Конкурс Химия и Великая Отечественная война

Вспомним начало войны.1941 год. Немецкие танки рвутся к Москве, Красная Армия буквально грудью сдерживает врага. Не хватает обмундирования, продовольствия и боеприпасов, но самое главное - катастрофически не хватает противотанковых средств. В этот критический период на помощь приходят ученые - энтузиасты: в два дня на одном из военных заводов налаживается выпуск бутылок с зажигательной смесью бутылок КС (Качугина-Солодовникова) или просто бутылок с горючей смесью. Это незамысловатое химическое устройство уничтожает немецкую химическую технику не только в начале войны, но и в 1942-1943гг. под Сталинградом, в 1944г - у Ясси даже весной 1945г - в Берлине.

Что представляли собой эти бутылки КС? К обыкновенной бутылке прикреплялись резинкой ампулы, содержащие концентрированную серную кислоту, бертолетову соль и сахарную пудру, в бутылки заливали бензин, керосин или масло. Как только бутылка при ударе разбивалась о броню, компоненты запала вступали в химическую реакцию, происходила сильная вспышка, и горючее воспламенялось.

Задание.

1. Уравняйте приведенные уравнения реакций, иллюстрирующие действие запала бутылок КС:

KClO₃ + H₂SO₄ ClO₂ + KClO₄ + K₂SO₄ + H₂O

ClO₂ Cl₂ + O₂

C₁₂H₂₂O₁₁ + O₂ CO₂+ H₂O

2. Какие углеводороды являются основными составляющими бензина, керосина и лигроина? Что является природным источником этих углеводородов?

3. Почему все три компонента запала берутся по отдельности? Может быть их заранее смешать: а) бертолетову соль и сахарную пудру; б) концентрированную серную кислоту и сахарную пудру? Ответ обоснуйте.

Многие ваши сверстники в военные годы во время налетов дежурили на крышах домов. Одной из основных задач была борьба с зажигательными бомбами, которые во множестве сбрасывали на промышленные районы и города нашей Родины. Начинкой таких бомб была смесь порошков алюминия, магния и оксида железа, детонатором служила гремучая ртуть. Иногда в состав зажигательных бомб добавляли некоторое количество битума или нефти. при ударе бомбы о землю срабатывал детонатор, воспламеняющий зажигательный состав, который быстро разогревался до высокой температуры и все начинало гореть.

Задания.

Напишите уравнения реакций, происходящих при взрыве такой бомбы. Можно ли было тушить горящий зажигательный состав водой? Зачем в зажигательный состав вводили битум или нефть?

1. Алюминий использовали не только в зажигательных бомбах. также, как и магний ,он служил конструкционным материалом, широко использующимся в самолетостроении, и даже, более того, алюминий применялся для «активной» защиты самолетов.

Так, при отражении налетов авиации на Гамбург операторы немецких радиолокационных станций обнаружили на экранах индикаторов неожиданные помехи, которые делали невозможным распознавание сигналов от приближающихся самолетов. Помехи были вызваны лентами из алюминиевой фольги, сбрасываемыми самолетами союзников. При налетах на Германию было сброшено 20 000 тонн алюминиевой фольги. Рассчитайте, сколько атомов алюминия выбросили на ветер» союзники.

Во время ночных налётов для освящения цели бомбардировщики сбрасывали на парашютах осветительные ракеты. В состав такой ракеты входил порошок магния, спрессованный с особыми составами, и запал из угля, бертолетовой соли солей кальция. При запуске осветительной ракеты высоко над землёй красивым жёлтым пламенем горел запал; по мере снижения ракеты свет постепенно делается более ровным, ярким и белым - это загорается магний. Наконец цель освещена и видна почти так же хорошо, как и днём, и лётчики начинают прицельную бомбардировку.

Задания.

1. Уравнять реакцию, иллюстрирующую горение запала:

KCIO₃ + C = KCI + CO₂

2. Напишите и уровняйте реакции, происходящие при горения магния в воздухе.

3. Магний использовался не только для создания осветительных ракет. В огромных количествах он использовался в авиации - основном потребителе этого металла. По этой причине магний добывали даже из морской воды. Технология его извлечения такова: морскую воду смешивают в огромных баках с известковым молоком. Затем, действуя на выпавший осадок соляной кислотой, получают хлорид магния, из которого электролизом выделяют металлический магний.

Приведите уравнения всех описанных реакций.

В 1943 г. Датский физик лауреат Нобелевской премии Нильс Бор, спасаясь от гитлеровских оккупантов, был вынужден покинуть Копенгаген. Но у него хранились две золотые Нобелевские медали его коллег - немецких физиков-антифашистов Джеймса Франка и Макса фон Лауэ (медаль самого Бора была вывезена из дани раньше). Не рискуя взять медали с собой, ученый растворил их в царской водке и поставил ничем не примечательную бутылку подальше на полку, где пылилось много таких же бутылок и пузырьков с различными жидкостями. Вернувшись после войны в лабораторию, Бор прежде всего нашел драгоценную бутылку. По его просьбе сотрудники выделили из раствора золото и заново изготовили обе детали.

Задание

1. Уровняйте реакцию растворения золота в царской водке:

Au + HNO₃ + HCI = H[AuCI₄] + NO + H₂O.

2. С золотом связана ещё одна интересная история. В конце второй мировой войны правители «независимого» Словацкого государства, сформированного Гитлером в 1939 г. на территории Чехословакии, задумали предпринять часть золотого запаса страны. Когда линия фронта значительно приблизилась, эсэсовцы окружили здание банка, и офицер, угрожая служащим расстрелом, приказал сдать ценности. Через несколько минут ящики с золотом перекачивали из сейфов в эсэсовские грузовики. Дельцы радостно потирали руки, не подозревая, что в ящиках хранятся слитки «золота», предусмотрительно изготовленные директором монетного завода из … олова! Настоящее же золото осталось в тайниках банка дожидаться окончания войны. Как вы понимаете, директор банка сильно рисковал, ведь существует несколько достаточно простых способов, с помощью которых можно отличить золото от подделки. Назовите эти способы.

Было бы не справедливо не вспомнить сегодня о порохе. В основном во время войны использовался порох нитроцеллюлозный (бездымный) и реже чёрный (дымный). Основой первого является высокомолекулярное взрывчатое вещество нитроцеллюлоза, а второй представляет собой смесь (в %): нитрат калия - 75, углерод - 15, сера - 10. Грозные боевые машины тех лет - легендарная «катюша» и знаменитый штурмовик ИЛ-2 - были вооружены реактивными снарядами, топливом для которых служили баллиститные (бездымные) пороха - одна из разновидностей нитроцеллюлозных порохов.

Задания.

1. Расставьте коэффициенты в реакции горения чёрного пороха:

KNO₃ + C + S = K₂S + CO₂ + N₂

2. В прошлом, некоторые крупные сражения, в которых использовалось огнестрельное оружие ,оканчивались сильными дождями.

Они были вызваны ядрами конденсации, в качестве которых выступали частицы порохового дыма, образующиеся при сгорании черного пороха. В Великую Отечественную войну пороха было израсходовано неизмеримо больше, чем в эпоху наполеоновских войн, и тем не менее не было зафиксировано прямой связи между количеством боеприпасов и выделением осадков. Чем выражено такое отличие.

В 1934 году в Германии был наложен запрет на все публикации, связанные с пероксидом водорода. В 1938-1942 годах инженером Гельмутом Вальтером была построена подводная лодка U - 80, работающая на пероксиде водорода высокой концентрации. На испытаниях U - 80 показала высокую подводную скорость- 28 узлов (52 км/ч). Уже в 1943 году прошла испытания первая боевая подводная лодка с двумя турбинами, работающими на пероксиде водорода. Всего же немцы успели построить 11 таких лодок. Высокоэффективные энергетические установки, работающие на пероксиде водорода, были разработаны не только для подводных лодок, но и для самолетов, а позже и для ракет Фау - 1, Фау - 2.

Задания.

1. Двигательная установка подводной лодки U - 80 работала по так называемому «холодному процессу». Пероксид водорода в присутствии перманганатов натрия и кальция разлагался. Получающиеся в результате реакции пары воды и кислород использовали в качестве рабочего тела в турбине и удаляли за борт.

Уравняйте реакцию, иллюстрирующую химический процесс, происходящий при работе турбины:

Ca(MnO₄)₂ + H₂O₂ = MnO₂ + Ca(OH)₂ + H₂O + O₂

2. В отличии от U - 80 двигатели более поздних подводных лодок работали по «горячему процессу»: пероксид водорода разлагался на водяной пар и кислород. В кислороде сжигалось жидкое топливо. Водяной пар смешивался с газами, образующимися при сгорании топлива. Полученная парогазовая смесь приводила в движение турбину. Какие катализаторы могли быть использованы для разложения пероксида водорода?

3. В конце войны польские партизаны обнаружили подземный завод, производящий топливо для немецких ракет Фау - 1, Фау - 2. Этим топливом оказался гидразин N₂H₄. Какая реакция иллюстрирует процесс, происходящих в двигателях этих ракет; в качестве окислителя использовался пероксид водорода?

Прикрытие переправ через Волгу у Сталинграда, при форсировании Днепра, задымление Кронштадта и Севастополя, широкое применение дымовых завес в берлинской операции - это далеко не полный перечень активного использования дымовых завес в годы Великой Отечественной войны. Искусственно созданные дымовые завесы помогли сохранить жизнь тысячам советских бойцов.

Эти завесы создаются при помощи дымообразующих веществ; одним из первых был использован белый фосфор. При дроблении его на воздухе одновременно происходит горение твердого продукта и испарение неуспевшего сгореть фосфора с последующим воспламенением, но уже в воздушной среде. При горении образуются оксиды фосфора в виде пересыщенного пара, который частично конденсируется и одновременно вступает в реакцию с парами воды, содержащимися в воздухе. Дымовая завеса при использовании белого фосфора состоит из частичек оксидов и капель фосфорных кислот.

Задания.

1. Для создания дымовых завес используется белый фосфор, а какие еще аллотропные модификации фосфора вы знаете?

2. Напишите уравнения реакций горения фосфора с образованием различных оксидов.

3. Уравняйте уравнения реакций взаимодействия оксидов фосфора с водой:

P₄O₆ + H₂O (гор.) = P + H₃PO₄ + PH₃

P₄O₁₀ + H₂O (гор.) = H₃PO₄