Массовая доля элемента азота в смеси нитратов свинца(II) и калия составляет 0,0972. При нагревании навески этой смеси до постоянства массы выделяется 4,48 л (н.у.) кислорода. Такую же навеску смеси растворили в 320 г воды и в полученный раствор добавили 250 мл раствора иодида калия с концентрацией 1,2 моль/л. Плотность всех растворов примите равной 1 г/мл. Рассчитайте массовую долю нитрат-ионов в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

[1] 2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2 [2] 2KNO3 = 2KNO2 + O2 [3] Pb(NO3)2 + 2KI = 2KNO3 + PbI2 Пусть n(Pb(NO3)2) = x моль, n(KNO3) = y моль, тогда: n(O2) = 4,48:22,4 = 0,2 моль m(N) = 14(2x + y) = 28x + 14y (г) m(смеси) = 331x + 101y (г) Система: (28x+14y)/(331x+101y) = 0,0972; 0,5x + 0,5y = 0,2 x = 0,2; y = 0,2 n(KI) = 0,25*1,2 = 0,3 моль n(Pb(NO3)2) = 0,2 моль - в избытке n(PbI2) = 0,5 n(KI) = 0,15 моль m(PbI2) = 0,15*461 = 69,15 г n(NO3-) = 0,2*2 + 0,2 = 0,6 моль m(NO3-) = 0,6*62 = 37,2 г m(р-ра) = 0,2*331 + 0,2*101 + 320 + 250 - 69,15 = 587,25 г omega(NO3-) = 37,2:587,25 = 0,063, или 6,3 % Подробный разбор Нагревание (нитрат свинца(II) разлагается до оксида, нитрат калия — только до нитрита): \(2Pb(NO_{3})_{2} \overset{t}{\rightarrow} 2PbO + 4NO_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow\) \(2KNO_{3} \overset{t}{\rightarrow} 2KNO_{2} + O_{2}\uparrow\) \(Pb(NO_{3})_{2} + 2KI = 2KNO_{3} + PbI_{2}\downarrow\) Пусть \(n(Pb(NO_{3})_{2}) = x\) моль, \(n(KNO_{3}) = y\) моль. \(n(O_{2}) = 4{,}48\ л : 22{,}4\ л/моль = 0{,}2\) моль. По уравнениям (1) и (2) на 1 моль каждой соли приходится 0,5 моль \(O_{2}\), значит \(0{,}5x + 0{,}5y = 0{,}2\). Азота в \(Pb(NO_{3})_{2}\) два атома, в \(KNO_{3}\) — один: \(m(N) = 14 \cdot (2x + y)\) г, а \(m(смеси) = 331x + 101y\) г, поэтому \(\dfrac{28x + 14y}{331x + 101y} = 0{,}0972\). Решение системы: \(x = 0{,}2\) моль, \(y = 0{,}2\) моль; \(m(смеси) = 0{,}2 \cdot 331 + 0{,}2 \cdot 101 = 86{,}4\) г. \(n(KI) = 0{,}25\ л \cdot 1{,}2\ моль/л = 0{,}3\) моль. По уравнению (3) на 0,2 моль \(Pb(NO_{3})_{2}\) нужно 0,4 моль \(KI\), его меньше — значит соль свинца в избытке и считаем по иодиду: \(n(PbI_{2}) = \frac{1}{2} n(KI) = 0{,}15\) моль (уравнение 3), \(m(PbI_{2}) = 0{,}15\ моль \cdot 461\ г/моль = 69{,}15\) г — этот осадок уходит из раствора. Нитрат-ионы в реакции (3) не расходуются, они лишь переходят от свинца к калию, поэтому в растворе их столько, сколько было в навеске: \(n(NO_{3}^{-}) = 2 \cdot 0{,}2 + 0{,}2 = 0{,}6\) моль, \(m(NO_{3}^{-}) = 0{,}6\ моль \cdot 62\ г/моль = 37{,}2\) г. Масса раствора (плотность 1 г/мл, значит 250 мл раствора \(KI\) — это 250 г): \(m(р\text{-}ра) = 86{,}4 + 320 + 250 - 69{,}15 = 587{,}25\) г. \(\omega(NO_{3}^{-}) = \dfrac{37{,}2\ г}{587{,}25\ г} \cdot 100\% = 6{,}3\%\)

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат одинаковое число неспаренных электронов. Запишите номера выбранных элементов. 1) K 2) He 3) O 4) C 5) N

Число неспаренных электронов определяется по электронной конфигурации внешнего энергетического уровня атома в основном состоянии: заполнять орбитали одного подуровня нужно по правилу Хунда — сначала по одному электрону на каждую орбиталь, и только потом спаривать. Калий \(K\) (элемент 1) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{1}\): на внешнем \(4s\)-подуровне один электрон, значит, один неспаренный электрон. Гелий \(He\) (элемент 2) — конфигурация \(1s^{2}\): единственная орбиталь полностью заполнена парой электронов, неспаренных электронов нет. Углерод \(C\) (элемент 4) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{2}\): два \(p\)-электрона по правилу Хунда занимают разные орбитали, поэтому у атома два неспаренных электрона. Кислород \(O\) (элемент 3) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{4}\): четыре электрона на трёх \(p\)-орбиталях дают одну пару и два одиночных электрона, то есть тоже два неспаренных электрона. Азот \(N\) (элемент 5) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{3}\): три \(p\)-электрона располагаются поодиночке на трёх орбиталях, значит, три неспаренных электрона. Сравнивая полученные значения (1, 0, 2, 2, 3), видим, что одинаковое число неспаренных электронов — по два — имеют атомы кислорода и углерода. Остальные элементы не подходят: у калия таких электронов один, у гелия их нет вовсе, у азота их три, и ни с одним другим элементом ряда эти значения не совпадают. Ответ: 34

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите эти элементы в порядке увеличения окислительной способности. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) K 2) He 3) O 4) C 5) N.

1) Сначала определим, где расположены элементы в Периодической системе. Калий \(K\) — элемент четвёртого периода, гелий \(He\) — первого. А углерод \(C\), азот \(N\) и кислород \(O\) стоят во втором периоде, значит, именно эти три элемента нужно выбрать: 4, 5, 3 (в порядке их расположения в ряду). 2) Теперь сравним их окислительную способность. Окислительная способность — это способность атома притягивать электроны, поэтому она меняется так же, как электроотрицательность. В пределах одного периода при движении слева направо заряд ядра растёт, а радиус атома уменьшается, поэтому притяжение внешних электронов усиливается: окислительная способность увеличивается. 3) В ряду \(C \rightarrow N \rightarrow O\) элементы стоят именно в таком порядке слева направо (группы IVA, VA, VIA), следовательно, окислительная способность возрастает от углерода к кислороду: \(C\) — слабый окислитель, легко проявляет и восстановительные свойства (например, \(C + O_{2} = CO_{2}\), где углерод — восстановитель); \(N\) — окислитель средней силы; \(O\) — один из сильнейших окислителей, уступающий только фтору. 4) Значит, элементы в порядке увеличения окислительной способности: углерод (4), азот (5), кислород (3). Ответ: 453

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, для которых разность между высшей и низшей степенью окисления равна восьми. Запишите номера выбранных элементов. 1) K 2) He 3) O 4) C 5) N.

Начните с того, что для элементов главных подгрупп высшая степень окисления обычно равна номеру группы, а низшая — номеру группы минус 8. Значит, разность в 8 единиц дают неметаллы, способные проявить и полный «положительный» максимум, и отрицательную степень окисления. Углерод \(C\) находится в IVA-группе: высшая степень окисления \(+4\) (например, \(CO_{2}\)), низшая \(-4\) (\(CH_{4}\)). Разность: \(+4-(-4)=8\). Азот \(N\) — VA-группа: высшая степень окисления \(+5\) (\(HNO_{3}\)), низшая \(-3\) (\(NH_{3}\)). Разность: \(+5-(-3)=8\). Остальные элементы ряда такого условия не дают: калий \(K\) — металл, он проявляет только \(+1\) и \(0\), гелий \(He\) — благородный газ со степенью окисления \(0\), а кислород \(O\) до \(+6\) не поднимается: его низшая степень окисления \(-2\), а положительную он проявляет лишь во фторидах (\(+2\) в \(OF_{2}\)). Ответ: 45

Из предложенного перечня выберите два вещества, которые имеют молекулярную кристаллическую решётку и содержат ковалентные неполярные связи. 1) иодид калия 2) бензол 3) метанол 4) фенолят натрия 5) иод Запишите номера выбранных ответов.

Кристаллическая решётка и тип связи — две независимые характеристики, и здесь нужно, чтобы совпали обе. Молекулярная решётка бывает у веществ, построенных из молекул, то есть у неметаллов-простых веществ и у большинства органических соединений; соли (в том числе органических кислот и фенолов) — это ионные вещества с ионной решёткой. Ковалентная неполярная связь возникает только между атомами одного и того же элемента с одинаковой электроотрицательностью. 2) бензол — подходит. \(C_{6}H_{6}\) состоит из молекул, поэтому решётка молекулярная (отсюда низкая температура плавления и характерный запах). Связи \(C-C\) в кольце образованы одинаковыми атомами углерода, значит, они ковалентные неполярные. 5) иод — подходит. \(I_{2}\) — простое вещество из двухатомных молекул, кристаллы иода имеют молекулярную решётку (легко возгоняются). Связь \(I-I\) — между атомами одного элемента, то есть ковалентная неполярная. 1) иодид калия — не подходит. \(KI\) образован атомами металла и неметалла с большой разницей электроотрицательностей, связь ионная, решётка ионная (тугоплавкое вещество, расплав проводит ток). 3) метанол — не подходит. Решётка у \(CH_{3}OH\) действительно молекулярная, но неполярных связей в молекуле нет: все связи \(C-H\), \(C-O\) и \(O-H\) образованы разными элементами, то есть полярные. 4) фенолят натрия — не подходит. \(C_{6}H_{5}ONa\) — соль, между ионом \(Na^{+}\) и фенолят-ионом \(C_{6}H_{5}O^{-}\) связь ионная, решётка ионная. Ответ: 25