Съдържание

НОХ 2018, II кръг (областен), 9. 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. III СЪСТЕЗАТЕЛНА ГРУПА (ученици, които през настоящата учебна година са в IХ клас или изучават учебно съдържание за IХ клас) · 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

Азотната киселина е сред най-важните продукти на химическата промишленост. Тя се използва в огромни количества при производството на изкуствени торове. Намира приложение и при производството на експлозиви, и в органичния синтез. Суровините при производството на азотна киселина са природен газ, вода, азот и кислород. Производството се състои от три отделни последователни процеса:

i. Конверсия (превръщане) на природен газ с водна пара.

ii. Процес на Хабер-Бош.

iii. Процес на Оствалд.

Всеки от процесите (i) и (ii) се състои от една химична реакция, а (iii) – от три химични реакции.

Периодична таблица на химичните елементи (приложение към всички задачи): периоди 1–7, групи 1–18 с означенията IA–VIIIA и IIIB–IIB, за всеки елемент пореден номер, символ и относителна атомна маса; отделно редовете на лантаноидите и актиноидите. — ПЕРИОДИЧНА ТАБЛИЦА НА ХИМИЧНИТЕ ЕЛЕМЕНТИ

1. Напишете уравненията на поредицата от реакции, водеща до образуване на азотна киселина, като имате предвид, че основният компонент в природния газ е метан. За първата реакция от процеса на Оствалд посочете условията, при които трябва да се проведе тя. Реакцията, протичаща с най-голяма промяна в степента на окисление на азота, изравнете по метода на електронния баланс, като определите окислителя и редуктора.

2. Напишете структурната формула на продукта от процеса на Хабер-Бош. В какво хибридно състояние се намира p-елементът в него?

При продължително нагряване или престой на светло концентрираната азотна киселина се оцветява в жълто-оранжев цвят.

3. На какво се дължи оцветяването на азотната киселина? Изразете процеса с химично уравнение.

Азотната киселина е силен окислител, особено когато е концентрирана. Тя взаимодейства с някои метали след водорода в реда на относителна активност на металите. Същевременно концентрираната азотна киселина се транспортира в цистерни от сравнително активните стомана (желязо) или алуминий.

4. Изразете взаимодействието на концентрирана азотна киселина с мед.

5. Обяснете защо концентрирана азотна киселина се превозва в цистерни от стомана или алуминий. Изразете с уравнение взаимодействието с алуминий, като приемете, че при редукцията си азотът образува продукт, който се получава и при първата реакция от процеса на Оствалд.

Решение

Задача 1 (25 точки)

(i) $\mathrm{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3\ H_2}$

(ii) $\mathrm{N_2 + 3\ H_2 \rightarrow 2\ NH_3}$

(iii - 1) $\mathrm{4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4NO + 6H_2O}$ (условие – присъствие на катализатор)

Електронен баланс за реакцията (iii - 1): N(-III) – 5e(-) → N(+II), 5 отдадени e(-); 2 O(0) + 2.2e(-) → 2 O(-II), 4 приети e(-); вдясно най-малкото общо кратно 20 и множители 4 и 5.

$\mathrm{N^{-III}}$ – редуктор, $\mathrm{O^{0}}$ - окислител

(iii - 2) $\mathrm{2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2}$

(iii - 3) $\mathrm{3NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO}$

(или $\mathrm{4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3}$ или $\mathrm{2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2}$ )

за уравненията 5×2 т. = 10 т.

(Реакция (iii - 1) се точкува с 2 т., само ако е вярна и е посочено наличие на катализатор. Ако е вярно написана, но не е посочено наличие на катализатор, да се точкува с 1 т.)

за определяне на реакцията с най-голяма промяна в с.о. 1 т.

за правилен електронен баланс (дори и при неправилно избрана р-ия) 1 т.

за правилни окислител и редуктор (дори и при неправилна р-ия) 2×1т. = 2 т.

Структурна формула на $\mathrm{NH_3}$ (виж фигурата) 1 т.

$\mathrm{N - sp^3}$ 1 т.

Структурна формула на амоняка NH3: пирамидална формула с N с несподелена електронна двойка и три H (с клиновидни връзки), (или плоско изображение N с несподелена двойка и три връзки към H).

Азотната киселина се разлага, като се отделя $\mathrm{NO_2}$ , който я оцветява 2 т.

$\mathrm{4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + O_2 + 2H_2O}$ 2 т.

$\mathrm{4HNO_3 + Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O}$ 2 т.
На повърхността на метала се образува неразтворим в киселината оксид (металът се пасивира). 1 т.

$\mathrm{2HNO_3 + 2Al \rightarrow Al_2O_3 + 2NO + H_2O}$ 2 т.

Ред на електроотрицателност, ред на относителна активност и разтворимост във вода

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

Li,	K,	Ba,	Ca,	Na,	Mg,	Al,	Zn,	Fe,	Ni,	Pb,	H $_2$ ,	Cu,	Hg	Ag,	Au
Li $^+$ ,	K $^+$ ,	Ba $^{2+}$ ,	Ca $^{2+}$ ,	Na $^+$ ,	Mg $^{2+}$ ,	Al $^{3+}$ ,	Zn $^{2+}$ ,	Fe $^{2+}$ ,	Ni $^{2+}$ ,	Pb $^{2+}$ ,	2H $^+$ ,	Cu $^{2+}$ ,	Hg $^{2+}$	Ag $^+$ ,	Au $^{3+}$

РАЗТВОРИМОСТ ВЪВ ВОДА НА СОЛИ, ХИДРОКСИДИ И КИСЕЛИНИ

аниони / катиони	H $^+$	NH $_4^+$	Ag $^+$	Ba $^{2+}$	Ca $^{2+}$	Mg $^{2+}$	Zn $^{2+}$	Cu $^{2+}$	Pb $^{2+}$	Fe $^{2+}$	Fe $^{3+}$	Al $^{3+}$
OH $^–$	╳	Г	МР		СР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР
Cl $^–$			МР						МР
Br $^–$			МР						МР
I $^–$			МР					МР	МР
S $^{2–}$	Г		МР				МР	МР	МР	МР	МР	ВВ
SO $_3^{2–}$	Г		СР	СР	СР	СР	СР		МР	СР
SO $_4^{2–}$			СР	МР	СР				МР
NO $_3^–$
PO $_4^{3–}$			МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР
CO $_3^{2–}$	Г		МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	МР	ВВ
CrO $_4^{2–}$			МР	МР			МР	МР	МР	МР

МР – Малко разтворимо вещество

СР – Средно разтворимо вещество

Г – Газ

ВВ – Взаимодейства с вода

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