} \xrightarrow{+1e^{-}} \overset{+2}{\mathrm{Fe}} \\ 2\,\overset{-2}{\mathrm{S}} \xrightarrow{-2\times 6e^{-}} 2\,\overset{+4}{\mathrm{S}} \end{array}\right\} -10e^{-}\ \Big|\ 2

\overset{0}{\mathrm{O_2}} \xrightarrow{+2\times 2e^{-}} 2\,\overset{-2}{\mathrm{O}} \qquad +4e^{-}\ \Big|\ 5

4 т.

Същност на електролизата: осъществява се окислително-редукционна реакция за сметка на електричен ток (от външен източник на електричество). Това е превръщане на електрическа енергия в химическа. 2 т.
А: $\overset{0}{\mathrm{Cu}} \xrightarrow{-2e^{-}} \mathrm{Cu^{2+}}$ 1 т.

$\overset{0}{\mathrm{Ni}} \xrightarrow{-2e^{-}} \mathrm{Ni^{2+}}$ 1 т.

Благородните метали (Ag, Au, Pt-метали) не се окисляват на анода, тъй като са след медта в РОАМ; те падат непроменени (и очистени от Cu и Ni) на дъното на ваната 3 т.

К: $\mathrm{Cu^{2+}} \xrightarrow{+2e^{-}} \overset{0}{\mathrm{Cu}}$ 1 т.

Никел не се отлага на катода, докато в разтвора (респ. на анода) има мед, тъй като никел е преди мед в РОАМ 3 т.

От изравнената реакция (†): $\frac{n(\mathrm{SO_2})}{n(\mathrm{Cu})} = \frac{m(\mathrm{SO_2})/M(\mathrm{SO_2})}{m(\mathrm{Cu})/M(\mathrm{Cu})} = \frac{4}{2}$

m(\mathrm{SO_2}) = \frac{M(\mathrm{SO_2})}{M(\mathrm{Cu})}\times m(\mathrm{Cu})\times 2 = \frac{64{,}07\ \mathrm{g/mol}}{63{,}55\ \mathrm{g/mol}}\times 101{,}2\ \mathrm{t}\times 0{,}25\times 2 = 51.0\ \mathrm{t}

3 т.

$\mathrm{CaO}(s) + \mathrm{SO_2}(g) \longrightarrow \mathrm{CaSO_3}(s)$ 1 т.

$2\mathrm{CaSO_3}(s) + \mathrm{O_2}(g) \xrightarrow{(\mathrm{H_2O})} 2\mathrm{CaSO_4{\cdot}2H_2O}(s)$ 2 т.

$\mathrm{CaSO_4{\cdot}2H_2O}$ е гипс; използва се в строителната индустрия 1 т.

Серният диоксид, който се получава при производството на мед, е суровина за производство на сярна киселина. 1 т.

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