В смеси оксида и пероксида натрия соотношение числа атомов кислорода к числу атомов натрия равно 2:3. Данную смесь нагрели в избытке углекислого газа. Полученное вещество растворили в воде и получили 600 г раствора. К этому раствору добавили 229,6 г раствора бромида железа(III). После завершения реакции масса раствора составила 795 г, а массовая доля карбоната натрия в нём составила 4%. Вычислите массу исходной смеси оксида и пероксида натрия. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Составлены уравнения химических реакций: Na2O + CO2 = Na2CO3 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2 3Na2CO3 + 2FeBr3 + 3H2O = 6NaBr + 2Fe(OH)3(вниз) + 3CO2(вверх) Δm(р-ра) = 600 + 229,6 - 795 = 34,6 г n(Na2CO3, прореаг.) = z моль 34,6 = 2/3 z * M(Fe(OH)3) + M(CO2) * z n(Na2CO3, прореаг.) = 0,3 моль m(Na2CO3, ост.) = 795 * 0,04 = 31,8 г n(Na2CO3, ост.) = 31,8 / 106 = 0,3 моль n(Na2CO3, общ.) = 0,3 + 0,3 = 0,6 моль n(CO2, общ.) = n(Na2CO3, общ.) = 0,3 + 0,3 = 0,6 моль n(Na2O2) + n(Na2O) = n(CO2, общ.) = 0,6 моль Пусть в исходной смеси n(Na2O2) = x моль, тогда n(Na2O) = 0,6 - x моль n(атомов Na в смеси) = 0,6 * 2 = 1,2 моль n(атомов O в смеси) = 2x + 0,6 - x = x + 0,6 моль (x + 0,6) / 1,2 = 2/3 x = 0,2 моль n(Na2O) = 0,6 - 0,2 = 0,4 моль m(Na2O) = 0,4 * 62 = 24,8 г m(Na2O2) = 0,2 * 78 = 15,6 г m(смеси) = 15,6 + 24,8 = 40,4 г Подробный разбор 1. Оба вещества смеси с избытком \(CO_{2}\) дают карбонат натрия (пероксид при этом отдаёт кислород), а карбонат в растворе реагирует с солью \(Fe^{3+}\) с полным гидролизом — выпадает осадок и выделяется газ: \(Na_{2}O + CO_{2} = Na_{2}CO_{3}\) \(2Na_{2}O_{2} + 2CO_{2} = 2Na_{2}CO_{3} + O_{2}\uparrow\) \(3Na_{2}CO_{3} + 2FeBr_{3} + 3H_{2}O = 6NaBr + 2Fe(OH)_{3}\downarrow + 3CO_{2}\uparrow\) 2. Масса раствора уменьшилась на массу осадка и газа: \(\Delta m = 600\ г + 229{,}6\ г - 795\ г = 34{,}6\ г\) 3. Пусть в реакцию (3) вступило \(z\) моль \(Na_{2}CO_{3}\). По уравнению (3): \(n(Fe(OH)_{3}) = \frac{2}{3}z\), \(n(CO_{2}) = z\). \(\frac{2}{3}z \cdot 107\ г/моль + z \cdot 44\ г/моль = 34{,}6\ г\) \(115{,}33z = 34{,}6\), откуда \(z = 0{,}3\ моль\) — прореагировавший карбонат. 4. Карбонат остался в растворе, значит \(FeBr_{3}\) был в недостатке: \(m(Na_{2}CO_{3},\ ост.) = 795\ г \cdot 0{,}04 = 31{,}8\ г\) \(n(Na_{2}CO_{3},\ ост.) = \dfrac{31{,}8\ г}{106\ г/моль} = 0{,}3\ моль\) \(n(Na_{2}CO_{3},\ общ.) = 0{,}3 + 0{,}3 = 0{,}6\ моль\) 5. По уравнениям (1) и (2) из каждого моля \(Na_{2}O\) и \(Na_{2}O_{2}\) получается 1 моль \(Na_{2}CO_{3}\), поэтому суммарное количество веществ смеси тоже 0,6 моль. Пусть \(n(Na_{2}O_{2}) = x\ моль\), тогда \(n(Na_{2}O) = (0{,}6 - x)\ моль\). \(n(Na) = 2 \cdot 0{,}6 = 1{,}2\ моль\); \(n(O) = 2x + (0{,}6 - x) = (x + 0{,}6)\ моль\) \(\dfrac{x + 0{,}6}{1{,}2} = \dfrac{2}{3}\), откуда \(x = 0{,}2\ моль\), \(n(Na_{2}O) = 0{,}4\ моль\) 6. \(m(Na_{2}O_{2}) = 0{,}2\ моль \cdot 78\ г/моль = 15{,}6\ г\); \(m(Na_{2}O) = 0{,}4\ моль \cdot 62\ г/моль = 24{,}8\ г\) Ответ: \(m(смеси) = 15{,}6 + 24{,}8 = 40{,}4\ г\)

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат одинаковое число неспаренных s-электронов. Запишите номера выбранных элементов. 1) Be 2) H 3) O 4) Cu 5) N

В этом задании нужно смотреть только на s-подуровни и считать, сколько на них электронов остались без пары. Запишем электронные конфигурации атомов в основном состоянии: \(Be\): \(1s^{2}2s^{2}\); \(H\): \(1s^{1}\); \(O\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{4}\); \(Cu\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{1}\) (у меди происходит «провал» электрона с \(4s\)- на \(3d\)-подуровень); \(N\): \(1s^{2}2s^{2}2p^{3}\). На каждой s-орбитали помещается максимум два электрона, и если их там два, они спарены. Значит, неспаренный s-электрон есть только у тех атомов, у которых какой-нибудь s-подуровень заполнен наполовину, то есть содержит один электрон. У водорода это единственный электрон \(1s^{1}\), у меди — электрон \(4s^{1}\), оставшийся в одиночестве после провала второго \(4s\)-электрона на \(3d\)-подуровень. У обоих атомов по одному неспаренному s-электрону — числа совпадают. Это элементы под номерами 2 и 4. У бериллия все s-подуровни (\(1s\) и \(2s\)) заполнены полностью, поэтому неспаренных s-электронов у него нет. У кислорода и азота \(1s\)- и \(2s\)-подуровни тоже завершены, а неспаренные электроны находятся на \(2p\)-подуровне (два у кислорода и три у азота), но p-электроны в этом задании не учитываются. Поэтому элементы 1, 3 и 5 в ответ не входят. Ответ: 24

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 уменьшения атомного радиуса. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) Be 2) H 3) O 4) Cu 5) N.

Определите положение каждого элемента в Периодической системе: \(Be\) — второй период, IIA-группа; \(H\) — первый период; \(O\) — второй период, VIA-группа; \(Cu\) — четвёртый период; \(N\) — второй период, VA-группа. В одном (втором) периоде находятся три элемента: \(Be\), \(N\) и \(O\) — это номера 1, 5 и 3. Водород относится к первому периоду, медь — к четвёртому, поэтому они не подходят. В пределах одного периода слева направо заряд ядра растёт, а число электронных слоёв не меняется, поэтому притяжение внешних электронов к ядру усиливается и атомный радиус уменьшается. Значит, в порядке уменьшения радиуса элементы располагаются так же, как они идут по периоду слева направо: \(Be \rightarrow N \rightarrow O\). Записываем номера выбранных элементов в этой последовательности. Ответ: 153

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в соединениях не проявляют отрицательной степени окисления. Запишите номера выбранных элементов. 1) Be 2) H 3) O 4) Cu 5) N.

Начните с того, что отрицательная степень окисления появляется у элемента тогда, когда он в соединении притягивает к себе общие электронные пары, то есть оказывается более электроотрицательным партнёром. Значит, нужно найти в ряду элементы, которые электроны только отдают, — это типичные металлы. Бериллий \(Be\) и медь \(Cu\) — металлы, у них низкая электроотрицательность, и в соединениях они всегда выступают восстановителями, проявляя только положительные степени окисления: \(\overset{+2}{Be}O\), \(\overset{+2}{Cu}(OH)_{2}\), \(\overset{+1}{Cu}_{2}O\). Отрицательной степени окисления у них не бывает. Остальные элементы ряда — неметаллы, и для каждого из них легко найти соединение с отрицательной степенью окисления: у кислорода это \(\overset{-2}{O}\) в \(H_{2}O\), у азота — \(\overset{-3}{N}\) в \(NH_{3}\), а водород принимает степень окисления \(-1\) в гидридах активных металлов, например \(Na\overset{-1}{H}\) или \(Ca\overset{-1}{H}_{2}\). Ответ: 14.

Из предложенного перечня выберите два вещества молекулярного строения, в которых присутствует ковалентная неполярная связь. 1) водород 2) иод 3) азотная кислота 4) вода 5) метан. Запишите номера выбранных ответов.

Ковалентная неполярная связь возникает между атомами одного и того же элемента: электроотрицательности одинаковы, поэтому общая электронная пара не смещена ни к одному из атомов. Значит, искать нужно вещества, состоящие из атомов одного элемента, и при этом имеющие молекулярное строение (то есть построенные из отдельных молекул, а не из ионов или атомного каркаса). Водород \(H_{2}\) — молекула из двух одинаковых атомов, связь \(H-H\) ковалентная неполярная. Вещество молекулярного строения. Подходит. Иод \(I_{2}\) — тоже двухатомная молекула из одинаковых атомов, связь \(I-I\) ковалентная неполярная; в твёрдом виде это молекулярный кристалл. Подходит. Азотная кислота \(HNO_{3}\) — молекулярное строение есть, но все связи (\(H-O\), \(N-O\)) образованы разными элементами, то есть ковалентные полярные. Не подходит. Вода \(H_{2}O\) — молекулярное вещество со связями \(O-H\) между разными элементами: ковалентные полярные. Не подходит. Метан \(CH_{4}\) — молекулярное вещество, но связи \(C-H\) образованы атомами разных элементов и являются ковалентными полярными. Не подходит. Обрати внимание: неполярная связь бывает только между одинаковыми атомами, поэтому в задании такого типа достаточно найти в перечне простые вещества с молекулярным строением — например \(H_{2}\), \(O_{2}\), \(N_{2}\), \(Cl_{2}\), \(I_{2}\), \(P_{4}\), \(S_{8}\). Простые вещества с немолекулярным строением (металлы, алмаз, кремний) сюда не относятся. Ответ: 12