Олимпиада АтоМиК Детская Ядерная Академия НИИАР Димитровград 2011

Детская Ядерная Академия НИИАР
Олимпиада АтоМиК
Ответы и критерии оценки основного тура по химии
Димитровград 2011
9 класс
Задание 1
Решение:
ф
а
з
о
т
с
е
р
а
ф
х
л
о
р
и
р
т
н
а
т
р
и
й
р
е
г
х
н
е
о
н
н
е
ц
и
й
й
N2 +6Li = 2Li3N (во влажном воздухе)
2Li + S = Li2S
2Li + Cl2 = 2LiCl
2Na + Cl2 = 2NaCl
6Na + N2 = 2Na3N 100° C, электрич. разряд
3Cl2 + 2P (красн.) = 2PCl3 сжигание P в Cl2
3Na + P (красн.) = Na3P (зел.)
200° C, в атмосфере Ar
4P (красн.) + 9S = P4S10
550° C, p, примесь P4Sx, где х=7,9
S + Cl2 = SCl2 до 20° C
или 2S + Cl2 = S2Cl2
125-130° C
Tc + 2Cl2 = TcCl4
Tc + 2S = TcS2
(T>500*C) так же возможно образование Tc2S7
Оценка
Заполнение кроссворда 9*0,5 = 4,5 балла
Реакции 11*0,5 = 5,5 баллов
Итого 10 баллов
Задача 2. Регенерация воздуха
Решение:
1) K + O2 = KO2
4KO2 + 2CO2 = 2K2CO3 + 3O2
2 KO2 + H2O → 2 KOH + 1,5 O2
2) В отличие от надпероксида натрия он легко получается при сгорании калия на воздухе.
По сравнению с надпероксидами рубидия и цезия он выделяет больше кислорода на
единицу массы.
3) n(CO2)=500/22,4*30*10 ≈ 6700 моль
n(КO2)= 6700*2=13400 моль
m(КO2)=71*13392,8/1000=951 кг
4) Чтобы не создавать избытка кислорода в замкнутой атмосфере, так как пероксид калия
выделяет меньше кислорода на 1 молекулу углекислого газа чем надпероксид.
2К2О2 + 2СО2 = К2СО3 + О2
Оценка:
Реакции 3*1= 3 балла
Сравнение надпероксидов различных металлов - 2 балл
Расчет - 3 балла
Роль пероксида калия в смеси – 2 балла
Итого 10 баллов
Задача 3. Угадай название
Решение:
Буква ―М‖ – медь
CuO + H2 = Cu
Cu + 2 H2SO4 (к) = CuSO4 + 2SO2 + 2H2O
CuSO4 + H2S = CuS + 2 H2SO4
CuS + 8HNO3 = Cu(NO3)2 + SO2 + 6NO2 + 4H2O
Буква ―И‖ – Иттрий
2Y + 6HCl = 2YCl3 + 3 H2↑
YCl3 + 3NH3 + 3H2O = Y(OH)3↓ + 3NH4Cl
2 Y(OH)3 = Y2O3 + 3H2O (T > 200°C)
Буква ―Ф‖ - фтор
F2 + Co = CoF3 (75-200°C)
CoF3 = CoF2 + F2 (T>350°C)
2CoF3 + 4H2O (хол) = Co2O3*хH2O↓ + 6HF
или
4CoF3 + 10H2O (гор) = 4Co(OH)2↓ + O2↑ + 12HF↑
Буква ―И‖ – Индий
2In + 3Cl2 = 2InCl3 (индий очень медленно реагирует с соляной кислотой)
InCl3 + 3NH3 + 3H2O = In(OH)3↓ + 3NH4Cl
2 In(OH)3 = In2O3 + 3H2O (T > 150°C)
X4Cl6 - это In3 [InСl6] содержит 3 атома индия в степени окисления +1 и один атом в
степени окисления +3. Именно эта реакция и позволяет сделать выбор между индием и
иттрием, т.к. у иттрия устойчива только степень окисления +3.
Оценка:
Правильно угаданные элементы – по 4*1 = 4 балла
Уравнения реакций 13*0,4 = 3,9 балла
Строение In3 [InСl6] 1,1 балл
Степени окисления 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 4. Неизвестный образец
Решение:
1) За время контакта металла с кислотой растворилось 50*1,68/100 = 0,84 г металла, при
этом выделилось 336*10-3/22,4 = 15*10-3 моль. Таким образом, масса эквивалента для
неизвестного металла равна 56/2 = 28 г/моль
X + HCl = (XCl)n + n/2H2↑
М(X) = 28*n
Разумный ответ получается при n=2 - это железо.
2) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
3) Любой сплав, где оба металла растворимы в соляной кислоте, при этом эквивалентная
масса одного из них должна быть больше, а другого меньше чем у железа. Например,
сплав никеля и марганца. Возможное соотношение между ними в сплаве подсчитать не
получится, так как, скорее всего один из металлов будет растворяться быстрее, другой
медленнее.
4) Na2CO3+ 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O (нейтрализация избытка соляной кислоты)
Na2CO3 + FeCl2 = FeCO3 ↓+ 2NaCl
4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 + 4CO2↑
В начале наблюдалось выделение газа, потом впадение осадка. Цвет его зависит от
соотношения примесей гидроксидов железа (II) и (III), которое в свою очередь зависит от
концентрации растворов и от того сколько времени прошло с момента растворения
железа. Осадок довольно быстро окисляется с поверхности и меняет свой цвет на бурый.
5) Любые сплавы железа с металлами нерастворимыми в соляной кислоте, например
медью.
Оценки:
1) Приведено решение задачи, дан ответ – железо – 2 балла;
2) Составлено уравнение реакции взаимодействия железа с кислотой – 1 балл;
3) Предложен вариант сплава, удовлетворяющий условию задачи – 2 балла;
4) Приведены реакции процессов, происходящих при добавлении соли – 1 балл;
описаны наблюдения – 2 балла;
5) Приведены примеры сплавов – 2 балла.
Итого: 10 баллов.
Задача 5. Ядерный синтез
Решение:
1) 12C + 1H = 13N + γ
13
N = 13C + e++ ν
13
C + 1H = 14N + γ
14
N + 1H = 15O + γ
15
O = 15N + e++ ν
15
N + 1H = 12C + 4He
2) Итого:
4 1H = 4He + 2 ν + 4γ
3) Данная реакция осуществляется на Солнце (и на других звездах).
4) 12С изменяет механизм реакции, следовательно, влияет на ее скорость, сам при этом не
расходуется. Т.е. формально ядра 12C в данном случае являются катализаторами
превращения водорода в гелий.
Оценка:
Ядерные реакции 6*1 = 6 баллов
Суммарная реакция – 2 балл
Место протекания реакции – 1 балл
Роль 12С -1 балл
Итого 10 баллов
10 класс
Задача 1. Кроссворд
Решение:
п
р
г
т
о
л
у
о
л
п
р
о
п
и
н
а
ц
е
т
о
н
н
е
р
х
м
е
т
а
н
о
л
а
н
и
л
и
н
р
1) CH3C≡CH + 2H2  C3H8
O
H 2C
H
C
CH 2
O
O
O
C
R
2)
ф
о
р
м
(Pd, T,p)
NaOH
O
C
C
о
+ 3H2O
H 2C
H
C
CH 2
OH
OH
+ 3 RCOOH
O
OH
R
R
3) CH4 + 3Cl2 = CHCl3 + 3 HCl (на свету или при нагревании) полученых хлороформ
содержит примеси CH2Cl2 и CCl4
Чистый хлороформ можно получить разложением трихлоруксусной кислоты
CCl3COOH → CHCl3 + CO2↑ (при нагревании)
4) Толуол можно получить каталитическим дегидрированием метилциклогексана
Ni / 400oC
+ 3 H2
Взрывчатым веществом, про которое идет речь, является тротил – 1,3,5-тринитротолуол.
5) Mg2C3 + 4H2O = 2Mg(OH)2 + CH3C≡CH
(Получается смесь газов, вторым компонентом которой является аллен СН2=С=СН2)
6) Ацетон получают действием серной кислоты на перекись кумола (изопропилбензол)
C6H5C(OOH)(CH3)2 → C6H5OH + (CH3)2C=O (H2SO4)
Так же можно получать ацетон термическим разложением ацетата бария
Ba(CH3COO)2 → BaCO3 + (CH3)2C=O (T>500ºC)
7) C6H5NO2 + 3Zn + 7HCl = C6H5NH3Cl + 2H2O + 3ZnCl2
C6H5NH3Cl + NH3 = C6H5NH2 + NH4Cl
8) CO + H2 = CH3OH ( 250 °C, 70 атм, ZnO/CuO)
Оценка
Заполнение кроссворда - 8*0,6 = 4,8 балла
Получение - 8*0,6 = 4,8 балла
Образование аллена - 0,6 баллов
Итого 10 баллов
Задача 2. Небесно-голубой метал
Решение:
1) Ba(CN)2 был необходим для снижения температуры плавления. Существенным
недостатком данного способа является опасность работы с цианидами. Кроме того,
наличие в расплаве бария не позволяет получать достаточно чистый металл.
2)СsAl(SO4)2·12H2O+2Ba(OH)2=2BaSO4+ Cs[Al(OH)4]+2H2O
Cs[Al(OH)4]→ CsAlO2+2Н2О (при нагревании)
2CsAlO2 + Mg
Mg (АlO2) 2 + 2Cs (при нагревании)
3) M (СsAl(SO4)2·12H2O)=568 г/моль
n (СsAl(SO4)2·12H2O) =14.2/568=0,025моль
n (Сs)=n (СsAl(SO4)2·12H2O)=0,025моль
m(Cs)=0,025*133=3,325 г
4) 2CsCl + Ca = CaCl2 + 2Cs
5) Данная реакция возможна, поскольку проводится при температурах, когда цезий
испаряется и отгоняется, летучесть хлористого кальция при 700°C невелика по этому
реакция возможна.
Оценка:
Недостаток способа Сеттерберга – 1 балл
Роль цианида бария – 1 балла
Уравнения реакций по 3*1 = 3 балла
Расчет массы цезия - 3 балла
Уравнение, соответствующее способу Акспиля - 1 балл
Объяснение возможности реакции - 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 3. Угадай название
Решение:
Буква ―М‖ – медь
CuO + H2 = Cu
Cu + 2 H2SO4 (к) = CuSO4 + 2SO2 + 2H2O
CuSO4 + H2S = CuS + 2 H2SO4
CuS + 8HNO3 = Cu(NO3)2 + SO2 + 6NO2 + 4H2O
Буква ―И‖ – Иттрий
2Y + 6HCl = 2YCl3 + 3 H2↑
YCl3 + 3NH3 + 3H2O = Y(OH)3↓ + 3NH4Cl
2 Y(OH)3 = Y2O3 + 3H2O (T > 200°C)
Буква ―Ф‖ - фтор
F2 + Co = CoF3 (75-200°C)
CoF3 = CoF2 + F2 (T>350°C)
2CoF3 + 4H2O (хол) = Co2O3*хH2O↓ + 6HF
или
4CoF3 + 10H2O (гор) = 4Co(OH)2↓ + O2↑ + 12HF↑
Буква ―И‖ – Индий
2In + 3Cl2 = 2InCl3 (индий очень медленно реагирует с соляной кислотой)
InCl3 + 3NH3 + 3H2O = In(OH)3↓ + 3NH4Cl
2 In(OH)3 = In2O3 + 3H2O (T > 150°C)
X4Cl6 - это In3 [InСl6] содержит 3 атома индия в степени окисления +1 и один атом в
степени окисления +3. Именно эта реакция и позволяет сделать выбор между индием и
иттрием, т.к. у иттрия устойчива только степень окисления +3.
Оценка:
Правильно угаданные элементы – по 4*1 = 4 балла
Уравнения реакций 13*0,4 = 3,9 балла
Строение In3 [InСl6] 1,1 балл
Степени окисления 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 4. Полимер
Решение:
1) Очевидно вещество B содержит 1 атом хлора (полуцелая масса) и углерод, возможно
фтор и водород.
При вычитании из 86,5 атомной массы фтора получается 51, что соответствует остатку
CHF2
Таким образом формула В – дифторхлорметан СHClF2,
А – тетрафторэтилен
Х – политетрафторэтилен (тефлон или фторопласт-4)
D - перфторизобутан (СF2=C(CF3)2)
F – Перфтороктановая кислота (С7F15COOH)
2) CHCl3 + 2HF = СHClF2 + 2HCl
(T)
СHClF2 = C2F4 + 2HCl
(T)
nC2F4 = (CF2)2n
(В присутствии инициаторов свободнорадикальных процессов)
3) Степень полимеризации - число мономерных звеньев в молекуле полимера
В данном случае ее можно найти исходя из отношения масс X и A
Для приведенного примера она составляет от 1*103 до 5*103.
4) Под алмазным сердцем подразумевается скелет из атомов углерода, под шкурой
носорога – атомы фтора, предохраняющие молекулу от действия окислителей.
5) R-(CF2)2n  R-(CF2)2n-4 + C4F8
R-(CF2)2n + O2 + 2H2O  R-(CF2)2n-16 + 2 С7F15COOH + 2HF
6) Антипригарные покрытия на посуде и утюгах, и т.д.
7) (CF2)n + nMg = nC + nMgF2
Оценка
Формулы A,B,C,D и Х - 0,5*5 = 2,5 балла
Название Х – 0,5 балла
Уравнение получения и полимеризации 3 балла
Степень полимеризации 1 балл
Реакции образования С и D 1*2 = 2 балла
Смысл цитаты 1 балл
Реакция с магнием 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 5. Получение алканов
Решение:
1) 2CH3Br + 2Na = CH3CH3 + 2NaBr
2CH3COONa + 2H2O = 2CH3* + CO2 ↑+ 2NaOH + H2 ↑
2CH3▪ = CH3CH3
2) Обозначим алкильные радикалы, соответствующие монохлорпроизводные буквами А и
B, тогда возможно образование 3х разных алканов АА, BB и AB.
Молекулярные массы которых соответственно равны 2M1-71, 2M2-71 и M1+M2-71 г/моль
3) Молярная масса натриевой соли равна 23/w(Na). На долю остатка -СOONa приходится
67 г/моль
При электролизе образуются свободные радикалы А* и B* c массами
23
23
 67 и
 67 , далее рассуждая как пошлом пункте получим молекулярные массы
x1
x2
продуктов равные
46
 134 ,
x1
46
 134
x2
и
23 23

 134 г/моль
x1 x2
4) В случае третичных галогенпроизводных будет реакция Вюрца сильно затруднена,
вследствие недоступности реакционного центра.
H3 C
CH2 Cl
H3 C
+
C
H 3C CH 3
H3 C
Na
C
C
H 3C CH 3
CH2 Na
C
H 3C CH 3
H2
C
H3C
H3 C
H3 C
CH3
C
CH3
3
CH CH
3
CH2
Cl
+
+
H 3C
CH 3
C
H 3C CH 3
H 3C
CH 3
H 3C
CH3
В реакции Кольбе если одна из солей была формиатом – вместо одного из алканов
образуется водород. Так же возможно диспропорционирование свободных радикалов с
23
 66
образованием алкана с молекулярной массой
x1
2RCH2CH2▪  RCH2CH3 + RCH=CH2
5) Алканы с нечетным количеством атомов углерода получаются при комбинации двух
разных аклильных радикалов. При этом из перечисленных реакций, только реакция
Вюрца позволяет избежать образования побочных продуктов, путем проведения реакции в
два этапа:
R-Hal + 2Na = RNa + NaHal
RNa + R'-Hal = R-R' + NaHal
Оценка
Уравнения получения этана 2*1 = 2 балла
Молекулярные массы алканов по реакции Вюрца – 3 балла
Молекулярные массы алканов по реакции Кольбе - 3 балла
Примеры, когда данный расчет не применим 1 балл (достаточно одного примера)
Получение алканов с нечетным числом атомов 1 балл
Итого 10 баллов
11 класс
Задача 1. Курение убивает
Решение:
1) C10H14N2 + 8,5O2 = N2 + 10CO2 + 7H2O
2) Целлюлоза
(С6H10O5)n + 6nO2 = 6nCO2 + 5nH2O
3) (NH4)3PO4 = (NH4)2HPO4 + NH3
(NH4)2HPO4 = (NH4)2HPO4 + NH3
Так же засчитываются варианты с образованием пирофосфатов и оксида фофсора (V)
2(NH2)2CO = NH3 + NH2CONHCONH2 (биурет)
В присутствии паров воды идет гидролиз мочевины
(NH2)2CO + H2O = 2NH3 + CO2
Фильтром задерживаются твердые вещества – гидрофосфат аммония, дигидрофосфат
аммония и биурет. Аммиак и углекислый газ проходят через фильтр.
4) C10H14N2*HX + MH3 = C10H14N2 + NH4X, где Х – кислотный остаток
5) Пиридин, никотиновая кислота, сажа, угарный газ и др.
6) За полный цикл (свободное горение + "затяжка") сгорает
60*0,25+1*2 = 17мм длины
Таким образом сигарета сгорит за 80/17 = 4,7 цикла
Зарегистрированное количество смолы пропорционально отношению длине, которая
сгорает во врем "затяжек" в общей длине.
Из условия задачи неизвестно с чего начинается цикл – с ожидания или с "затяжки".
Значит, машина может сделать как 4 затяжки, так и 5.
В первом случае через машину пройдет 100%*(4*2мм)/80мм = 10%
Во втором случае 100%*(5*2мм)/80мм = 12,5% от общего количества дыма.
После умножения на 65% эффективность улавливания смолы получим 6,5% и 8,13%
соответственно
Оценка
Горение никотина – 1 балл
Целлюлоза – 1 балл
Горение целлюлозы – 0,5 балл
Разложение фосфата аммония 1 балл (любая из реакций)
Разложение мочевины – 1 балл (любая из реакций)
Указание что задерживается фильтром 0,5 балл
Продукты неполного сгорания – 2 балла (по 1 за вещество)
Расчет количества смолы 3 балла
Итого 10 баллов
Задача 2. Полимер
Решение:
1) Очевидно вещество B содержит 1 атом хлора (полуцелая масса) и углерод, возможно
фтор и водород.
При вычитании из 86,5 атомной массы фтора получается 51, что соответствует остатку
CHF2
Таким образом формула В – дифторхлорметан СHClF2,
А – тетрафторэтилен
Х – политетрафторэтилен (тефлон или фторопласт-4)
D - перфторизобутан (СF2=C(CF3)2)
F – Перфтороктановая кислота (С7F15COOH)
2) CHCl3 + 2HF = СHClF2 + 2HCl
(T)
СHClF2 = C2F4 + 2HCl
(T)
nC2F4 = (CF2)2n
(В присутствии инициаторов свободнорадикальных процессов)
3) Степень полимеризации - число мономерных звеньев в молекуле полимера
В данном случае ее можно найти исходя из отношения масс X и A
Для приведенного примера она составляет от 1*103 до 5*103.
4) Под алмазным сердцем подразумевается скелет из атомов углерода, под шкурой
носорога – атомы фтора, предохраняющие молекулу от действия окислителей.
5) R-(CF2)2n  R-(CF2)2n-4 + C4F8
R-(CF2)2n + O2 + 2H2O  R-(CF2)2n-16 + 2 С7F15COOH + 2HF
6) Антипригарные покрытия на посуде и утюгах, и т.д.
7) (CF2)n + nMg = nC + nMgF2
Оценка
Формулы A,B,C,D и Х - 0,5*5 = 2,5 балла
Название Х – 0,5 балла
Уравнение получения и полимеризации 3 балла
Степень полимеризации 1 балл
Реакции образования С и D 1*2 = 2 балла
Смысл цитаты 1 балл
Реакция с магнием 1 балл
Итого 10 баллов
Задача 3. Уран, радиоактивность и многое другое
Решение:
1) Напишите схему реакции проведенной Пелиго для получения металлического урана.
Какое непременное условие, на ваш взгляд, необходимо для осуществление данной
реакции.
UCl4+K=4KCl+U
Данная реакция возможна только в безводной среде.
2) Какую формулу приписывали «урановой смолки» Менделеев, Армстронг и Берцелиус?
Каков состав урановой смолки по современным данным? Кто из ученых точнее определил
состав соединения?
Менделеев U:О=84,8/240:15,2/16=0,353:0,950=3:8 U3О8
Армстронг U:О=84,8/180:15,2/16=0,471:0,950=1:2 UО2
Берцелиус U:О=84,8/120:15,2/16=0,707:0,950=3:4 U3О4
Современный U:О=84,8/238:15,2/16=0,356:0,950=3:8 U3О8
Точнее всех определил состав соединения Д.И, менделеев
3) Поясните в чем неточность формулировки данной Резерфордом для названий
открытых им видов радиоактивного излучения
«альфа- и бета-лучи» Каковы
современные представления об открытых резерфордом «альфа- и бета-лучах»
Данные виды радиоактивного распада не являются лучами (волнами), а потоками частиц.
Вместе с тем можно отметить все объекты по современным представлениям имеет
двойственную природу (корпускулярно-волновой дуализм). Но в поведении альфа- и бетаизлучения преобладают корпускулярные свойства.
Альфа-распад (α-распад), испускание атомными ядрами альфа-частиц 42Не в процессе
самопроизвольного (спонтанного) радиоактивного распада
Бета-распад, β-распад, радиоактивный распад атомного ядра, сопровождающийся
вылетом из ядра электрона или позитрона. Этот процесс обусловлен самопроизвольным
превращением одного из нуклонов ядра в нуклон другого рода, а именно: превращением
либо нейтрона (n) в протон (p), либо протона в нейтрон. В первом случае из ядра вылетает
электрон (е-) — происходит так называемый β --распад. Во втором случае из ядра вылетает
позитрон (е+) — происходит β +-распад
4) Что в настоящее время понимается под открытыми Полем Вийаром гамма-лучами?
Гамма-излучение – это коротковолновое электромагнитное излучение. С длинной волны
λ<10-10м. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским
излучением, занимая область более высоких частот. и вследствие этого более ярко
выраженными корпускулярными свойствами, т.е. ведет себя подобно потоку частиц –
гамма квантов, или фотонов.
5) Приведите схемы реакций в результате прохождения которых Резерфорд мог
обнаружить, что излучение урановых препаратов неоднородно, что есть два вида
излучения — «альфа- и бета-лучи». если известна следующая часть схемы распада урана:
238
U→234Th→234Pa→234U.
238
234
4
92U→ 90Th+ 2He (α)
234
234
0
90T→
91Pa + -1β
2234
234
0
91Pa → 92U + -1β
6. Приведите схемы ядерных реакций лежащих в основе радиоуглеродного метода
датировки возраста объектов
14
14
7N+n→ 6C+p
14
6C
→ 147N + 0-1β +ύe
7. Что такое период полураспада? На основании принципа радиоуглеродного метода
датировки возраста объектов и данных полученных Лобби о периоде полураспада 14С
определите возраст образца древесины содержание углерода-14 в котором составляет
6,25% от современного уровня.
Период полураспада, промежуток времени, в течение которого количество радиоактивных
ядер в среднем уменьшается вдвое
m/m0=2-n n=T/T1/2
m/m0=2 - n
0,0625=2-n n=4
4=х/5730
х=22920 лет
Оценка:
1) Приведена схема реакции Пелиго, указанны условия ее проведения – 1 балл;
2) Приведены формулы «урановой смолки» по Менделееву, Армстронгу, Берцелиусу – 2
балла;
3) Объяснена неточность формулировки данной Резерфордом – 1 балл;
4) Дано современное определение гамма-лучей – 1 балл;
5) Приведена схема распада урана – 2 балла;
6) Приведены схемы ядерных реакций, лежащих в основе радиоуглеродного метода
определение возраста объектов – 1 балл;
7) Определен возраст древесины – 2 балла.
Итого: 10 баллов
Задача 4. Автокатализ
Решение:
1) В первом абзаце говорится про фиксированную температуру. Если скорость
выделения тепла очень велика, тепло не успевает отводиться. Температура реакционной
смеси поднимается, константа скорости увеличивается, что приводит к еще большему
выделению тепла и еще большему увеличению скорости.
2) Медь малоактивный металл, находится в ряду напряжений правее водорода и не
восстанавливать ионы водорода.
3) [CuCl4]2- и [CuCl2]4) Cu + O2 = CuO
CuO + 4HCl = H2[CuCl4] + H2O
H2[CuCl4] + Cu = 2 H[CuCl2]
4H[CuCl2] + O2 = 4CuCl2 + 2H2O
CuCl2 + 2 HCl = H2[CuCl4]
(В ответе обязательно должна быть первоначальная реакция с оксидом, реакция металла
меди с комплексом Cu(II), и реакция окисления комплекса меди (I)).
5) Катализатор не должен расходоваться, а значит должен присутствовать в конечном
растворе. Таким образом, в зависимости от концентрации соляной кислоты в конечном
растворе катализатором следует считать CuCl2 или комплекс H2[CuCl4].
6) Да может. Во-первых зависимость скорости автокаталитической реакции от
соотношения реагент:катализатор проходит через максимум (при низкой концентрации
реагента и высокой концентрации катализатора скорость убывает со временем). Вовторых катализаторы делятся на два вида: активаторы (ускоряют реакцию) и ингибиторы
(замедляют реакцию). Т.е. существуют реакции, в которых продукт служит ингибитором
процесса.
7) Другим примером автокаталитических реакций является восстановление KMnO4
щавелевой кислотой. Катализатором реакции служат соли Mn(II).
Разветвленные свободнорадикальные реакции не являются примерами автокатализа, т.к.
промежуточные частицы не подходят под определения катализатора (см. цитату).
Оценка:
Объяснение противоречия – 1балл
Место меди в ряду напряжения – 1 балл
Формылы комплексных соединений - 1*2 = 2 балла
Уравнения процессов растворения меди - 3 балла
Выбор катализатора – 1 балл
Убыль скорости автокаталитической реакции - 1 балл
Пример автокаталитической реакции – 1балл
Итого 10 баллов.
Задача 5. Батарейка
Решение:
1) Существенным недостатком элемента Вольта при включении его на внешнюю нагрузку
было восстановление ионов водорода на электроде из серебра (или меди) до
молекулярного водорода, покрывавшего мелкими пузырьками электрод, вследствие чего
ток прекращался.
Недостатком элемента Дж. Даниеля состоит в том, что даже при разомкнутой внешней
цепи расходуется цинк (растворяется в серной кислоте)
2) В элементе Даниэля-Якоби цинковый электрод вместо раствора серной кислоты
помещен в раствор сульфата цинка. Такой элемент характеризуется длительной
стабильностью.
3) Элемент Даниэля-Якоби
Zn - 2e- = Zn2+ (анод)
Cu2+ + 2e- = Cu (катод)
В дополнении в элементе Дж. Даниеля шла реакция
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑
4) Рассчитайте ЭДС элемента Даниэля-Якоби, если концентрация электролита, в который
погружен катод в 2 раза выше концентрации электролита, в который погружен анод.
образом
Е0Zn/Zn2+= -0,76В
Е0Сu/Cu2+=0,80В
При сохранении соотношений концентраций электролитов в катодном и анодном
пространстве ЭДС элемента не изменится. Расчет ЭДС можно проводить при любых
выбранных концентрациях при условии что концентрация сульфата меди будет в 2 разы
выше концентрации сульфата цинка. Пусть концентрация сульфата цинка 1моль/л а
концентрация сульфата меди 2 моль/л. Тогда ЕZn/Zn2+ = -0,76 В, а ЕСu/Cu2+= +0,79 В
ЭДС = Ек-Еа=0,79+0,76=1,55В
5) Несмотря на то, что алюминий в ряду стандартных электродных потенциалов
находится левее цинка электроны перемещаются от цинка к алюминию поскольку в
данном случае алюминий покрыт прочной оксидной пленкой. Оксидная пленка резко
препятствует отдачи электронов алюминием. Схему гальванического элемента в данном
случае можно представит так:
Zn /NaCl водн // Аl2O3 ·nH2O/ Аl
На алюминиевом электроде протекают следующие процессы:
1) Аl0-3e→ Аl3+
2) Аl2O3 ·nH2O +6H+ +6e→ 2Аl3++ (3+n) H2O
при этом преобладает второй процесс.
При добавлении в раствор электролита нашатырного спирта толщина оксидной пленки
увеличивается вследствие чего преобладание процесса 2 над процессом 1 становится еще
более существенным следствием этого является увеличение отклонения стрелки
гальванометра.
При добавлении к раствору электролита гидроксид натрия оксидная пленка растворяется:
Аl2O3 +2NaOH+3H2O→2Na [Аl(OH)4]
Очищенный от оксидной пленки алюминий отдает электроны легче, чем цинк и стрелка
гальванометра отклоняется в противоположном направлении.