ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ В СТАТЬЕ «ХИМИЯ НЕДР ЗЕМЛИ»

24
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ В СТАТЬЕ «ХИМИЯ НЕДР ЗЕМЛИ»
Задание №1. В центре Земли
1.1.
Поскольку объём сплава равен сумме объёмов металлов, то, приняв, что в 100 г сплава Х г
железа и (100-Х) г никеля, составим уравнение:
Х/7,874 + (100-Х)/8,90 = 100/8,06.
Откуда Х=80,0, а это, по принятому, соответствует массовой доле. Итак, w(Fe)= 80%, а w(Ni) = 20%.
1.2.
Молярная масса газа 4 . 8,5 = 34 г/моль. В состав газа входит водород, и с учётом валентных
возможностей это может соответствовать SiH4,
PH3, H2S. Поскольку молекула газа трёхатомна, то
это H2S.
При растворении в соляной кислоте протекали реакции
FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S,
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.
Отношение объёмов газов равно отношению их количеств, и поскольку n(H2)/n(H2S) =
3,19/1, то и n(Fe)/n(FeS) = 3,19/1. В смеси, состоящей из 3,19 моль Fe (M =56 г/моль) и 1 моль
FeS (М = 88 г/моль), содержится 1 моль S, тогда
w(S) =1. 32/(3,19 .56 + 1. 88) = 0,12 (12%).
Задание №2. Мантия
2.1.
Массовая доля кислорода в форстерите
Me2SiO4 равна 4. 16/М, а неизвестного элемента –
2МЭ/М, где М и МЭ – молярные массы минерала и
элемента. По условию 3МЭ/М:4. 16/М = 0,75:1, откуда МЭ = 24. Это соответствует магнию, и формула самого распространённого минерала в группе
оливина Mg2SiO4.
Формульная единица фаялита Me2SiO4 содержит 7 атомов. Из пропорции:
в 1 моль фаялита заключено 7 . 6,02 . 1023
атомов,
в Х моль ——————————6,32 . 1023 атомов,
найдём Х = 0,15 моль. Тогда М (фаялита) =
30,6/0,15 = 204 г/моль, и по разнице масс найдём
ММе = 56 г/моль. Это соответствует железу, и формула фаялита Fe2SiO4.
2.2.
В 1 см3 графита заключено 2,2 . 6,02 . 1023/12 =
1,1 . 1023 атомов углерода, и значит, объём одного
атома 1/(1,1 . 1023) = 9,1 . 10-24 см3.
В 1 см3 алмаза 3,3 . 6,02 . 1023/12 = 1,756 . 1023
атомов, и, следовательно, один атом занимает
объём 1/(1,756 . 1023) = 5,7 . 10-24 см3.
ÑÒÐÀÍÀ
ÇÍÀÍÈÉ
Задание №3. Над границей Мохо
3.1.
Название минерала лабрадор (см. табл.). В
100 г образца 37,5 г NaAlSi3O8 (M = 262 г/моль),
62,5 . ХAl2Si2O8 и 16,0 г Al. Обозначив молярную
массу анортита М и решив уравнение
37,5 . 27/262 + 62,5 . 54/М = 16, получим М = 278.
По разнице масс найдём М(Х) = 40 г/моль, что соответствует кальцию. Формула анортита
СаAl2Si2O8.
3.2.
Формулу каолинита можно представить в
виде 2AL2O3 4SiO2 4H2O (M = 516 г/моль). В
образце породы массой Х г было 0,95Х г минерала. Решив пропорцию:
при нагревании 516 г выделяется 72 г воды,
————————0,95 Х г——————35,8 г,
найдем Х= 270 г.
3.3.
Масса кальцита СаСО3 (М = 100 г/моль), занимавшего объём 16 дм3, равна 16 . 106 . 2,71 =
4,336 .107 г, а его количество 4,336. 107/100 =
4,336 .105 моль.
На растворение кальцита, как следует из
уравнения
СаСО3 + СО2 + Н2О ® Са(НСО3)2,
потребуется такое же количество, т.е.
4,336 .105 моль или
4,336 . 105 . 22,4 = 9,71 . 106 дм3 СО2.
Такой объём газа может быть перенесён
9,71. 106/1,7 = 5,71. 106 дм3 (5,71 . 109 г) воды за
5,71 . 109/1,2 = 4,76 . 109 секунд или ~ 150 лет. При
столь длительном процессе условия непостоянны,
и это приблизительный расчет.
Образование сталагмитов можно описать
следующей реакцией:
Са(НСО3)2 ® СаСО3 + СО2 + Н2О.
За 500 . 24 . 3600 = 4,32 . 107 секунд в пещеру
попадёт 4,32 . 10 7 . 0,1 = 4,32 . 10 6 г воды,
содержащей 4,32 . 10 6 . 0,161/100 = 6995 г
Са(НСО3)2 (М = 162). Из этого количества кислой соли может образоваться, судя по
уравнению, 6995 . 100/162 = 4293 г СаСО 3
(М = 100 г/моль, плотность 2,71 г/см3), которые
занимают объём 4293/2,71 = 1584 см3. Объём
цилиндра определяется по формуле V = pr2h, откуда h = 1584/(3,14.42) = 31,5 см. Следует учесть,
что из-за устанавливающегося равновесия
Са(НСОЗ)2 « СаСО3 + СО2 + Н2О продолжительность процессов значительно дольше.
№ 2 2015
25
3.4.
Представление процесса в виде
CaО . B2O3 . 2SiO2 + Ca(OH)2 ®
2CaO . B2O3 . 2SiO2 . H2O, ещё лучше
Ca(BO2)2 . 2SiO2 + Ca(OH)2 ®
Ca(BO2)2 . СаSiO3 . SiO2 . H2O
позволяет говорить о частичной нейтрализации SiO2.
При записи уравнения в виде
4CaO . 4SiO2 + Fe3O4 + SiO2 ®
CaO . FeO 2SiO2 + 3CaO . Fe2O3 . 3SiO2
видно, что в образующихся минералах железо находится в разных степенях окисления.
Задание №4 Состав земной коры
4.1.
Массовую долю элемента в гидриде
ЭНх(М = (МЭ + 1Х) г/моль) можно по условию
выразить уравнением М Э/(М Э+Х) = 0,948.
После преобразований получим МЭ = 18,23 . Х,
и при Х = 4 МЭ . 72,9, что соответствует германию (Ge). При Х = 3;5;7 молярные массы близки марганцу, цирконию и теллуру, но Zr и Te не
подходят по валентным возможностям, а гидрид Mn, наверняка, нелетуч.
Германий и его соединения находят применение в качестве полупроводников.
4.2.
В земной коре 3,95 . 1015. 106 = 4,187. 1017 г
палладия. Следовательно, масса земной коры
примерно 4,187. 1017/0,01 = 4,187. 1019 т, а масса
Земли 4,187 . 1019/0,007 = 5,98 . 1021 т.
К металлам платиновой группы относят рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платину.
4.3.
В земной коре на каждые 9,2 моль бериллия
приходится 3 моль свинца (отношение количества вещества равно отношению их мольных
долей). Следовательно, на 9,2. 9 = 82,8 г бериллия приходится 3. 207 = 621 г свинца, и массовый кларк свинца в 621/82,8 = 7,5 раз больше.
HgS + O2 ® Hg + SO2
получили бы по 0,35/0,7 = 0,5 моль продуктов,
значит, столько же было HgS (M = 233 г/моль) в
образце, и масса минерала 233 . 0,5 = 116,5 г. С учётом примесей масса образца 116,5/0,932 = 125 г.
5.2.
Схема получения интерметаллида
MeF3 ® Me ® MeCo6.
При отсутствии потерь масса интеметаллида MeCo6(MMe + 354) г/моль) составила бы
600/0,93 = 645 г. Из исходной соли (М = (ММе +
57) г/моль) количеством 265/(ММе + 57) моль
могли получить 645/(ММе + 354) моль интерметаллида. Тогда из 265/(ММе + 57) = 645/(ММе
+ 354) найдем ММе = 150 г/моль, что соответствует самарию (Sm).
Магнит на основе интеметаллида массой 600
г эквивалентен магниту на основе железа массой
144,6 . 56/0,9 = 9000 г, т.е. эффективность магнитов, включающих самарий, примерно в 9000/600
= 15 раз больше, чем железных.
5.3.
Выделилось 16,8/22,4 = 0,75 моль углекислого газа. Суммарное количество карбонатов
тоже 0,75 моль. Если в смеси А моль ХСО3, то
YCO3 – 4А моль. Тогда А + 4А = 0,75, и А = 0,15.
Следовательно, в смеси 0,15 моль ХСО3(М1) и
0,6 моль YCO3(М2). Массу исходной смеси
можно выразить уравнением
0,15 . М1 + 0,6 . М2 = 100,8.
Учитывая, что М1/М2 = 1,376, получим
0,15 . 1,376 . М2 + 0,6 . М2 = 100,8. Откуда М2 = 125, а
М1 = 172, что соответствует ZnCO3 и CdCO3.
Задание №5. У таблицы кларков
5.1.
Из уравнения 2 . 16/М = 0,5 найдём
М(ЭО 2 ) = 64 г/моль. По разнице масс
М(Э) = 32 г/моль, это соответствует сере, и формула газа SO2. Его количество 7,84/22,4 = 0,35
моль, столько же по условию и металла. Тогда
ММе = 70,2/0,35 = 200,6 г/моль, следовательно,
это – ртуть (Hg). Основным минералом ртути
является киноварь HgS.
При стопроцентном выходе продукта при
обжиге
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ В СТАТЬЕ «ХИМИЯ НЕДР ЗЕМЛИ»