Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Как продвинуть сайт на первые места?
    Вы создали или только планируете создать свой сайт, но не знаете, как продвигать? Продвижение сайта – это не просто процесс, а целый комплекс мероприятий, направленных на увеличение его посещаемости и повышение его позиций в поисковых системах.
    Ускорение продвижения
    Если вам трудно попасть на первые места в поиске самостоятельно, попробуйте технологию Буст, она ускоряет продвижение в десятки раз, а первые результаты появляются уже в течение первых 7 дней. Если ни один запрос у вас не продвинется в Топ10 за месяц, то в SeoHammer за бустер вернут деньги.
    Начать продвижение сайта
  • Б. реакция, 2 б. расчет, всего 4 балла






    Неорганическая химия

    Задача 1 (автор Жиров А. И.)

    1. В реакторе 238U поглощает быстрые нейтроны и, испуская b-частицы, превращается в 239Pu:

    238U + n = 239Pu + 2b

    2. Определим число блоков, приходящихся на 1 т металлического урана. Объем меньших по величине блоков составляет V 1 = p r 2 h = 80, 384 см3. Масса урана для такого блока составит V 1·r = 1523, 27 г, или 1, 523 кг.

    Для больших по размеру блоков V 2 = 96, 16 см3, а масса урана m 2 = 1822, 28 г, или 1, 822 кг. Число больших блоков на 1 т урана составит 1000: (1, 822 + 1, 523: 9) = 502, число малых блоков равно 502: 9 = 55, 8» 56. Объём алюминиевого покрытия блока составляет 2p rhl + 2p r 2 l. Для малых блоков он составит 26, 12 см3 и 30, 22 см3 для больших. Тогда масса алюминиевого покрытия блоков составит: 56·26, 12·2, 698 + 502·30, 22·2, 698 = 3950 + +40930 = 44 880 г, или 44, 88 кг.

    3. Для растворения этого алюминия (1, 66 кмоль) потребуется не менее 1, 66 кмоль гидроксида натрия (6, 64 кг):

    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2­

    4. При растворении алюминия в присутствии нитрат-ионов происходит восстановление нитрат-ионов вплоть до аммиака:

    8Al + 3NaNO3 + 5NaOH + 18H2O = 8Na[Al(OH)4] + 3NH3­

    5. В избытке нитрат-ионов восстановление будет идти до нитрит-ионов (без газовыделения):

    2Al + 3NaNO3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3NaNO2

    Нитрата натрия потребуется не менее 1, 66: 2 · 3 · 85 = 211, 7 кг.

    6. При растворении металлического урана в концентрированной азотной кислоте образуется оксид азота (IV):

    U + 8HNO3 = UO2(NO3)2 + 6NO2 + 4H2O

    На растворение 1 т урана будет израсходовано не менее 1000: 238 · 65 · 8: 0, 65 = 3, 36 т концентрированной азотной кислоты (реально используется почти в три раза больше). Видимо для удаления избытка кислоты используется существенно больше, чем следует по расчетам и щелочи.

    7. Для стехиометрии в реакции:

    UO2(NO3)2 + 3 NaCH3COO = 2NaNO3 + Na[UO2(CH3СOO)3

    Требуется 1000: 238 · 3 · 82 = 1033, 6 кг, или 1, 3 т.

    8. Уравнения реакций для плутония будут аналогичны уравнениям для урана:

    Pu + 8HNO3 = PuO2(NO3)2 + 6NO2 + 4H2O

    PuO2(NO3)2 + 3 NaCH3COO = 2NaNO3 + Na[PuO2(CH3СOO)3

    PuO22+ + 4H+ +2e = Pu4+ + 2H2O

    Pu4+ + 4F = PuF4¯

    Система оценивания:

    1. Образование плутония 2 балла.

    За правильный расчет массы урана (2 балла) и массы алюминиевого покрытия (2 балла), 4 балла.

    Б. реакция, 2 б. расчет, всего 3 балла

    4. За правильно записанное уравнение реакции 2 балла.

    Б. реакция, 2 б. расчет, всего 3 балла

    Б. реакция, 2 б. расчет, всего 3 балла

    б. реакция, 2 б. расчет, всего 4 балла

    8. По 1 б. за реакцию, всего 4 балла.

    Итого – 25 баллов

     

    Задача 2 (автор Ильин М. А.)

    1. Семейство элементов, состоящее из шести благородных металлов (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), – платиновые металлы (платиноиды).

    2. Единственным платиновым металлом, легко окисляющимся (в мелкораздробленном состоянии) на воздухе с образованием оксида, обладающего сильным неприятным запахом, является осмий (отсюда и произошло название этого элемента: греч. " osmё" – запах):

    Os + 2O2 OsO4.

    Самым «неблагородным» среди платиновых металлов является палладий – он довольно легко растворяется в концентрированной азотной кислоте:

    Pd + 4HNO3 конц. ® Pd(NO3)2 + 2NO2­ + 2H2O.

    В царской водке среди оставшихся платиновых металлов растворяется лишь платина:

    3Pt + 4HNO3 конц. + 18HCl конц. ® 3H2[PtCl6] + 4NO­ + 8H2O.

    3. Ежегодное мировое потребление платиновых металлов составляет более 200 т. Основное использование платиновых металлов связано с их высокой каталитической активностью во многих реакциях. Приведем некоторые примеры.

    - Реакции окисления:

    2CO + O2 2CO2 (один из процессов каталитического дожигания выхлопных газов);

    4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O (важнейшая стадия в производстве HNO3);

    2C2H4 + O2 2CH3CHO («Вакер-процесс»).

    - Реакции гидрирования:

    R-Cº C-R¢ + H2 цис- R-CH=CH-R¢ (катализатор Линдлара)

    (катализатор Уилкинсона)

    - Реакции дегидрирования (в том числе, каталитический риформинг нефти):

    .

    - Реакции карбонилирования:

    CH3OH + CO CH3COOH («Монсанто-процесс»);

    CH3COOH + CO (CH3CO)2O (получение уксусного ангидрида).

    4. При внимательном прочтении адреса Интернет‑ ресурса www.rusolimp.ru можно найти, что в его названии дважды встречается символ элемента Ru – рутения, названного от лат. " Ruthenia" – Русь (Россия). Даже если внимательное прочтение указанного написания ссылки не натолкнуло на мысль о рутении, этот элемент можно найти из количественных данных, приведенных в условии задачи. Руководствуясь данными о содержании элементов в соли А найдем ее формулу. , т. е. формулу соли А можно записать в виде K2 M nCl5OH. Зная содержание металла М, можно найти его атомную массу: ; при n = 1 получаем единственный разумный вариант металла М – рутений (Ar = 101, 1 а. е. м.).

    5. Восстановление соли А в атмосфере протекает согласно уравнению реакции:

    K2RuCl5OH + 2H2 ® 2KCl + Ru + 3HCl + H2O.

    Пусть молекулярная масса соли А равна Ar (Ru) + 272, 5, где Ar (Ru) – атомная масса рутения, полученная по данным Клауса. При восстановлении (Ar (Ru) + 272, 5) г соли А образуется Ar (Ru) г металлического рутения. Используя приведенные в условии данные, найдем соответствующие значения атомной массы рутения.

    По отношению к современному значению атомной массы рутения (101, 1 а. е. м.) относительная ошибка определения составляет

    6. Найдем молекулярные формулы соединений IIV и А. Заметим, что соединение Б содержит в своем составе 4 элемента, а соединения IIV – по 5 элементов. Анализируя схему получения IIV, можно предположить, что пятым элементом, входящим в их состав, является кислород.

    Б, т. е. RuN6H18Cl2.

    I, т. е. RuN3H8Cl5O.

    II, т. е. RuN5H13Cl2O2.

    III, т. е. RuN3H6Cl3O.

    IV, т. е. RuN6H17Cl3O2.

    Воспользовавшись ранее проведенными расчетами молекулярной формулы соли А и учитывая координационное число рутения 6, запишем координационную формулу этого соединения – K2[Ru(OH)Cl5] (по современным данным, K4[Ru2OCl10] × H2O).

    Поскольку Б образуется при взаимодействии «трихлорида М» с водным раствором аммиака, можно предположить, что Б – амминокомплекс рутения – [Ru(NH3)6]Cl2 (хлорид гексаамминрутения(II)).

    2RuCl3 + Zn + 16NH3 водн. ® 2[Ru(NH3)6]Cl2 + [Zn(NH3)4]Cl2

    Соединения IIV являются представителями нитрозокомплексов рутения, т. е. во внутренней сфере этих соединений в качестве одного из лигандов выступает NO. Учитывая схемы получения этих соединений, можно записать их координационные формулы.

    Соединение I образуется при взаимодействии солянокислого раствора RuCl3 с нитритом натрия с последующим осаждением из реакционного раствора хлоридом аммония. Руководствуясь полученной ранее брутто-формулой этого соединения, можно заметить, что в его состав входит два иона аммония (во внешней сфере), тогда во внутренней сфере помимо фрагмента (RuNO)3+ содержится еще пять координированных к рутению хлорид-ионов, т. е. I – (NH4)2[Ru(NO)Cl5] (пентахлоронитрозорутенат аммония).

    1) RuCl3 + 2NaNO2 + 2HCl ® Na2[Ru(NO)Cl5] + NO2­ + H2O

    2) Na2[Ru(NO)Cl5] + 2NH4Cl ® (NH4)2[Ru(NO)Cl5] + 2NaCl

    Для получения II раствор пентахлоронитрозорутената аммония обрабатывают карбонатом аммония при нагревании. Карбонат аммония неустойчив к нагреванию, при температурах выше 60 °С он разлагается в растворе с образованием аммиака. В состав соединения II входит пять атомов азота, один из которых приходится на координированную частицу NO+. Можно предположить, что остальные четыре атома азота входят в состав II в виде четырех координированных молекул NH3 (получаем Ru(NO)(NH3)4OHCl2). В условии оговорено, что во внешней сфере II содержатся только хлорид-ионы, тогда шестую позицию в октаэдре комплексной частицы занимает гидроксид-ион, а координационную формулу II следует записать в виде [Ru(NO)(NH3)4(OH)]Cl2.

    2(NH4)2[Ru(NO)Cl5] + 5(NH4)2CO3 ® 2[Ru(NO)(NH3)4(OH)]Cl2 + 5CO2 + 6NH4Cl + 3H2O

    Запишем координационную формулу соединения III. После того, как мы выделим в составе II фрагмент Ru(NO), останется фрагмент N2H6Cl3. Заметим, что «N2H6» – это две молекулы NH3, тогда с учетом координационного числа центрального атома 6, формулу II можно представить в виде [Ru(NO)(NH3)2Cl3]. Этот нейтральный комплекс образуется при термическом разложении твердого пентахлоронитрозорутената аммония, т. е. внешнесферные катионы аммония являются источником аммиака, который замещает два хлорид-иона во внутренней сфере исходного (NH4)2[Ru(NO)Cl5].

    (NH4)2[Ru(NO)Cl5] [Ru(NO)(NH3)2Cl3] + 2HCl­

    Соединение IV согласно условию представляет собой моногидрат, т. е. помимо фрагмента Ru(NO) и одной молекулы кристаллизационной воды, в составе IV остается фрагмент N5H15Cl3. Учитывая, что это соединение получено в результате взаимодействия гексаамминокомплекса рутения(II) можно предположить, что фрагмент «N5H15» – это пять молекул NH3, т. е. координационная формула IV – [Ru(NO)(NH3)5]Cl3 × H2O (моногидрат хлорида пентаамминнитрозорутения(II)).

    [Ru(NH3)6]Cl2 + 2NaNO2 + 3HCl ® [Ru(NO)(NH3)5]Cl3 × H2O + 2NaCl + N2­ + 2H2O

    7. Поскольку в спектре ЯМР 14N раствора II ([Ru(NO)(NH3)4(OH)]Cl2) присутствует два сигнала, следовательно в II содержится два типа атомов азота. Соотношение интенсивностей сигналов нам подсказывает, что один сигнал от атома азота нитрозогруппы, а второй – от четырех эквивалентных молекул аммиака, расположенных в квадрате октаэдрического комплекса. Таким образом, II – хлорид транс‑ гидроксотетраамминнитрозорутения(II).

    В спектре ЯМР 14N раствора IV присутствуют три сигнала: один – от атома азота нитрозогруппы, другой – от атома азота молекулы NH3, находящейся в транс- положении к нитрозогруппе, третий – от атомов азота четырех молекул NH3, находящихся в квадрате октаэдра. Соотношение интенсивностей этих сигналов – 1: 1: 4, соответственно.

     

    Система оценивания:

    1. Название семейства элементов – 1 балл.

    2. Уравнения реакций с участием перечисленных металлов – 1 балл ´ 3 = 3 балла.

    3. Уравнения двух различных промышленно важных реакций – 1 балл ´ 2 = 2 балла.

    4. Элемент (металл М) и происхождение его названия – 1 балл ´ 2 = 2 балла.

    5. Расчет атомной массы металла М и относительной погрешности – 1 балл ´ 2 = 2 балла.

    6. Координационные формулы IIV, А и Б – 1 балл ´ 6 = 6 баллов;

    Уравнения реакций, приведенных на схеме – 1 балл ´ 5 = 5 баллов.

    7. Структурные формулы соединений II и III – 1 балл ´ 2 = 2 балла;

    Число сигналов и соотношение интенсивностей в спектре ЯМР 14N – 1 балл ´ 2 = 2 балла.

    Итого – 25 баллов.

    Задача 3 (авторы Никитин С. В., Емельянов В. А.)

     

    1. Структурные формулы и названия исходных соединений:

    (принимать за верные также формулы без указанной делокализации связей)

    Cинее окрашивание с крахмалом дает иод, образующийся в реакции:

    2NaNO2 + 2KI + 4CH3COOH → I2 + 2NO­ + 2CH3COONa + 2CH3COOK + 2H2O.

    2. Поскольку вещества В и Г являются побочными продуктами синтеза и могут образовываться в реакциях щелочного раствора перманганата калия как с NaNO2, так и с Na2S2O5, следовательно, это продукты восстановления KMnO4. Зеленый цвет раствору придают манганат-ионы (K2MnO4 – соединение В), коричневый осадок – MnO2 (соединение Г).

    Уравнения реакций щелочного раствора перманганата калия с NaNO2 и с Na2S2O5:

    2KMnO4 + 4KOH + NaNO2 → 2K2MnO4 + NaNO3 + 2H2O;

    2KMnO4 + 3NaNO2 + H2O → 2MnO2¯ + 3NaNO3 + 2KOH;

    4KMnO4 + 6KOH + Na2S2O5 → 4K2MnO4 + Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O;

    4KMnO4 + 3Na2S2O5 + 2KOH → 4MnO2¯ + 3Na2SO4 + 3K2SO4 + H2O.

    3. Из данных по содержанию элементов в соединении А посчитаем соотношение N: O = 5, 22/14: 41, 74/16 = 1: 7. Молярная масса А в расчете на один атом азота получается 14/0, 0522 = 268 г/моль. Название соли Фреми (нитрозодисульфонат калия) подсказывает нам, что в ее состав еще входят сера (скорее всего, 2 атома на одну нитрозогруппу) и калий. За вычетом массы атома азота, семи атомов кислорода и двух атомов серы у нас остается 268 – 14 – 7∙ 16 – 2∙ 32 = 78 г/моль, что почти в точности соответствует двум атомам калия. Итак, состав А K2S2O7N или (KSO3)2NO или K2NO(SO3)2, что более точно согласуется с названием.

    Соль Фреми осаждается из сине-фиолетового раствора при добавлении насыщенного раствора KСl, хлора не содержит, а при растворении дает опять же сине-фиолетовый раствор. Эти факты наводят нас на мысль о том, что последняя стадия синтеза по сути есть замещение ионов Na+ в соединении Д на ионы К+. К тому же выводу можно прийти, рассчитав в соединении Д соотношение N: O = 5, 93/14: 47, 43/16 = 1: 7 и его молярную массу 14/0, 0593 = 236. После вычета массы атома азота, семи атомов кислорода и двух атомов серы у нас остается 236 – 14 – 7·16 – 2·32 = 46 г/моль, что отвечает двум атомам натрия. То есть, состав Д (NaSO3)2NO или Na2NO(SO3)2.

    Cоединения Д и Б имеют очень близкие содержания азота и кислорода, но Б еще содержит и водород. Отношение N: O: Н =5, 91/14: 47, 23/16: 0, 422: 1 = 1: 7: 1, молярная масса Б 14/0, 0591 = 237 г/моль, что ровно на единицу больше, чем у Д. Таким образом, состав Б (NaSO3)2NOН или Na2(SO3)2NOН.

    4. Уравнения реакций, происходящих при строгом соблюдении методики:

    а) NaNO2 + Na2S2O5 + CH3COОH → (NaSO3)2NOH + CH3COОNa + H2O;

    б) 3(NaSO3)2NOH + KMnO4 → 3(NaSO3)2NO·+ KOH + MnO2¯ + H2O;

    в) (NaSO3)2NO·+ KCl → NaCl + (KSO3)2NO↓.

    5.

    (принимать за верные также формулы без указанной делокализации связей)

    6. Плотность по водороду, равная 14, отвечает средней молярной массе 14·2 = 28 г/моль, что слишком похоже на азот, который действительно выделяется из неустойчивого водного раствора соли Фреми:

    2(KSO3)2NO·+ 2H2O → 2K2SO4 + 2Н2SO4 + N2­.

    Плотность 23, 5 отвечает молярной массе 23, 5·2 = 47 г/моль, что означает присутствие в газовой смеси довольно тяжелого газа, очевидно, содержащего серу (для SO2 64 г/моль). В этом случае в смеси должен быть и более легкий газ, причем твердым остатком, скорее всего, является устойчивый сульфат калия. Если вычесть из формулы исходного соединения фрагменты SO2 и K2SO4, остается NO, эквимолярное соотношение которого с SO2 как раз и дает (64 + 30)/2 = 47 г/моль:

    (KSO3)2NO·→ K2SO4 + NO­ + SO2­.

    7. Безусловно, водный раствор соединения Б не будет окислять иодид калия, иначе мы не смогли бы проверить наличие избытка NaNO2 на первой стадии синтеза. А вот соединение А, являющееся «универсальным одноэлектронным окислителем», конечно же, будет вступать в эту реакцию, причем в ходе его одноэлектронного восстановления как раз и получается калиевая соль аниона Б:

    2(KSO3)2NO·+ 2KI + H2O → 2(KSO3)2NOH + 2KOH + I2.

     

    Система оценивания:

    1. Три вещества (названия + структурные формулы) по 1б, уравнение реакции 1б 4 балла;

    2. Вещества В и Г по 1б, 4 уравнения реакций по 1б 6баллов;

    3. Состав соединений А, Б, Д (без строения) по 1 б, 3 уравнения реакций по 1б 3 балла;

    4. Три уравнения реакций по 1б 3 балла;

    5. Две структурные формулы и строение в твердой фазе по 1б 3 балла;

    6. Два газовых состава при верном соответствии по 1б, 2 уравнения реакций по 1 4 балла;

    7. Два верных ответа с аргументами по 1б 2 балла.

    Итого – 25 баллов






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.