Задания 3 тура.

Тестовые задания

1. Определите по графику ΔT, которое наблюдалось в данном калориметрическом эксперименте

1) 10 °C °C 5) 8 °С

2) 12 °C °C°С

2. Какой из приведенных углеводородов будет иметь наибольшую температуру плавления?

1) толуол 3) п-ксилол 5) этилбензол

2) бензол 4) м-ксилол 6) изопропилбензол

3. Для какого соединения стандартная энтальпия образования при 25 °С не равна нулю

1) Na(тв) 3) Cl2(г) 5) O3(г)

2) S8(тв) 4) C(графит) 6) H2(г)

4. Для удаления следовых количеств воды из растворителей используют следующий способ: растворитель кипятят с натрием или кальцием, а затем перегоняют, принимая меры для предотвращения попадания паров воды при конденсации пара. Для какого из перечисленных растворителей нельзя использовать данный метод осушки?

1) бензол 2) диэтиловый эфир 3) хлороформ

4) гексан 5) метанол 6) тетрагидрофуран

5. Положительным тестом на наличие сернистых соединений в бензине является

1) запах

2) окраска бензина

3) голубая окраска пламени при сгорании бензина

4) помутнение раствора при добавлении раствора хлорида бария

5) выделение желтого газа при нагревании

6) потемнение медной пластинки при нанесении капли бензина

6. Октановое число для какого соединения будет иметь максимальное значение?

1) толуол 3) пропан 5) 2,2,4-триметилпентан

2) гептан 4) 3,3-диметилгексан 6) додекан

7. На рисунке приведена фазовая диаграмма для SO2. Как называется точка А, обозначенная на рисунке

1) тройная точка 4) температура плавления

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2) нормальная температура кипения 5) температура кристаллизации

3) критическая точка 6) НКТР

8. У какого алкана впервые появляются оптические изомеры?

1) бутан 3) гексан 5) октан

2) пентан 4) гептан 6) нонан

9. Какое название имеет олигомер формальдегида со степенью полимеризации 20 – 50?

1) метилаль 2) полиоксиэтилен 3) паральдегид

4) параформ 5) метальдегид 6) формалин

10. Какой индикатор нужно использовать для определения точки эквивалентности при титровании 0,1 М раствора уксусной кислоты 0,2 н раствором гидроксида натрия?

1) метиловый оранжевый (рТ = 4) 4) тимолфталеин (рТ = 10)

2) метиловый красный (рТ =нейтральный красный (рТ = 7)

3) фенолфталеин (рТ =,4-динитрофенол (рТ = 3)

11. Термодинамическая константа равновесия химической реакции синтеза аммиака из водорода и азота имеет размерность:

1) безразмерная величина 3) атм 5) атм2

2) атм3 4) атм‑2 6) атм‑3

12. На скорость гомогенной реакции не влияет

1) изменение давления реагентов в системе

2) перемешивание

3) изменение концентрации реагирующих веществ

4) внесение катализатора

5) изменение температуры в системе

6) изменение соотношения между реагентами в системе

13. Для чистого вещества показатель преломления вещества при постоянной температуре является физико-химической константой. Как изменяется показатель преломления при увеличении температуры?

1) уменьшается

2) увеличивается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, затем не изменяется

5) сначала уменьшается, затем увеличивается

6) характер изменения показателя преломления каждого соединения различен

14. Смешанные алюмосиликаты, в кристаллической структуре которых имеются правильные поры одного размера, носят название

1) альмагель 3) цеолит 5) порапак

2) силумин 4) хромосорб 6) диатомит

English section.

(All points are doubled)

15. Silica is used as an effective adsorbent. Which compounds are most effective sorption on silica?

1) hydrogen 3) pentane 5) benzene

2) water 4) ethyl acetate 6) carbon dioxide

16. Choose the catalyst for alkylation of benzene due alcohols.

1) Al 3) AlCl3 5) Al2(SO4)3

2) HCl 4) H3PO4 6) Pd

17. Which of these substances has the highest refractive index at 20 °С?

1) ethanol 2) p-xylene 3) chloroform

4) hexane 5) water 6) ether

18. Which substances are formed in cracking process of hexane?

1) methane and carbon 4) propane

2) equimolar mixture of propane and propene 5) ethylene and hydrogen

3) benzene and hydrogen 6) ethane and butane

19. The pressure over liquid in a closed vessel depends on:

1. Temperature of the liquid 2. Quantity of the liquid 3. Value of the surface

1) 1 only 3) 3 only 5) 2 and 3 only

2) 2 only 4) 1 and 3 only 6) 1, 2, 3

20. Which of the processes are exothermic?

1) pyrolysis 3) dehydration 5) isomerization

2) decomposition 4) boiling 6) freezing

Задания 3 тура.

Задача 1.

Первому из равных посвящается…

Простейшим представителем обширнейшего класса углеводородов является метан (СН4). Он является первым представителем важнейшего для нефтеперерабатывающей промышленности класса алканов.

Данная задача посвящена физическим и химическим свойствам метана, а так же некоторым аспектам его применения. Для количественных расчетов используйте справочные данные, приведенные в таблице в конце задания.

1. Плотность жидкого метана при температуре кипения (-161 °С) составляет 0,415 г/см3. Считая метан при температуре кипения идеальным газом, рассчитайте, во сколько (приблизительно) раз увеличивается межмолекулярное расстояние при переходе метана из жидкого состояния в газообразное при нормальной температуре кипения.

2. Принимая во внимание, что энергия дисперсионного взаимодействия обратно пропорциональна межмолекулярному расстоянию в 6-й степени, оцените, во сколько раз уменьшается энергия межмолекулярного взаимодействия в газовой фазе по сравнению с жидкостью.

Идеальным называется газ, межмолекулярным взаимодействием между молекулами которого можно пренебречь. Уравнением состояния идеального газа является уравнение Менделеева-Клапейрона.

Метан при комнатной температуре и атмосферном давлении не является идеальным газом. Для неидеальных газов предложено несколько уравнений состояния, одним из наиболее известных является уравнение Ван-дер-Ваальса.

Для метана параметры уравнения Ван-дер-Ваальса имеют следующие значения а = 0,00449 см6·атм, b = 0,00191 см3. (при решении учтите, что давление выражено в атм).

3. Рассчитайте значение молярного объема метана как идеального газа при нормальной температуре кипения метана.

4. Рассчитайте значение молярного объема метана как реального газа при нормальной температуре кипения метана. Оцените знак и величину отклонения от идеальности для метана при данных условиях (в %).

5. Кратко объясните, почему знак отклонения имеет именно такую величину.

6. Рассчитайте, какое давление (МПа) будет в сосуде объемом 5 дм3, в котором содержится 600 г метана при 25 °С по уравнениям Менделеева-Клапейрона и Ван-дер-Ваальса.

English section.

(All points are doubled)

At the bottom of the seas and oceans there are huge reserves of methane clathrates. They are called methane hydrates. Methane hydrates may be produced and used as an energy source or raw material for organic synthesis.

7. What other relatively stable gas clathrates do you know? Give an example of one of such clathrates.

8. What is the nature of the bonding between methane molecules and water molecules in the clathrate?

9. What is your idea about the density of the clathrate: is it more than the density of water/less than the density of water? Explain your answer.

When complete decomposition of 1.00 g of a methane hydrate at 25 °C and 101.3 kPa 205 ml of methane are produced.

10. Determinate n in a formulae CH4×nH2O.

On our planet, the mass of methane in the form of hydrates is estimated as 5·1011 tons.

11. Imagine, that all the methane is burned, having reacted with atmospheric oxygen (the liquid water has formed). Calculate how much (in degrees) the Earth’s atmosphere is heated up as a result. The total heat capacity of the Earth's atmosphere is 4·1021 J/K.

Methane pyrolysis process proceeds differently depending on various conditions.

12. Give the equation of the thermal decomposition of methane at a temperature above 1600 °С.

13. Where are the methane pyrolysis products under these conditions used?

Если пиролиз метана проводить в смеси с аммиаком и кислородом, то образуется соединение, которое по классификации неорганических соединений можно отнести к классу кислот.

14. Приведите уравнение этого процесса.

15. Назовите эту кислоту.

16. С точки зрения классификации органических соединений это соединение не является кислотой. Укажите, к какому классу органических соединений оно принадлежит. С какой органической кислотой это соединение находится в генетической связи?

17. При тримеризации этого соединения на активированном угле при 400 – 500 °С может образоваться два изомерных вещества. Приведите структурные формулы этих изомеров и назовите их.

Молекула метана является высокосимметричной и представляет собой пример правильного тетраэдра, в вершинах которого располагаются атомы водорода, а в центре тетраэдра находится атом углерода.

18. Укажите тип гибридизации атома углерода в молекуле метана и валентный угол Н-С-Н.

19. Укажите, какие из элементов симметрии (плоскость симметрии, центр инверсии, поворотная ось n–го порядка) и в каком количестве имеются в молекуле метана?

20. Нарисуйте молекулу метана и укажите эти элементы симметрии.

В Республике Беларусь одним из крупнейших потребителей природного газа, основным компонентом которого является метан, является , находящийся в г. Гродно. Метан является исходным для получения водорода, который далее используют для синтеза аммиака. Водород из метана получают конверсией метана водяным паром.

21. Напишите уравнение этой реакции.

22. Запишите уравнение реакции, изменение энтальпии которой в точности совпадает со стандартной энтальпией образования метана.

23. Используя термодинамические данные, определите температуру равновероятности реакции конверсии метана водяным паром, считая, что изменение энтальпии и энтропии для этой реакции не зависит от температуры.

Реакция конверсии метана водяным паром является реакцией первого порядка по метану и первого порядка по Н2О (суммарный второй порядок). При 800 °С и равном начальном давлении метана и водяных паров, которое составляет по 2,5 атм, степень превращения метана через 1 час в реакции конверсии составляет 3 %, а при 850 °С за это же время в реакцию вступает 5,5 % метана.

24. Рассчитайте значение константы скорости этой реакции при указанных температурах и укажите ее размерность.

25. Рассчитайте энергию активации этой реакции в интервале температур 800 – 850 °С.

26. В присутствии никелевого катализатора энергия активации этой реакции уменьшается на 52 кДж/моль. Рассчитайте значение константы скорости реакции при 850 °С в присутствии катализатора.

В реактор поступает метан в смеси с перегретым водяным паром в соотношении 1 : 2,2 по молям. В выходящей из реактора паро-газовой смеси содержание метана составляет 4 % по объему.

27. В каком соотношении должны быть смешаны реагенты для достижения максимальной скорости реакции?

28. Почему на практике используют другое молярное соотношение между реагентами?

29. Рассчитайте массовую долю водорода в исходной смеси.

30. На основании данных из условия рассчитать степень конверсии метана в реакторе.

Трубчатый реактор для осуществления данного процесса имеет объем 85 м3. Средняя скорость расходования метана в реакторе составляет 0,085 моль/дм3·мин. Реакция конверсии метана является сильно эндотермичной. Необходимое для осуществления реакции тепло выделяется при сгорании метана.

31. Рассчитайте, с какой скоростью необходимо сжигать метан (кг/ч) в соседней печи для того, чтобы обеспечить постоянную температуру в реакторе? Считайте, что в реактор поступает 40 % от выделившегося в результате сгорания метана тепла.

В связи с потенциальным развитием водородной энергетики разработка процессов получения водорода становится весьма перспективной. При конверсии метана водяным паром наряду с водородом образуется окись углерода СО. Для работы топливных элементов требуется водород высокой чистоты.

32. Предложите 2 способа очистки водорода от СО на основании различий в физических свойствах Н2 и СО.

33. Предложите химический способ удаления СО из его смеси с водородом.

Справочные данные

Вещество

ΔfH°298, кДж/моль

S°298, Дж/моль·К

Вещество

ΔfH°298, кДж/моль

S°298, Дж/моль·К

O2

0

205,04

CO2

-393,51

213,66

CH4

-74,85

186,25

H2O(г)

-241,81

188,72

CO

-110,5

197,55

H2O(ж)

-285,83

70

H2

0

130,52


________________________________________

Лист ответов.

1

2

3

4

5

Менделеев-Клапейрон

Ван-дер-Ваальс

Отклонение %

6

Менделеев-Клапейрон

МПа

7

Ван-дер-Ваальс

МПа

8

9

10

n =

11

12

13

14

15

16

Класс

17

Формула 1

Формула

Кислоты

Формула 2

18

19

20

21

22

23

24

k1073

Размерность

k1123

25

Ea = кДж/моль

26

k =

27

28

29

W(H2) = %

30

Α(СН4) = %

31

32

1 способ

2 способ

33

Тестовое задание

1.

6.

11.

16.

2.

7.

12.

17.

3.

8.

13.

18.

4.

9.

14.

19.

5.

10.

15.

20.