ВсОШ 2025, 9 класс, №Н-1
«Дыхните в трубочку…»
Удобным способом количественного определения загрязняющих веществ в составе воздуха является использование индикаторных трубок, заполненных реагентом, нанесённом на пористый носитель. При прокачке через трубку точно отмеренного объёма исследуемого воздуха с помощью специального устройства, по длине зоны изменения окраски (на трубку нанесена шкала) измеряют концентрацию (% по объёму) определяемого вещества.
Газы , , и пары вещества могут попадать в воздух в результате утечек на различных производствах, а также в ходе естественных процессов в живой и неживой природе. Так , и выделяются в результате вулканической деятельности.
| Вещество | ||||
|---|---|---|---|---|
| (г/л), кПа, | ||||
| Реагент (р-ции –) | + крахмал | + крахмал + , | раств. соль | |
| Переход окраски | белая → синяя | синяя → белая | белая → черная | оранжевая → зеленая |
- Для веществ и в реакциях и есть одно общее вещество (крахмал не в счет), а для веществ и в реакциях и одинаков один из продуктов реакций, не содержащий металл.
- и бинарные, наличие в организме человека — отягчающее обстоятельство в суде.
- Обработка черного продукта реакции с растворимой солью перекисью водорода приводит образованию бесцветной нерастворимой соли (р-ция ).
При высокой загазованности, содержащиеся в воздухе примеси мешают точному определению , к мешающим газам относится и аммиак. Во избежание побочных реакций перед индикаторной зоной располагают трубку-поглотитель, содержащую (р-ции –). Разработана альтернативная методика определения : + крахмал + растворимая соль (р-ция ). образуется при взаимодействии с вещества либо вещества (р-ции –).
Вопрос 1. Определите вещества –. Ответ обоснуйте. В качестве ответа заполните таблицу.
Формулы вводите латинскими буквами и обычными цифрами. Обоснование приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Вопрос 2. Запишите уравнения реакций –, а также уравнения реакций и аммиака по-отдельности (р-ции и ) с реагентом для определения из таблицы, указывать номер реакции обязательно.
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос 3. Какой из реагентов более чувствителен, то есть позволяет регистрировать меньшее содержание в воздухе? Свой ответ поясните.
Выберите реагент; пояснение приведите в полном решении в конце задачи.
Оговорка источника. В официальном решении и критерии есть разночтение. Для автопроверки используется ответ из официального решения; подробность приведена в блоке решения.
Вопрос 4. Шкала индикаторной трубки откалибрована при . Измерение, сделанное при показало загрязнителя, сколько загрязнителя покажет трубка при охлаждении воздуха до .
Концентрация загрязнителя, мг/м.
Вопрос 5. Определите температуру , при которой проводились измерения плотности газов –.
Температура, . Введите число, округлив до целых. Округление исходных плотностей учтено в автопроверке.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
1. Вещество, присутствие которого в организме человека является отягчающим обстоятельством — этиловый спирт , имеющий г/моль. Это подтверждает другую качественную информацию условия — обычно просят «дыхнуть», когда есть подозрение о том, что человек не совсем трезв. Поскольку плотности газов измерены при одинаковых условиях, рассчитаем их молярные массы из соотношения плотностей:
г/моль, г/моль, г/моль.
«крахмал + йод = синяя окраска» упоминается в определении и : в случае эта окраска появляется, а в случае исчезает. Поскольку окисление йода () требует достаточно сильных окислителей, можно предположить, что выступает в этой реакции в роли восстановителя. Газ с молярной массой , проявляющий в этих условиях восстановительные свойства — это сернистый газ, . Среди газов, выделяющихся в ходе вулканической деятельности, стоит выделить () и (). Другие газы с подобными молярными массами ( — , , , — ) либо не являются устойчивыми загрязнителями, либо не выделяются в указанных условиях.
также проявляет восстановительные свойства, поэтому появление йода в ходе определения связано с окислительными свойствами бинарного вещества , содержащего йод в положительной степени окисления. Подходящим вариантом является , упоминаемый не раз в задачах олимпиад именно в качестве окислителя . Взаимодействие как йода, так и оксида йода с приводит к иодату калия .
Как известно, сероводород даёт черные осадки со многими «тяжелыми металлами», цвет осадка, а также малая растворимость и цвет продукта его окисления (сульфата) указывают что речь идет о соли свинца , у которого растворимых солей не так много. Таким образом с сероводородом протекает обменная реакция, в ходе которой выделяется кислота. Вслед за информацией об общем веществе в реакциях и можно сделать вывод что анион в составе соли либо совпадает с анионом бинарного , либо совпадает с анионом продукта определения этанола. Бинарных растворимых соединений у свинца, согласно таблице растворимости, нет, следовательно, продуктом окисления этанола будет уксусная кислота, а анионом в составе соли — ацетат. .
Для окисления этанола потребуется достаточно сильный окислитель, среди бинарных веществ указанный цветовой переход характерен для хромхром, откуда .
2. Уравнения проведенных реакций:
либо
3. Предположим, что концентрация реагента в трубке в каждом из случаев такова, что контрастность перехода окраски одинакова. По уравнениям и можно судить что при использовании для выделения моль йода потребуется впятеро большее количество по сравнению с количеством йода участвующего в реакции с , поэтому следует ожидать большей чувствительности в отношении .
4. Рассмотрим порцию воздуха, содержащую моль газовой смеси объёмом при температуре . При изменении температуры до при постоянном атмосферном давлении объём изменится в соответствии с уравнением изобары . При упоминаемых температурах количество газов в порции не изменится, а значит и масса загрязнителя в расчёте на моль смеси. Откуда , что с учетом приведет к
значит
5. По уравнению Менделеева-Клапейрона , поделив на объём обе части уравнения получим , откуда , взяв плотность и молярную массу любого газа из таблицы находим
или
Оговорка источника. В пункте официального решения указан реагент , а в строке официальной системы оценивания — . Официальные формулировки сохранены.