ВсОШ 2024, 9–10 классы, №Н-5
Бинарные соединения – образованы элементами и . Структуры и некоторые кристаллографические характеристики данных соединений приведены на рисунках ниже:
одна из полиморфных модификаций
Установите элементы и и формулы соединений – , если известно, что элемент обозначен на рисунках жёлтым цветом.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Элемент .
Элемент .
Формула .
Формула .
Формула .
Формула .
Рассчитайте отсутствующую в таблице плотность соединения .
Плотность, г/см.
Для получения соединения высший оксид элемента нагревают в токе газа (рция . Продолжительное выдерживание при температуре около позволяет получить вещество (р-ция , которое при дальнейшем нагревании ) в вакууме разлагается с образованием соединения (р-ция . Последующее нагревание вещества ведёт к его разложению на простые вещества.
Синтез соединения осуществляется путём газофазной электроатомизации простых веществ, образованных элементами и , с последующим осаждением тонких плёнок продукта (р-ция .
Запишите уравнения р-ций – .
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Между веществами и находится большая группа нестехиометрических соединений, в которых на атом приходится больше атомов , чем в веществе , но меньше, чем в веществе . В настоящее время для определения стехиометрии таких соединений используют элементные анализаторы. Ранее для этого использовались химические методы. Один из возможных способов – восстановление исследуемого соединения водородом. Другой вариант – избыточное окисление образца в атмосфере кислорода. В обоих методах фиксируют изменение массы образца. Две одинаковые навески нестехиометрического соединения поместили в камеры с кислородом и водородом. После продолжительного выдерживания масса первой навески увеличилась на г, а масса второй уменьшилась на г.
Установите значение в нестехиометрическом образце и массу навески, взятой для опыта.
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Значение n.
Масса навески, г.
Элементы и способны образовывать и другие бинарные соединения, некоторые из которых были синтезированы относительно недавно. Вещества – могут быть получены прямым синтезом из простых соединений при очень высоких давлениях. Соединение изоструктурно карбиду хрома = %). Структуру вещества можно описать как слои октаэдров , соединённых общими рёбрами; эти слои связаны за счёт общих атомов в вершинах октаэдров. В структуре вещества были обнаружены необычные хелатные полимерные анионы . Массовые доли элементов в этом соединении практически равны.
Установите состав соединений – и изобразите структуру фрагмента аниона .
Обоснование, расчёты и уравнения приведите в полном решении.
Формула .
Формула .
Формула .
Структуру полимерного аниона приведите в полном решении.
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Взрывоопасное бинарное соединение , также образованное элементами и , может быть получено простой реакцией солевого обмена в метаноле (р-ция . Нагревание вещества ведёт к его разложению с потерей примерно массы (р-ция
.
Установите состав соединения и запишите уравнения р-ций и .
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. Рассмотрим соединения и , поскольку они имеют наиболее простые решётки. Стехиометрия вещества – , стехиометрия – . Элементарная ячейка содержит формульные единицы, а для вещества = . Рассчитаем молярные массы соединений:
Тогда M(I) = M(X) + M(Y), а M(II) = + M(Y)
Решение системы уравнений с молярными массами даёт M(X) = г/моль и M(Y) = г/моль, что соответствует железу и азоту. Итак, – , – . Определим стехиометрию соединения . Внимательное рассмотрение показывает, что атомов железа находятся на гранях, а два – в центре ячейки. Таким образом, количество атомов железа в ячейке равно . Количество атомов азота равняется трём. Простейшая формула вещества . В случае соединения определить расположение некоторых атомов железа затруднительно. Часть из них находится на гранях, часть – на рёбрах, часть – в центре элементарной ячейки. Для определения формулы можно использовать плотность. Молярная масса вещества в расчёте на атом азота равна:
За вычетом одного атома азота получаем г/моль, что соответствует трём атомам железа. Формула вещества – .
. Выразим плотность вещества :
. Газ должен содержать азот и обладать восстановительными свойствами. Очевидно, что это аммиак. Уравнения реакций:
. + + +
. +
. +
. +
. Выразим формулу вещества как и запишем уравнения реакций в общем виде:
+ = +
+ = +
Рассмотрим сначала реакцию с водородом. Если количество исходного было моль, то потеря массы в ходе этой реакции составит:
– = .
Эта потеря равна г. Тогда = / = моль. В реакции с кислородом изменение массы составит:
- = = г.
При = моль получаем = . Тогда формула вещества , а его масса равна г.
. Рассчитаем формулу карбида хрома. Соотношение атомов равно:
/ : / = : = : = : .
Формула вещества . Тогда формула соединения – . Формулу необходимо установить по описанию его структуры. Если слои образованы октаэдрами и каждый имеет общие рёбра с другими октаэдрами, атомы азота внутри слоя делятся между четырьмя атомами железа. Тогда из каждых атомов азота октаэдрического окружения данному атому железа принадлежит только один. Оставшиеся два атома азота образуют вершины, соединяющие слои. Эти атомы делятся между двумя атомами железа двух октаэдров, на один атом железа приходится один азот. Суммарно получается атома азота на атом железа. Формула – . В соединении массовые доли элементов примерно равны. На атом железа приходится = атома азота. Формула вещества – .
Структура полимерного аниона :
. Нестабильное взрывоопасное соединение – вероятно, азид железа, разлагающийся до элементарного железа. Потеря массы около % соответствует азиду железа : + = . Для его получения достаточно взять растворимую соль железа и любой азид:
+ = +
= +