Всего 15 баллов. Донецкий институт последипломного педагогического образования

Донецкий институт последипломного педагогического образования

ОБУЧАЮЩАЯ ОТКРЫТАЯ ОЛИМПИАДА ПО ХИМИИ

Год

Класс

І уровень

1. Смесь азота и аммиака имеет плотность 1,005 г/л при давлении Р = 100 кПа и температуре –3°С.

1) Определите массовую долю (ω, %) более легкого газа в смеси. (6 баллов)

2) Изобразите строение молекулы аммиака NH₃. Укажите причину полярности частицы. (3 балла)

3) Укажите причину очень прочной связи (Е_связи = 945 кДж/моль) между атомами азота в N₂.(2 балла)

4) Приведите уравнения реакций горения исходной смеси газов в присутствии и в отсутствии платины. (4 балла)

Всего 15 баллов

Решение:

1) Из уравнения Клапейрона-Менделееева найдем значение средней молярной массы газовой смеси: М_СР = 1,005·8,314·270/100 = 22,56 (г/моль).

Тогда имеем систему уравнений: М_СР = M(NH₃)j(NH₃) + M(N₂)j(N₂); j(NH₃) + j(N₂) = 1.

Из второго уравнения: j(NH₃) = 1 - j(N₂).

Тогда: М_СР = 17(1 - j(N₂)) + 28j(N₂) = 22,56;

j(N₂) = c(N₂) = 0,506 (или 50,6 мол.%); j(N₂) = c(NH₃) = 0,494 (или 49,4 мол.%).

Пусть дан 1 моль смеси газов, тогда:

n(N₂) = 0,506 моль, n(NН₃) = 0,494 моль.

m(N₂) = 28·0,506 = 14,168 г; m(NН₃) = 17·0,494 = 8,398 г;

Находим массовую долю более легкого газа в смеси:

ω(NH₃) = 8,398·100/(8,398+100) = 37,2 %.

2) Молекула аммиака NH₃ имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота N в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании ковалентных полярных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой.

Из-за того, что несвязывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула NH₃ обладает высокой полярностью.

3) Атомы азота в молекуле N₂ связаны тройной связью N≡N (1σ- и 2p-связи; длина связи d(N≡N) = 0,1095 нм, Е_связи = 945 кДж/моль). Вследствие этого молекула азота крайне прочна.

Вследствие большой прочности молекулы N₂ многие его соединения эндотермичны (ΔH_f⁰ > 0), а соединения азота термически малоустойчивы и довольно легко разлагаются при нагревании. Именно поэтому азот на Земле в большей части находится в свободном состоянии. Всего 2 балла

4) Реакции горения:

– без катализатора: 4NH₃ + 3O₂ ® 2N₂ + 6H₂O;

– с катализатором (на Pt сетке): 4NH₃ + 5O₂ ® 4NО + 6H₂O.

N₂ горению не подвергается.

2. При растворении 7,00 г Me₃N_a в воде выделяется 4,48 л (н.у.) аммиака.

1) Расшифруйте металл (7 баллов).

2) Напишите уравнения реакций, которые происходят с металлом на воздухе (смесь N₂, О₂, СО₂, Н₂О) (6 балов).

3) Изобразите электронную формулу Me и Меⁿ⁺. Укажите, какой из радиусов и почему будет больше _zMeⁿ⁺ или _z-1Е^n- (где z - порядковый номер Me) (2 балла).