← Все олимпиадные задачи
Задача 1 · Неорганика

Легчайший газ и его соединения

Легчайший газ X образует с неметаллами летучие водородные соединения.

Реакций 10Раздел НеорганикаУровень школьный

Легчайший газ X образует с неметаллами летучие водородные соединения. С хлором на свету он дает резкий газ A (реакция 1), а с азотом при давлении и нагревании — газ с характерным запахом B (реакция 2). Массовая доля легчайшего элемента в B составляет $17,65\%$. Газы A и B при смешивании образуют густой белый дым соли C (реакция 3).

При горении газа X в кислороде образуется жидкость D (реакция 4), которую можно разложить обратно на элементы электролизом (реакция 9). Если сжечь газ B в кислороде без катализатора, также образуется D и выделяется свободный азот (реакция 10).

Газ X способен реагировать с щелочноземельными металлами: при нагревании с кальцием образуется твердое ионное соединение E (реакция 5) с массовой долей легчайшего элемента $4,76\%$. При добавлении к E воды происходит бурное выделение газа X и образование суспензии F (гашеной извести) (реакция 6).

В промышленности X часто получают паровой конверсией метана G при нагревании с никелевым катализатором. При этом образуется смесь X и угарного газа H (синтез-газ) (реакция 7). Эта смесь при высоком давлении реагирует с образованием ценного жидкого спирта I (метанола) (реакция 8).

Схема превращений (10 веществ):

+ NH₃3 + HCl3 + Cl₂, hν1 + N₂, t°, p2 + O₂, t°4 электролиз6 + H₂O, t°, Ni7 + Ca, t°5 + H₂O6 + H₂O6 t°, p8 X A B C D E F G H I
Ещё превращения — вне схемы
  • B → D + O₂, t° (реакция 10)
  • X → I (реакция 8)

Показать решение и уравнения реакций

Ответ

Шаг 1: Расшифровка веществ.
Газ B с $17,65\%$ легчайшего элемента (H): это аммиак $NH_3$. $M = 14 + 3 = 17$. $\omega(H) = 3/17 \approx 0.1765$.
Твердое соединение E с $4,76\%$ H: это гидрид кальция $CaH_2$. $M = 40 + 2 = 42$. $\omega(H) = 2/42 \approx 0.0476$.
Следовательно, X — Водород ($H_2$).

Вещества: X = $H_2$, A = $HCl$, B = $NH_3$, C = $NH_4Cl$, D = $H_2O$, E = $CaH_2$, F = $Ca(OH)_2$, G = $CH_4$, H = $CO$, I = $CH_3OH$.

Реакции (10 уравнений):
1. $H_2 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$
2. $3H_2 + N_2 \xrightarrow{t^\circ, p, kat} 2NH_3$
3. $HCl + NH_3 \rightarrow NH_4Cl$
4. $2H_2 + O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2H_2O$
5. $H_2 + Ca \xrightarrow{t^\circ} CaH_2$
6. $CaH_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + 2H_2\uparrow$
7. $CH_4 + H_2O \xrightarrow{t^\circ, Ni} CO + 3H_2$
8. $CO + 2H_2 \xrightarrow{t^\circ, p, kat} CH_3OH$
9. $2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$
10. $4NH_3 + 3O_2 \xrightarrow{t^\circ} 2N_2 + 6H_2O$