ВсОШ 2026, региональный этап, 9 класс, задача 5
Щелочные металлы образуют несколько типов ионных соединений с кислородом: оксиды , пероксиды , содержащие ион , супероксиды , содержащие ион .
При грубой оценке того, какое из этих соединений образуется при реакции металла с кислородом, рассчитывают тепловой эффект реакции: преимущественно протекает реакция, в которой выделяется больше всего теплоты.
Вопрос 1.
Сколько теплоты выделяется при взаимодействии г металлического калия с кислородом с образованием: а) , б) , в) ? Сделайте вывод о том, какой продукт реакции калия с кислородом — наиболее вероятный.
| Соединение | |||
|---|---|---|---|
| , кДж/моль |
Теплоты укажите положительными числами с тремя значащими цифрами. Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами.
Вопрос 2.
Энергетика данных химических реакций определяется следующими величинами:
- энергия решётки () — энтальпия разрушения моль твёрдого ионного соединения с образованием отдельных ионов в газовой фазе:
-
энергия связи () — энтальпия разрыва моль ковалентных связей в газовой фазе;
-
сродство к электрону () — энтальпия присоединения к атому или молекуле одного электрона в газовой фазе;
-
энергия ионизации () — энтальпия отрыва одного электрона от атома или молекулы в газовой фазе.
Когда говорят не об одном, а нескольких электронах, присоединяющихся или отрывающихся от атома, отдельно указывают первое, второе и т. д. сродство к электрону (или энергию ионизации), например, энтальпия процесса — второе сродство к электрону атома кислорода ().
Так, например, энтальпия реакции может быть рассчитана следующим образом:
где , — соединения калия с кислородом, , — числа.
А энтальпия реакции — с помощью такого выражения:
где , — также соединения калия с кислородом (возможны повторы с , ), , — числа.
Определите формулы веществ , , , , запишите уравнения реакций и с коэффициентами. Не забудьте указать агрегатные состояния всех участников реакций. Ответ кратко объясните.
Формулы вводите латинскими буквами с обычными цифрами. Уравнения, агрегатные состояния и объяснение приведите в полном решении.
Вопрос 3.
В действительности направление реакций зависит от температуры и давления. Так, давление кислорода (в Па), при котором устанавливается равновесие между и , зависит от температуры (в K) следующим образом:
Равновесие же между и устанавливается при другом давлении кислорода, которое также зависит от температуры (единицы измерения те же):
Сколько процентов разложится, если поместить г в сосуд объёмом л при температуре ? Считайте, что устанавливается только равновесие разложения с образованием .
Введите процент числом без знака %, округлив до одного знака после запятой.
Вопрос 4.
Какое соединение (оксид, пероксид, супероксид) образуется из калия и кислорода в равновесных условиях, если калий реагирует с воздухом ( мольный % кислорода) при атмосферном давлении и температуре ? Ответ подтвердите расчётом.
Вопрос 5.
Могут ли все три соединения (оксид, пероксид, супероксид) теоретически одновременно находиться в равновесии в атмосфере кислорода? Если да — то при каких давлении и температуре, если нет — кратко объясните. Считайте, что иных реакций, кроме взаимопревращений трёх соединений с участием кислорода, не протекает.
Температуру округлите до целого числа K, давление — до целого числа атмосфер; вывод и расчёт приведите в полном решении.
Полное решение задачи.
Ответ
Решение.
