Горизонты химииБанк олимпиадМуниципальный этап · 7–8 класс
Задание № 4
2025/26 · Республика Башкортостан · страница 7
Условие
Задача 4. Жар без огня (20 баллов)
Для разогрева еды в сухих пайках,
продуктах быстрого приготовления
и в походах может использоваться
беспламенный нагреватель. Его также
используют в саморазогревающихся
упаковках, что позволяет без пламени
поддерживать высокую температуру
(к примеру, для кипения воды)
на протяжении нескольких минут.
Такие нагреватели приходят в действие после добавления воды. Тепло
выделяется в результате экзотермической реакции с участием различных
химических веществ. Нагреватели имеют различный химический состав,
а значит, отличаются по характеристикам и эффективности.
Рассмотрим несколько беспламенных нагревателей со следующими
активными компонентами:
1 – оксид кальция; 2 – магний; 3 – хлорид кальция.
1. Напишите уравнения реакций, происходящие при добавлении воды
к нагревателю 1 и 2. Что происходит в случае нагревателя 3?
Был измерен тепловой эффект экзотермических реакций, проходящих
в указанных беспламенных нагревателях. На 1 моль активного вещества
для беспламенных нагревателей 1, 2, 3 выделяется 65800, 170000, 81000 Дж
тепла соответственно.
2. Рассчитайте, какое количество тепла выделится при использовании
100 г активного вещества каждого из нагревателей. Рассчитайте
удельную массовую эффективность (Дж/г). Какой обогреватель самый
эффективный? Какой самый неэффективный?
3. Какая масса активного вещества в случае каждого из нагревателей
потребуется туристу для нагрева 1 л воды с 20°C до кипения? Удельная
теплоёмкость воды равна 4200 Дж/(кг * °C). Плотность воды принять
равной 1 г/мл, потерями тепла при нагревании пренебречь.
4. Почему нельзя полностью герметично закрывать пакет/упаковку
при разогреве нагревателя?
Справка:
𝑄 = 𝑐 ∗ 𝑚 ∗ ∆𝑡,
где 𝑄 – теплота, Дж;
𝑚 – масса вещества, кг;
𝑐 – удельная теплоемкость, Дж/(кг * °C);
∆t – разность между конечной и начальной температурой вещества, °C.
Страница 7 из 8
Самопроверка
Решение и пояснение
Задача 4. Жар без огня
1. Оксид кальция – CaO, Магний – Mg, Хлорид кальция – CaCl2. Первые
два вступают во взаимодействие с водой:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
В случае нагревателя 3 происходит растворение, сопровождающееся
выделением тепла:
CaCl2 (тв) ⎯ CaCl2 (р-р)
2. Найдем количество тепла для каждого из нагревателей:
CaO: ∙ 100 = 117500 Дж
Mg: ∙ 100 = 708333 Дж
CaCl2: ∙ 100 = 72973 Дж
Для нахождения эффективности поделим теплоту на массу, то есть на
100 грамм. Эффективность каждого нагревателя соответственно:
CaO: 1175 Дж/г
Mg: 7083,33 Дж/г
CaCl2: 729,73 Дж/г
Самый эффективный – 2-й. Самый неэффективный – 3-й.
3. Рассчитаем количество тепла, необходимое для нагрева воды:
∆𝑡 = 100 − 20 = 80
𝑄 = 4200 ∙ 1 ∙ 80 = 336000 Дж
Найдем массы каждого из нагревателей, исходя из их эффективности:
m(CaO) = = 286 г
m(Mg) = = 47,4 г
,
m(CaCl2) = = 460 г
,
4. В результате экзотермической реакции выделяются пары воды (или, как
в случае с нагревателем 2, водород). Это приводит к повышению
давления, поэтому нельзя полностью герметично закрывать пакет при
нагреве.
Система оценивания:
1. Уравнения двух реакций с водой по 2 балла 5 баллов
Указание на процесс растворения – 1 балл
2. Расчет теплоты для 100 г нагревателя – по 1 баллу 7 баллов
Расчет удельной эффективности – по 1 баллу
Указание на эффективность двух нагревателей – по
0,5 балла
3. Расчет необходимой теплоты – 1,5 балла 6 баллов
Нахождение каждой требуемой массы – по 1,5 балла
4. Любое разумное объяснение 2 балла
ИТОГО 20 баллов
