ВсОШ 2024, РЭ, 9 класс, №3
Химия простых веществ
Если ты считать не будешь, скоро химию забудешь
Бинарные соединения , и , обладают почти одинаковой плотностью в газообразном состоянии. Взаимосвязь между ними показана на схеме, представленной ниже.
Дополнительная информация:
. В состав веществ , и входят атомы элемента, образующего простое вещество , молярная масса которого в раз меньше, чем у .
. представляют собой простые вещества, молярная масса которых в ряду возрастает.
. При нормальных условиях вещества и являются твёрдыми, а , и представляют собой газы.
. Объёмное соотношение газообразных веществ и , полученное из навесок одной и той же массы, составляет при одинаковых условиях.
. При термическом разложении моль соединения образуется моль вещества . Вопросы:
Вычислите молярную массу соединений - .
Молярная масса, г/моль.
Определите вещества – . Ответ обоснуйте!
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Установите состав веществ - . Ответ обоснуйте.
Ответ и обоснование приведите в полном решении в конце задачи.
Полное решение задачи.
Введите решение текстом и/или прикрепите фото или PDF.
Ответ
Решение
Массы двух газообразных (при н.у.) простых веществ и отличаются в раз. В этом случае молярная масса может быть записана в виде г/моль. Под это условие отлично подходит кислород – , молярная масса которого составляет г/моль. Тогда молярная масса соединения окажется в раз меньше и составит г/моль, что свидетельствует о наличие в его составе лёгких атомов – гелия или водорода. Поскольку атомы элемента входят в состав соединений , сделаем выбор в пользу водорода. Единственной разумной комбинацией с данной молярной массой является молекула, состоящая из двух атомов дейтерия, – . Существует лишь одно простое вещество, являющееся газом при н.у., молярная масса которого лежит в диапазоне от г/моль до г/моль, – это азот – . Тогда среди соединений могут быть дейтериевая (тяжёлая) вода и тридейтероаммиак . Обратим внимание, что они действительно обладают одинаковой молярной массой в г/моль, что соответствует практически одинаковой плотности в газообразном состоянии при одинаковых условиях. Такой же молярной массой обладает и содержащий атомы дейтерия тетрадейтерометан , тогда одним из простых веществ является углерод. Молярной массой в г/моль также обладают и . Данные варианты при наличии логичного обоснования могут быть засчитаны как верные и оценены полным баллом. Анализируя схему, представленную в условии задачи, можно предположить, что в состав вещества , помимо водорода, входит элемент, образующий твёрдое простое вещество , вероятно, являющееся углеродом
– . Значит, представляет собой тетрадейтерометан – . Он образуется при разложении карбида, образованного элементом , с помощью соединения . Разумно предположить, что среди тридейтероаммиака и дейтериевой воды на роль лучше всего подходит именно тяжёлая вода – , тогда по остаточному принципу представляет собой тридейтероаммиак – . Дополнительным подтверждением этого факта может послужить стехиометрическое соотношение веществ и , образующихся из навесок одинаковой массы. Проверим наше предположение с помощью уравнений химических реакций, считая, что степень окисления элемента равна :
. +
. +
. + +
. + +
Тогда вещество представляет собой дейтероксид элемента , который при нагревании разлагается на оксид и дейтериевую воду согласно уравнению реакции:
. + По условию задачи , откуда = . Тогда твёрдое простое вещество образовано двухвалентным элементом с молярной массой меньше, чем у углерода, что соответствует бериллию – .
Если участник расшифровал лишь часть представленной схемы, и предположенные им соединения не противоречат информации в условии задачи, можно оценить расшифрованные вещества полным баллом.