Горизонты химииБанк олимпиадМуниципальный этап · 7–8 класс
Задание № 4
2025/26 · Московская область · страница 3
Условие
Задача 4.
Важное соединение
Соединение X – одно из самых крупнотоннажных соединений, получаемых в химической
промышленности. X применяется, в основном, для производства удобрений, а также, качестве
сырья для синтеза азотной кислоты.
Для получения X нужно приложить немало усилий. X получают из простых двухатомных
газов, один из которых является крайне инертным, из-за чего для ускорения реакции
используют специальные катализаторы. Одним из таких катализаторов является металл Y,
который широко используется в металлургии и является основным компонентом стали.
Известно, что отношение протонов и нейтронов в Y составляет 13:15.
При получении X, если реагенты брать в стехиометрических количествах, на входе в
реактор смесь содержит 25 мол. % простого вещества A и 75 мол. % простого вещества B, при
этом отношение масс A:B составляет 14:3.
Вопросы:
1. Установите формулы соединений X, Y, A, B. Для всех веществ ответ подтвердите расчетом
или логическими рассуждениями. Приведите название соединения X.
2. Какую среду имеет раствор, в котором растворено вещество X? С чем это связано? Запишите
уравнение реакции.
3. Какой объем X (при н.у.) можно получить из реакционной смеси объемом 200 л при
температуре 450°C и давлении 200 атм, если выход реакции составил 38%.
Самопроверка
Решение и пояснение
Решение задачи 4 (автор: Степурина М.Д.)
1. Начнем с определения вещества Y. Известно, что это металл и основной компонент стали.
𝑝 3
Рассмотрим соотношение протонов и нейтронов: 𝑛 . В таком случае, отношение массового
𝑝 𝑛 8
числа к порядковому номеру металла Y составляет . Металл с порядковым номером 13 –
𝑝 3
это алюминий, но его относительная атомная масса не равна 28. Тогда рассмотрим металл с
порядковым номером в два раза больше – это железо. Его порядковый номер – 26, а
относительная атомная масса – 56. Это полностью удовлетворяет условию задачи. Y – Fe.
Теперь определим оставшиеся вещества. Запишем схему реакции получения X:
A + 3B → X
Нетрудно догадаться, что коэффициент 3 перед B появляется в связи с тем, что в
стехиометрической смеси В в три раза больше А исходя из мольных процентов. Учитывая, что А
и В – это двухатомные простые газы, можно однозначно определить перечень веществ, которые
могут подходить под это описание: H2, F2, Cl2, O2, N2. Судя по соотношению масс (14:3),
соединение B – это легкий газ, скорее всего водород. В таком случае, составим уравнение:
3 г/моль 3
;
𝑥 г/моль
Откуда x = 14, что соответствует атому азота. В таком случае, A – N2, B – H2. По соотношению и
атомам, входящим в Х, несложно догадаться, что Х – NH3, аммиак.
2. Из курса школьной химии известно, что раствор аммиака в воде имеет щелочную среду, что
связано с его способностью образовывать ион аммония, связываясь с протоном при помощи
неподеленной электронной пары азота:
:NH3 + H2O → NH4+ + OH-
В результате этой реакции, протоны из воды связываются с азотом, что порождает избыток
гидроксид-анионов и повышает рН раствора.
3. Для нахождения количества реагентов в смеси, необходимо применить уравнение
Менделеева-Клапейрона:
𝑝𝑉
𝑝𝑉 𝜗𝑅𝑇; 𝜗 ;
𝑅𝑇
,3 5 кПа л
𝜗 67 ,3 моль
Дж
8,3 ( 5 73)К
моль К
Тогда, пусть 𝜗 (𝑁 ) 𝑥; 𝜗 (𝐻 ) 3𝑥; 67 ,3 𝑥, откуда 𝑥 68,6 моль. По уравнению
реакции:
N2 + 3H2 → 2NH3
𝜗(𝑁𝐻3 ) 𝜗 (𝑁 ) 𝑥 337, моль;
С учетом выхода реакции, 𝜗(𝑁𝐻3 ) 𝜗(𝑁𝐻3 теор ) ,38 8, моль. Тогда, легко найти
объем при н.у.
л
𝑉(𝑁𝐻3 ) 𝜗(𝑁𝐻3 ) 𝑉𝑀 8, моль , 869, л или 𝟐, 𝟖𝟕 м𝟑 .
моль
Система оценивания:
Пункт Элементы решения Оценка
1. Вещества X, Y, A, B – по 2 балла, В случае отсутствия 9
подтверждения расчетом и обоснования для всех веществ – 0 баллов.
Верное название X – 1 балл
2. Уравнение реакции - 3 балла, среда раствора 1 балл 4
3. Уравнение Менделеева-Клапейрона – 1 балл 7
Верные количества азота и водорода – по 2 балла каждое
Верный объем X – 2 балла
ИТОГО: 20 баллов
