Задачи с решениями

Приведенная на рис. схема представляет в упрощенном виде технологическую линию по переработке хлорида натрия (на ней не показаны некоторые необходимые в производстве аппараты: насосы, промывные башни, теплообменники и пр.). Буквами $R_1, R_2, \cdots R_9$ на схеме обозначены реакторы и аппараты, в которых протекают основ, ные химические процессы. Линиями 1 - 20 обозначены трубопроводы, по которым осуществляется транспорту ровка сырья, полуфабрикатов и готовой продукции, а буквами А - F отмечены резервуары и контейнеры для готовой продукции. а. Приведите уравнения реакций, осуществляемых в реакторах $R$. Опишите принципы действия этих реакторов и кратко охарактеризуйте происходящие в них процессы (допустим, например, что в некотором реакторе $R_{10}$ осуществляется растворение $NaOH$ в горячей воде). б. Объясните, что транспортируется по трубопроводам 1-20. в. Назовите готовую продукцию, находящуюся в резервуарах и контейнерах $A-F$. При решении задачи можно воспользоваться следующими дополнительными данными: $R_1$ - электролизер с ртутными катодами и графитовыми анодами; $R_3$ - батарея выпарных аппаратов (обозначен только один из них) для концентрирования растворов: $R_5$ - фильтр-пресс для отделения кристаллов от раствора; $R_6$ - сушильная камера; $F$ - ненасыщенное соединение (мономер), который после полимеризации включается в состав ряда широко распространенных пластмасс; 1 - водный раствор хлорида натрия; 2 и 17 - вода; 10 - известковое молоко,

В 3 л смеси метана и этилена масса углерода в четыре раза больше массы водорода. Определите объем этилена.

Газовую смесь, состоящую из оксида углерода(II) и кислорода, имеющую относительную плотность по водороду 15, сожгли. Определите среднюю молярную массу смеси газов после реакции.

Продукты полного взаимодействия 1,17 г калия и 0,64 г серы осторожно внесли в воду, и образовавшийся прозрачный раствор разбавили до объема 50 мл. Определите молярные концентрации соединений в образовавшемся растворе. Вычислите максимальную массу брома, который может прореагировать с полученным раствором.

При действии избытка натрия на смесь этилового спирта и фенола выделилось 6,72 л водорода (н.у.). Для полной нейтрализации этой же смеси потребовалось 25 мл 40%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,4 г/мл). Определите массовые доли веществ в исходной смеси.

Расположите в ряд по убыванию объема поглощаемого углекислого газа равными объемами концентрированных растворов $Na_2CO_3, CuCl_2, Na_3PO_4$ и $NaCl$, содержащих равное количество молей веществ и одинаковые объемы воды. Дайте мотивированный ответ.

Сырой никель, содержащий 95,0 % $Ni$, 2,5 % $Cu$, 2,5 % $Fe$, подвергается электролитическому рафинированию. При осуществлении этого процесса пластина сырого никеля служит анодом, а пластина из тонкой стальной жести - катодом. Электролиз производится в электролизере, в котором анодное пространство отделено от катодного пористой диафрагмой. Катодное пространство заполнено раствором $NiSO_4$, концентрация которого в пересчете на никель равна $60 г/дм^3$, а также рядом других компонентов, содержащихся в малых концентрациях. Металлы, входящие в состав анода, окисляются на аноде и переходят в раствор, кислород при этом практически не выделяется. Раствор, заполняющий анодное пространство, непрерывно отводится из электролизера, так чтобы количество раствора в электролизере сохранялось неизменным. Выведенный из анодного пространства раствор, загрязненный ионами $Cu^{2+}$ и $Fe^{2+}$, подвергается очистке и вновь вводится, теперь уже в катодное пространство в качестве питающего раствора. а. Напишите уравнения электродных процессов. Установите, какие ионы находятся в удаляемом из электролизера растворе. б. Объясните, почему из раствора электролита необходимо устранять посторонние ионы. в. Первый этап очистки раствора заключается в продувании воздуха через слегка подщелоченный раствор. После отделения осадка к раствору добавляют порошкообразный никель, затем после повторного фильтрования и легкого подкисления раствор направляют в катодное пространство. Напишите уравнения описанных химических реакций по очистке раствора, Какие компоненты (элементы) и в какой последовательности удаляют из раствора? г. Содержание $Fe^{2+}$ в анодном растворе (в пересчете на железо) не превышает $1 г/дм^3$. Электролизер питают электрическим током силой 2,5 кА. Предполагая, что процессы анодного растворения металлов протекают со 100 %-ным выходом по току, вычислите минимально допустимую скорость течения раствора через электролизер ($дм^3/мин$). Атомные массы принять для $Ni$ - 58,7; $Cu$ - 63,5; $Fe$ - 55,8. д. Выход катодного процесса равен 98 %. Вычислите суточную продукцию электролизера (в килограммах чистого никеля).

Определите массу осадка, образовавшегося после пропускания в избыток аммиачного раствора оксида серебра $8,96 л$ (н.у.) смеси этана и ацетилена, в которой число атомов водорода в 1,5 раза больше числа атомов углерода.

Бесцветный газ объемом 5,6 л (н. у.) с относительной молекулярной массой на 3,4 % меньше, чем средняя относительная молекулярная масса воздуха, сожгли в избытке кислорода. Продукты сгорания пропустили через 10 %-ный раствор гидроксида натрия плотностью 1,1 г/мл. Определите минимальный объем раствора щелочи, если известно, что продукты сгорания исходного газа не содержат воду.

Продукты полного сгорания 3,36 л сероводорода (н.у.) в избытке кислорода поглощены 50,4 мл 23% -ного раствора гидроксида калия (плотность 1,21 г/мл). Вычислите массовые доли веществ в полученном растворе и массу осадка, который выделится при обработке этого раствора избытком гидроксида кальция.

При обработке 10,5 г этиленового углеводорода водным раствором перманганата калия получили 15,2 г двухатомного спирта. При реакции этого спирта с избытком натрия выделилось 4,48 л газа (н.у.). Определите строение спирта и рассчитайте его выход в первой реакции.

Как можно получить металлический натрий, располагая раствором поваренной соли?

А. Основным сырьем для производства алюминия служат бокситы. Подготовительный этап в производстве алюминия состоит в получении чистой окиси алюминия. Один из промышленных способов осуществления этой операции, предложенный Педерсеном, заключается в следующем: боксит, содержащий примерно 59 % $Al_2O_3$, 24 % $Fe_2O_3$, 7 % ($SiO_2 + TiO_2$) и 10 % $H_2O$, мелко размалывают, смешивают с известняком и коксом и подвергают сплавлению (спеканию) в электропечи при температуре $1500-1700^{\circ} C$. Часть соединений, входящих в состав смеси, при этом восстанавливается, часть разлагается, кроме того, в процессе сплавления образуется метаалюминат кальция в форме шлака с мольным отношением $Ca : Al = 1 : 2$. Из плава метаалюминат кальция извлекают выщелачиванием с помощью горячего раствора соды. После отделения от нерастворимых примесей чистый раствор алюмината натрия насыщают газообразной двуокисью углерода, что приводу к выпадению осадка $X$, который дополнительно подвергают ряду операций. В результате получается чистая окись алюминия (с выходом 85 % по отношению к количеству $Al_2O_3$, содержавшемуся в руде). а. Приведите уравнения реакций, протекающих при спекании, и назовите вещества, которые образуются в качестве побочных продуктов процесса. б. Напишите уравнения реакций, происходящих в процессе выщелачивания шлаков, и укажите вещества, которые входят в состав осадка, отделяемого фильтрованием. в. Напишите уравнение реакции осаждения осадка $X$ и объясните, на чем основывается процесс переработки $X$ в $Al_2O_3$. г. Вычислите, из какого количества руды (т) получается 1 т чистой окиси $Al_2O_3$. Б. Смесь расплавов $Al_2O_3$ и криолита $Na_3AlF_6$ подвергают электролизу на угольных анодах. Процесс электролиза протекает без выделения кислорода, так как последний полностью вступает в соединение с элементами, входящими в состав анода, и образует двуокись углерода. На 1 т получаемого алюминия расходуется около 400 кг углерода, входящего в состав анодов, при этом в течение суток при токе 100 кА выделяется несколько меньше 700 кг алюминия. Кроме алюминия на катоде не образуется никаких других продуктов. Условия технологического процесса таковы, что не происходит ни восстановления окиси или двуокиси углерода до углерода, ни восстановления двуокиси углерода углеродом и криолит не вступает ни в какие химические реакции. Образующийся в ходе электролиза газ содержит двуокись и окись углерода. Механическими потерями материала анода можно пренебречь. а. Напишите уравнения реакции, при которой образуется окись углерода. б. Вычислите состав газа (в процентах по объему), если известно, что на производство 1 т алюминия расходуется 400 кг углерода. в. Вычислите точно массу алюминия, выделяемую в течение суток при токе 100 кА. г. На основании закона Фарадея выведите формулу общей зависимости $W = f(z)$ выхода алюминия $W$ от процентного содержания (по объему) $CO_2$ в газах $z$. Проверьте применимость полученной вами формулы к условиям задачи. д. Вычислите эффективность (выход) процесса электролиза, если содержание $CO_2$ в отходящих газах составляет 80 % по объему. Пользуясь данными, приведенными в первой части задачи ($A$), вычислите, какое количество боксита необходимо для производства 1 т алюминия при данной эффективности процесса. е. Объясните роль криолита в проведении процессов электролиза.

В 2 л 0,05 М раствора уксусной кислоты содержится $6,1 \cdot 10^{22}$ непродиссоциированных молекул и ионов. Рассчитайте степень диссоциации кислоты.

К раствору, содержащему 19,44 г гидрокарбоната кальция, прибавили 20,52 г сульфата алюминия. Определите состав образовавшегося осадка и массы оставшихся в растворе солей. Считайте, что сульфат кальция осаждается полностью.

Оксид магния, полученный при прокаливании 50,4 г карбоната магния, растворен в строго необходимом количестве 25% -ной серной кислоты. Полученный раствор был охлажден, в результате чего выпал семиводный гидрат соли, а массовая доля безводной соли в растворе составила 26,2%. Рассчитайте массу выпавших кристаллов.

При окислении 17,6 г неизвестного кислородсодержащего органического соединения образовалось 24,0 г одноосновной карбоновой кислоты, при взаимодействии которой с избытком гндрокарбоната натрия выделилось 8,96 л (н.у.) газа. Определите строение исходного соединения.

Какими химическими способами можно доказать равноценность всех четырех $N-H$-связей в ионе аммония?

Продукты электролиза водного раствора натриевой соли некоторой одноосновной карбоновой кислоты пропустили через промывные склянки с баритовой водой и раствором едкого натра. Газ, выделявшийся на аноде, вызывал помутнение известковой воды; газ, полученный на катоде, проходил через склянки, не меняя своего объема. После окончания электролиза объемы газов, собранных в цилиндрах, оказались одинаковыми. После сгорания газов на стенках сосудов появились капельки воды, а баритовая вода, добавленная к продуктам сгорания газов (после их очистки), помутнела только в случае газа, выделившегося на аноде. а. Из каких элементов состоял газ, собранный после очистки газа, который образовался на аноде? б. Какова формула кислоты, если плотность полученного газа в 1,037 раза больше плотности воздуха при тех же условиях, а масса углерода, вводящего в его состав, составляет 80 % от массы газа?

Продукты полного сгорания 4,48 л сероводорода (н.у.) в избытке кислорода поглощены 53 мл 16%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,18 г/мл). Рассчитайте массовые доли веществ в полученном растворе и массу осадка, который выделится при обработке этого раствора избытком раствора гидроксида бария.

Газ, образовавшийся при сплавлении 12 г кремнезема с эквимолярным количеством карбоната калия, пропустили через 100 мл раствора гидроксида натрия с массовой долей растворенного вещества 10 % ($\rho = 1,11 г/мл$). Рассчитайте массу твердого продукта после сплавления. Какие вещества присутствуют в растворе, через который пропустили газ? Вычислите количества веществ в растворе. Определите массу твердого остатка, который можно получить, если упомянутый раствор сначала прокипятить, а потом осторожно упарить досуха.

4,4 г сульфида металла, имеющего формулу $MeS$ (металл проявляет в соединениях степени окисления +2 и +3), подвергли обжигу в избытке кислорода. Твердый остаток растворен в строго необходимом количестве 37,8%-ной азотной кислоты. Массовая доля соли в полученном растворе составляет 41,7%. При охлаждении этого раствора выпало 8,08 г кристаллогидрата, а массовая доля соли снизилась до 34,7%. Установите формулу кристаллогидрата.

Соединение состава $C_{4}H_{8}Cl_{2}$ с неразветвленным углеродным скелетом нагрели с водным раствором гидроксида натрия и получили органическое соединение, которое при окислении гидроксидом меди (II) превратилось в соединение состава $C_{4}H_{8}O_{2}$. Определите строение исходного соединения.

Докажите полный качественный состав следующих соединений, выделив каждый из элементов (кроме кислорода) в виде простого вещества: фосфат калия, карбонат аммония, серная кислота. Напишите уравнения соответствующих реакций и укажите условия их проведения.

Тонкие медные листы можно получить в ходе непрерывного электрохимического процесса. Схема соответствующего электролизера представлена на . Катодом здесь является вращающийся свинцовый барабан 1 длиной 1,50 м, диаметр которого равен 1,00 м. Угол погружения барабана $\alpha = 150^{\circ}$. Анодом служит свинцовое дно резервуара 2. Осажденную на катоде медную экесть отрывают и наматывают после промывки и высушивания на барабан 3. В качестве электролита используется проточный раствор, содержащий на входе в электролизер $230 г/дм^3$ $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ и $70 г/дм^3$ $H_2SO_4$. Плотность тока на катоде равна $10 А/дм^2$, напряжение на зажиме электролизера составляет 8,4 В. Выход по току практически равен 100 %. а. Необходимо получить листовой металл толщиной в 0,100 мм. Вычислите, с какой скоростью (обороты/мин) должен вращаться барабан катода. б. Содержание сульфата меди (в пересчете на $CuSO_4 \cdot 5H_2O$) на выходе электролизера должно быть не ниже $210 г/дм^3$. Вычислите минимальную скорость ($дм^3/ч$) подачи в электролизер питающего электролита. Вычислите состав электролита ($г/дм^3$), вытекающего из электролизера (изменением объема раствора пренебречь). в. Вычислите расход энергии постоянного электрического тока, необходимой для выпуска $1000 м^2$ жести указанной толщины. Плотность меди 8,93 $кг/дм^3$; атомная масса меди 63,54; молекулярная масса $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ 249,5; молекулярная масса $H_2SO_4$ 98, постоянная Фарадея 96500 Кл/г-экв.