ВсОШ 2025, РЭ, 9 класс, №5
Галогениды азота – существующие, несуществующие, опасные
Азот образует один устойчивый при обычных условиях хлорид – . Это маслянистая жидкость, получающаяся, например, по реакции раствора с аммиаком в смеси воды с органическим растворителем. в результате синтеза оказывается в органическом растворителе и легко отделяется от водного раствора.
Вопрос 1. Запишите уравнение описанной реакции получения .
Ответ приведите в полном решении в конце задачи.
Вопрос . Какую форму имеет молекула ?
Форма молекулы.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Вопрос . К каким молекулам следует отнести ? Из-за непрочности связей чистый – опасное вещество, легко разлагающееся на простые вещества. Взрывоопасны и смеси паров с восстанавливающими газами. Если бы сам не был так неустойчив, использование смесей – восстановитель было бы высокоэффективным с точки зрения энерговыделения.
Тип полярности.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Вопрос . Напишите уравнение реакции паров с водородом с минимально возможными целыми коэффициентами и рассчитайте энтальпию этой реакции, пользуясь справочными данными.
Энтальпия реакции, кДж/моль.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Вопрос . Вычислите, какое максимальное количество теплоты может выделять смесь - водород при сгорании (в МДж/кг). Каков состав соответствующей смеси (в массовых %)?
Максимальное тепловыделение, МДж/кг.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Массовая доля , %.
Массовая доля , %.
Вопрос . Рассчитайте энергию связи , используя энтальпию реакции из и справочные данные.
Фторид – устойчивый газ. Прочность связей в составе даёт некоторую теоретическую надежду на образование таких частиц, как . Расчёты структуры молекулы показывают, что это молекула, имеющая форму тригональной бипирамиды, в которой длины аксиальных связей в раз больше длин экваториальных. Усреднённая по пяти связям рассчитанная энергия связи в молекуле составляет кДж/моль. В для оценки считайте, что энергия связи обратно пропорциональна её длине.
Энергия связи –, кДж/моль.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Вопрос . Предскажите энтальпию газофазной реакции получения из и и вычислите энергии двух типов связей в молекуле . Сделайте вывод о возможности синтеза .
Справочные данные Энтальпии образования веществ:
| , кДж/моль |
Энергии связей:
| (в | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| , кДж/моль |
Энтальпия реакции получения , кДж/моль.
Обоснование и расчёты приведите в полном решении.
Энергия аксиальной связи, кДж/моль.
Энергия экваториальной связи, кДж/моль.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
. + + .
. содержит одну неподелённую электронную пару на атоме азота, поэтому имеет: пирамидальную (тетраэдрическую) форму.
. Молекулы полярны, так как имеют неплоское строение. При этом факт экстрации их в органический растворитель говорит о том, что это молекулы также и не сильнополярные. Поэтому стоит их описывать как малополярные.
. Уравнение реакции: + + . Рассчитаем энтальпию реакции, используя энтальпии образования: = = = кДж/моль.
. Тепловыделение в расчёте на единицу массы исходной смеси максимально, если используется стехиометрическая смесь, так как в этом случае не остаётся непрореагировавших веществ, уменьшающих отношение (так как не вносят вклад в , но увеличивают .
Для расчёта используем смесь моль и моль . Масса смеси:
= / = кДж/кг МДж/кг. Массовые доли компонентов в исходной смеси:
. Выразим энтальпию реакции + + через энергии связей:
= + + / = кДж/моль.
. Рассчитаем энтальпию реакции + из средней энергии связи: = + = кДж/моль. Получение пентафторида азота, таким образом, термодинамически невозможно1. Для расчёта энергии двух типов связей учтём, что две аксиальные связи в раз длиннее, чем экваториальных, а значит, согласно предложенной в тексте модели, Eэкв = 1.16Еакс. Средняя энергия связи составляет кДж/моль, то есть: $$160=\frac{3E_\text{экв}+2E_\text{акс}}5=\frac{3\cdot1.16E_\text{акс}+2E_\text{акс}}5=1.096E_\text{акс}.$$
Еакс = кДж/моль, Eэкв = кДж/моль.
Обратим внимание что в ходе реакции из моль газообразных веществ образуется моль продукта, следовательно изменение энтропии отрицательно в этом процессе, что вместе с положительной энтальпией процесса приводит к положительной энергии Гиббса при любой Т