ВсОШ 2024, 9 класс, №9-4

Превращение доступного соединения в простые вещества и является одной из главных проблем современной энергетики и уже много лет занимает умы исследователей в этой области. Один из химических циклов, предложенных для переработки в продукты и , включает три процесса:

Известно, что при нормальных условиях вещество – твёрдое, и – жидкие, а , , и – газы. Плотность газовой смеси и , образующейся в р-ции 3 при при общем давлении атм, равна г/л, а плотность газообразной смеси продуктов р-ции 2 при и общем давлении атм составляет г/л.

Запишите суммарное уравнение реакции, для проведения которой используется описанный цикл (можно использовать буквенные обозначения).

Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.

Установите формулы всех неизвестных веществ. Ответ подтвердите расчётом.

Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Формула .

Войдите, чтобы проверять ответы

Предложите альтернативный способ превращения в и .

Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.

Температурные зависимости стандартных энергий Гиббса (в Дж/моль) реакций и имеют следующий вид:

Первый процесс - экзотермический, поэтому для эффективного протекания реакции необходимо отводить тепло. Вторая реакция, напротив, требует нагревания.

Установите температуру, выше которой реакция становится несамопроизвольной при стандартных давлениях газообразных участников, и температуру, выше которой предпочтительно проводить реакцию , при стандартных давлениях реагентов и продуктов.

Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.

Температурная граница реакции 1, .

Войдите, чтобы проверять ответы

Температурная граница реакции 2, .

Войдите, чтобы проверять ответы

Реакции – проводят в существенно различных условиях, поэтому агрегатные состояния некоторых реагентов в них различаются. Например, реакция эндотермична ( кДж/моль) и требует нагревания. Если привести термодинамические функции к единым условиям, то выражение для стандартной энергии Гиббса реакции примет вид:

Рассчитайте совокупный тепловой эффект превращения в и .

, кДж/моль.

Войдите, чтобы проверять ответы

Полное решение задачи.

Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.

Фото или PDF, до 20 МБ на файл, до 10 файлов. Ответ проверят вручную.
Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение

Проведём сложение имеющихся реакций, предварительно удвоив реакции и , чтобы коэффициенты перед веществами и совпали:
+ + = +
= + +
= +
В результате такого сложения промежуточные вещества сократятся. Оставшиеся в реакции вещества соответствуют уравнению:
= +
В этой реакции из жидкости образуются газообразные простые вещества и . Учитывая агрегатной состояние , коэффициенты в уравнении реакции, а также упоминание современной энергетики, можно предположить, что речь идёт о разложении воды на водород и кислород. Действительно, водород является экологичным видом топлива, однако его получение из наиболее очевидного источника – воды – является экономически невыгодным процессом. Итак, – , – , – . С установленными веществами схема выглядит следующим образом:
+ + = +
= + +
= +
В таком виде реакция может соответствовать разложению кислоты (учитывая газообразное состояние продуктов), а реакция – разложению водородного соединения. Установим средние молярные массы соответствующих смесей:

Первая молярная масса может быть связана с составом смеси следующим образом:

Откуда M(B) = г/моль. Среди кислотных оксидов такая молярная масса соответствуют диоксиду серы . Тогда – , – . Средняя молярная масса смеси, полученной в реакции , – полусумма молярных масс водорода и , откуда M(A) = г/моль. Также эта средняя молярная масса совпадает с молярной массой : M(C) = г/моль. Этим молярным массам хорошо соответствуют иод и иодоводород. Последний действительно легко разлагается при нагревании на простые вещества. Агрегатные состояния веществ, упомянутые в условии, подтверждают это предположение. Тогда – , – . Полный цикл выглядит следующим образом:
+ + = +
= + +
= +
Альтернативным способом разложения воды на водород и кислород является, например, электролиз водных растворов кислот , или щелочей . Процесс самопроизволен, когда стандартная энергия Гиббса отрицательна. Для ответа на первый вопрос необходимо решить неравенство вида:

Откуда K или .

Для проведения реакции стандартная энергия Гиббса реакции должна быть отрицательна:

Откуда K или .

Первые числа в уравнениях для свободной энергии Гиббса реакций и – энтальпии соответствующих процессов в Дж/моль. Тогда кДж/моль, а кДж/моль (в расчётах используется энтальпия процесса , агрегатные состояния веществ в котором соответствуют агрегатным состояниям веществ в процессах и ). Ранее было показано, что совокупный процесс разложения воды – сумма удвоенных реакций и и реакции . Согласно следствию из закона Гесса, то же справедливо для энтальпии:

Полученная величина соответствует удвоенной энтальпии разложения газообразной воды = кДж/моль).

1

Уравнение реакции

3
2

Формулы веществ , , и – по баллу

7
3

Альтернативный способ разложения воды Указание на электролиз воды без упоминания электролита оценивается половиной от максимального балла.

2
4

Расчёт двух температур по балла

4
5

Расчёт теплового эффекта, уравнение в общем виде с ошибкой в расчёте – балла

4
Максимум: 20

Похожие задачи

ВсОШ 2024, 9 класс, №9-1

Электролит – один из важных компонентов аккумулятора. Раствор неорганической соли X в полярном апротонном растворителе часто используется в качестве электролита для литий-ионных аккумуляторов. Один из ионов соли X имеет октаэдрическую структуру и состоит из элементов малых периодов. Синтез X проводи

ВсОШ 2026, 9 класс, №1

Бинарное вещество X1 – бесцветные кристаллы. Для его полного растворения в воде необходимо подкисление. При действии тиомочевины и иодида натрия в гидротермальных условиях вещество X1 превращается в пурпурно -красные кристаллы X2 (р-ция 1), причем из 1.00 г X1

ВсОШ 2025, 11 класс, №11-2

Задача про mathrm{P} от студента P... Судя по кляксам, студентка A.. была где-то рядом В один прекрасный день студент P... решил покопаться в Интернете: «Вот бы найти какое-нибудь интересное соединение!». И тогда он вспомнил про многообразие фосфид-анионов. Соединения A и mathrm{B} сразу заинтересов

ВсОШ 2026, 10 класс, №2

На схеме ниже зашифрованы превращения некоторых соединений, являющихся производными известной кислоты X: Схема превращений производных кислоты X, реакции 1–10 Если продукты реакции 3 пропустить через воду, а к полученному раствору добавить раствор нитрата серебра, то выпадает белый творожистый осадо