Смешали фосфид цинка и нитрид магния. Полученную смесь общей массой 65,7 г, в которой общее число электронов в 32 раза больше числа Авогадро, растворили в 876 г 25%-ной соляной кислоты. Вычислите массовую долю кислоты в конечном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Уравнения реакций: Zn3P2 + 6HCl -> 3ZnCl2 + 2PH3 Mg3N2 + 8HCl -> 3MgCl2 + 2NH4Cl 1 моль Zn3P2 содержит 30·3 + 15·2 = 120 моль электронов. 1 моль Mg3N2 содержит 12·3 + 7·2 = 50 моль электронов. Пусть в смеси было x моль Zn3P2 и y моль Mg3N2, тогда: 257x + 100y = 65,7 120x + 50y = 32 x = n(Zn3P2) = 0,1 моль; y = n(Mg3N2) = 0,4 моль m(HCl) = 876·0,25 = 219 г; n(HCl) = 219:36,5 = 6 моль n(HCl прореагировало) = 6·0,1 + 8·0,4 = 3,8 моль n(HCl осталось) = 6 − 3,8 = 2,2 моль; m(HCl осталось) = 2,2·36,5 = 80,3 г n(PH3) = 2·n(Zn3P2) = 0,2 моль; m(PH3) = 0,2·34 = 6,8 г m(конечного раствора) = 65,7 + 876 − 6,8 = 934,9 г ω(HCl) = 80,3:934,9·100 = 8,6% Подробный разбор Фосфид цинка и нитрид магния — соли, образованные слабыми «кислотами» \(PH_{3}\) и \(NH_{3}\), поэтому соляная кислота их полностью разлагает. Фосфин из раствора уходит, а аммиак в избытке кислоты остаётся связанным в виде хлорида аммония: \(Zn_{3}P_{2} + 6HCl = 3ZnCl_{2} + 2PH_{3}\uparrow\) \(Mg_{3}N_{2} + 8HCl = 3MgCl_{2} + 2NH_{4}Cl\) Число электронов в молекуле равно сумме порядковых номеров атомов: в \(Zn_{3}P_{2}\) это \(3 \cdot 30 + 2 \cdot 15 = 120\), в \(Mg_{3}N_{2}\) — \(3 \cdot 12 + 2 \cdot 7 = 50\). Всего в смеси \(32N_{A}\) электронов, то есть 32 моль. Пусть \(x\) моль — \(n(Zn_{3}P_{2})\), \(y\) моль — \(n(Mg_{3}N_{2})\), тогда по массе и по электронам: \(257x + 100y = 65{,}7\) \(120x + 50y = 32\) Отсюда \(x = n(Zn_{3}P_{2}) = 0{,}1\) моль, \(y = n(Mg_{3}N_{2}) = 0{,}4\) моль. \(m(HCl) = 876 \text{ г} \cdot 0{,}25 = 219\) г; \(n(HCl) = 219 : 36{,}5 = 6\) моль. По уравнению (1) на 1 моль фосфида идёт 6 моль \(HCl\), по уравнению (2) на 1 моль нитрида — 8 моль \(HCl\): \(n(HCl_{\text{прореаг.}}) = 6 \cdot 0{,}1 + 8 \cdot 0{,}4 = 3{,}8\) моль \(n(HCl_{\text{ост.}}) = 6 - 3{,}8 = 2{,}2\) моль; \(m(HCl_{\text{ост.}}) = 2{,}2 \text{ моль} \cdot 36{,}5 \text{ г/моль} = 80{,}3\) г Кислота взята в избытке — значит, обе соли растворились полностью, а аммиак связался в \(NH_{4}Cl\). Массу раствора уменьшает только улетевший фосфин; по уравнению (1) \(n(PH_{3}) = 2 \cdot n(Zn_{3}P_{2}) = 0{,}2\) моль: \(m(PH_{3}) = 0{,}2 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = 6{,}8\) г \(m(\text{р-ра}) = 65{,}7 \text{ г} + 876 \text{ г} - 6{,}8 \text{ г} = 934{,}9\) г \(\omega(HCl) = \dfrac{80{,}3 \text{ г}}{934{,}9 \text{ г}} \cdot 100\% \approx 8{,}6\%\) Ответ: \(\omega(HCl) \approx 8{,}6\%\).

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют одинаковую конфигурацию внешнего энергетического уровня. Запишите номера выбранных элементов. 1) P 2) S 3) Ca 4) Mn 5) F

Внешний энергетический уровень — это уровень с наибольшим номером (наибольшим значением главного квантового числа); у d-элементов электроны 3d-подуровня находятся на предвнешнем уровне и в конфигурацию внешнего слоя не входят. Поэтому нужно выписать электронные конфигурации атомов в основном состоянии и сравнить только последний слой. Фосфор — элемент III периода, VA-группы: \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{3}\), внешний уровень \(3s^{2}3p^{3}\). Сера стоит правее в том же периоде: \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{4}\), внешний уровень \(3s^{2}3p^{4}\). Фтор — элемент II периода, VIIA-группы: \(1s^{2}2s^{2}2p^{5}\), внешний уровень \(2s^{2}2p^{5}\). Кальций расположен в IV периоде, IIA-группе, его конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}\), то есть внешний уровень — \(4s^{2}\). Марганец находится в том же IV периоде, но это d-элемент: \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{5}4s^{2}\). Пять электронов у него достраивают 3d-подуровень предвнешнего третьего слоя, а на внешнем, четвёртом, уровне остаются те же два электрона — \(4s^{2}\). Значит, одинаковую конфигурацию внешнего уровня \(4s^{2}\) имеют кальций и марганец — элементы под номерами 3 и 4. Остальные элементы не подходят: у фосфора и серы внешний слой третий и различается числом p-электронов (\(3p^{3}\) и \(3p^{4}\)), у фтора внешний слой вообще второй — \(2s^{2}2p^{5}\). Ни с кальцием и марганцем, ни между собой они не совпадают. Ответ: 34.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три p-элемента. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения окислительных свойств. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) P 2) S 3) Ca 4) Mn 5) F

1. Сначала определи, к какому электронному семейству относится каждый элемент — для этого достаточно посмотреть, какой подуровень заполняется последним: \(P\) — \(...3s^{2}3p^{3}\), \(S\) — \(...3s^{2}3p^{4}\), \(F\) — \(...2s^{2}2p^{5}\) — во всех трёх случаях последним заполняется \(p\)-подуровень, значит это \(p\)-элементы (номера 1, 2, 5); \(Ca\) — \(...4s^{2}\), это \(s\)-элемент, а \(Mn\) — \(...3d^{5}4s^{2}\), это \(d\)-элемент, поэтому кальций и марганец не подходят. 2. Теперь расположи выбранные \(p\)-элементы в порядке уменьшения окислительных свойств. Окислительные свойства (способность принимать электроны) усиливаются в периоде слева направо и в группе снизу вверх, то есть вместе с ростом электроотрицательности. 3. Фтор — элемент второго периода и самый электроотрицательный элемент из всех, поэтому он самый сильный окислитель в этом ряду. Сера и фосфор находятся в третьем периоде, причём сера расположена правее фосфора: радиус её атома меньше, а на внешнем уровне до завершения не хватает двух электронов против трёх у фосфора, поэтому сера — более сильный окислитель, чем фосфор. 4. Получаем ряд ослабления окислительных свойств: \(F > S > P\). Ответ: 521.

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в составе образованных ими анионов с общей формулой \(ЭО_x^{2-}\)могут иметь одинаковую степень окисления. Запишите номера выбранных элементов. 1) P 2) S 3) Ca 4) Mn 5) F.

Начни с того, что в анионе \(ЭO_{x}^{2-}\) кислород всегда имеет степень окисления \(-2\), а суммарный заряд частицы равен \(-2\). Значит, степень окисления элемента Э находится из простого соотношения: она равна \(2x - 2\), где \(x\) — число атомов кислорода. Поэтому задача сводится к тому, чтобы найти два элемента, способных образовать кислородсодержащие анионы с зарядом \(-2\) и одинаковым числом атомов кислорода (или, шире, дающие одну и ту же степень окисления). Сразу отсеки элементы, которые таких анионов не образуют. Кальций — типичный металл, в соединениях он даёт катион \(Ca^{2+}\) и в состав кислородного аниона не входит. Фтор — самый электроотрицательный элемент, в соединениях с кислородом он проявляет степень окисления \(-1\) и анионов вида \(ЭO_{x}^{2-}\) не образует. Фосфор в высшей степени окисления даёт ортофосфат-ион \(PO_{4}^{3-}\) с зарядом \(-3\), то есть под общую формулу он не подходит. Остаются сера и марганец. Сера образует сульфат-ион \(SO_{4}^{2-}\), в котором её степень окисления равна \(+6\): \(x + 4 \cdot (-2) = -2\), откуда \(x = +6\). Марганец образует манганат-ион \(MnO_{4}^{2-}\) (соли — манганаты, например \(K_{2}MnO_{4}\)), и точно такой же расчёт даёт для марганца степень окисления \(+6\). Таким образом, одинаковую степень окисления \(+6\) в анионах общей формулы \(ЭO_{x}^{2-}\) проявляют сера и марганец. Ответ: 24

Из предложенного перечня выберите два вещества молекулярного строения, в которых присутствует ковалентная неполярная связь. 1) аммиак 2) иод 3) кислород 4) оксид магния 5) метан. Запишите номера выбранных ответов.

Здесь нужно совместить два условия: вещество должно иметь молекулярное строение (состоять из отдельных молекул, а не из ионов или атомного каркаса), и связь внутри молекулы должна быть ковалентной неполярной. Ковалентная неполярная связь возникает только между атомами одного и того же неметалла — тогда электроотрицательности одинаковы и общая электронная пара не смещается ни к одному из атомов. Значит, ищем простые вещества-неметаллы с молекулярной решёткой. Верные варианты: 2) иод \(I_{2}\) — простое вещество, молекула образована двумя одинаковыми атомами, связь ковалентная неполярная; кристаллическая решётка молекулярная (иод летуч, легко возгоняется). 3) кислород \(O_{2}\) — тоже простое вещество из двух одинаковых атомов, связь ковалентная неполярная (двойная), строение молекулярное. Почему остальные не подходят: 1) аммиак \(NH_{3}\) — строение молекулярное, но связи \(N-H\) образованы разными элементами, электронная пара смещена к более электроотрицательному азоту, то есть связь ковалентная полярная. 4) оксид магния \(MgO\) — соединение типичного металла с неметаллом, связь ионная, решётка ионная, а не молекулярная (отсюда и очень высокая температура плавления). 5) метан \(CH_{4}\) — молекулярное вещество, но связи \(C-H\) тоже между разными элементами, значит ковалентные полярные. Ответ: 23.