Система оценивания. 1. Названия веществ А – И 1 балл ´ 9 = 9 баллов;

1. Названия веществ А – И 1 балл ´ 9 = 9 баллов;

2. Уравнения реакций 1–5 1 балл ´ 5 = 5 баллов;

3. Уравнения реакций Na₂S₂O₃ с I₂ и Cl₂ 1 балл ´ 2 = 2 балла;

4. Уравнения реакций 6–9с солями 1 балла ´ 4 = 4 балла;

Итого 20 баллов.

Задача 10-3 (автор Кебец П. А.)

1. Найдем среднюю молярную массу газовых смесей А и В: М (А) = М (В) = 18·2 =
= 36 г/моль. Эти смеси содержат в своем составе по два компонента в равных мольных соотношениях, а одним из компонентов смеси В, вызывающим помутнение известковой воды и не обесцвечивающим раствор перманганата калия, является углекислый газ (молярная масса M _I = 44 г/моль):

CO₂ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃¯ + H₂O (5)

Молярная масса М_II второго компонента смеси В: 0, 5·44 + 0, 5· М_II = 36 Þ М_II = 28 г/моль.

Один из компонентов смеси А взаимодействует с оксидом иода (V). Эта реакция используется в аналитической химии для количественного определения оксида углерода (II), который окисляется до углекислого газа:

5CO + I₂O₅ 5CO₂ + I₂. (4)

Таким образом, смесь А состоит из угарного газа (молярная масса 28 г/моль) и газа с молярной массой 44 г/моль (N₂O, CO₂, C₃H₈), а смесь В – из углекислого газа и газа с молекулярной массой 28 г/моль (N₂, CO, C₂H₄, В₂Н₆).

Уменьшение плотности смесей А и В (до 14 × 2 = 28 г/моль) при пропускании над раскаленным углем говорит о наличии в их составе газов, проявляющих окислительные свойства в этой реакции. Такими газами могут быть N₂O и СО₂. Следовательно, смесь А – N₂O + СО, смесь В – СО₂ + N₂.

N₂O + C N₂ + CO (3)

CO₂ + C 2CO (2)

N₂O + CO N₂ + CO₂ (1)

2. Структурные формулы молекул оксидов азота (I), углерода (II) и (IV), диазота:

3. Оксид азота (I) в лаборатории получают при термическом разложении нитрата аммония:

NH₄NO₃ N₂O + 2H₂O.

Для получения углекислого газа в лаборатории обычно используют взаимодействие карбонатов с минеральными кислотами, например:

CaCO₃ + 2HCl ® CaCl₂ + H₂O + CO₂­.

Угарный газ в лаборатории можно получить при взаимодействии муравьиной или щавелевой кислоты с концентрированной серной кислотой (правда, в последнем случае образуется смесь угарного и углекислого газа, поэтому для получения угарного газа в чистом виде образовавшуюся смесь пропускают через раствор щелочи):

HCOOH CO­ + H₂O;

H₂C₂O₄ CO­ + CO₂­ + H₂O.

Молекулярный азот можно получить при нагревании раствора нитрита аммония:

NH₄NO₂ N₂­ + 2H₂O (NH₄Cl + NaNO₂ N₂­ + 2H₂O + 2NaCl).

4. CO + NaOH HCOONa (6)

N₂O + 2NaNH₂ NaN₃ + NaOH + NH₃ (7)

5. 3Mg + N₂ Mg₃N₂ (8)

2Mg + CO₂ 2MgO + C (9)

Система оценивания:

1. Составы смесей А и В 1, 5 балла ´ 2 = 3 балла;

Уравнения реакций 1–5 1 балл ´ 5 = 5 баллов;

2. Структурные формулы CO, N₂O, CO₂, N₂ 1 балл ´ 4 = 4 балла;

3. Способы получения CO, N₂O, CO₂, N₂ 1 балл ´ 4 = 4 балла;

4. Уравнения реакций 6, 7 1 балл ´ 2 = 2 балла;

5. Уравнения реакций 8, 9 1 балл ´ 2 = 2 балла;

Итого 20 баллов.

Задача 10-4 (автор Каргов С. И.)

1. Из соотношения следует, что

2, 40·10^–7 м = 240 нм.

2. Согласно приведённому механизму, озон образуется по реакции 2, и скорость его образования равна k ₂[O][O₂][M], то есть пропорциональна концентрациям [O], [O₂] и [M]. На очень большой высоте концентрация атомов кислорода O достаточно велика (поскольку велика интенсивность ультрафиолетового излучения), однако концентрации O₂ и М очень малы. Напротив, на очень малой высоте, где концентрации O₂ и М велики, концентрация атомов кислорода O очень мала (ультрафиолетового излучения для их образования недостаточно).

3. Молекула M поглощает выделяющуюся в реакции 2 энергию. Если бы молекулы M не было, то образовавшаяся молекула озона сразу бы снова распалась.

4. Как сказано выше, защитные свойства озонового слоя объясняются поглощением ультрафиолетового излучения. Энергия света, поглощённая в реакции 3, выделяется в виде кинетической энергии молекул в реакции 2. В результате многократного повторения реакций 2 и 3 энергия поглощённого света преобразуется в кинетическую энергию молекул, что приводит к повышению температуры.

5. Скорости реакций:

r ₁ = k ₁[O₂], r ₂ = k ₂[O][O₂][M], r ₃ = k ₃[O₃], r ₄ = k ₄[O₃][O].

Молекулы озона образуются в реакции 2, а распадаются в реакциях 3 и 4, поэтому r ₂ = r ₃ + r ₄, или

k ₂[O][O₂][M] = k ₃[O₃] + k ₄[O₃][O].

Атомы кислорода образуются в реакциях 1 и 3 и распадаются в реакциях 2 и 4, поэтому 2 r ₁ + r ₃ = r ₂ + r ₄, или

2 k ₁[O₂] + k ₃[O₃] = k ₂[O][O₂][M] + k ₄[O₃][O].

Складывая эти два уравнения, получаем

k ₁[O₂] = k ₄[O₃][O],

откуда

.

Вычитая второе уравнение из первого, получаем

k ₂[O][O₂][M] = k ₁[O₂] + k ₃[O₃].

Поскольку по условию k ₁ / k ₃ = 5, 5·10^–9 и [O₃] / [O₂]» 10^–5, то , и величиной k ₁[O₂] по сравнению с k ₃[O₃] можно пренебречь. Тогда полученное выражение упрощается:

k ₂[O][O₂][M] = k ₃[O₃].

Подставляя в это выражение, получаем

k ₁ k ₂[O₂]²[M] = k ₃ k ₄[O₃]²,

откуда

.

6. Подставляя численные значения, получаем

.

Полученная величина приблизительно в 10 раз больше экспериментально измеренного значения 10 ppm. Такое различие объясняется тем, что в цикле Чепмена учитывается только «самопроизвольный» распад молекул озона по реакциям 3 и 4. В действительности имеют место и другие механизмы распада озона, например, в присутствии NO, радикалов OH и Cl.